水稻簇生穗基因CSP的图位克隆和功能分析

穗形是水稻高产育种中重要的指标性状，然而对它的发生和发育分子机理的认识还是缺乏深入了解。在前期工作中，从常规水稻品种中作180中获得一个穗簇生突变体（clustered spikelets，CSP）。穗形态解剖学和考种分析表明，该突变体各级枝梗顶端小穗支梗伸长发育受阻，育性与穗簇生程度呈负相关；对其遗传分析表明，该性状在绝大多数遗传背景下受显性单基因控制。现已利用该突变体与9311杂交组合产生的，含3421个单株的F2群体将其定位于第6号染色体上相距50Kb的物理区间内。本课题拟进一步扩大克隆群体和发掘紧密连锁的分子标记，将该基因限定在更小的物理区间，并最终分离到CSP基因，并解析其控制穗簇生的分子机理，为生产上进行穗形调控提供理论依据。

穗形是水稻高产育种上重要的指标性状，然而我们对它的发生和发育分子机理的认识还是缺乏深入了解。在前期工作中，我们从常规水稻品种中作180中获得一个穗簇生突变体（clustered spikelets，CSP），现命名为SPED 1(shortened pedicel or/and secondary branches 1)。穗形态解剖学和考种分析表明，该突变体各级枝梗顶端小穗轴伸长发育受阻，花粉育性与穗簇生程度呈负相关；对其遗传分析表明，该性状在绝大多数遗传背景下受显性单基因控制。通过常规杂交和回交将该突变基因转入9311、TP309、R527、R498、R549、Kitaake、Balila，形成不同遗传背景的等位突变体。本课题在前期已将SPED1基因限定的50kb区间的基础上，又利用9311背景的等位突变体与TP309杂交组合产生的含4860个野生单株的F2群体成功地克隆了该基因；分析水稻花发育相关基因在SPED1突变体的表达，发现SPED1不仅通过WUS-CLV反馈环来调控小穗梗和2极枝梗发育而且还通过Rf1-L来调控CMS育性；SPED1基因在水稻和拟南芥中的过表达分别使受体产生簇生小穗和果荚，表明SPED1在单双子叶植物中的功能是高度保守的；此外，敲除掉SPED1基因后的TP309植株表现出严重的花粉育性降低，经RT-PCR检测Rf1-L基因表达明显下调，进一步证明了SPED1是通过Rf1-L基因来调控花粉育性的。通过本课题的实施，我们对控制簇生穗的发生机理有了新的初步了解，为进一步解析水稻穗型形成机制奠定了基础。