GLW7调控水稻粒型及每穗粒数的基因网络构建

Grain weight, as one determined factor of rice yield, is worthwhile to explore its genetic mechanism for rice breeding. We have identified one major quantitative trait locus GLW7 which controls grain weight, grain number and grain yield in tropical japonica and indica. However, temperate japonica mainly contains the small allele of GLW7. Further research will be carried out on the molecular mechanism of GLW7. Through developing the near isogenic lines in elite japonica varieties, the contribution of large grain hyplotype GLW7 will be revealed in improving the rice grain shape and yield, finally elite materials will be prepared for rice breeding. At the same time, two important GLW7 directly targeting genes are identified by integrating the RNA-seq with CHIP-Seq data, and their roles on the regulation of grain size will be analyzed by rice transgenic plants. Our study will dissect the molecular mechanism of grain weight through cytological and molecular genetic approaches.

粒重作为水稻产量的构成因素之一，解析其遗传及调控机制对水稻育种起到很重要的作用。我们已经克隆到一个在籼稻和热带粳稻群体中同时控制粒长及千粒重的主效基因GLW7，而在温带粳稻中此基因以小粒基因型为主，进一步研究表明，此基因还对穗型及每穗粒数有很大贡献，但对于GLW7在粳稻育种中的应用前景及分子调控机制还需要深入研究。本课题将选取两个目前正在种植的含小粒基因型的优良温带粳稻品种，通过遗传杂交构建含大粒基因GLW7的近等基因系，评估GLW7在温带粳稻粒型及产量改良中所起的作用，为水稻育种储备材料；同时利用转录组分析以及CHIP-seq，找到GLW7的直接调控基因，深入研究它们对粒型调控的分子机理，阐明GLW7对粒重及产量的调控机制，构建GLW7与其它已知主效粒型基因的调控网络。

水稻作为重要的粮食作物之一，研究其产量的遗传和调控就尤其重要。在本研究中，我们对300多份国内外粳稻栽培品种的分析表明，GW3p6和GLW7均是在GSQ6为优良基因型的基础上，再发生了改变，从而出现了GW3p6和GLW7的各自的优良基因型。基于此研究，我们把优良等位基因GLW7、GW3p6和GSQ6通过杂交选育导入到温带粳稻龙粳31和武运粳中，获得了粒长、粒重都有显著提高的包含三个基因的不同组合的品系，为水稻育种储备材料。通过CHIP-seq鉴定了三大类GLW7直接结合的靶位点，进一步研究表明GLW7通过直接调控GLWIP-1而控制粒型和穗粒数发育；同时通过基因编缉试验获得了GLW7启动子区的关键调控位点。初步解析了GLW7对水稻粒重及产量的调控机制，本研究为温带粳稻品种改良提供了理论基础和前提条件。