摘要
农业生产中，温度可影响水稻的种植区域、播种时间和种植方式。若水稻播种期间遭遇低温，萌发进程减缓或停滞，种子霉变坏死，出苗率低、整齐度差，导致水稻减产减收。因此，水稻温度耐受性，特别是萌发阶段的低温发芽力（low-temperature germinability,LTG），是水稻育种重点关注的农艺性状，对其开展研究具有重要理论和实践意义。利用不同的遗传群体，水稻中已定位多个低温发芽力QTL，但最终被克隆和功能研究的低温发芽力基因非常有限。本实验室前期利用水稻染色体单片段代换系（SSSLs），定位到低温发芽力主效QTL qLTG3a，其可提高种子低温条件下萌发率和成苗率。在此基础上，本研究构建遗传分离群体对qLTG3a开展精细定位和候选基因分析，探究其机理。主要研究结果如下： 1、利用华粳籼74（HJX74）与携带主效qLTG3a单片段代换系材料S5杂交构建分离群体，从中鉴定到10份包含不同长度片段的次级SSSLs。在此基础上，对次级SSSLs进行低温发芽力鉴定，通过代换作图将qLTG3a目标区间界定到分子标记M5994-M4242范围内，物理距离为216kb。加密分子标记，最终定位目标区间在标记M6138-M6202间，缩小物理距离至64kb。该区间包含4个注释基因，分别为LOC_Os03g11590，LOC_Os03g11600，LOC_Os03g11614和LOC_Os03g11630。 2、对注释基因进行序列比对分析，结果显示LOC_Os03g11600外显子上存在一个碱基差异，但氨基酸序列无变化。LOC_Os03g11614的基因组序列差异导致S5的LOC_Os03g11614转录mRNA发生可变剪接，存在31bp缺失，编码蛋白翻译提前终止。LOC_Os03g11630基因组序列存在多个差异位点，但该基因在水稻各个组织中无表达。LOC_Os03g11590基因组序列无差异。进一步分析候选基因在低温条件下不同萌发阶段的表达水平，低温不影响LOC_Os03g11590和LOC_Os03g11600的表达水平，但LOC_Os03g11614的表达受低温诱导，且次级SSSLs ZRQ12中的表达量显著高于HJX74。生物信息学分析发现，LOC_Os03g11614编码OsMADS1转录因子，在种子发育和成熟阶段大量表达，能与多个MADS-box成员蛋白互作，其启动子区域能被DREBs/CBFs结合。综上，初步确定LOC_Os03g11614为qLTG3a的候选基因。 3、对qLTG3a的低温调控机理进行分析发现，HJX74在常温和低温下相对吸水量和吸水速率显著高于S5。HJX74和S5的α和β淀粉酶活性都随种子萌发迅速升高，但材料间无差异。分析GA含量和GA处理，发现qLTG3a的耐低温萌发与GA无关。利用定量PCR技术，分析低温应答关键基因的表达水平发现，低温条件能诱导多个WRKY基因和DREB1B的上调表达，且在ZRQ12中表达水平更高。 综上所述，本研究初步确定OsMADS1是水稻低温发芽力主效QTL qLTG3a的候选基因，且qLTG3a可能通过调节WRKY基因的表达响应低温。该研究为OsMADS1调控低温萌发的功能研究和解析萌发阶段低温应答的分子机制奠定了基础。
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