论文部分内容阅读
稻穗是水稻的收获部位,其形态发育与产量密切相关。本研究对日本粳型常规水稻（Oryza sativa L.）Kitaake进行EMS诱变处理,在M2代获得一份小穗异常突变体。经连续多代自交后发现,该突变性状能够稳定遗传,暂时将其命名为ossp1。通过农艺性状调查、生长发育动态观察、外源激素处理、内源激素测定、细胞学分析、基因定位、图位克隆、四引物受阻分子标记、生物信息学分析与qRT-PCR定量分析等研究方法,对控制该突变性状的基因进行克隆,分析其表达模式。具体研究结果如下:1.通过对突变体进行表型鉴定发现,相较于野生型KTK,除粒长有所增加外,突变体ossp1的株高、分蘖数、结实率、千粒重及有效穗粒数等主要产量性状都显著减少。其发芽进程滞后,种子活性和花粉育性显著降低。茎部和穗部的内源激素GA、IAA、CTK含量都表现出下降趋势。突变体ossp1的小穗在幼穗发育期与野生型并无明显差异。但在籽粒蜡熟期,突变体的内外护颖呈现出明显的增长变宽,其颖果形态变得细长,千粒重下降33.1%。细胞学观察发现突变体ossp1的护颖细胞与颖壳细胞明显比野生型增长,细胞结构呈现明显硅化,且毛状物较多,与外稃细胞结构类似。2.通过测定拔节期、灌浆初期和成熟期3个时期内源激素GA、IAA和CTK的含量,发现在突变体ossp1中皆下降。同时进行外源IAA处理实验,证实ossp1对外源喷施的IAA敏感,推测OsSP1可能参与了IAA广泛调节植物的生长发育活动。3.用突变体ossp1与宜香1B杂交所得F2群体进行基因定位。遗传分析表明,该类性状受核隐性单基因控制（χ2=3:1）。利用ossp1/宜香1B构建的F2定位群体,将目标基因定位在第8染色体短臂的SSR标记RM22422与RM22475之间,物理距离为212kb。对该定位区间进行分析与测序发现,在基因LOCOs08g06480的第10外显子处,第1562位碱基发生单碱基置换,由G（鸟嘌呤）置换成A（腺嘌呤）,导致其编码的第521位氨基酸由G（甘氨酸）替换成E（谷氨酸）,同时该位点基因性状共分离。由于该基因为已经报道的调控小穗发育的基因（本研究中该基因的突变位点与已报道的突变位点不同）,即证实LOCOs08g06480为OsSP1的目的基因。4.对该基因进行同源比对并构建进化树分析发现,突变位点发生在高度保守的结构域中,且与短花药野生稻、玉米和高粱等禾本科植物中的转录辅阻遏物TOPLESS的相关蛋白TPR2都存在高度的相似性。5.为了分析候选基因的表达是否具有组织特异性,分别选取根、茎、叶、穗4个器官进行qRT-PCR定量分析。结果表明该基因在根、茎、叶、穗中均有表达,在穗部中表达最高,茎部次之。检测了调控小花发育相关的4个基因MFS1、OsMADS3、OsMADS4和OsMADS16在突变体ossp1中的定量表达情况,发现它们在幼穗不同发育阶段的表达水平不同,推测它们共同参与水稻早期小花发育进程。本研究结果发现OsSP1是已报道基因ASP1的等位基因,都编码一个TPR/TPL转录辅抑制因子,但是仍然存在异同:ASP1与OsSP1位于同一个基因位点,但突变位点所处的保守结构和突变体材料来源及突变方式不尽相同,且OsSP1具有其它附带的突变表型。因此对OsSP1的研究不仅能更详细地解析该基因的生物学功能,也为突变体库提供了新的种质资源。本研究成果使我们加深了对ASP1基因功能和水稻小穗发育调控机制的认知。