大麦角质层基因CER-ZV 的克隆及其抗旱机理研究

以寒旱区分布最广的农作物之一大麦为研究对象，从克隆角质层突变体入手，研究角质层抗旱适应的基因调控。利用申请者在中科院"百人计划"项目中搭建的大麦重要功能基因的高效图位克隆平台，分析干旱敏感型角质层突变体cer-zv，精细定位和克隆其候选基因，比较突变体基因在大麦不同器官中的表达差异及其在不同干旱胁迫下的表达模式，明确其表达的器官特异性及其与干旱胁迫的关系，并进一步分析突变体角质层的理化特性，以阐明突变体基因的功能，为理解植物角质层在抗旱适应中的作用，角质层抗旱适应的分子调控，角质层基因在农作物抗旱性改良中的应用等方面奠定坚实基础。

本研究对一个大麦角质层突变体cer-zv进行了理化特性分析及遗传定位，证明了CER-ZV 的功能与角质的形成有关，探明了决定角质层保水性的关键因素是角质结构，为揭示角质层抗旱节水的作用机理奠定了基础。但由于cer-zv位于大麦4H染色体的着丝粒上，此处结构特殊，故未能克隆cer-zv基因。cer-zv叶片失水过快，但气孔运动功能正常。与野生型相比，cer-zv叶片对乙醇和甲苯胺蓝的通透性明显增大。以上结果表明：cer-zv的角质层发生缺陷。角质层组分分析显示cer-zv叶片的四种主要角质单体含量减少了50～90%，而主要蜡质组分含量未发生明显变化，说明cer-zv为角质缺陷突变体。为了遗传定位cer-zv, 构建了两个作图群体：23-19×cer-zv F2群体 和cer-zv×OUH602 F2群体。cer-z与OUH602间存在更多SNP位点，cer-zv×OUH602 F2群体适合 cer-zv的精细定位。用AK358684和AK364819分析了1500个OUH602×cer-zv F2个体，筛选到47个重组体。用AK370363, AK248269 , AK364461, AK251484分析重组体数据表明在AK370363和AK251484之间有7个重组体，cer-zv 与AK248269和AK364461连锁。利用cer-zv × OUH602 F2中的杂合体扩大作图群体至4000个个体。利用AK358684和AK364819分析了3682个cer-zv × OUH602 F3个体，筛选到62个重组体。利用这些重组体，cer-zv被精细遗传定位于0.028cM区间之内，为进一步精细定位打下了坚实的基础。cer-zv是角质突变体，这是本项研究的新发现，因此，cer-zv是世界上第二个角质突变体。第一个大麦角质突变体是本课题组发现的eibi1. 角质是角质层的骨架结构，对角质层的形成有重要的作用。角质突变体对研究角质层的理化特性、抗病性、抗虫性、抗UV辐射、抗旱性等有广泛的研究价值，也是研究角质网合成的重要材料。