中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (7): 1260-1274.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.07.005
朱洪慧(), 李映姿(
), 高远卓, 林泓, 王成洋, 晏紫仪, 彭瀚平, 李田野, 熊茂, 李云峰(
)
收稿日期:
2022-12-08
接受日期:
2023-01-16
出版日期:
2023-04-01
发布日期:
2023-04-03
联系方式:
朱洪慧,E-mail:1365358436@qq.com。李映姿,E-mail:1121962708@qq.com。朱洪慧与李映姿为同等贡献作者。
基金资助:
ZHU HongHui(), LI YingZi(
), GAO YuanZhuo, LIN Hong, WANG ChengYang, YAN ZiYi, PENG HanPing, LI TianYe, XIONG Mao, LI YunFeng(
)
Received:
2022-12-08
Accepted:
2023-01-16
Published:
2023-04-01
Online:
2023-04-03
摘要:
【目的】 水稻产量由单位面积有效穗数、每穗粒数和粒重3个因素构成,其中,粒重主要由水稻的籽粒形态决定。筛选和鉴定新的粒型突变材料和基因,可为产量性状的分子设计育种奠定基础。【方法】 在籼稻保持系西大1B(XD1B)的甲基磺酸乙酯(EMS)诱变群体中鉴定到一个短宽粒突变体short and widen grain 1(swg1);分析籽粒形态和其他农艺性状,并对颖壳进行组织细胞学观察分析;运用BSA法进行基因定位;通过遗传互补试验确定候选基因;采用qRT-PCR分析该基因的表达模式及其他粒型相关基因和细胞发育基因的表达水平。【结果】 农艺性状分析发现,与野生型相比,swg1突变体粒长显著降低,粒宽显著增加,表现出短宽粒的表型;进一步组织和细胞学分析,发现突变体颖壳纵向细胞变短是粒长变短的主要原因,而粒宽增加是由于颖壳横向细胞数目和细胞大小同时增加。遗传分析结果表明,该突变性状受隐性单基因控制,通过图位克隆与遗传互补验证,确定候选基因为LOC_Os07g42410,编码一个植物特异转录因子。qRT-PCR分析发现该基因表达无明显的组织特异性,在茎、叶、幼穗中表达强烈。通过对已知粒型相关基因、细胞周期和细胞扩展相关基因进行分析,发现通过正向调控颖壳横向细胞数目和(或)细胞大小决定粒宽的GS5和GW8在突变体中上调明显,而正向调控纵向细胞数目和大小并负向调控横向细胞数目和大小的GW7/GL7在突变体明显下调;另外,部分与细胞周期和细胞扩展相关的基因也在突变体和野生型之间的表达也呈现显著差异。【结论】 SWG1编码一个植物特异的转录因子,通过调控粒型基因(GS5、GW8和GW7/GL7等)影响颖壳的细胞增殖和细胞扩展,从而决定水稻籽粒长度和宽度。
朱洪慧, 李映姿, 高远卓, 林泓, 王成洋, 晏紫仪, 彭瀚平, 李田野, 熊茂, 李云峰. 水稻短宽粒基因SWG1的图位克隆[J]. 中国农业科学, 2023, 56(7): 1260-1274.
ZHU HongHui, LI YingZi, GAO YuanZhuo, LIN Hong, WANG ChengYang, YAN ZiYi, PENG HanPing, LI TianYe, XIONG Mao, LI YunFeng. Map-Based Cloning of the SHORT AND WIDEN GRAIN 1 Gene in Rice (Oryza sativa L.)[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(7): 1260-1274.
表1
引物序列"
引物名称 Primer name | 正向序列 Forward sequence (5′-3′) | 反向序列 Reverse sequences (5′-3′) | 用途 Purpose |
---|---|---|---|
RM234 | TTCAGCCAAGAACAGAACAGTGG | CTTCTCTTCATCCTCCTCCTTGG | 定位 Mapping |
RM21934 | GCAGCAGTGTTGTACTGTTCTTCG | GGGAGGGCTTACTCTGTATCAGG | |
RM21968 | GTCATCGACATCCAGCTTCAAGG | TCGACTCCATTATCGGATGTGC | |
RM21979 | ACGCCGCGAGATAGTTATCAACC | GAGCACGGTGTTGTAGGAGACG | |
ACTIN | TGGCATCTCTCAGCACATTCC | TGCACAATGGATGGGTCAGA | qRT-PCR |
qSWG1 | TGCGTGATAGCCTAGAACGAAG | CTGGAATCAGCACTCCTGGATG | |
qOsEXPB2 | TCGTCTACACCAACGACTGG | CATGAACGGGTACTGGTTGG | |
qOsEXPB3 | TTCTCGTCGATGACCTCCTG | AGGGTGGTTGACGCATCTTA | |
qOsEXPB4 | GTCGGTCTGTGTTGCGATTTG | CCTCCATTTCCCACACAGCTT | |
qOsEXPB5 | AAGGCTGTGGCTTGATTGACA | TTAGGCCCAATTTTGCTATTTTG | |
qOsEXPB7 | ACGGTGATCATCACGGACAT | TCGAAGTGGTACAGCGACACT | |
qOsEXPB10 | TGACCAACTACAACGTGGTCCC | GCCAGTGTATGTTTTGCCGAAG | |
qCycA1;1 | CTTTCGGTTGACGAGACGATGT | CGCTGCAAGGAACCTAGAACTG | |
qCycA2;1 | AATATTGAGCGAAACAGGGACAG | AGGAAGCACACATTTGAGGATTT | |
qCycA3;2 | AGGTTGTCAAGATGGAGAGCGA | CGCTTTTTGTCTTCCTGGCA | |
qCycB1;1 | CACTCTCAAGCACCACACTGGA | ACAACCCTCAGCTTGCTCTCAG | |
qCycB2;1 | CGCTTGCAGCAACCGAGTA | CATCCATCAGCTCAAACTTGTGAT | |
qCycB2;2 | CTCAAGGCTGCACAATCTGACA | GCATTGACGGCTGGAATTTG | |
qGS5 | CATTCCATGCAAATGCCAGTGGAC | CAGCCCTGCTTTGATGAGCTTG | |
qGW2 | CAGCAGCGCATTCCCAGTTTTC | GTGGTCAGCCGAGCACTCTC | |
qGL3.1 | TCACAACTCCCAGGATAGG | TTTGTCTCGCTCGCTCAT | |
qGW8 | AGGAGTTTGATGAGGCCAAG | GCGTGTAGTATGGGCTCTCC | |
qGL6 | TCTGCTTGACATGTGACAGGA | GAGGATGTTGGAGAGGTCGC | |
qGL7 | CCCCTAGCATCGACACCAAG | CGGGTTCCAGCACTCCTCT | |
qTGW2 | CCCGGAAACTGTCTCATCAC | GAACTGAGCCCTCATCTTGG | |
qTGW6 | TTGAACTTGCAAAAGGCAGA | CGGTTCCCCTAATGCAGAT | |
qGS2 | ACCACTCTCTTTACCCTGCT | CGGGTTCCAGCACTCCTCT | |
qGS3 | CATCGGAGAAGCGAAGTCAT | TTGAGGTTGAAGGAGGAGGA |
图2
野生型和swg1颖壳的组织细胞学分析 A:扫描电镜下野生型的颖壳外表面,标尺=4 mm;B:扫描电镜下野生型的外稃外表皮局部,标尺=400 μm;C:野生型小穗横切面的石蜡切片,标尺=2 mm;D:野生型小穗横切面的石蜡切片局部及细胞类型标注;E:扫描电镜下突变体的颖壳外表面,标尺=4 mm;F:扫描电镜下突变体的外稃外表皮局部,标尺=400 μm;G:突变体小穗横切面的石蜡切片,标尺=2 mm;H:突变体小穗横切面的石蜡切片局部及细胞类型标注;I:外稃纵向上外表皮细胞数目的统计;J:外稃纵向上外表皮细胞长度的统计;K:外稃横向上外表皮细胞数目的统计;L:外稃横向上外表皮细胞宽度的统计;M:外稃横向上内表皮细胞数目的统计;N:外稃横向上内表皮细胞数目的统计;O:外稃横向上厚壁细胞数目的统计;P:外稃横向上厚壁细胞面积的统计。LE:外稃;OEP:外表皮细胞;SC:厚壁细胞;PA:内稃;IEP:内表皮细胞"
表3
定位区间内的注释基因"
序号Number | 基因名称 Locus name | 基因注释 Gene annotation |
---|---|---|
1 | LOC_Os07g42390 | 含有DUF581结构域的蛋白,表达DUF581 domain containing protein, expressed |
2 | LOC_Os07g42395 | DNA定向RNA聚合酶II亚基RPB9,推测,表达 DNA-directed RNA polymerase II subunit RPB9, putative, expressed |
3 | LOC_Os07g42400 | 转座子蛋白,推测,未分类,表达Transposon protein, putative, unclassified, expressed |
4 | LOC_Os07g42410 | 转录因子Transcription factor |
5 | LOC_Os07g42420 | 3-氧酰基合酶,推测,表达3-oxoacyl-synthase, putative, expressed |
6 | LOC_Os07g42430 | 表达蛋白质Expressed protein |
7 | LOC_Os07g42440 | 乙醇酸氧化酶Glycolate oxidase |
8 | LOC_Os07g42450 | 核糖体蛋白S2,推测,表达Ribosomal protein S2, putative, expressed |
9 | LOC_Os07g42460 | 转座子蛋白,推测,未分类,表达Transposon protein, putative, unclassified, expressed |
10 | LOC_Os07g42470 | 表达蛋白质Expressed protein |
11 | LOC_Os07g42490 | 水稻蔗糖合酶Sucrose synthase in rice |
12 | LOC_Os07g42500 | FYVE锌指结构域蛋白,表达FYVE zinc finger domain containing protein, expressed |
13 | LOC_Os07g42510 | 含有AP2结构域的蛋白,表达AP2 domain containing protein, expressed |
14 | LOC_Os07g42520 | 客观的,推测,表达Dirigent, putative, expressed |
15 | LOC_Os07g42530 | 转座子蛋白,推测,未分类,表达Transposon protein, putative, unclassified, expressed |
16 | LOC_Os07g42540 | 转座子蛋白,推测,Pong亚类Transposon protein, putative, Pong sub-class |
17 | LOC_Os07g42550 | 表达蛋白质Expressed protein |
18 | LOC_Os07g42560 | 表达蛋白质Expressed protein |
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