一个新的水稻多蘖基因的图位克隆和功能分析

Rice tillering is one of the most important agronomic traits that determine plant architecture and ultimately the grain yields in rice. Up to present, more than 10 high-tillering genes has been cloned. Previous studies on these rice tillering mutants showed that the plant height and some other agronomic traits were affected besides the tillering number. The high tillering 1 (ht1) mutant which had been reported was the only one mutant that significantly increased the tillering numbers without influencing the plant height and setting percentage. It is unclear that the regulatory mechanism of ht1 is dependent or independent of the known mutants. Thus, the study on the cloning and analyzing the function of the dominant (High-tillering 1) HT1 gene will be a lasting interest in understanding the tillering regulatory pathway as well as promoting the application value in rice breeding. Currently, we have mapped the HT1 gene on the long arm of the chromosome 10 within a physical distance of 60kb by molecular mapping technology, and found one candidate gene(ORF3). At present program, we plan to further complement the candidate gene through the genetic complementary test and confirm the HT1 gene. Furthermore, some double mutants of ht1 mutant and other known tillering-related mutants will be constructed, aiming to further analyze the function of HT1 gene by using histological anatomy，physiology, biochemistry, molecular biology, informatics, genetics and yest two-hybrid system knowledge and approaches. Our interest is to understand the molecular mechanism of the tillering promotion by HT1 gene and the possible molecular regulation pathway, which will positively benefit the agricultural application of HT1 gene in rice breeding.

水稻分蘖在决定株型和产量方面具有重要作用。到目前为止，虽克隆了10多个多蘖基因，但这些多蘖突变体，除分蘖变化外，株高和育性均降低。多蘖突变体ht1，是目前唯一报道的分蘖数显著增加而株高和育性不受影响的水稻显性多蘖突变体。其调控机制和已有的多蘖突变体是否一致，还不清楚。因此，对多蘖基因HT1进行克隆和功能分析研究具有十分重要的理论和实际意义。我们已将该显性多蘖基因HT1精细定位于水稻第10号染色体长臂上60kb的物理距离内，并找到一候选基因ORF3。本研究拟在前期研究的基础上，构建转化载体，通过遗传互补的方法确认它是造成多蘖突变的HT1基因；并进一步通过构建和其它分蘖突变体的双突变体，利用组织解剖学、植物生理学、生物化学、分子生物学、生物信息学、遗传学和酵母双杂等理论和方法，分析HT1基因的生物学功能，探讨其可能的调控途径，为最终利用该基因奠定基础。

水稻分蘖在决定株型和产量方面具有重要作用，但分蘖是一个复杂的生物现象，对水稻已有分蘖突变体的研究表明，存在多条途径影响分蘖的发生，这些突变体，除分蘖数目变化外，株高和其它农艺性状也均发生变化。而我们在新稻18（粳稻）的大田中发现一株分蘖力很强的自然突变体ht1，在最大分蘖期和抽穗期调查其分蘖数，分蘖数分别为46.8±3.5和36.6±2.5，是其野生型新稻18的(最大分蘖期13.6±1.9) 3.44倍和(抽穗期11.6±1.1)3.2倍，是目前唯一报道的分蘖数显著增加而株高和育性等其它农艺性状不受影响的水稻多分蘖突变体。经遗传分析表明，该突变基因受单显性核基因HT1控制。我们利用极端个体定位法将HT1基因精细定位于第10染色体长臂上标记CAPs1和SSR3之间60kb的区间内。在定位区段内，对野生型和突变体的DNA序列进行测序比对，发现突变体中HT1的第三个外显子上发生了A-G的突变，并且在起始密码子ATG前的非编码区600bp处，突变体DNA序列比野生型多了一段GGTGGAAAG。这段序列刚好是一段增强子序列。而HT1基因编码一种反转录酶，主要分布于细胞分裂旺盛的组织中，并对细胞的分裂起着重要的调控作用，与水稻的生长发育密切相关，调控水稻分蘖的发生。将该基因干扰掉后，分蘖数显著减少，株高降低。将该基因转到其他分蘖力弱的水稻中，该水稻的分蘖数显著增加。通过外源激素（生长素、细胞分裂素和独脚金内酯）处理实验，发现多分蘖突变体ht1 对外源激素的处理不敏感。通过突变体和野生型的内源激素（生长素、玉米素核苷、脱落酸和赤霉素）测定试验，表明其内源激素和野生型差别不明显。因此，该基因通过激素途径调节分蘖数目增多的可能性较小，而很有可能是通过增强子增强了该基因的表达量，从而引起分蘖数的增加。该项目的研究成果为多分蘖发生的分子调控机理研究提供了一条新的研究思路，并为最终利用该基因奠定了坚实的基础。