水稻多蘖矮杆基因Htdf的克隆及功能研究

Rice is one of the staple crops in the world. Its tiller number, plant height and fertility are important agronomical traits that determine grain yield. A rice mutant,the most obvious phenotypes of which are high tillering and dwarf with low fertility (named htdf),was identified from offsprings of transgenic rice cultival Taipei309 in our previous study. Genetic analysis showed that developmental abberant of htdf was attributed to the mutation of a single recessive gene. By map-based cloning,Htdf has been cloned and identified to encode a lipase. The research proposed herein aims to characterized its biological function,and to uncover the molecular signal pathway which Htdf may be involved in. The success of this project will facilitate our understanding on the genetics and molecular mechanisms underlying the high tillering and dwarf ,as well as its relevance on fertility, which will in turn benefit both rice breeding and rice biology.

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，分蘖、株高和育性是与水稻产量直接相关的农艺性状。在前期研究工作中，我们从水稻品种台北309转基因后代中发现了一个稳定的突变体（htdf）材料，明显的突变表型为矮杆、多蘖、育性低；遗传分析表明该突变体由单一隐性核基因控制；通过图位克隆，发现Htdf编码一个推测的脂酶蛋白。本项目拟在前期工作的基础上，通过对Htdf基因的表达模式、Htdf蛋白的生化活性、与Htdf基因功能相关的激素信号途径，以及htdf突变表型发生的细胞学基础等方面进行研究，揭示Htdf基因参与调控水稻分蘖、株高和育性等重要农艺性状的分子机制，为我们进一步了解植物发育的调控机制提供参考。

水稻是世界上最重要的粮食作物之一。株型是影响水稻产量的一个重要农艺性状。在本项目研究中，我们发现一个新的水稻多蘖矮杆突变体htdf（high tillering and dwarf with low fertility）。与野生型相比，该突变体的主要突变表型为植株分蘖数增加、株高变矮、结实率降低。组织学分析表明htdf突变体的矮化是由细胞分裂和伸长异常引起的；花粉活性降低导致突变体结实率降低；分蘖芽的促进生长引起突变体分蘖数增加。遗传分析表明，突变体htdf矮杆多分蘖性状由一对隐性核基因的控制。以突变体htdf与水稻品种明恢63进行杂交构建定位群体进行图位克隆分析，将矮杆多分蘖基因Htdf定位在水稻第1号染色体约90kb的物理区间内。测序比对分析发现，在定位区间一个预测基因的第二个外显子与内含子区域有375bp的片段缺失，我们把该基因定为Htdf的候选基因。遗传互补实验证明该候选基因能够使突变体htdf恢复野生型表型，表明该候选基因为Htdf基因。对HTDF氨基酸序列进行比对分析，发现HTDF属于一类脂酶蛋白，在双子叶植物和单子叶植物中高度保守。基因表达分析发现Htdf基因在大部分植物组织中表达，在愈伤组织和穗中的表达量最高；亚细胞定位分析发现HTDF蛋白定位于细胞质。此外，生长素与独角金内酯相关基因的表达分析，发现Htdf涉及生长素和独角金内酯的信号传导途径，但是施加外源的生长素或独角金内酯不能恢复htdf的野生型表型。所有结果表明Htdf在调控植物的分枝和株高调控过程中扮演了一个关键性的角色。