水稻显性脆秆基因nbc(t)的克隆和功能分析

水稻茎秆强度是一个重要的农艺性状，与产量、抗性等直接相关。研究细胞壁合成调控和茎秆强度变化的分子机理，对于抗倒伏水稻的培育和茎秆的综合利用都具有重要的意义。目前对水稻茎秆强度的分子机理研究尚处于起步阶段。本项目利用在田间自然突变而来的脆嫩材料nbc(t)，通过回交获得以9311为遗传背景的近等基因系，配制了11个杂交组合用于育种和遗传定位。初步结果表明：脆秆nbc(t)农艺学和产量性状与9311无显著差异；表现为全生育期脆性和地上部分组织特异性，但不易倒伏；茎叶结晶纤维素和木质素含量下降，厚壁细胞壁和表皮变薄；脆对不脆为显性，表现为单基因遗传。鉴于nbc(t)是一个重要的显性脆秆新基因，本项目拟对其进行图位克隆和功能分析，探明其在细胞壁合成和调控中的作用，阐述显性脆秆形成的分子机理，为水稻茎秆的遗传改良提供理论依据。

水稻茎秆强度是一个重要的农艺性状，与产量、抗性等直接相关。研究细胞壁合成调控和茎秆强度变化的分子机理，对于抗倒伏水稻的培育和茎秆的综合利用都具有重要的意义。本项目对以9311为遗传背景的近等系脆嫩材料nbc(t)开展研究，并进行基因遗传定位和克隆。研究表明，脆秆nbc(t)表现全生育期和地上部分脆性，茎叶谷壳机械强度降低，但脆而不倒；茎叶结晶纤维素和木质素含量下降，厚壁细胞壁和表皮变薄；农艺学性状、产量、品质和配合力等性状与9311无显著差异。本项目通过构建各类群体并进行后代测验，确认nbc(t)为双基因互作的显性上位模型。利用F2:3家系、极端隐性大群体和回交群体和分子标记技术开展基因图位克隆和功能分析，将目标基因精细定位于第9染色体。并通过候选基因结合测序验证，克隆了其中一个基因（LOC_Os09g25490）。该基因为次生细胞壁纤维素合酶基因（OsCesA9），与野生型比较，突变体nbc(t)发生两处碱基突变（2490bp处G→C；2729bp处A→T）并引起蛋白质在600aa处变化。目前正在对该基因进行进一步功能研究。另外该基因在内含子区域发生4个碱基缺失，由此发展OsCesA9-4功能标记，利用该标记控制背景、选择群体，将另一个位点精细定位在WF101和WF105之间3cM范围内，目前正在进一步缩小该区段。另外，本项目还构建酵母双杂交文库，利用水稻全基因组芯片检测nbc(t)中基因表达谱变化，通过生物信息学分析预测了代谢通路。本研究结果为探明nbc(t)及相关基因在细胞壁合成和调控中的作用，阐述显性脆秆形成的分子机理建立了基础，为水稻茎秆的遗传改良提供了理论依据。