水稻抗倒伏直立新株型EPT1基因的克隆与育种应用

Rice plant type improvement has been considered to be an effective way to increasing food production. plant type combining with physiological function and ideal plant with heterosis is the guiding ideology in china super rice breeding. So the cloning and functional studies of rice plant type genes will facilitate to understand the molecular mechanism of rice plant type development. In this study, the 9311 lodging resistance recessive mutant ept1 with the erect plant type had been obtained from EMS treated. By the backcross BC2F2 population with Nipponbare, the gene was final mapped to an interval of 195kb. We will furter fine mapping and cloning the gene with a larger BC3F2 population. The EPT1 functional studies will be carry out by constructing different functions and expression vector and through the double mutant analyzing with other plant type gene. We will also start EMS recovery mutagenesis, gene chip and yeast two-hybrid system to finding, verifying and anlyzing of these suppressor gene, downstream gene and interacting proteins of EPT1, which will preliminarily ascertain the genetic and molecular mechanism of the EPT1 gene, provide theoretical basis for molecular design breeding and germplasm innovation of lodging resistance..

水稻株型改良一直被认为是一个提高粮食产量的有效途径，当前我国超级稻育种就是以"株型形态与生理机能相结合，理想株型和杂种优势相结合"为指导思想，因此对水稻株型调控基因的克隆和功能研究将有助了解水稻株型形成的分子机制。本研究利用9311 EMS诱变获得了一个抗倒直立株型隐性突变体ept1，通过其与日本晴的回交BC2F2群体，已经将该基因定位在了195kb的区间内，我们将继续利用构建好的BC3F2大群体，开展EPT1的精细定位，并最终克隆该基因。同时拟通过构建不同的功能和表达载体及与其它株型控制基因构建双突变，对EPT1进行功能研究。并利用EMS回复诱变寻找抑制基因，同时开展基因芯片、酵母双杂交对上下游基因和互作蛋白进行筛选、验证和分析。初步探明EPT1基因在水稻植株形态建成的遗传机制及分子调控机理，为分子设计育种，创建水稻抗倒伏新种质打下基础。

抗倒伏是水稻理想株型的重要组成部分，也是保障水稻稳产和高产的重要农艺性状。本项目的研究材料抗倒直立株型突变体ept1整体表现为叶片挺直宽大、植株稍矮、茎杆粗壮、直立密穗，我们在前期195kb定位的基础上，利用图位克隆、分子克隆和转基因技术克隆了EPT1基因，该基因包含6个外显子，编码一个推定的泛素化蛋白酶outbain1。通过组织解剖学我们发现，ept1主要是通过增加茎秆的细胞层数和减少细胞大小来增加抗倒伏能力的。EPT1在根、茎、叶和花中均有表达，其中在幼叶和穗中表达量最高，这与ept1的直立株型能够相互对应，即EPT1突变后影响了细胞的形态和结构发育，从而造成直立叶和直立穗表型。通过EPT1与GFP的瞬时融合表达载体转入水稻原生质体后，发现EPT1主要定位在线粒体中，而线粒体的主要作用是为细胞新陈代谢提供能量，这充分表明了EPT1是通过泛素化来控制细胞周期、增殖和衰亡的。而基因芯片的分析结果发现，表达差异主要集中在生物合成、次生代谢、信号转导、内源和外源刺激、生物与非生物刺激、纤维素组份、脂类代谢和花发育上，表明EPT1主要是通过影响这些生物学功能来调控水稻株型发育的。本研究结果为进一步研究EPT1在构建理想株型上提供了遗传学和细胞学证据，为培育抗倒水稻新品种提供了育种材料和理论基础。