水稻产量性状基因研究进展

Ghd7：穗粒数、株高、抽穗期
DEP1：穗形、穗粒数、着粒密度
初步定位：F2(SN265/NIP、NJ11) 精细定位：NIL 杂交类型：粳稻X籼稻
• DEP1 位点编码与磷脂酰乙醇胺结合蛋白有类似 功能域的蛋白。在该位点上的显性基因是由于获 得性突变造成的，导致少编码了一个类似于磷脂 酰乙醇胺结合蛋白的蛋白。从而促进细胞分裂， 降低穗颈节长度并使稻穗变密、枝梗数增加、每 穗籽粒数增多，从而促进水稻增产15%-20%。
组中的位置。 • 重要性：作物中绝大多数重要农艺性状和
产量性状都是数量性状.
QTL定位：按图索骥
初步定位
精细定位
拿出基因
统计分析
遗传图谱 性状数据
标记数据
初级作图群体
亲本P1 X 亲本P2
极端定位法
• 原理：同混池法 • 适合：抗病、效应较大 • 极端个体挑选
已经克隆的水稻重要产量QTL
基因
GS3 OsPPKL1 (GL3) qSW5/GW5 GW2 GS5 OsSPL16(GW8) Gn1a Ghd7 DEP1 IPA1
GS5：粒宽、粒重
GW8（ OsSPL16 ）：粒宽、品质
• 初步定位：SSSLs (Basmati385/HJX74) • 精细定位：NIL/HJX74 • 杂交类型：籼稻X籼稻
• 编码启动子结合蛋白，高表达GW8将会促进细胞分裂、 种子灌浆，从而增加粒宽和产量。而Basmati中GW8的缺 失则会形成细长种子，提高品质。
• Gn1a（ OsCKX2 ）编码细胞氧化/脱氢酶。Habataki 中
OsCKX2 基因在5‘ 非翻译区和第1个外显子上分别缺失16 个和6个碱基，而且第4外显子发生了3个碱基的置换，这 些导致了其蛋白产物的差异。 • Gn1a合成的酶有分解细胞因子的作用，该基因表达的减 弱，使得细胞分裂索在花序分生组织中累积，增加繁殖器 官的数目，使得穗粒数增多，最终提高水稻的产量。 • OsCKX2 在叶片、茎、花序分生组织和花中表达强烈，在 茎尖分生组织表达较弱，而在根与胚中不表达。
qSW5/GW5:粒宽
GS5：粒宽、粒重
• 初步定位：DH（ZS97/H94) • 精细定位：NIL/BC3F2(DH/ZS97) • 杂交类型：籼稻X籼稻
• GS5 编码丝氨酸羧肽酶。GS5 能够上调细胞周期 基因的表达，促进细胞分裂而增加细胞数目以及 增加横向的生长正向调控籽粒的大小.
• GS5 影响籽粒大小是由于其启动子的变异造成的.
• GS3 在幼穗中表达，并随着穗子发育而减少，在其它组 织如胚、茎端分生组织、叶和茎中有微弱表达，但在根冠 中大量表达 .
GS3：粒长、粒重
GW2：粒宽、粒重
• 初步定位：F2 (WY3/FAZ1) • 精细定位：NIL/BC4F2(F1/FAZ1) • 杂交类型：粳稻X籼稻 • 亲本差异(千粒重）： • WY3=41.9 • FAZ1=17.9
IPA1(OsSPL14)：株型
• 初步定位：BC2F2(SNJ/TN1) • 精细定位：BC2F2(SNJ/TN1) • 杂交类型：粳稻X籼稻
• IPA1 编码类OsSPL14，并受微RNA OsmiR156 的调控。 在营养生长期，OsSPL14 控制水稻分蘖；在生殖生长期， OsSPL14 的高表达促进了穗分支。OsSPL14 的一个点突 变扰乱了OsmiR156 对OsSPL14 的调控，OsSPL14 突变 后，使得水稻分蘖减少、穗粒数和千粒重增加，同时茎秆 变得粗壮，抗倒伏能力增强，进而提高产量 。
Gn1a（ OsCKX2 ）：穗粒数
Ghd7：穗粒数、株高、抽穗期
• 初步定位：F2：3群体、RIL（ZS97/MH63） • 精细定位：NIL/BC2F2 (RIL/ZS97) • 杂交类型：籼稻X籼稻
• 明恢63 Ghd7 cDNA全长1013 bp，编码一 个由257氨基酸组成的核蛋白，该产物是一 个CCT(CO, CO-LIKE and TIMING OF CAB1)结构蛋白，与拟南芥CO蛋白的CCT 域有很大的相似性，但又有明显的不同。
控制性状
粒长、粒重 粒长 粒宽、粒重 粒宽、粒重 粒宽、粒重 粒宽、品质 穗粒数 穗粒数、株高、抽穗期 穗形、穗粒数、着粒密度 株型（分蘖少、抗倒伏、）
位置
3 3 5 2 5 8 1 7 8 8
时间
2006 2012 2008 2007 2011 2012 2005 2008 2007 2010
GS3：粒长、粒重
个Kelch功能域上保守的AVLDT区域的D364E的稀有等位变异qgl3 导 致长粒表型 。
• 在水稻种有两个同源基因OsPPKL2、 OsPPKL3
qGL3（ OsPPKL1 ）：粒长、粒重
Gn1a（ OsCKX2 ）：穗粒数
• 初步定位：BILs(Habataki/Koshihikari) • 精细定位：NIL(Habataki/Koshihikari) • 杂交类型：粳稻X籼稻
• GW5 编码一个144 氨基酸组成的核定位蛋白，该蛋白包含一个核定 位信号和一个富精氨酸区域。
• GW5 与多聚泛素有相互作用，通过泛素蛋白酶体途径调节粒宽和粒 重。GW5 功能的缺失将不能将泛素转移到靶蛋白上，因而使得本应 降解的底物不能被特异识别，进而激活颖花外壳细胞的分裂，从而增 加颖花外壳的宽度，最终谷壳的宽度、粒重以及产量都得到了增加。
• 初步定位：NIL/BC3F2(C7/MH63) • 精细定位：NIL/BC3F2(F1/MH63) • 杂交类型：籼稻X籼稻
• GS3 含5个外显子，编码一个由232 个氨基酸组成的跨膜 蛋白 .与小粒品种相比，大粒品种GS3 第2 外显子中编码 第55 位半胱氨酸的密码子TGC 突变成终止密码子TGA， 造成蛋白翻译提前终止(缺失了178 个氨基酸).
QTL克隆成功因素
• 1、亲本差异较大 • 2、合适的群体数 • 3、覆盖完整的标记
THANK YOU!
• GW2含8 个外显子,编码一个环型E3 泛素连接酶，位于细 胞质中,可能参与降解促进细胞分裂的蛋白, 从而调控水稻 谷的大小。
• FAZ1的GW2 编码425 氨基酸蛋白产物，而WY3由于第4 外显子上一个碱基的缺失，引起GW2 等位基因在转录过 程中提前终止了翻译，产物只保留有115 氨基酸。
水稻产量性状பைடு நூலகம்因研究进展
韩保林 2012.12.31
质量性状与数量性状
• 质量性状
• 数量性状
质量性状与数量性状
• 间断分布 • 能明确分组 • 单基因
连续分布 不能明确分组 多基因（1主+多微）
质量性状与数量性状
相对
什么是QTL?
• QTL=quantitative trait locus • 中文：数量性状座位或者数量性状基因座 • 含义：指的是控制数量性状的基因在基因
• 亲本差异（千粒重）： • N411=72.13 N643=17.80 93-11=30.08
• qGL3（ OsPPKL1 ）编码一个属于蛋白磷酸酶PPKL家族的丝氨酸/苏
氨酸磷酸酶。通过调控细胞周期蛋白控制水稻籽粒大小和产量。 • qGL3 在水稻粒长调控中发挥负调节子的作用，位于OsPPKL1中第二
GW2：粒宽、粒重
qSW5/GW5:粒宽
• qSW5: • 初步定位：F2 (Nipponbare/Kasalath) • 精细定位：NIL/BC3F3(F2/Kasalath) • GW5： • 初步定位：CSSLs RIL(IR24/Asominori) • 精细定位：NIL/BC4F2(CSSL28/Asominori) • 杂交类型：粳稻X籼稻
• GW8影响籽粒大小和品质是由于其启动子区造成的10-bp 碱基缺失造成。
• OsSPL16优先在发育中的穗部表达，穗长达到7CM时表 达最高。 而在根、颈、叶鞘、顶端分生组织培、幼穗表 达较少
GW8：粒宽、品质
qGL3（ OsPPKL1 ）：粒长、粒重
： • 初步定位 F2(N411/N643) ： • 精细定位 NIL/BC2F3(N411/9311) ： • 杂交类型 粳稻X籼稻