一个新的水稻穗发育基因APD1图位克隆

水稻穗部性状与产量的关系十分密切，在产量结构中的作用已越来越得到重视。利用水稻穗发育异常突变体研究水稻穗发育机理，对提高水稻产量有重要的意义。本项目前期发现一个新的水稻穗发育异常突变体apd1，该突变体表型与目前报道的穗发育异常突变体均不同。本项目拟利用SSR标记和CAPS标记对apd1进行初步定位和精细定位，并构建目标基因区域的跨叠克隆群，将目标基因定位在30 kb范围内。利用生物信息学技术对该候选区域内的基因及其功能进行预测，结合突变体表型获得候选基因。对野生型和突变体基因进行测序、比对，进一步确定候选基因。构建目标基因APD1的过量表达载体，用农杆菌介导转化突变体，通过转基因植株后代分析，确定目标基因，为进一步研究APD1在水稻穗发育过程中的作用奠定基础。

本项目的预期目标是对水稻穗发育异常突变体apd1基因进行定位、克隆，获得控制水稻穗发育基因APD1，并对基因功能进行验证。本项目以APD1/apd1与IR28和9311构建的F2群体中的7307个隐性个体为定位群体，用SSR标记、Indel标记和dCAPS标记对控制水稻穗发育的基因apd1，进行了初步定位和精细定位，并构建了目标基因区域跨跌克隆群，最终将apd1定位在14.6 kb范围内，完成了对apd1基因的初步定位和精细定位。用FGENESH对这14.6 kb范围内的基因数目和结构进行了预测和分析，共发现Os02g0284500 和 Os02g0284600两个基因。对该区域进行了测序和比对，结果表明：在这14.6kb范围内，仅在Os02g0284500中存在突变，即其第3个外显子中的第389个碱基由G变为T，导致其编码蛋白第318个AA由Cys变为Phe。生物信息学分析表明，该突变导致其蛋白结合位点及该蛋白的三级结构发生改变，可能影响其生物学功能。故将该基因作为候选基因。根据apd1突变位点开发了特异检测该基因的ARMS-PCR引物，并用该引物对7307个隐性个体进行检测，均表现为apd1带型，表明该突变表型是APD1基因变异导致的。将目标基因克隆到pCAMBIA1305.1载体上，用农杆菌转化突变体成熟胚，转基因阳性植株穗部退化表型得到恢复，该结果进一步证实该基因功能。 该研究克隆的APD1基因未见报道，是一个控制水稻穗发育的新基因。该研究克隆的基因对研究水稻穗发育的分子机理具有重要的意义。本项目基本达到了预期研究目标。