水稻作为单子叶模式植物,是研究功能基因组学的重要物种,成为了国内外分子领域研究的热点。目前,在杂交水稻生产中所用的不育系普遍存在包穗现象,对杂交水稻制种产生了严重的影响。利用包穗突变体克隆控制该表型的突变基因,研究包穗形成的分子生物学机制,对于降低制种成本,提高杂交种的产量和质量具有重要的研究意义。我们在日本粳稻品种Kitaake组织培养过程中发现了1个包穗突变体sui2,在对其表型特征进行鉴定和细胞学形态观察基础上,利用图位克隆技术对其进行基因定位、转基因验证以及相关基因转录水平分析。主要结果如下:1、表型分析表明:包穗突变体sui2的穗部被剑叶叶鞘包裹,其包裹的程度介于半包裹和全包裹之间,倒一、倒二节间长度都相应缩短,尤其是倒一节间的长度缩短更为显著。此外,sui2还表现出植株矮化、分蘖数增加、每穗粒数减少、结实率下降、籽粒变大、剑叶变窄、倒一和倒二叶的夹角显著增大。突变体sui2倒一节间的缩短是导致植株矮化的主要原因。2、利用PI染色法对倒一节间特定位置的组织染色,激光共聚焦显微镜观察横截面以及纵切面。与野生型相比,突变体薄壁细胞数目没有明显减少、薄壁细胞的体积变小、细胞长度和宽度均明显缩短,表明突变体sui2的矮秆及其包穗表型是细胞伸长受阻所导致的。此外,还观察到茎秆壁增厚、空气髓腔减小、维管束数目减少的现象。3、遗传分析表明:该包穗性状受1对显性基因控制。而后,SUI2基因被定位在水稻第4号染色体上分子标记S4-14.1和S4-14.2之间,物理距离为110 Kb的区间内。对区间内的14个基因的基因组进行了测序,没有发现序列碱基上的变化,说明sui2的突变表型并不是由于DNA水平上的序列差异引起的。通过定量分析,在sui2中LOC＿Os04g39430的表达量较野生型显著升高,SUI2在幼穗中的表达量为514倍,在茎中的表达量为369倍,在叶枕中的表达量为214倍。该基因编码了1个细胞色素P450蛋白,为D11的等位基因。因此,我们推断LOC＿Os04g39430就是参与调控水稻包穗表型的相关目标基因。通过构建过表达载体和遗传转化,在粳稻品种Kitaake上获得了与sui2的类似表型。4、对油菜素内酯(BR)合成及信号通路相关基因在茎秆中的表达情况的分析表明:与野生型相比,3个合成基因在突变体sui2的表达量没有一致变化规律,而被检测的6个信号转导基因中,有4个的表达量明显上调,尤其是基因BU1的表达量增加了5倍多,预示着可能一些BR信号转导途径的基因参与了穗颈节的伸长,以及对包穗表型的调控,这为进一步研究BR信号通路基因控制水稻包穗机制奠定了基础。