





中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (24): 5097-5109.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.24.001
庄丽华1,2(
), 罗磊1,2, 赵春芳2, 王纪忠1, 张亚东2,*(
), 赫磊2,*(
)
收稿日期:2025-06-11
接受日期:2025-08-07
出版日期:2025-12-22
发布日期:2025-12-22
通信作者:
联系方式:
庄丽华,E-mail:15109655052@163.com。
基金资助:
ZHUANG LiHua1,2(
), LUO Lei1,2, ZHAO ChunFang2, WANG JiZhong1, ZHANG YaDong2,*(
), HE Lei2,*(
)
Received:2025-06-11
Accepted:2025-08-07
Published:2025-12-22
Online:2025-12-22
摘要:
【目的】粒型是影响稻米产量和品质的重要农艺性状,其发育受籽粒三维形态(粒长、粒宽、粒厚)的协同调控。鉴定和克隆粒型调控基因,可丰富水稻籽粒发育调控的分子机理,为水稻高产分子设计育种提供理论基础和基因资源。【方法】从粳稻品种南粳9108的甲基磺酸乙酯(EMS)诱变突变体库中筛选获得一个稳定遗传的粒型突变体sgd13(small grain and dwarf 13)。通过对突变体的籽粒形态、千粒重、结实率、单株产量、株高、穗长等表型进行统计。利用石蜡切片、扫描电镜分析颖壳和茎秆的细胞数目及大小变化。sgd13分别与南粳9108正反交进行遗传分析。利用sgd13与南粳9108构建的F2群体,通过BSA-seq技术进行基因定位。使用SWISS-MODEL网站预测野生型和突变体蛋白的三维结构。【结果】sgd13籽粒显著变小变窄,粒长减少19.98%,粒宽减少7.81%。与WT相比,sgd13的株高、穗长、单株产量明显降低。sgd13节间数目与WT没有明显差异,但其第1、2、3和6节间长度均变短。经细胞学分析,发现sgd13的颖壳和茎秆细胞变小、变少,表明sgd13可能通过调控细胞分裂与扩张影响器官发育。遗传分析证实,该性状受单隐性核基因控制,通过BSA-seq将候选基因定位为LOC_Os01g52550,该基因编码三磷酸腺苷(ATP)结合盒(ABC)转运蛋白。ABC转运蛋白包含2个典型的核心结构域:高度保守的核苷酸结合结构域(NBD)和不太保守的跨膜结构域(TMD)。在sgd13突变体中,其基因外显子区域发生单碱基替换(T→A),此突变恰好位于NBD结构域。这一单碱基替换直接导致编码的氨基酸由谷氨酸(E)变为天冬氨酸(D)。由于谷氨酸与天冬氨酸在侧链结构和化学性质上存在差异,这种改变极有可能影响SGD13蛋白质的空间结构,进而干扰其正常功能,最终导致突变体sgd13产生独特的表型。遗传互补试验表明,导入野生型LOC_Os01g52550可使sgd13的粒型恢复至野生型水平。【结论】sgd13突变表型受一对单隐性核基因控制,为LOC_Os01g52550突变所致。该基因外显子区的T→A突变导致NBD结构域的谷氨酸变为天冬氨酸,影响了蛋白的三维结构。
庄丽华, 罗磊, 赵春芳, 王纪忠, 张亚东, 赫磊. 水稻粒型突变体sgd13的鉴定及其基因定位[J]. 中国农业科学, 2025, 58(24): 5097-5109.
ZHUANG LiHua, LUO Lei, ZHAO ChunFang, WANG JiZhong, ZHANG YaDong, HE Lei. Identification and Gene Mapping of Rice Grain Shape Mutant sgd13[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(24): 5097-5109.
表1
引物序列表"
| 引物名称 Primer name | 引物序列 Primer name Primer sequence (5′-3′) | 用途 Purpose |
|---|---|---|
| seq-sgd13-F seq-sgd13-R | GATCGGCATTCTTCACTGTGG TGGAATGGCACTCCCTGAAC | 鉴定sgd13突变位点的测序引物 Sequencing primers for identifying the sgd13 mutation site |
| gd13-MluCIF sgd13-MluCIR | TGCATGCTGCACCAGCTTTTCTAA AACGTATTGCCATTGCACGG | 鉴定sgd13突变位点的dCAPS分子标记 dCAPS marker for genotyping the sgd13 mutation site |
| COM-sgd13-F COM-sgd13-R | GGACCTGACATGTTCAATCTCCT AATACCCGGGTTTGGTGCTT | 互补载体构建 Complementary vector construction |
表3
水稻sgd13突变位点分析"
| 染色体 Chromosome | 物理位置 Physical location (bp) | 基因型 Genotype | 位置 Location | 基因位点名称 Name of gene locus | 功能类型 Function type |
|---|---|---|---|---|---|
| Chr.1 | 581447 | G/A | 基因间区 Intergenic | / | / |
| Chr.1 | 5569468 | G/A | 基因上游 Upstream | LOC_Os01g10504 | / |
| Chr.1 | 7646648 | G/A | 基因间区 Intergenic | / | / |
| Chr.1 | 12711496 | G/A | 基因间区 Intergenic | / | / |
| Chr.1 | 24333007 | G/A | 基因间区 Intergenic | / | / |
| Chr.1 | 25001139 | C/T | 基因间区 Intergenic | / | / |
| Chr.1 | 25577375 | C/T | 基因间区 Intergenic | / | / |
| Chr.1 | 27410330 | C/T | 基因间区 Intergenic | / | / |
| Chr.1 | 30113852 | C/T | 基因间区 Intergenic | / | / |
| Chr.1 | 30191986 | T/A | 外显子 Exonic | LOC_Os01g52550 | 非同义突变 Non-synonymous mutation |
| Chr.1 | 32405502 | C/T | 基因间区 Intergenic | / | / |
| Chr.1 | 32928221 | T/TA | 基因下游 Downstream | LOC_Os01g56990 | / |
| Chr.1 | 33733260 | C/T | 3′端非翻译区 3′-UTR | / | / |
| Chr.1 | 34069876 | C/T | 基因间区 Intergenic | / | / |
| Chr.1 | 34550111 | T/A | 基因上游 Upstream 基因下游 Downstream | / | / |
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