水稻穗粒数基因的精细定位及克隆

水稻是我国最重要的粮食作物之一，其高产、稳产对粮食安全至关重要。穗粒数是水稻产量构成的三大因素之一，对穗粒数基因的定位、克隆及功能研究具有重要的理论和实践意义。本项目利用高代回交导入系材料获得的两个穗粒数突变系，分别与早籼14（Indica）、特青（Indica）和日本晴（Japonica）等品种杂交组配定位群体，已经将两个穗粒数基因定位到第4（GNP4）和第6号染色体上（GNP6）；进一步利用大群体，精细定位目标基因，将控制穗粒数的基因精细定位到0.2cM范围内。其中GNP4已经初步定位到22kb范围内。通过对候选区域的序列分析和NCBI基因注解信息比对，确定GNP4的候选基因。通过荧光定量检测候选基因的表达规律，通过互补测验和目的基因的超表达分析等研究明确GNP4基因的功能和作用机理。

穗粒数、有效穗数和千粒重是影响水稻产量的主要因素，对水稻产量相关基因的研究具有十分重要的意义。本研究以两个穗粒数减少突变体为材料，克隆了两个穗粒数相关基因Gnp4和Gnp6。通过不同的作图群体将Gnp4定位到10.7kb的区间内，获得候选基因进行转基因功能验证。Gnp4编码一个394个氨基酸的核蛋白，C端含有一个植物中保守的未知功能域DUF3337。Gnp4在植物不同组织中广泛表达，尤其在茎和穗中高度表达。酵母双杂、BiFC和转基因等实验表明，Gnp4能够与LAX1、IAA5、IAA18蛋白互作，且LAX1发挥功能依赖于Gnp4功能的完整性。通过表型鉴定发现gnp4与lax1突变体具有相似的表型，且双突变体表型更为明显。表明Gnp4与LAX1共同调控水稻分蘖及二次枝梗的发育。将Gnp6定位到36.6 kb的区间内，获得候选基因进行转基因功能验证。Gnp6是MOC1的一个新的等位基因，转基因实验表明Gnp6控制水稻分枝发育，但MOC1控制分蘖的发育则须依赖于Gnp4蛋白的完整功能。这两个基因的克隆为水稻穗部枝梗发育调控机理的研究提供有利线索，具有重要的理论意义。