水稻半卷叶突变体的遗传分析与基因定位

摘要

水稻是世界上最重要的粮食作物之一。叶形是水稻理想株型中的一个重要影响因子,叶片形态的改变会影响水稻光合作用、蒸腾作用以及抗逆性能等生理方面的功能,最终会对水稻的产量产生影响。叶片卷曲是常见的水稻叶片形态突变性状之一,而且卷叶性状是超高产育种中的一项重要形态指标,因此探明水稻卷叶形成的相关分子机理,将有助于进行叶形改良的遗传研究与育种利用。
　　 我们实验室利用EMS化学诱变处理水稻品种日本晴,在M2突变体体库中获得了一份能稳定遗传的半卷叶突变体scl1,该突变体植株叶片整个生育期都表现为半圆筒状卷曲,正常籽粒形态。本研究对此半卷叶突变体进行了形态学上的观察、相关的遗传分析、基因定位和初步的功能分析研究,主要研究结果如下:
　　 1、对叶片细胞结构进行石蜡切片分析,发现scl1突变体小维管束的发育出现一些异常,靠近近轴面的小维管束两侧的泡状细胞的数目发生了明显的改变,突变体scl1叶片中的泡状细胞的数目增多,明显多于野生型植株日本晴叶片。
　　 2、将scl1突变体与籼稻ZF802、TN1、NJ06和广四配制杂交组合,F1植株叶片均表现平展,F2中正常株和突变株的遗传分离比符合3:1,表明该半卷突变性状受单隐性基因控制。
　　 3、利用scl1突变体与籼稻TN1杂交产生的F2作为定位的群体,通过精细定位和高精度连锁分析,我们将SCL1定位在第1染色体短臂上21.97kb的区段内,在该区段尚未有相关卷叶基因的报道,其是一个新型卷叶基因。
　　 4、利用基因预测软件进行预测,发现在SCL1基因定位的21.97kb内存有4个开放阅读框,其中编码蛋白激酶和编码未知蛋白各两个。
　　 5、测序结果表明,第三个基因在突变体中序列产生了变化,SCL1在其编码区中缺失了260bp,其后的核苷酸序列发生移码突变。
　　 6、该基因突变后产生了一些负面影响:如植株的分蘖明显减少；株高下降显著,主要是倒一节间长度明显变短引起；叶片中叶绿素含量降低及光合作用能力下降；穗部性状变化明显。