水稻矮化并花发育异常突变体dwarf and deformed flower2（ddf2）的基因定位与候选基因分析

【目的】对一个同时导致营养和生殖器官发育异常的水稻突变体进行表型鉴定、基因定位和候选基因分析，为下一步的基因克隆与功能分析奠定基础。【方法】在水稻籼型恢复系602组织培养后代中，发现一个矮化并花发育异常突变体dwarfanddeformedflower2（ddf2）。抽穗期，以野生型为对照，对ddf2株高、主穗长、节间和功能叶的长宽等性状进行统计分析；同时利用冷冻切片等技术对茎、叶和花器官进行详细的形态和组织学分析。分别以西农1A和中花11为母本，以DDF2/ddf2杂合株系为父本构建2个F2群体进行遗传分析和基因定位，并对候选基因进行实时荧光定量PCR（real-time PCR）分析。【结果】相较于野生型，突变体各节间的长和茎粗均极显著降低，叶片极显著变短、变窄，同时花序也极显著变短。组织细胞学分析发现，突变体大叶脉数目和相邻2个大叶脉之间的小叶脉数都没有明显的变化，但相邻2个大叶脉之间的宽度明显减小，进一步比较2个小叶脉之间的叶肉细胞，发现在突变体中细胞数目和尺寸均显著降低；突变体茎秆维管束的数目与野生型相比没有明显的变化，但统计发现2个大维管束之间基本组织细胞的数量和细胞的大小都显著小于野生型，表明ddf2突变体茎、叶细胞分裂和膨胀都受到了抑制；此外，ddf2突变体的花器官特征发育受到了严重干扰：第一轮外稃顶部弯曲、内稃不同程度退化，第三轮雄蕊器官严重退化，部分甚至转化为雌蕊状器官，另外部分ddf2小穗的护颖过度发育，转变成稃片状，一些小穗还表现分生组织确定性的丢失，发育出2个以上的小花。遗传分析表明该突变性状受1对隐性基因控制。利用中花11/ddf2的1024株F 2分离群体，最终将DDF2精细定位在第11染色体短臂近着丝粒位置处，位于insertion/deletion（in/del）标记S-11和S-14之间，遗传距离分别为0.049和0.098 cM，物理距离为90.295 kb，并与标记S-24共分离。分析定位区间的基因，发现共有MSU注释基因12个，其中一个编码Sec3_C蛋白的LOC_Os11g17600内部包含共分离标记S-24，进一步对该基因进行表达分析，发现该基因在突变体的叶、茎和穗中都表现出明显的下调，初步将LOC_Os11g17600作为DDF2候选基因。【结论】DDF2是一个同时控制水稻茎/叶和花器官发育的新基因。