中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (3): 429-441.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.03.001
张必东1,2(), 林泓1, 朱思颖1, 李忠成1, 庄慧1, 李云峰1(
)
收稿日期:
2023-07-05
接受日期:
2023-08-28
出版日期:
2024-02-01
发布日期:
2024-02-05
通信作者:
联系方式:
张必东,E-mail:vacom30@163.com。
基金资助:
ZHANG BiDong1,2(), LIN Hong1, ZHU SiYing1, LI ZhongCheng1, ZHUANG Hui1, LI YunFeng1(
)
Received:
2023-07-05
Accepted:
2023-08-28
Published:
2024-02-01
Online:
2024-02-05
摘要:
【目的】水稻是世界性的粮食作物,其籽粒形态直接影响水稻的最终产量和营养品质,进而影响其经济价值。此外,水稻花发育与籽粒形态又具有复杂的相关性,探究新的水稻花发育调控基因及其分子调控机制可以为培育籽粒更大、更饱满的水稻品种奠定基础。【方法】在利用甲基磺酸乙酯(ethyl methyl sulfonate,EMS)诱变西大1B(籼稻保持系)得到的突变体库中鉴定到一个颖壳和浆片发育异常且矮化的突变体abnormal hull 1(ah1);观察并统计野生型和突变体的农艺性状;选取各个时期的小穗,对突变体的组织学、形态学变化进行分析;采用ah1和籼稻温敏不育系56S构建F2分离群体,并将其用于遗传分析和基因定位;提取野生型和突变体的幼穗RNA并将其反转录为cDNA,对花发育调控基因和ABA合成关键基因的表达量进行RT-qPCR分析。【结果】农艺性状分析表明,突变体ah1各节间的大幅缩短直接导致其矮化;同时,突变体的小穗畸形严重,结实率极低。组织学和形态学分析发现,ah1小穗主要表现为内外稃、浆片和雄蕊等花器官发生了不同程度的退化,部分严重的小穗出现了花器官特征和花分生组织确定性的改变,且伴随大面积的白化,根据其退化程度的不同可分为一般和严重2种类型。遗传分析发现分离群体中野生型和突变体的比值为3﹕1,表明ah1突变性状受1个隐性基因控制。AH1定位于第1染色体上的分子标记RM6716和RM128之间,物理距离近8 Mb,对突变体进行重测序分析后发现该区间内的LOC_Os01g53450和LOC_Os01g51860在野生型和突变体之间出现了变异,因此,将这两个基因暂定为候选基因。RT-qPCR分析表明,在突变体幼穗早期发育过程中,各花器官发育调控基因的表达量发生了显著的变化;同时,ABA合成关键基因OsNCED1/OsNCED2/OsNCED3/OsNCED4/OsNCED5的表达严重受阻。【结论】AH1对于维持水稻内外稃等花器官的形态建成起到至关重要的作用,将LOC_Os01g53450和LOC_Os01g51860暂定为候选基因。
张必东, 林泓, 朱思颖, 李忠成, 庄慧, 李云峰. 水稻颖壳异常突变体ah1的鉴定与候选基因分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(3): 429-441.
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表1
引物序列"
引物 Primer | 正向序列 Forward sequence (5′-3′) | 反向序列 Reverse sequence (5′-3′) | 用途 Purpose |
---|---|---|---|
RM6716 | CCTATGCGATCTCCTATTTGG | CGAGTCAGACACGTACTACTGC | 定位 Mapping |
RM128 | TGATTTCTTGGAAGCGAAGAGTGAGG | CCTCCTTGTGCTCAGCCATGC | |
RM1268 | GCTGTCACTGACCGAGCGTAGG | TCGAGAGATCCAATCCAGTTTGC | |
ACTIN | GACCCAGATCATGTTTGAGACCT | CAGTGTGGCTGACACCATCAC | RT-qPCR |
OsMADS14 | CTCATCATCCTCCTTCAT | GCTACATCCTCTATCCTT | |
OsMADS15 | GCTGAATCCGAGAGTGAG | TGAGGTGTTTGTGACATTTG | |
OsMADS18 | GGTGATGAATATGGAATT | CTTATATGCTTCAGAGAAT | |
OsMADS2 | ATGATTGAGGAGGCACTT | TCGTCTTCCAGCATCTTAT | |
OsMADS4 | CCAATCTGCGGGACAAGA | AGCCAAATTGGCAGTGCTC | |
OsMADS16 | TTCGCCACAGGAAGTATCA | CCTCGTAGGAGTGCTTCA | |
OsMADS3 | CGATCATATGGTTAATAACCCA | AGACGAGTTGCCAAAGTTCGA | |
OsMADS58 | ATATCACCACCATGAACCA | TTCTTCCGTGCTCTAATCT | |
OsMADS13 | AGAGCCAGGAAGAATGAA | ATGTTGTCGTTCTGAAGC | |
OsMADS1 | GCTGCAACTACAACTCACAGG | TGATGGTGAGCATGAGGGTG | |
OsMADS5 | ACTGAACTAAGCAATTACCAAGA | CAAGTCCTCGCCAAGAAG | |
OsMADS7 | ATCTTGATTCATTAGGCATAA | TTGTCCTTGTAGTTCTGA | |
OsMADS8 | GCACATTAGATCCACAAG | TTCTTCTGAGGCACTTAT | |
OsMADS34 | AGGAATATGTGAACTTGAA | TTCTGACTACTTGACTCT | |
DL | CCCATCTGCTTACAACCGCTT | GTTGGAGGTGGAAACCGTCG | |
OsMADS6 | TGATGATGGAACAAGTGGAG | TTGTGCTTGAGTTGCCTAT | |
OsMADS32 | GGAGTTTGTCGAGAGGTACGA | CTGAACGTCAAGCGTCCATC | |
SL1 | AAGCATCCAGGGTTACTAA | GCAGAACCTACACTCGTA | |
FON1 | TGCGTGAAGGAGGACAACATCATC | AGCAGCAGGTTCGTCTCCCTGTT | |
OsNCED1 | AAGCAGACCGAGCAAGAG | ATTCGTCGTAGCAATAACAGTTC | |
OsNCED2 | AGCCAATGTTATGACTCT | TCTGTAGATTACGGTGAG | |
OsNCED3 | AGGATATGCTCACATACAG | AGAATCTCACCGAATTGG | |
OsNCED4 | ACGATGATCCACGACTTC | ATCTCCTGGAGCTTGAAC | |
OsNCED5 | ATCAAGAAGCCATACCTGAA | CTGCTCAAGCTCGATCTC | |
LOC_Os01g51860 | TGAAGGAATCTGCTGAAGT | AGTATCTGAGGACCACAATT | |
LOC_Os01g53450 | ACGGAATGGCACAGTGGGAC | GGTCCCATGCCGTACTCTTGAG |
图1
野生型(WT)和突变体ah1的小穗表型分析 A1:野生型小穗;A2:去除内外稃后的野生型小穗;A3:Sp6期的野生型花原基;A4:Sp8期的野生型花原基;A5:野生型小穗的横切面;B1:ah1的小穗;B2:去除内外稃后的ah1的小穗;B3:Sp6期一般表型的突变体的花原基;B4:Sp8期一般表型的突变体的花原基;B5:一般表型的ah1的小穗横切面;C1和C2:突变表型严重的完整小穗及去除内外稃后的小穗;C3:Sp6期严重表型的突变体的花原基;C4:Sp8期严重表型的突变体的花原基;C5:严重表型的ah1的小穗横切面;D1和D2:内稃伸长、外稃退化、浆片异常发育的ah1小穗(类型Ⅰ);D3:退化的内稃,D2红框内的放大图;D4:D2小穗中异常发育的浆片;D5:D1小穗退化内稃的横切图;D6:D1小穗异常浆片的横切图;E1和E2:雄蕊雌蕊化、内外稃退化、浆片伸长的ah1小穗(类型Ⅱ);E3:退化的外稃,E2红框内的放大图;E4:E2小穗中伸长的浆片;E5:ah1中的双花小穗(类型Ⅲ)。le:外稃;pa:内稃;lo:浆片;st:雄蕊;pi:雌蕊;sl:护颖;rg:副护颖;mrp:内稃边缘;dl:退化的外稃;ele:伸长的外稃;alo:异常的浆片;elo:伸长的浆片;ex-floret:额外的小花;*:雄蕊。标尺:A1和A2均为5 000 µm;B1、B2、C1、C2、D1、E1和E5均为1 000 µm;A4、A5、B4、B5、C4、C5、D4、D5和D6均为500 µm;D2、E2均为2 000 µm;A3、B3、C3、D3、E3和E4均为100 µm"
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