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水稻是世界多国人民的主食,也是中国主要的粮食作物。粒型是影响产量的重要性状,通过筛选粒型育种人员育成了各种优秀的水稻品种。世界各地消费者对不同稻米粒型的喜爱程度各不相同,许多地方偏爱细长粒的米粒。因此,水稻种资源鉴定、基因定位以及与籽粒相关的基因功能分析具有重要意义,这将为水稻育种提供新的种质资源和重要线索。在本研究中,通过甲烷磺酸乙酯(EMS)诱变,我们分离出了两个与粒型相关的突变体,分别命名为gl和blg。主要成果如下:1.gl突变体与野生型的表型存在显著差异,表现在株型直立,分蘖更加紧密。与野生型相比,gl突变体中株高、粒长和籽粒长宽比显著增加,而穗长、每穗粒数和结实率则有显著降低。而gl突变体和野生型的粒宽、粒厚和千粒重方面则没有明显差异。2.通过扫描电子显微镜(SEM)观察发现,与野生型相比,gl突变体的粒长和小穗颍壳的宽度都更长。gl突变体外侧细胞长度和细胞数量相比于野生型也有显著增加。此外,在gl突变体中,颍片外表皮细胞和内表皮细胞均比野生型大。推测gl突变体是通过增加细胞分裂数目和促进细胞大小调节器官大小和籽粒长度。3.遗传分析表明,gl表型由单个隐性核基因控制。通过图位克隆,将Os GL定位在Indel标记R3M23和M3MS1之间的40 kb区域内。该目标区域内有5个基因,对5个基因进行测序和分析,除Os03g0407400外,其余四个基因没有多样性。在其第四个外显子中,发现G-A单碱基替换,导致PEBP-like结构域中的甘氨酸替换为精氨酸。该位点的改变导致突变体产生了Eco R I限制酶位点,从而开发了CAPS(Cleaved amplified polymorphic sequence)分子标记。通过对F2群体中的单株进行CAPS标记分型,我们进一步确认Os GL基因为调节籽粒大小的靶基因。4.通过分析参与细胞周期的基因的表达谱,例如CYCA2.1、CYCA2.2、CYCB2.2、CYCD4、CYCD7.1、CAK1和H1等基因在gl突变体中的相对表达上调,而通过细胞扩增调节水稻籽粒大小的基因如Os EXPA5、Os EXPA10、Os EXPB3、Os EXPB4和Os EXPB7则下调。5.比较了gl突变体和野生型籽粒的品质性状。与野生型相比,gl突变体的碱消值,蛋白质含量和胶稠度显著增加,而gl的垩白度和淀粉含量显著降低。gl突变体和野生型之间的直链淀粉含量没有显著差异。gl突变体胚乳中的复合淀粉颗粒排列紧密,呈规则的多面体状;而野生型胚乳的白色不透明部分中所含的复合淀粉颗粒则疏松排列,形状变为球形或椭圆形。快速粘度分析显示了gl突变体和野生型之间的分解粘度和消减值的对比差异。gl突变体的最终粘度、消减值和稠粘度比野生型高得多。与野生型相比,gl中的峰值粘度和分解粘度更低。对gl突变体和野生型的蛋白质分析表明,gl突变体中的谷蛋白含量略高,而gl突变体中的谷蛋白和球蛋白含量明显较高,但基于检验的结果并不显著。与野生型相比,gl突变体的谷蛋白含量显著降低了0.984%。gl突变体与野生型之间的脂肪酸比较结果表明,gl突变体中棕榈酸,硬脂酸和油酸含量高,而野生型中亚油酸含量高。6.blg突变体米粒为米黄色的长粒米。与野生型相比,其籽粒长度和重量增加,每穗粒数减少,而blg突变体与野生型之间的籽粒厚度,籽粒宽度和分蘖数则没有显著差异。7.遗传分析表明,blg表型受单个隐性核基因控制。通过图位克隆将OsBLG基因定位在3号染色体RM16和M3B15之间的54 kb区域内,该区域内有8个候选基因。测序分析发现除LOC_Os03g44500外,其他基因均无多态性。LOC_Os03g44500在17个外显子中有一个A-T取代,导致氨基酸从色氨酸(Try)变为苯丙氨酸(Phe)。OsBLG编码了丝氨酸/苏氨酸磷酸酶。8.q RT-PCR分析表明,OsBLG基因在穗中的表达水平比其他器官(根,茎和叶)高。尤其当穗长发育到4~6cm时,其表达量达到最大水平。与Osbgl突变体相比,调控细胞周期和细胞扩增的基因(如Os EXPA5、Os EXPA10、Os EXPB3、Os EXPB4和Os EXPB7)的相对表达下调。而控制细胞周期基因如CYCA2:1、CYCA2:2、CYCB2:2、CAK1、CDCD7.1和H1基因,与野生型相比,这些基因在blg突变体的穗中的表达量均明显上调。