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水稻是世界上最主要的粮食作物。分蘖数和株高是水稻株型构成的两个最重要农艺性状,为了阐明水稻分蘖和株高的分子调控机理,从而为培育具有理想株型的超级水稻品种提供分子基础和理论依据,我们分离鉴定了一个矮生多分蘖水稻突变体dt,分析鉴定表明该突变体与已报导的dwarf27(d27)等位。
突变体d27的表型主要是矮化和多分蘖,由一个细胞核基因的隐性突变所引起。解剖学和组织学研究表明突变体的多分蘖性状是由于分蘖芽生长的抑制作用被解除或者被弱化的结果、其细弱茎秆和细窄叶片是由于细胞数目减少造成的。对突变体幼苗期内源游离态生长素IAA和成熟叶片内源细胞分裂素CK的含量测定表明,IAA含量没有降低,Zeatin和一些修饰状态的CK含量升高。另外,赤霉素GA和多效唑PCA处理幼苗8天后测定第二叶鞘长度的结果表明,突变体和野生型对GA的响应一致。不同浓度IAA和6-BA对幼苗水培处理6-8天,根长测定结果显示,幼苗时期突变体和野生型根对1AA和CK信号反应没有差异。
通过分子标记连锁分析将基因D27初步定位在第11染色体上,位于标记C189和RM206界定的区间;再扩大定位群体和发展CAPS标记将该基因精细定位在BAC克隆OSNBa0029K08上大约18-kb的DNA区间内。通过对该区间突变体和野生型基因组DNA测序以及几个栽培水稻品种间DNA序列比对分析,发现突变体在定位区间内有一个AAGG4-bp缺失。利用RACE技术得到该基因1,257-bp的全长cDNA,与基因组序列比对发现该基因有七个外显子,4-bp缺失突变发生在基因第4个外显子上,导致基因翻译提前终止,产生突变体表型。D27基因对突变体表型的功能互补和野生型转化RNAi实验证实D27就是目标基因。D27基因在突变体背景下的过量表达能够恢复突变表型,并不会出现新表型。
定量PCR结果表明D27基因在水稻的叶、茎秆、穗和根都有不同程度表达,其中在地上部分表达较强,向幼穗表达最强。同时,全长基因融合GFP瞬时转化洋葱表皮细胞和烟草原生质体BY2实验发现该基因定位在细胞质的某一类细胞器内。
氨基酸序列同源性分析表明D27基因在高等植物中保守性很强,它与拟南芥At1g03055基因的蛋白氨基酸同源性高达52%,但该基因的生物学功能未知。虽然Microarray结果分析表明大多数表达发生变化的基因功能未知,但发现突变体的OsCKX2表达量上调,OsCKX9下调。RT-PCR验证和定量PCR分析表明OsCKX2主要在茎和叶鞘内表达,而OsCKX9在幼嫩叶片表达。
D27基因的图位克降、表达模式以及功能的研究,将有助于阐明水稻分蘖生长调控的分子机制,对该基因在水稻育种实践中的应用也将具有十分重要的意义。