水稻穗粒数及叶宽窄变化的遗传及细胞分子机制研究

遗传改良是提升作物产量和品质的最重要推动力，但其潜力的发挥受到了常规育种技术的严重制约。基于功能基因组学知识和技术的分子设计育种是克服常规育种技术瓶颈的有效途径。品种分子设计的核心是对关键基因或QTLs功能的认识，因此水稻产量及重要农艺性状基因的克隆及功能鉴定成为了研究的热点。我们从大穗型籼稻品种桂朝2号群体中鉴定了一个自然发生的小穗窄叶突变体gl3，遗传分析表明gl3为单基因控制。利用gl3与广亲和粳稻品种02428的12125株F2群体，把gl3定位到第3号染色体长臂端245kb区域的范围内。本研究将进一步精细定位及克隆gl3，进而分析其功能，剖析野生型GL3在我国杂交稻亲本中的遗传变异，明确GL3基因控制穗粒数与叶宽的细胞分子机理，为我国新兴起的分子品种设计提供重要的设计元件，也为我国超级稻育种提供基因资源和理论依据。

本项目针对一个小穗窄叶突变体进行了表型考查、遗传分析、基因定位、基因候选及克隆研究。旨在为我国新兴起的分子品种设计提供重要的设计元件，也为我国超级稻育种提供基因资源和理论依据。. 本项目为青年基金，研究经费20万，研究期限为3年，任务是分离克隆影响小穗窄叶的基因gl3，发表1-2篇SCI论文，并培养1-2名研究生。到目前为止，对gl3突变体进行了精细定位、基因候选以及遗传转化，并已获得T0代转基因苗，分离克隆工作基本完成，培养了一个名硕士(已毕业)，另一名硕士生接替功能研究工作，目前已发表3篇SCI论文，影响因子超过7分。本项目还未最后完成，该突变体基因的功能研究还在进行，我们将继续开展后面的工作，直至项目圆满完成，所取得的成果也将标注由本基金项目资助。对目前已取得的成果总结如下：. 1、鉴定了一个在回交过程中自然发生的小穗窄叶突变体gl3 (grain number and leaf shape)，与桂朝2号的回交F1群体不出现小穗窄叶表型，在F2群体中分离出1/4比例的小穗窄叶植株，表明gl3由隐性单基因控制。. 2、通过分析gl3与对照桂朝2号及02428的F2大群体，把gl3精细定位在第3号染色体的长臂未端标记M21与M22之间的31kb区域内。基因注释表明，定位区间内有6个表达基因。. 3、通过全基因重测序方法，获得突变体gl3与桂朝2号的基因组序列；通过表达谱芯片分析，获得突变体gl3与桂朝2号的差异表达基因。通过定位区间内基因组的结构与表达差异，确定了一个基因注释编号为LOC_Os03g63580的磷酸酯酶基因为候选基因，并进行了遗传转化，基因的功能研究正在进行。已有的研究表明，LOC_Os03g63580是一类基础代谢酶基因，参与糖类(碳水化合物)与脂类代谢；在突变体中的表达量大幅降低，低于对照桂朝2号表达量的1/2，影响了植株的生长发育。. 4、细胞学剖析发现，小穗窄叶植株中的根系皮层薄壁细胞减少，导致根系变细；茎杆细胞、外围维管束减少，导致茎杆变细；叶脉数减少导致叶片变窄。由此表明，突变体gl3植株个体变小变细是由于营养器官细胞数目减少所致。