摘要
本文共分为两个部分，第一部分为水稻粒型基因DGS1(DecreasedGrainSize1)的克隆与功能分析，第二部分为水稻白条纹基因WSL9(WhiteStripeleaf9)的克隆和功能分析。 第一部分:水稻的粒型对水稻产量起着非常关键的作用。本研究在本实验室前人定位的基础上进一步克隆和验证了控制籽粒大小的DGS1基因，初步探究了DGS1参与调控水稻粒型方面的分子机制，为改善水稻粒型和提高水稻产量等方面提供了理论基础。主要结果如下: 相比野生型南粳35，突变体dgs1植株株高降低、籽粒变小、分蘖变多。利用扫描电镜对野生型和突变体dgs1抽穗时期的颖壳进行观察，结果发现突变体中颖壳细胞变小。利用野生型与突变体杂交（包括正交和反交）、自交得到两个F2分离群体，遗传分析结果表明dgs1的突变表型为单隐性核基因控制。本实验室之前将DGS1定位于第3号染色体140kb的区域内，区间内有16个开放阅读框，通过基因测序，发现突变体中有18kb的缺失，包括LOC_Os03g49880的部分启动子序列、LOC_Os03g49890的整个基因序列和LOC_Os03g49900的C末端。本研究在此基础上对这个三个基因分别进行了转基因验证。LOC_Os03g49880编码一个已知的调控水稻分蘖的TCP家族转录因子TB1。TB1基因敲除家系表现出株高降低、分蘖增多、但籽粒大小不变。LOC_Os03g49890编码一个未知功能的蛋白，其敲除家系植株与野生型在株高、分蘖、粒型等方面均没有差异。LOC_Os03g49900编码一个RING(ReallyInterestingNewGene)家族C3HC4类型的锌指蛋白，该基因敲除家系表现出株高降低、籽粒变小的表型。因此，LOC_Os03g49900可能是控制水稻粒型的基因DGS1。进一步通过转基因互补实验，证实了LOC_Os03g49900的突变导致了突变体dgs1籽粒变小。 DGS1(LOC_Os03g49900)编码区全长1422bp，编码一个长度为474个氨基酸的未知功能的蛋白。DGS1的N端包含了7个跨膜结构域，C端包含了一个保守的C3HC4型的RING结构域。通过对DGS1蛋白序列在不同物种中的比较分析，发现DGS1蛋白在玉米、拟南芥等其他物种中是非常保守的。 通过荧光定量分析DGS1的组织表达，发现DGS1在穗部、根、叶、茎以及叶鞘等各个器官中几乎都有表达。亚细胞定位显示DGS1蛋白定位于细胞膜。网站预测DGS1启动子上有OsBZR1的结合位点，OsBZR1不仅是BR途径中的关键转录因子还参与植物中其他重要的生长过程。通过凝胶迁移实验、瞬时表达实验初步证明了OsBZR1可以结合DGS1的启动子，并影响DGS1的表达。 第二部分:叶绿体是光合作用的场所，研究叶色突变体对揭示光合作用机理、提高产量以及在杂交水稻生产上作为标记性状加以应用均具有重要意义。本研究从粳稻品种宁粳3号EMS诱变突变体库中筛选到一个苗期白条纹的叶色突变体wsl9。通过图位克隆与功能分析，初步揭示了WSL9在叶绿体早期发育中的作用。主要结果如下: 大田条件下，wsl9突变体在3叶期前表现出白条纹叶的表型，3叶期后开始转绿。选取3叶期的野生型与突变体进行叶绿素含量的测定，突变体wsl9中叶绿素的含量有明显的下降。叶绿体超微结构观察表明，突变体中没有完整的片层结构以及正常的类囊体结构，表明突变体早期发育异常。wsl9是一个对温度敏感的叶色突变体，在低温下表型更加明显。遗传分析结果表明wsl9突变表型受单隐性核基因控制。将突变体与9311杂交，构建F2遗传分离群体，将WSL9精细定位于第3染色体InDel标记N12与N3-11间的89kb，区间内有16个ORFs(OpenReadingFrames)。测序发现LOC_Os03g07370的编码区有一个单碱基的替换，导致了第128位的半胱氨酸到苯丙氨酸的变化。转基因互补实验证明LOC_Os03g07370就是导致wsl9突变表型的基因。WSL9编码了一个未知功能的蛋白，含有HNH(His-Asn-His)结构域，序列比对发现WSL9蛋白在高粱、玉米等其他物种中都相对保守。qRT-PCR结果显示WSL9在幼叶、根、茎、鞘、穗和老叶等器官中均有表达。WSL9蛋白与MORF蛋白、PPR蛋白WSL在酵母系统中存在互作，同时检测了wsl9突变体中叶绿体基因的RNA剪接和RNA编辑，结果表明突变体中rpl2的剪接发生缺陷，并且这种剪接缺陷在低温下更加明显。。核糖体RNA分析表明突变体中叶绿体23SrRNA和16SrRNA的含量显著减少，因此wsl9中叶绿体核糖体的生物合成受到阻碍。
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