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。