华南优质稻胞质型PPDK基因多态性与垩白相关性研究及功能分析

Grain chalkiness is one of the most important traits of grain qualities in rice. The applicant has primary found that the cytoplasmic PPDK gene is closely related to the grain chalkiness in rice. Chalkiness characters is significantly improved during the cultivation process of Huanghuazhan rice in south China, whose correlation with cytosolic PPDK gene is not clear. The project is going to investigate polymorphisms of cytosolic PPDK gene and the correlation with chalkiness -related traits, by detection of the related traits and the gene sequence. Molecular markers of chalkiness-related traits can be developed by analyzing the correlation data, which will provide theoretical basis for cultivating quality of rice varieties.The levels of cytoplasmic PPDK gene transcription, translation and phosphorylated modification is detected in seed after flowering 5, 15, 20 and 25 days in rice in order to study the function of the gene during the development of grain. This project is a continuation of previous research. The completion of this project will provide theoretical basis for cultivating quality of rice varieties, thus it has important theoretical significance and potential application value.

垩白性状是稻米最重要的品质性状之一。申报人前期研究发现，胞质型PPDK（丙酮酸磷酸双激酶）与稻米的垩白性状密切相关。在华南优质稻黄华占的选育过程中，垩白相关性状得到显著改良，胞质型PPDK基因与其相关性尚不清楚。本项目以华南优质稻黄华占及其系谱中的110个品种为材料，通过考察其垩白相关性状，结合胞质型PPDK基因的测序数据，分析该基因的多态性以及与垩白相关性状的关系；利用胞质型PPDK基因与垩白相关性状的分析结果，开发垩白相关性状的分子标记，为分子设计育种培育水稻新品种奠定研究基础；在系谱品种灌浆期5、15、20和25天时，分别检测胞质型PPDK基因在籽粒的转录翻译和磷酸化修饰水平的差异，研究分析该基因在华南优质稻籽粒发育过中的功能。本项目是已有研究的深入和延续，将为培育优质稻新品种提供理论依据，因而具有重要的理论意义和潜在应用价值。

垩白性状是稻米最重要的品质性状之一。申报人前期研究发现，胞质型PPDK（丙酮酸磷酸双激酶）与稻米的垩白性状密切相关。在华南优质稻黄华占的选育过程中，垩白相关性状得到显著改良，胞质型PPDK基因与其相关性尚不清楚。本项目以华南优质稻黄华占及其系谱中的110个品种为材料，通过考察其垩白相关性状，结合胞质型PPDK基因的多态性及表达水平，分析该基因与垩白相关性状的关系，初步探究胞质型PPDK在华南优质稻籽粒碳氮分配过程中的作用。本项目取得如下研究结果：（1）在黄华占选育过程中，垩白率和垩白粒率的变化最为显著，与直链淀粉含量及直连淀粉/蛋白质比显著正相关，而与蛋白质和脂类含量弱相关。（2）胞质型PPDKB基因与育种年份和胶稠度显著负相关，与直链淀粉和蛋白质含量显著正相关。PPDKA基因与蛋白质含量和直链淀粉/脂肪显著正相关，而与脂肪含量及脂肪/蛋白质比显著负相关，说明2个胞质型PPDK基因共同调节籽粒发育过程中的碳氮分配，可能间接影响了垩白相关性状。（3）检测获得PPDK基因的343个差异位点，并开发4个KASP分子标记。（4）蜡熟期和黄熟期的剑叶叶色变化，影响了籽粒中蛋白质的含量，进而间接影响稻米食味和外观品质。（5）在优质稻籽粒发育过程中，糖类、脂质和氨基酸及其衍生物等小分子碳氮物质存在显著差异。本项目初步探究了胞质型PPDK基因调节籽粒中的碳氮分配机制，以及与垩白相关性状的关系，为研究籽粒发育过程中的碳氮分配机制，及其对稻米品质的影响提供了理论基础。