两个水稻颖壳颜色突变体的遗传分析与基因定位

两个水稻颖壳颜色突变体的遗传分析与基因定位水稻色素不仅对其自身生长发育有重要生理作用,而且在育种上及景观园艺应用等均比较广泛。

在EMS诱变粳稻长粒粳(CLG)的突变体库内筛选到一个金黄色颖壳与节间突变体gh881。

与野生型相比,突变体的颖壳与节间均呈金黄色;除单株有效穗数外,gh881突变体的株高、每穗总粒数及实粒数、结实率和千粒重等主要性状均极显著降低。

遗传分析和基因定位结果表明,gh881的表型受1对隐性核基因控制,位于第2号染色体短臂,并最终将该基因精细定位于标记FH-13和RH-25之间,物理距离约33.2Kb,该区域中包含四个开放阅读框(ORFs)。

序列分析结果表明,发现其中一个编码肉桂醇脱氢酶(CAD)的基因
OsCAD2(Os02g0187800)的第3563bp处发生了一个单碱基突变(G转换为A),导致该基因编码区的第297位氨基酸由甘氨酸突变为天冬氨酸,由此认为该突变体表型为OsCAD2基因单碱基突变所致。

qRT-PCR结果表明,突变体的节间中OsCAD2相对表达量极显著下调,而在剑叶叶鞘及穗部则基本极显著增加,其他相关基因也发生显著变化,证实OsCAD2是木质素代谢中的重要基因,且可能与其他相关基因存在反馈调节。

同时在该突变体库筛选出一个颖壳褐色与胚乳垩白突变体clg-642。

与野生型相比,突变体颖壳颜色呈褐色,胚乳垩白度明显增大;胚乳扫描电镜图片及直链淀粉含量定量分析表明,突变体胚乳中淀粉颗粒排列疏松且呈圆形,直链淀粉含量较之野生型降低了17.5%;除单株有效穗数和株高与野生型没有显著差异外,
突变体clg-642的结实率、每穗总粒数、每穗实粒数和千粒重等主要农艺性状均
极显著降低。

遗传分析结果表明,clg-642受1对单隐性核基因控制;利用MutMap方法进行基因定位,在第4号染色体长臂获得 2.52Mb的候选区域,并在该区域筛选到19个可靠的SNPs位点,位于12个候选基因上;序列分析及酶切消化结果显示,其中一个编码细胞壁糖苷水解酶的基因OsCIN2(Os04t0413500)的第3个外显子的1659bp处存在一个SNP(SNP-20,423,829),该位点由原来的G转换为A,导致该基因编码蛋白多肽链氨基酸序列第159位的丙氨酸突变为苏氨酸,因此认为
clg-642表型为OsCIN2单碱基突变,致使功能改变而出现改表型。

qPCR结果表明,基因OsCIN2在水稻籽粒灌浆早期就开始发生作用,且在胚乳发育的不同时期影
响淀粉合成与代谢相关基因表达。