水稻半矮杆突变体bgsd-1株高调控的激素生理与分子机制研究

In this project, we will use the hybridization group, the technology of scanning electron microscopy (SEM) and High-performance liquid chromatography (HPLC) to investigate the hereditary capacity, cell biology and hormone physiology of rice semidwarf bgsd-1, and use the simple sequence repeats (SSR) maker and Map-based cloning method to carried on the location, genetic atlas construction and clone of bgsd-1 gene loci. The BGSD-1gene function will be analyzed through constructing the expression vector containing BGSD-1 gene and transferring the BGSD-1 into bgsd-1 plants. We expect to reveal the molecular mechanism of bgsd-1 gene loci to the cell biology, hormone regulation and gene expression of rice stem. The research results will help to understand the basic information about regulation net of plant development. It will provide the theory basis for making the breeding purposes and research scheme in semidwarf rice breeding, and offer the new gene and new germplasm resources.

本研究利用构建杂交群体、电子显微技术、HPLC技术等研究平塘黑糯半矮杆突变体bgsd-1遗传特性、细胞生物学以及激素生理，以SSR分子标记及图位克隆法定位和克隆bgsd-1株高调控基因,并通过转基因技术研究基因功能，以揭示bgsd-1突变体基因座位对植株茎秆发育影响的细胞学、激素生理和基因表达调控机制，为认识植物发育的调控网络提供基础信息，为制定水稻矮化育种目标和技术方案提供理论依据，为品种改良和新品种培育提供新基因和创新的亲本种质。

通过对突变体bgsd-1与其野生型平塘黑糯、地方品种来拢、以及已经测序的粳稻品种日本晴、籼稻品种9311等杂交后代的遗传表型观察和株高分离数据统计分析，证明bgsd-1突变体是隐性单基因位点控制。显微观察结果表明bgsd-1植株矮化是茎节间薄壁细胞长度缩短。根据突变体种子发芽的暗形态建成、GA敏感性、α-淀粉酶检验等研究证明，该突变与BR合成及BR信号转导途径无关，也不是GA信号转导通路的问题，而与GA量有关。苗期及抽穗期bgsd-1突变体内源有活性GA1及GA4含量比野生型低。利用Real time-PCR分析GA合成途径关键酶基因表达，发现在突变体苗期，使活性GA钝化的基因GA2ox1表达量上调外，其它GA合成基因表达量下调，其中KAO基因下调最明显。而在bgsd-1突变体抽穗期，除KS基因外，其他GA合成基因表达量均下调，而钝化GA活性的基因亦上调。说明控制bgsd-1突变体的BGSD-1基因是一个既能抑制钝化GA活性基因表达、又能维持GA合成基因表达的一个调控基因BGSD1，该基因突变将导致内源有活性GA含量减少，使突变体植株株高降低。通过以bgsd-1与9311杂交构建定位群体，进行简化基因组测序及差异标记关联分析，确定了BGSD1基因与半矮化性状相关的候选区域位于水稻第8号染色体短臂中1.31M区段内。通过对突变体和野生型该区段的全基因序列测定及序列比对分析，发现9个候选基因有差异，进一步分析筛选出候选基因。目前已构建候选基因的植物超量表达载体和RNAi载体，分别遗传转化突变体和野生型，以及基因功能鉴定研究已在进行中。