基本信息
- 项目名称：
- 水稻卷叶基因RL11的遗传分析和分子定位
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 在EMS诱变籼稻缙恢10号群体中发现了一个卷叶突变体。该突变体叶绿素含量显著高于野生型缙恢10号，每穗粒数、千粒重和结实率显著高于对照。该卷叶性状是由一对隐性核基因控制。利用微卫星标记将RL11基因定位在水稻第6染色体短臂上，位于RM276和SSR01两个分子标记之间，与RL11的遗传距离分别为1.0cM和0.8cM，物理距离630kb。是目前为止在第6染色体上定位的唯一一个卷叶基因。
- 详细介绍：
- 水稻卷叶突变体是研究株型育种的良好实验材料。在EMS诱变籼稻缙恢10号群体中发现了一个卷叶突变体，表现为叶片筒状卷曲，经过多代连续自交， 性状稳定，命名rl11(rolled leaf 11)。rl11的叶绿素含量显著高于野生型缙恢10号，每穗粒数、千粒重和结实率显著高于对照。以rl11为父本，西农4A为母本配制杂交组合构建F2分离群体，遗传分析表明，该卷叶性状是由一对隐性核基因控制。选用F2代分离群体对rl11进行基因定位，利用微卫星标记将RL11基因定位在水稻第6染色体短臂上，位于RM276和SSR01两个分子标记之间，与RL11的遗传距离分别为1.0cM和0.8cM，物理距离630kb。是目前为止在第6染色体上定位的唯一一个卷叶基因。为进一步的图位克隆及功能分析奠定了基础。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：利用分子标记技术对水稻卷叶这一重要农艺性状进行基因定位。 基本思路：在EMS诱变籼稻缙恢10号群体中发现一个卷叶突变体，表现为叶片筒状卷曲，对该突变体进行生理生化分析，以该突变体为父本，西农4A为母本配制杂交组合，利用F2群体进行遗传分析和分子定位。
科学性、先进性及独特之处
- 叶片在光合作用乃至产量形成上都起着非常重要的作用，水稻叶片适度卷曲不仅有利于理想株型的构建，也有利于光合作用。因此，卷叶是十分重要的材料。 该卷叶突变体能够保持整个群体直立而不披垂，改善群体内部透光状况，有利于群体与个体的协调发展，因此是个在育种中十分有价值的突变体。 作品的创新之处在于：分子定位表明是一个新的卷叶突变体。因此，该突变体具有明显的新颖性和利用价值。
应用价值和现实意义
- 水稻叶片适度卷叶是超高产株型育种的重要形态指标之一。卷叶性状对叶片光合生理、群体生态效应及经济性状的影响的研究表明，适度卷叶对塑造个体良好的株型、改善生育后期群体质量、提高产量具有重要的作用。该突变体的研究利用可为水稻理想超高产育种工作的开展提供良好的育种材料，也为该基因的分子标记辅助育种和图位克隆奠定了基础。
学术论文摘要
- 水稻卷叶突变体是研究株型育种的良好实验材料。在EMS诱变籼稻缙恢10号群体中发现了一个卷叶突变体，表现为叶片筒状卷曲，经过多代连续自交，性状稳定，命名rl11(rolled leaf 11)。rl11的叶绿素含量显著高于野生型缙恢10号，每穗粒数、千粒重和结实率显著高于对照。以rl11为父本，西农4A为母本配制杂交组合构建F2分离群体，遗传分析表明，该卷叶性状是由一对隐性核基因控制。选用F2代分离群体对rl11进行基因定位，利用微卫星标记将RL11基因定位在水稻第6染色体短臂上，位于RM276和SSR01两个分子标记之间，与RL11的遗传距离分别为1.0cM和0.8cM，物理距离630kb。这为进一步的图位克隆及功能分析奠定了基础。
获奖情况
- 2009年6月，第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛重庆赛区特等奖。
鉴定结果
- 通过查新，虽然有位于第6染色体上的水稻卷叶基因的相关报道，但为QTL定位，基因所在的分子标记区间也与查新项目基因的定位区间不同。也未见位于第6染色体上的卷叶基因是受单隐性核基因控制等的相关报道。
参考文献
- [1] Yan S, Yan C J, Zeng X H, et al. ROLLED LEAF 9, encoding a GARP protein, regulates the leaf abaxial cell fate in rice. Plant Molecular Biology, 2008, 68: 239-250. [2] 严长杰, 严松, 张正球, 梁国华, 陆驹飞, 顾铭洪. 一个新的水稻卷叶突变体rl9(t)的遗传分析和基因定位. 科学通报, 2005, 50: 2757-2762. [3] 郎有忠, 张祖建, 顾兴友, 杨建昌, 朱庆森. 水稻卷叶性状生理生态效应的研究叶片姿态、群体构成及光分布特征. 作物学报, 2004, 30: 739-744. [4] Zhang G H, Xu Q, Zhu XD, Qian Q, Xue H W. SHALLOT-LIKE1 Is a KANADI Transcription Factor That Modulates Rice Leaf Rolling by Regulating Leaf Abaxial Cell Development. Plant Cell, Published Online: Mar 20 2009. DOI. 10.1105/tpc.108.061457. [5] Luo Z K, Yang Z L, Zhong B Q, Li Y F, Xie R, Zhao F M, Ling Y H, He G H. Genetic analysis and fine mapping of a dynamic rolled leaf gene, RL10(t), in rice (Oryza sativa L.). Genome, 2007, 50: 811-817.
同类课题研究水平概述
- 水稻的株型改良是提高水稻产量重要途径之一。多数研究认为叶片的适度卷曲能使其保持直立而不过分披垂，改善群体内部透光状况，有利于群体与个体的协调发展而获得高产（袁隆平，1997）。目前已经初步应用于育种实践并取得了理想的效果（朱德峰等，2001；陈温福等，2001）。 至今为止，国内外已对水稻叶片的生理性状进行了大量研究，但对其遗传和分子生物学研究却比较缺乏。一些分析和研究表明在不同的遗传背景下，水稻卷叶性状一般受1对或几对隐性基因控制（Kinoshita, 1984； Khush, 1991），目前已经在水稻经典遗传图谱上标定的6个控制卷叶的隐性基因rl1，rl2，rl3，rl4，rl5和rl6，其中rl1和rl4，定位在1号染色体，rl2定位在4号染色体， rl3定位在12号染色体，rl5定位在3号染色体，rl6(t)定位在7号染色体。顾兴友等（1995）认为日本流岗卷叶粳的卷叶以单基因不完全显性的方式进行控制，与rl3不等位，具体染色体位置未知。邵元健（2001）在5第染色体长臂上定位到一个卷叶的主效的QTL，定名为rl8，该卷叶基因为不完全显性遗传，两侧的分子标记为RM6954-RM6841。Xu（2002）检测到4个主效的外卷QTL位点和2个影响外卷的上位性位点QTL，分别分布在第1、3、5、7和第3、6染色体。检测到4个主效的内卷QTL及3个影响内卷的上位性位点，分别分布在第4、5、7、9和第4、12染色体。目前对控制卷叶性状的分子基础还知之甚少，迄今为止还很少有在水稻中分离到卷叶基因的报道。 在其他植物中，拟南芥phb和phv基因的突变体叶片出现两侧上卷或辐射状的表型（McConnell et al，2001），玉米rld1基因的突变体叶片表现内卷（Nelson et al，2002）。PHB、PHV和RLD1都是编码HD-ZIP Ⅲ蛋白的转录因子，调控植物叶片近轴面的发育。进一步的研究发现这3个基因的突变发生在与 microRNA配对的位点， microRNA失去了对它们的转录后调控，从而使这3个基因在远轴面异位表达引起了叶片的卷曲（Palatnik et al，2003；Juarez et al，2003）。水稻中是否也存在类似的基因和机制还有待相关基因的克隆研究。
