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.
ZHANG BiDong, LIN Hong, ZHU SiYing, LI ZhongCheng, ZHUANG Hui, LI YunFeng. Identification and Candidate Gene Analysis of the ABNORMAL HULL 1 (ah1) Mutant in Rice (Oryza sativa L.)[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(3): 429-441.
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"
[1] |
doi: 10.1038/353031a0 |
[2] |
doi: 10.1093/pcp/pcf010 |
[3] |
pmid: 11832239 |
[4] |
doi: 10.1093/aob/mcm143 pmid: 17670752 |
[5] |
pmid: 17616563 |
[6] |
pmid: 12815719 |
[7] |
doi: 10.1007/s00497-002-0151-7 |
[8] |
doi: 10.1371/journal.pgen.1000818 |
[9] |
doi: 10.1104/pp.104.045039 |
[10] |
doi: 10.1105/tpc.112.097105 |
[11] |
doi: 10.1242/dev.00294 |
[12] |
doi: 10.1023/A:1025401611354 |
[13] |
doi: 10.1007/s00425-003-1066-8 |
[14] |
doi: 10.1534/genetics.107.071746 |
[15] |
doi: 10.1093/pcp/pcn050 |
[16] |
doi: 10.1093/genetics/165.4.2301 |
[17] |
doi: 10.1023/a:1006051911291 pmid: 9869408 |
[18] |
doi: 10.1105/tpc.105.037200 |
[19] |
doi: 10.1105/tpc.111.087007 pmid: 21810995 |
[20] |
doi: 10.1093/mp/sst003 |
[21] |
doi: 10.1105/tpc.018044 |
[22] |
doi: 10.1111/tpj.2007.52.issue-4 |
[23] |
|
[24] |
|
[25] |
doi: 10.1111/tpj.2005.43.issue-6 |
[26] |
|
[27] |
doi: 10.1007/s00425-005-0141-8 |
[28] |
doi: 10.1007/s11103-005-2161-y |
[29] |
doi: 10.1016/S1016-8478(23)13260-2 |
[30] |
doi: 10.1111/j.1365-313X.2009.04101.x pmid: 20003164 |
[31] |
doi: 10.1104/pp.110.156711 |
[32] |
doi: 10.1007/s11103-012-9958-2 |
[33] |
doi: 10.1105/tpc.109.068742 |
[34] |
doi: 10.1104/pp.112.200980 pmid: 22891238 |
[35] |
doi: 10.1016/j.ydbio.2005.03.016 |
[36] |
doi: 10.1111/j.1365-313X.2009.03913.x pmid: 19453444 |
[37] |
|
[38] |
doi: 10.1016/j.jplph.2014.06.022 |
[39] |
pmid: 16511358 |
[40] |
doi: 10.1007/s00425-021-03802-1 pmid: 34842977 |
[41] |
doi: 10.1016/j.pestbp.2015.05.006 |
[42] |
pmid: 16299174 |
[43] |
doi: 10.1111/j.1365-313X.2011.04871.x pmid: 22126457 |
[1] | 郭乃辉, 张文忠, 圣忠华, 胡培松. 利用CRISPR/Cas9技术编辑MODD增强水稻休眠性[J]. 中国农业科学, 2024, 57(2): 227-235. |
[2] | 张亚玲, 付忠举, 李雪, 孙宇佳, 赵羽涵, 顾欣怡, 王艳霞, 靳学慧, 吴伟怀, 华丽霞. 黑龙江、四川和海南省稻作区水稻穗腐病病原比较分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(2): 278-294. |
[3] | 王慧玲, 闫爱玲, 王晓玥, 刘振华, 任建成, 徐海英, 孙磊. 葡萄果粒质量相关性状全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(8): 1561-1573. |
[4] | 温一博, 陈淑婷, 徐正进, 孙健, 徐铨. DEP1、Gn1a和qSW5组合应用调控水稻穗部性状[J]. 中国农业科学, 2023, 56(7): 1218-1227. |
[5] | 李儒香, 周恺, 王大川, 李巧龙, 向奥妮, 李璐, 李苗苗, 向思茜, 凌英华, 何光华, 赵芳明. 水稻CSSL-Z481代换片段携带的穗部性状QTL分析及次级代换系培育[J]. 中国农业科学, 2023, 56(7): 1228-1247. |
[6] | 赵梓钧, 吴如会, 王硕, 张君, 游静, 段倩楠, 唐俊, 张新芳, 韦秘, 刘金艳, 李云峰, 何光华, 张婷. 水稻PDL2的突变导致小穗外稃退化[J]. 中国农业科学, 2023, 56(7): 1248-1259. |
[7] | 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. |
[8] | 张绩, 周上铃, 何发, 刘莉莎, 张玉娟, 何晋宇, 杜晓秋. 水稻α-淀粉酶基因的表达模式与颖花开放的关系[J]. 中国农业科学, 2023, 56(7): 1275-1282. |
[9] | 李浩, 陈金, 王洪亮, 柳开楼, 韩天富, 都江雪, 申哲, 刘立生, 黄晶, 张会民. 红壤性水稻土有机无机复合体中碳氮特征对长期施肥的响应[J]. 中国农业科学, 2023, 56(7): 1333-1343. |
[10] | 贺江, 丁颖, 娄向弟, 姬东玲, 张向向, 王永慧, 张伟杨, 王志琴, 王伟露, 杨建昌. 水稻分蘖期干物质积累对大气CO2浓度升高和氮素营养的综合响应差异及其生理机制[J]. 中国农业科学, 2023, 56(6): 1045-1060. |
[11] | 王脉, 董清峰, 高珅奥, 刘德政, 卢山, 乔朋放, 陈亮, 胡银岗. 小麦苗期根系性状的全基因组关联分析与优异位点挖掘[J]. 中国农业科学, 2023, 56(5): 801-820. |
[12] | 贾晓昀, 王士杰, 朱继杰, 赵红霞, 李妙, 王国印. 陆地棉高密度遗传图谱的构建及产量相关性状的QTL定位[J]. 中国农业科学, 2023, 56(4): 587-598. |
[13] | 谢军, 尹学伟, 魏灵, 王子芳, 李清虎, 张晓春, 鲁远源, 王秋月, 高明. 垄作直播控制灌溉对水稻产量和温室气体排放的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(4): 697-710. |
[14] | 刘刚, 夏快飞, 吴艳, 张明永, 张再君, 杨金松, 邱东峰. 水稻耐热新种质R203的创制与应用[J]. 中国农业科学, 2023, 56(3): 405-415. |
[15] | 景立权, 李凡, 赵一函, 王训康, 赵福成, 赖上坤, 孙小淋, 王云霞, 杨连新. 稻田伴生浮萍碳、氮汇及对水稻产量影响的研究进展[J]. 中国农业科学, 2023, 56(23): 4717-4728. |
|