水稻小穗发育相关基因NSG的克隆和功能分析

花器官的发育生物学是近年来的研究热点，特别是水稻花器官发育尤为重要。水稻花发育模型可以借鉴拟南芥，但也有区别，如小穗是一个典型的禾本科植物特有的花序结构，目前对其发育调控的分子机制研究相当缺乏。我们在突变体库构建中发现了一个新的花器官突变体- - 水稻颖壳发育不停止突变体nonstop glumes（nsg），表现为副护颖、护颖、内外颖以及花梗前期正常，但是持续生长，花器官发育也异常，多数突变体的雄蕊减少，部分的雌蕊为三柱头或双子房。已将nsg突变位点定位在第4染色体上15kb范围内，并通过测序找到了候选基因。在此基础上，我们将进一步确定候选基因，并通过超表达、RT-PCR、real-time PCR以及原位杂交等技术分析基因功能，探讨对其它花发育基因的影响，希望通过该项目的研究，能够为弄清水稻小穗发育调控分子机制奠定基础。另外，水稻作为禾本科的模式植物，研究结果也将惠及其他禾本科粮食作物。

小穗是禾本科特有的器官，其发育涉及复杂的调控网络。我们发现的水稻小穗发育突变体nsg (nonstop glumes)，在小穗早期发育阶段，其外副护颖明显退化，内副护颖及两侧护颖都要显著长于野生型，nsg小花有不定数量的颖壳状器官。NSG被定位在第4染色体标记SWU4-51和SWU4-46之间15kb的区域内，其间一个C2H2锌指蛋白编码基因OsJNBa0058G03.3在野生型和nsg间存在序列差异。通过RNAi转基因验证，确定该基因为NSG目的基因。NSG在野生型水稻中的根、茎、叶及花序中都有表达。在nsg小穗中，花器官特征基因OsMADS4、OsMADS16、DL及OsMADS3的表达下降，OsMADS1的表达上调。在osmads1/nsg双突变体中，副护颖和护颖依然表现伸长，内外颖、浆片、雄蕊及心皮均发育异常。这些结果表明NSG通过影响花器官特征基因的表达。