【摘 要】
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水稻是我国重要的粮食作物,其种子耐贮性是重要农艺性状之一,不仅影响种子的种用价值,还影响粮食的风味。种子在成熟与贮藏过程中一直处于一种自然氧化的环境中,会不可避免地发生核酸、脂质、蛋白质等关键物质的氧化损伤。在储藏过程中这些损伤所引起的种子劣变、活力降低、陈化变质一直都是水稻种子生产与储藏时所面临的严重问题,尤其是在亚洲热带、亚热带季风气候地区,高温高湿的环境条件会加快种子劣变的速率,影响水稻种子
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水稻是我国重要的粮食作物,其种子耐贮性是重要农艺性状之一,不仅影响种子的种用价值,还影响粮食的风味。种子在成熟与贮藏过程中一直处于一种自然氧化的环境中,会不可避免地发生核酸、脂质、蛋白质等关键物质的氧化损伤。在储藏过程中这些损伤所引起的种子劣变、活力降低、陈化变质一直都是水稻种子生产与储藏时所面临的严重问题,尤其是在亚洲热带、亚热带季风气候地区,高温高湿的环境条件会加快种子劣变的速率,影响水稻种子的储藏和生产成本。培育耐贮性强的品种一直是水稻育种的重要目标之一。目前已有很多种子耐贮性相关QTL被报道,许多QTL位点由于定位区间大、缺乏紧密连锁的分子标记及不稳定性等原因,还未能被育种家们充分利用。qSS-9为耐贮性相关的主效QTL位点,本实验室林秋云博士已利用Nipponbare/SL36(以Nipponbare为背景,Kasalath为置换片段)衍生的次级F2群体,将其精细定位于第9染色体上InDel标记Y10和Y13之间的147Kb大小的区间内,但目标基因仍未被克隆。在本研究中,我们首先对qSS-9精细定位区间内的基因进行了分析。通过基因组测序发现仅在基因Os09g0369500的外显子上两亲本存在两处InDel差异。基因Os09g0369500编码一个未知功能的假定蛋白,亚细胞定位结果表明,其编码的蛋白定位于细胞核中,且仅在单子叶植物中存在其同源蛋白。通过qRT-PCR分析发现该基因在种子中特异表达,且其在种子发育成熟过程中和储藏过程中都保持着较高的表达水平。随后我们利用CRISPR/Cas9技术在Nipponbare和Kasalath背景下构建了基因Os09g 0369500的敲除家系,然后对敲除家系种子进行人工老化和发芽试验,发现Nipponbare背景下基因Os09g0369500的突变能明显增加其种子的耐贮性,因此,确定Os09g0369500为耐贮性QTL qSS-9位点的候选基因。通过对敲除T1代家系农艺性状的调查,未发现明显的差异,表明该基因具有重要的育种利用价值。通过测序,发现基因Os09g0369500在水稻中存在包括缺失在内的6种单倍型,且Os09g0369500NIP仅在粳稻中被检测到,其他类型在野生稻和籼稻品种中被检测到,其他类型的氨基酸序列相比于Os09g0369500NIP都有部分氨基酸的缺失,因此我们猜想除了Os09g0369500NIP外的其他单倍型不具有功能,但这个猜想还需要进一步的验证。通过对ABA途径相关基因的定量分析,发现Os09g0369500对OsABI5的表达有影响。通过酵母筛库试验,我们还找到一些可能与其互作的蛋白。本研究结果对揭示水稻种子耐贮性的遗传机制和开展水稻耐贮性分子育种具有重要的科学和应用价值。
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