水稻披叶突变体dl(t)的表型鉴定及基因定位

摘要

叶片是植物进行光合作用的主要场所，其光合产物占稻谷总产量的90％以上，因此，增加叶片光能利用效率对提高作物产量和改善其品质具有重要的意义。水稻叶片呈长剑形，中脉是叶片中间区域的细胞增殖形成的，较之平行脉，起到机械性支撑叶片的主要作用，因而水稻中脉是保证叶片直立性的重要因素之一。水稻的披垂叶主要是由于叶片中脉的部分缺失。本研究利用甲基磺酸乙酯（EMS）诱变水稻优良恢复系缙恢10号，在突变体库中发现了一个披叶突变体，暂命名为dl(t)，经过多代自交观察，其突变性状稳定遗传。本文对dl(t)进行了表型鉴定、石蜡切片显微观察、遗传分析、基因定位、候选基因预测、定量PCR表达分析研究。
　　本研究主要内容包括：⑴将水稻披叶突变体的植株形态和花器官构造与野生型水稻进行比较可知：水稻披叶突变体表现为叶片严重下垂。从叶片基部到叶尖约2/3处有中脉，并且中脉粗而短，其余约1/3处因无中脉而呈现下垂状。中脉在剑叶中表现明显，从倒二叶开始全部表现为部分下垂。同时，颖花正常，包括六枚雄蕊和一枚雌蕊，内外颖各一个。而野生株叶片表现为直立型，叶片从基部到叶尖都存在中脉并且中脉由粗逐渐变细。在其他农艺性状上，突变型植株与野生型植株无明显差异。⑵分蘖期，对野生型和突变体的叶片进行石蜡切片和显微观察。与野生型相比，突变体中上部缺失中脉，叶脉中存在很多维管束，但中央区域缺少中央维管束细胞和两个明显的气腔。中央叶脉结构和侧脉结构完全相似，说明突变体没有形成明显的中脉结构。⑶以籼型不育系品种西农1A为母本、dl(t)为父本配制杂交组合，在成熟期观察每个单株的叶片形状，F1植株表型正常。F2群体中叶片出现正常和突变两种类型，直立正常株1173株，披垂突变株376株，卡方测定符合3：1的分离比例（χ2=0.40<χ20.05=3.84）。用F1和F2群体进行遗传分析，结果表明该突变体可能受一对隐性核基因调控。⑷以376株西农1A/dl(t)的F2隐性披垂叶单株为定位群体，利用SSR和Indel等标记最终将dl(t)定位在第3染色体标记3-5和3-3之间，物理距离约为170kb。⑸根据水稻基因组注释网站RGAP(http:www.gramene.org/Oryza_sativa/Location)等提供的信息，该区间含有20个注释基因。主要有编码与线粒体和叶绿体相关蛋白、DUF域蛋白、表达蛋白等。其中还包含已经报道过的LOC_Os03g11600披叶基因，编码YABBY结构域蛋白。⑹取分蘖期野生型和突变型的叶片，提取并纯化RNA,逆转录cDNA，进行DL基因qPCR定量分析。结果表明，突变体表达量明显低于野生型。推测水稻披叶性状与该基因低表达量有关系。