小豆矮杆窄叶突变基因的图位克隆和功能分析

Adzuki bean (Vigna angularis), a Chinese traditional crop, is originated from China. China is the world’s largest exporter and producer. Plant height and leaf shape are the major factors of the plant architecture, which effects on the yield. Lots of researchers focused on the metabolic and regulatory networks of them, but it remains to be further in-depth research. It has very important theoretical significance to understand plant morphological development. By a large scale screening of EMS induced mutant population from culture Jingnong 6, we found a narrow leaf, dwarf, late flowering, partly sterile, low yield mutant (temporarily named “narrow leaf and dwarf”,NLD). Genetic analysis showed that the phenotype of NLD mutant was controlled by a recessive gene, The objectives of this project is fine mapping , map cloning, and function analysis of the NLD mutant gene, to investigate the regulation pathways of NLD gene to leaf shape and plant height, and how to cause the pleictropism? This project is significant to explore regulating mechanism of dwarfism and leaf shape development. And it is also important for high yield breeding and plant architecture improvement in adzuki bean.

小豆俗名红小豆，是起源于中国的传统作物，我国是世界上最大的小豆生产和出口国。株高和叶形是植物株型构成的重要因素，对产量有重要影响。有关植物控制株高和叶片分化、发育的遗传机理，一直为植物发育生物学家所关注。尽管已经过多年的研究，仍有待进一步深入研究。本项目拟以EMS诱变筛选出的一个植株矮化、叶片披针形、三出复叶呈鸡爪状、晚花、部分不育、低产小豆突变体为材料（暂定名narrow leaf and dwarf,NLD），对控制这些性状的单隐性核基因进行图位克隆和功能鉴定。探讨NLD基因对控制小豆叶形、株高、产量的具体途径，如何实现“一因多效”现象，以及是否存在叶形、株高分化、发育都共同涉及的代谢、调控途径和机制。通过本研究可对叶形、株高、产量的调控有较清晰的认识，还可开拓小豆突变体遗传分析、基因定位克隆和株型调控的研究，研究有助于小豆高产和理想株型育种的实践工作。

小豆株高和叶形是植物株型构成的重要因素，对产量有重要影响。 本项目以植株矮化、叶片披针形、三出复叶呈鸡爪状小豆突变体为材料（定名narrow leaf and dwarf, NLD）。.遗传分析表明，性状为单基因隐性调控。 外施植物激素实验表明，生长素和油菜素内酯对野生型和突变体材料没有产生影响，说明突变体中生长素和油菜素内酯的合成没有缺陷。.显微分析表明，矮杆窄叶是由于茎叶细胞壁变薄、木质部合成受阻造成的，外施赤霉素是株高性状得到部分恢复是由于细胞体积增加造成的。利用Super BSA 和极端性状个体（各100株）重测序，将候选基因定位于小豆基因组scaffold406上，开发定位区域SNP和SSR标记，确定了两个连锁的SNP 目的基因VaNLD被定位到小豆基因组scaffold406上，定位区间存在两个标记CHRW-8和CHRW-2与目标基因共分离的标记。生物信息学分析表明VaNLD候选基因为HPPR (hydroxyphenylpyruvate reductase)羟苯基丙酮酸还原酶，苯丙酮酸途径在小豆木质素合成过程中应起重要调控作用。VaNLD包含两个外显子和一个内含子，基因第一个外显子上一个碱基G突变为A，使第30位氨基酸发生了无义突变，突变后的基因编码一个仅有29个氨基酸的肽链，从而导致基因功能的丧失。转录组分析表明，小豆矮秆窄叶突变体中苯丙烷生物合成通路的关键基因4CL、CAD、CCR、HPT、HPD出现总体下调现象，推测木质素合成通路与小豆矮秆株型的发育有关。