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水稻(Oryza sativa)是目前全世界最重要的粮食作物之一(Khush1997;Cubas,Lauter et al.1999)。大约在一万年以前,人类的祖先开始种植来自热带或亚热带的湿地和沼泽地的野生稻(Oryza rufipugon)。普通野生稻具有匍匐生长和分蘖过多的株型特征,不利于密植高产栽培。在漫长的人工驯化过程中,古代人类对有利的位点进行选择,逐步把野生稻的株型驯化成直立生长和分蘖适当的栽培稻(Oryza sativa)株型,但其遗传调控机理尚未完全阐明。
我们用海南普通野生稻与栽培稻(籼稻品种:特青)进行杂交,并用特青作为轮回亲本进行多次回交(BC3F2),构建了以特青为背景的携带野生稻片段的染色体片段置换系,该套置换系基本覆盖了野生稻的基因组。用这套染色体片段置换系初步把控制野生稻株型的基因PROG1(PROSTRATE GROWTH1)定位于第7号染色体的短臂上。还选育了包含很短目标基因片段的近等基因系NIL(PROG1)。
在此基础上,进一步运用图位克隆的方法,精细定位并克隆到控制野生稻株型建成的关键基因PROG1,该基因编码一个功能未知的锌指蛋白。通过亚细胞定位和酵母单杂交实验证明了该基因编码的蛋白是一个定位于细胞核的、具有转录激活活性的转录因子;对各种水稻品种进行测序分析,发现在PROG1的编码区中有一个SNP引起一个氨基酸的替换,可能使该基因的功能发生改变,推测这是导致由野生稻株型驯化成栽培稻株型的主要原因,并且通过定点突变转基因的方法证明了我们的推测。通过RT-PCR,Realtime-PCR以及原位杂交的方法,阐述了该基因的时空表达模式。结果显示,PROG1优先在水稻的侧腋分裂组织表达,该部位是水稻分蘖形成的地方,表明该基因参与水稻分蘖的调控过程。