摘要
水稻（Oryza sativaL.）是世界上最重要的粮食作物之一，提高水稻产量对于解决人类温饱问题具有重要的意义。叶片是水稻主要的光合器官，是水稻株型育种的重要组成部分。研究表明，叶片适度卷曲有利于植株叶片保持直立不披垂，增加中、下层叶片透光率，从而改善群体光照条件，为提高产量奠定了良好株型基础。但叶片早期过度卷曲也会影响植株生长发育，达不到理想效果。后期叶片中度卷曲是最理想的叶片卷曲类型，在水稻株型改良中具有重要的利用价值。课题组利用EMS诱变籼稻恢复系缙恢10号获得了一个遗传稳定的后期卷叶突变体lrl1，本研究从形态学、细胞学和生理学等方面全面鉴定了lrl1突变体，并进行了遗传分析和基因定位、候选基因预测和测序及已克隆卷叶基因在lrl1中的表达分析。主要研究结果如下: 1.lrl1突变体的表型和主要农艺性状分析 lrl1突变体的叶片在前期生长正常，而从第13叶龄后，上三叶开始沿叶脉向内卷曲，且随着生育期推进，卷曲度增加。在孕穗期，倒一叶、倒二叶和倒三叶的卷曲度分别为60.83％、58.63％和20.70％，在成熟期分别为73.66％、66.91％和45.81％。lrl1除倒一叶的叶宽显著变窄外，其他叶宽与野生型没有显著差异。与野生型缙恢10号相比，除lrl1的千粒重显著降低外，其它重要农艺性状如株高、有效穗数、每穗总粒数、实粒数、结实率以及穗长等均没有显著差异。说明该卷叶突变体不仅具有理想株型，还具有许多对育种有利的农艺性状，因而在株型育种中具有重要的应用价值。 2.lrl1突变体的细胞学分析 在抽穗期取新鲜的野生型和突变体叶片，将其制作成石蜡切片。在显微镜下观察叶片组织结构，结果发现lrl1卷叶突变体的叶片小维管束间的泡状细胞形态和数量存在差异:lrl1泡状细胞排列不规则、数量减少以及拐角处泡状细胞变大，使得小维管束之间的夹角变小，这些结构的变化可能引起了叶片的卷曲。 3.lrl1突变体的生理生化分析 在抽穗期测定了野生型缙恢10号和卷叶突变体lrl1的叶绿素含量及类胡萝卜素含量，结果表明lrl1的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素以及类胡萝卜素含量均高于野生型，达到极显著差异。进一步对野生型和突变体的光合特性进行分析，发现突变体净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均与野生型没有显著差异。 4.lrl1突变体的遗传分析 利用平展叶西农1A为母本与卷叶突变体lrl1杂交，F1植株叶片均表现为平展叶。F2群体出现明显的分离，抽穗期呈现叶片中度卷曲和正常叶片两种类型。其中正常植株为3005株，突变株为960株，经x2测验，正常株和突变株符合3∶1分离比（x2=1.30＜x20.05,1=3.84），由此表明该叶片卷曲受一对隐性核基因控制。 5.LRL1基因的分子定位、候选基因预测和测序 利用均匀分布于水稻12条染色体上的480个SSR标记对西农1A和lrl1进行多态性筛选，发现有98个标记存在多态性。然后以这些多态性标记对正常基因池和突变基因池进行基因连锁分析。结果发现，第9染色体上的SSR标记RM201与LRL1基因表现连锁。然后以960株突变株将LRL1基因初步定位于第9染色体Ind1和RM201之间，遗传距离分别为2.4 cM和4.0cM。经精细定位，最终将LRL1定位于第9染色体上的SWU-1和Ind6间812kb的区域。通过基因预测，在该区域共有129个基因，对其中3个可能与卷叶相关的基因测序，均无差异。 6.LRL1基因与已克隆卷叶基因的关系 本研究对已克隆的与泡状细胞变化相关的6个卷叶基因在突变体lrl1中的表达进行了定量分析。结果发现，基因ACL1、基因SRL1以及基因NAL7在突变体叶片中的表达量明显下调，ROC5和RL14表达量明显上调;而基因NRL1在野生型和突变体叶片中，表达量均极低，暗示这个基因在叶片部位可能没有表达。
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