提高水稻穗粒数和产量的DEP5基因克隆和功能分析

Grain number per panicle, an important component of grain yield, is controlled by quantitative trait loci (QTLs). Here we identified a major QTL：DEP5（Dense and Erect Panicle 5）, which effects on grain yield. By map-based cloning，DEP5 was narrowed down to a 43Kb region on chromosome 8, in which there is only one gene displaying sequence difference. The expression of DEP1were upregulated in the NIL-dep5 plant, indicating that DEP5 maybe regulate rice panicle development by interacting with DEP1. This work will focus on investigating the DEP5 function using the NIL-DEP5 near-isogenic lines, and analyzing the regulatory networks of rice panicle development by RNA-seq and the relationships between DEP5 and DEP1,then study the mechanism of DEP5 in rice panicle development.

增加水稻穗粒数是提高水稻产量的重要途径之一。然而，穗粒数是多基因和环境协同控制的复杂数量性状，目前对其分子调控机制的认识仍十分有限。我们利用一个直立穗水稻材料，通过QTL分析鉴定了一个主效QTL：控制直立密穗性状和增加穗粒数，我们将其命名为DEP5（Dense and Erect Panicle 5）。DEP5基因定位于第8号染色体上的43kb区段内，测序发现该区段内只有一个候选基因存在序列上的差异。表达分析显示，DEP1的表达在NIL-dep5上调，表明DEP5在水稻穗发育调控网络中可能与DEP1相互作用。本研究将围绕DEP5功能解析，利用NIL-DEP5近等基因系，通过RNA-seq比较分析DEP5的调控网络，分析DEP5与DEP1间相互关系等手段来研究DEP5基因在水稻穗发育调控中的作用机制。

水稻作为最重要的粮食作物之一，其产量提升一直是人们关注的热点。而增加穗粒数是提高产量的有效途径之一。穗粒数是由多基因控制的复杂数量性状，近年来多个控制水稻穗粒数的的主效QTL相继被克隆。然而，水稻穗粒数的调控机制并不十分清楚。在本研究中，我们通过QTL分析，鉴定了一个新的穗粒数主效QTL，将其命名为qDEP5（Dense and Erect Panicle 5）。通过连续的回交，获得了一对qDEP5的近等基因系（NILs）。相比NIL-DEP5，NIL-dep5一次枝梗、二次枝梗和穗粒数都有显著增加。通过图位克隆获得DEP5候选基因。通过遗传互补实验进一步表明qDEP5基因为目标基因。.定量PCR和GUS染色分析表明，DEP5在水稻整个维管束系统中均有显著表达，同时发现其在气孔和根尖静止中心（QC）也有表达。融合蛋白DEP5-GFP定位于细胞核与细胞质中。.酵母双杂交证实DEP5可以和DEP1相互作用，通过RNA-seq分析，发现DEP5与DEP1存在400多个共同调控的基因，并发现DEP5与DEP1可能共同调控细胞分裂素途径来调控水稻穗粒数的形成。.DEP5的克隆有助于我们进一步理解穗发育的分子机制和调控网络，同时作为控制重要水稻农艺性状的新基因，qDEP5的克隆为水稻分子聚合育种和产量改良提供一定的理论支持。