一个隐性单基因控制的水稻高阈值低温敏感突变体的研究

冷害在我国东北和云贵川等温带和亚热带高海拔水稻产区是导致大面积减产的主要气候因子。目前，已经报道成功定位的耐冷QTLs虽然多达近百个，但进行了编码序列克隆并在双亲中显示有差异的QTL仅一例，且由于缺乏互补实验数据，尚不能证实其确实具有耐冷的功能。本申请项目研究的目的旨在利用一个水稻高阈值低温敏感突变体来定位和克隆与正常低温反应相关的基因，并通过互补试验、基因敲除和过表达分析研究验证其功能。在此基础上，进一步通过与基因表达产物关联的低温反应调控途径研究，明确该基因表达产物的作用机理。. 本项研究是建立在自主发现的一个独特的新材料基础之上，较之前人关于水稻低温反应的研究，一是发现了一个单基因控制的低温反应质量性状，二是这一低温敏感突变的敏感阈值大大高于其他已知的研究材料。对这一材料的深入研究，不仅可以揭示水稻对环境因子应答的新基因，而且还有可能提出水稻对低温反应的一种新的机理。

冷害在我国东北和云贵川等温带和亚热带高海拔水稻产区是导致大面积减产的主要气候因子。生产实践表明，发现、鉴定和挖掘水稻耐冷遗传资源，并在此基础上进行耐冷水稻新品种的选育和利用是减轻冷害发生的有效途径。.2009年春，我们在海南对过去的育种材料清理种植中，发现一个对低温十分敏感的突变体821080。经过2009、2010年的进一步种植观察，基本确认这一突变由隐性主效基因控制，在日平均气温≦20℃时，秧苗叶片上即表现出明显的冷害症状。在乳熟期遇到上述低温时，可以全株致死。这一低温敏感阈值温度，高于已报道的各种冷害起点温度，因此，该突变体是研究水稻对低温反应的一个好材料。.本项目即是在此基础上提出并立项的，其研究内容包括：（1）821080高阈值低温敏感突变形和野生型基因的克隆；（2）通过互补试验、基因敲除、过表达等方法，阐明821080高阈值低温敏感突变型和野生型基因的功能；（3）研究821080高阈值低温敏感突变型和野生型基因的表达产物，在此基础上，进一步解释水稻低温应答机理。.经过4年的努力，我们按计划完成了821080低温处理鉴定标准程序的建立，以及该突变体的遗传分析，发现该突变体呈双隐性基因连锁遗传，并定位和克隆了其中的一个候选基因Osltsa，以及利用该基因在杂种F2和BC2F3回交群体中的基因型与表型关联性分析，进一步验证和肯定了前述遗传分析结论；相关研究结果发表在《Euphytica》杂志上。.但由于以下两方面始料未及的原因，我们未能完成所克隆的候选基因的功能验证。这些原因之一是所定位的基因为双基因连锁遗传，且遗传效应相当，因此，它们彼此在表型上有相互遮盖作用，故大大增加了对它们进行遗传定位和功能验证的困难；之二是821080的组织培养和遗传转化十分困难，使我们无法通过互补试验来按计划从另一方面验证候选基因的功能。.对于第一个问题，我们已经采取自交分离的措施，从lts/龙粳20杂交组合的F3家系中获得了各个单个遗传位点包括Aabb和aaBb的F3分离群体，同时，我们还获得了aaBB的F3家系种子，这些都可以用于前述两个遗传位点的独立定位。有了这些材料，我们还可以通过连续自交分别获得A和B位点的重组自交系，以用于后续的RNA干扰研究和验证各自干扰的基因功能。总之，上述所有研究进展的取得都为后续的基因定位、功能验证和水稻耐低温的分子机理阐释奠定了良好的理论和材料