水稻窄卷叶突变体nrl4的表型分析与基因定位

[目的]研究水稻卷叶突变体叶形变化的分子机理,鉴定出新的水稻卷叶基因.[方法]利用EMS诱变籼稻品种浙农34,获得一个窄卷叶突变体,命名为nrl4(narrow and rolling leaf4).在抽穗期随机选取野生型浙农34和nrl4各10株,对其进行表型观察和主要农艺性状调查等,并测定叶绿素含量;同时用Zeiss荧光显微镜观察剑叶中部叶片横切面维管束的数目并统计泡状细胞数量.以多代自交稳定的突变体nrl4为母本与野生型浙农34杂交,观察植物F1和F2叶片表型,统计F2中性状分离比并作卡方测验,分析突变表型的遗传行为.利用nrl4与粳稻品种浙农大104杂交,采用F2分离群体进行基因精细定位.利用定量表达对定位区间内5个预测的基因进行相对表达量的分析.[结果]与野生型相比,窄卷叶突变体nrl4抽穗期时全部叶片卷曲且变窄、叶绿素含量升高;株高稍有增加,结实率增大,籽粒明显变长、变窄.窄卷叶突变体nrl4功能叶夹角不同程度减小,叶形更为直立.突变体叶近轴表面特有的泡状细胞数目降低、体积变小,导致叶片向内卷曲.突变体nrl4的叶脉数减少,叶片变窄,中脉一侧2个大维管束之间的小维管束平均为4.5个,而野生型为6.0个.遗传分析表明,突变体nrl4和浙农34杂交的F1表型正常,F2群体中正常植株与窄卷叶突变植株的分离比符合3∶1,表明突变体nrl4的突变性状受1对隐性核基因控制;利用SSR和InDel分子标记将nrl4定位在水稻第3染色体长臂3M11103和3M1115之间、物理距离约为53 kb的区间.在这一区间内,有5个预测注释基因,序列比对和表达分析表明在野生型浙农34和突变体nrl4之间,这些基因序列及启动子序列均未发生变化,但是LOC_Os03g19770在突变体叶片中的表达量显著增加.[结论]nrl4叶片变窄与维管束数目减少有关,叶片发生内卷与泡状细胞数目减少、体积变小有关.水稻窄卷叶突变体nrl4的性状由1对隐性核基因控制,该基因位于第3染色体InDe1标记3M11103和3M1115物理距离约为53 kb的区间内,预测区间内基因序列及5'UTR区未发现碱基变异,但LOC_ Os03g19770在突变体叶片中的表达量达到了野生型植株叶片的17.5倍,推测LOC_ 0s03g19770为候选基因.