摘要
自sd-1矮杆基因利用实现水稻第一次绿色革命以来，生产上矮杆基因利用的隐性化、单一化来了品种遗传基础狭窄、杂种优势利用配组有局限和F1株高增加倒伏严重等问题，因而发掘创建新的矮源具有重要意义。本论文围绕新矮源水稻半矮杆多分蘖（semidwarf and high-tiliering，sdt）基因的定位克隆和功能开展研究，旨在深入理解水稻矮杆基因调控机制,为水稻育种提供理论和技术支撑。 本论文获得以下主要结果: 1)sdt基因的表型遗传研究:sdt基因控制水稻株高和分蘖特性并呈半显性，在皖稻44(WD44)背景下，sdr基因导致株高降低24％、分蘖数增加31％;统计发现sdt的矮化方式属于dn-typc的矮化方式，即每一节间都缩短。细胞学研究显示与WD44-SDT相比，WD44-sdt的节间分生组织的纵向分裂能力而不是伸长能力受到抑制。通过图位克隆将sdt基因定位到水稻基因组六号染色体长臂约100.8cM的位置;进一步的精细定位得到的最终卡位区段大小26.3kh，位于标记3554P2和5453P之间。 2)sdt基因的克隆:该区段的三个预测基因中，只有第一个id为LOC Os6g44034.1的基因在常规PCR扩增 DNA片段测序时，能够发现在WD44-sdt与WD44-SDT的相对应DNA序列存在差异。后续TAIL-PCR实验证实WD44-sdt中的该基因的第二外显子到第二内含子的DNA序列存在缺失，且缺失部分被一段来源于水稻线粒体的基因组DNA片段替代。这段插入序列导致该基因位点在WD44-sdt中，提前识别位于插入序列的“polyA信号”序列，导有致提前结束转录，所得mRNA的长度比WD44-SDT中要短。基于这些结果，我们将这个基因位点列为sdt基因的候选基因 3)sdt基因的功能分析:序列比对发现sdt候候选基因编码水稻microRNA156h(OsmiR156h)前体，且由于 WD44-sdt中的mRNA的3'端变短，导致OsmiR156h的的 prc-mRNA表达量变高，相应的成熟体的表达量也升高。遗传验证发现用自身启动子驱动表达sdt基因的cDNA可以使WD44-SDT背景的转基因植株出现类以WD44-sdt的表型，并且Actin启动子驱动表达sdtSDT cDNA都可以出现株型更矮且伴随分蘖更多的转基因植株—这说明sdt对水稻株高和分蘖数的调控存在剂量效应OsSPLs作为OsmiR156的靶基因，其过量表达可以导致水稻分蘖数减少的表型;相应的，大部分存在OsmiR156调控位点的OsSPLs，在WD44-SDT中的表达量比WD44-sdt高。 4)sdt基因的应用研究:统计WD44背景下一对近等基因系材料的农艺性状，可以发现，WD44-sdt与 WD44-SDT相比，有更高的收获指数（提高5.7％）和单株产量（提高8.8％）以及更低的倒伏指数（降低46％）将sd基因与OsSPL14WFP基因聚合，可以在“理想株型”基因的基础上提高植株的抗倒能力和收获指数，进而提高产量。sdt基因与 sd-1基因的功能可以相加。将sdt引入含有sd-1基基因超级稻杂交组合中（Anxuan6-sdt/Anxuan6分别与XinanS杂交），单株可以增产23％。 从上面的结果可以看出，我们克隆的sdr基因是一个新的有增产潜力的矮源。这种新矮源可能为解决泛使用sd-1基因带来的一系列育种的问题提供有效途径，重要的是其与sd-1的作用可以相加。并且由于sdt基因具备半显性的特征，可以直接用杂交稻F1的生产，对育种有很大的利用价值。除此之外，我们发现的这种通过调节microRNA的前体mRNA的3'端及polyA以别位点来影响mRNA稳定性和表达的机制值得近一步研究和利用。
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