水稻抽穗期基因DTH3圖位克隆和功能分析.pdf

1、水稻是世界上主要的糧食作物之一，是禾本科的代表植物，也是單子葉植物的模式作物，同樣也是短日照的模式作物。抽穗期是水稻品種的重要農(nóng)藝性狀之一，其生育期長短將影響品種的地區(qū)和季節(jié)適應(yīng)性，在品種的培育和推廣過程中起重要的作用。因此，深入了解水稻抽穗期的遺傳規(guī)律，對相關(guān)基因進(jìn)行精細(xì)定位和克隆，在改良水稻生育期性狀方面具有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，深入探討水稻抽穗期基因的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控對于闡明水稻抽穗的分子機(jī)理與選育適宜生育期水稻品種具有重要的理論和實(shí)踐意

2、義。在本研究中，我們以云南栽培粳稻滇粳優(yōu)1號(hào)(DJY1)為受體親本，非洲栽培稻為供體親本的近等基因系(NIL)作遺傳材料，該NIL無論在長日照還是短日照下抽穗期都比其背景親本DJY1抽穗遲，將DJY1中控制早抽穗的基因命名為DTH3（DTH3，DaysToHeadOnChromosome3），NIL中對應(yīng)的等位基因命名為dth3。我們將該抽穗期的基因精細(xì)定位，確定其候選基因?yàn)镸ADS-box家族基因，并克隆該基因，同時(shí)對DTH3的功能進(jìn)

3、行了研究。另外，我們還發(fā)現(xiàn)該基因可能與進(jìn)化有關(guān)。
　　主要結(jié)果如下:
　　1.水稻抽穗期QTLDTH3的精細(xì)定位
　　本研究所用材料是以云南栽培品種滇粳優(yōu)1號(hào)(DJY1)為受體親本，非洲栽培稻IRGC102203為供體親本的近等基因系(NIL)，該NIL無論在長日照還是短日照條件下抽穗都比受體親本DJY1遲，用覆蓋全基因組的192對SSR標(biāo)記對NIL遺傳背景進(jìn)行篩選，發(fā)現(xiàn)在第3染色體短臂上標(biāo)記g91和Ins32區(qū)間內(nèi)存

4、在2BAC的非洲栽培稻插入片段，并且這兩個(gè)標(biāo)記的基因型與298個(gè)DJY1×NIL的F2群體單株的抽穗期表型連鎖，我們把該區(qū)間內(nèi)來自DJY1中控制早穗的基因命名為DTH3，NIL中對應(yīng)的等位基因命名為dth3。為了精細(xì)定位DTH3，種植DJY1×NIL的F2群體18000個(gè)單株于南京自然長日照下，將控制早穗的基因DTH3定位在標(biāo)記g71與RM523標(biāo)記之間，兩標(biāo)記間的物理距離為64kb。又將10000個(gè)單株的F2群體種植于海南自然短日照下

5、，發(fā)現(xiàn)定位區(qū)間與長日照下的定位區(qū)間一致。通過對該區(qū)間基因預(yù)測得到一個(gè)MADS-box家族基因，DJY1和NIL在該基因的編碼區(qū)序列扣轉(zhuǎn)錄水平上都存在差異，這些結(jié)果為DTH3的圖位克隆奠定了基礎(chǔ)。
　　2.抽穗期基因DTH3的克隆與功能分析
　　DTH3編碼一個(gè)MADS-box家族基因，對該MADS-box基因測序，發(fā)現(xiàn)DJY1和NIL在DTH3和dth3編碼區(qū)序列上存在差異。因此，對DTH3進(jìn)行克隆和功能分析。亞細(xì)胞定位實(shí)驗(yàn)

6、表明該基因被定位于細(xì)胞核上，過量表達(dá)DTH3在水稻愈傷組織上就形成花器官。定量PCR分析DTH3在DJY1和NIL中的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)無論在長日照還是短日照下DTH3的表達(dá)量在DJY1中都高于NIL，研究發(fā)現(xiàn)，DTH3通過調(diào)控下游抽穗期基因Ehd1和RFT1的表達(dá)水平，從而促進(jìn)抽穗。節(jié)律表達(dá)分析表明DTH3在黎明時(shí)表達(dá)量最高，在傍晚時(shí)表達(dá)量最低，而且無論在長短日照下，dth3的表達(dá)水平始終低于DTH3的表達(dá)水平。酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)DTH3能