水稻穗退化突变体spd11的遗传分析及候选基因鉴定

【目的】对水稻穗退化突变体spd11进行遗传分析及候选基因鉴定,以便了解水稻穗发育的调控机制。【方法】用化学诱变剂甲基磺酸乙酯（EMS）处理粳稻品种中花11的直立密穗突变体dep2,从突变体库中筛选到一份穗退化突变体spd11。观察该突变体表型,并调查其主要农艺性状。由于突变体不能结实,将可分离出spd11突变植株的株系分单株收种、种植,并对后代株系的分离情况进行调查统计,分析该突变性状的遗传行为。将spd11杂合植株与冈46B杂交的F₂后代作为定位群体,对spd11突变体进行基因定位,遴选候选基因并进行DNA测序验证;同时,对不同物种中spd11候选基因的同源基因所编码蛋白进行进化树和序列比对分析。【结果】与其对照亲本相比,spd11植株剑叶长度增加23%;穗部一次枝梗明显缩短,且一次枝梗数量减少58%。小穗几乎完全退化为白色絮状物,偶尔可见个别退化不完全的颖花着生,且该颖花仅由一个完全闭合的颖壳组成,不能正常结实。除此以外,spd11的分蘖数及剑叶宽等农艺性状无显著差异。遗传分析表明,在可分离出spd11突变株的后代中,一部分株系无分离,全部植株均为正常株,而另一部分株系有突变株分离,并且正常植株与突变植株分离明显,分离比例经卡方（χ²）测验符合3﹕1,表明spd11的突变性状由一对隐性核基因控制。利用分子标记将该突变基因定位于第1染色体长臂2个In/Del标记ch1-2295和ch1-2299之间约43.2 kb的区域内,遗传距离分别为0.23 cM和0.46 cM,该区间内共有8个预测基因。测序分析发现,spd11突变体中OsLOG编码区第116位碱基G突变为碱基A,造成编码蛋白的第39位半胱氨酸（C）突变为酪氨酸（Y）。同源蛋白比对和系统进化分析表明LOG蛋白在不同物种中都是高度保守的,并且spd11的突变发生在非常保守的氨基酸上。对已报道的多个log等位突变体的突变位点和突变表型严重程度的比对分析表明,spd11突变位点可能处于OsLOG蛋白功能的关键位点。【结论】SPD11可能是细胞分裂素激活酶基因OsLOG的等位基因,spd11在OsLOG外显子上一个关键位点发生了突变,导致OSLOG蛋白功能受损,使细胞分裂素的活化进程受阻,从而产生了穗退化的突变表型。