一个水稻早衰突变体基因的精细定位

【目的】对水稻叶片早衰突变体W330进行遗传分析及精细定位，获得控制突变表型的基因。【方法】用60Co-γ辐射诱变籼型水稻恢复系中恢8015，从突变体库获得一份叶片早衰突变体W330。对该突变体进行表型观察和主要农艺性状调查。利用多代自交稳定的突变体W330与粳稻品种02428杂交，观察F1和 F2的表型，并统计F2群体中早衰突变表型与正常野生型的分离情况，分析该突变表型的遗传行为。利用构建的F2群体进行精细定位和候选基因分析，然后对候选基因进行DNA测序、酶切分析、表达分析、酶活测定及进化分析。【结果】突变体W330从三叶期开始出现叶片衰老，直至抽穗期及黄熟期。与野生型相比，突变体W330株高变矮、分蘖减少、叶片变窄、抽穗期不变、每株有效穗数、每穗着粒数和结实率亦显著降低。W330与02418杂交的F1表现正常，F2群体中正常植株与早衰突变植株的分离比符合3﹕1，表明突变体W330的突变性状受1对隐性核基因控制。利用F2定位群体及SSR、Indel标记，最终将目标基因定位在第3染色体短臂上2个分子标记CD-5与CD-7之间，物理距离约为21.5 kb。基因预测表明该区域共有4个完整的ORFs。其中，LOC_Os03g0131200编码一个过氧化氢酶OsCATC，基因组序列分析表明，W330突变体中的该基因从ATG开始第109位，在第一个内含子的末位发生了一个C到G的颠换，造成第一个内含子没有剪切，最终导致翻译提前终止，酶切试验验证了这一突变位点。与野生型亲本中恢8015相比，W330突变体在三叶期叶片中的过氧化氢酶的活力下降了47.8%，而过氧化氢含量上升了2.7倍。由此，推定W330与OsCATC等位。系统进化分析发现，OsCATC与水稻中同源的过氧化氢酶不在同一进化分支上。实时荧光定量PCR发现，与其野生型相比，突变体W330叶片中的OsCATA和OsCATB的表达量显著上升，而OsCATC的表达量没有明显的变化。推测，这3个高度同源的基因在水稻体内可能存在互补机制。【结论】W330突变体基因是已报道的过氧化氢酶基因OsCATC的等位基因。W330突变体在第一个内含子上发生的一个点突变造成可变剪切的发生，使得水稻一个过氧化氢酶失活，导致突变体W330突变表型的出现。