四川农大最新文章：关键突变体的鉴定及其基因定位

　　

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生物通报道：籽粒灌浆是水稻(Oryza sativa)生长发育过程中极为重要的阶段, 涉及复杂的遗传调控网络和环境互作,直接关系到水稻产量和品质的形成. 来自四川农业大学水稻研究所等处的研究人员通过甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼稻品种宜香1B, 筛选到一个能稳定遗传的籽粒灌浆延长突变体gef1(grain extended filling 1). 研究人员发现这一重要突变体是一个灌浆延迟、籽粒变大突变体, 突变性状能稳定遗传, 连续世代自交不产生分离性状; 该性状由一对隐性核基因控制, 并将其定位于水稻第3染色体上, 为进一步研究水稻灌浆分子机制与调控网络奠定了基础.

水稻(Oryza sativa)进入生殖生长后, 籽粒灌浆成为了极其重要的过程. 水稻籽粒灌浆是光合同化物向籽粒转运、积累的过程. 大穗型水稻灌浆过程中存在严重的灌浆差异问题, 位于穗下部的籽粒往往灌浆不充分, 结实率低, 严重限制其高产潜力的发挥.造成水稻籽粒灌浆速率降低的原因, 大致可分为光合同化物供应限制、库限制以及“流”不畅. 目前水稻籽粒灌浆研究主要集中在温度、土壤水分、矿物质营养元素、同化物代谢相关酶活性以及植物激素等对灌浆的影响, 而对于水稻籽粒灌浆的遗传基础研究相对较少.

为促进培育高产优质水稻品种的研究, 近几年，四川农业大学水稻研究所的吴先军实验室以籼稻材料宜香1B为野生型通过甲基磺酸乙酯(ethyl methane sulphonate, EMS)诱变创制了十分丰富的水稻突变体库, 并积累了丰富的突变体筛选与定位经验. 该突变体库表型主要涉及株叶形态(株高、叶色、叶形、分蘖等)、穗部形态(粒形、花发育、穗形、灌浆、颖壳颜色)等, 其遗传背景相对明确.

这项研究报道了来自该突变体库的一个水稻籽粒灌浆突变体gef1, 对其进行了农艺性状调查、生理生化特性测定、组织细胞学观察、相关基因表达分析、遗传分析以及基因定位等研究.

研究人员发现与野生型相比, 该突变体灌浆速率下降, 灌浆延长约30 d,且籽粒变大, 结实率下降. 相关生理指标测定表明, 突变体gef1在整个灌浆过程中光合同化物供应正常, 但同化物的分配与转化效率较低. 对突变体gef1组织细胞学观察发现, 穗轴与茎秆部位的大维管束数量减少, 表明同化物的运输效率降低是影响灌浆速率的原因之一; 颖壳内表皮细胞纵向伸长且数量增多, 推测籽粒大小的改变与细胞的数量及形状有关.

基因表达分析表明, gef1影响籽粒中糖代谢相关酶的表达; 遗传分析表明, 该突变表型受单隐性核基因控制, 利用图位克隆法将gef1基因定位于水稻第3染色体短臂标记InDel3-1与InDel3-2之间198 kb的范围内, 在该区域内尚未有与水稻籽粒灌浆相关基因的报道.

这些结果表明, gef1是一个灌浆延迟、籽粒变大突变体, 突变性状能稳定遗传, 连续世代自交不产生分离性状; 该性状由一对隐性核基因控制, 并将其定位于水稻第3染色体上, 为进一步研究水稻灌浆分子机制与调控网络奠定了基础.

（生物通）

原文检索：

杜康兮, 江青山, 徐培洲, 等. 水稻籽粒灌浆突变体 gef1 的鉴定及其基因定位. 科学通报, 2016, 61: 2800–2810
Du K X, Jiang Q S, Xu P Z, et al. Identification and gene mapping of a grain-filling mutant gef1 in rice (in Chinese). Chin Sci Bull, 2016, 61:2800–2810, doi: 10.1360/N972015-01412