[发明专利]水稻剑叶宽度调控基因NAL1分子标记及其应用

说明书

技术领域

本发明属于农业生物技术工程，特别涉及与水稻剑叶形态调控基因NAL1有关的分子标记及其获得方法。

背景技术

水稻叶片形态一直以来备受育种家关注，在水稻株型育种上具有重要的地位。改善水稻叶形能够增大叶面积指数和提升叶片光合效率，为稳产、高产提供可靠的保障。叶片是水稻植株的重要组成部分，是进行光合作用的主要场所；微卷直立的叶片形态是理想植株的重要形态特征之一，已被直接或间接的应用于水稻理想株型育种。叶片适度的内卷能使叶片挺直以减少披垂现象的发生，在生长发育后期作用明显，有利于改善水稻基部的受光条件，进而提高植株光能的利用率，实现增产的目的。大量证据表明，叶片形态是受到体内遗传机制和体外环境因子的双重调节。了解水稻叶形态建成的遗传规律，对于遗传上控制植株形态，发展叶片发育的重要理论，改良叶平展度或卷曲度等遗传性状，提高水稻产量和品质有重要的理论意义和实用价值。

近年来，随着分子生物学的快速发展和突变体研究技术的广泛应用，科学家借助于拟南芥、金鱼草和玉米等模式植物在叶发育方面的研究，取得了一系列重要进展。关于水稻叶形调控的研究相对较晚，但也已取得一些进展，Zhang等(2009)利用EMS诱变处理日本晴得到一个单隐性卷叶突变体sll1，并通过图位克隆技术获得叶形调控基因SLL1，该基因编码一个SHAQKYF类的MYB家族的转录因子，通过调控远轴面维管组织分化中的程序化死亡来控制叶形的卷曲程度。Hibara等(2009)分离到反卷叶调控基因ADL1，该基因通过编码类似钙蛋白酶的半胱氨酸蛋白酶调控近轴面泡状细胞的发育从而控制叶形的发育；Hu等（2010）以化学诱变获得的水稻窄叶突变体，通过图位克隆技术将叶片宽度控制基因NRL1定位于第12染色体，并成功分离该基因；Zhao等（2010）利用反卷叶突变体也成功克隆了控制水稻叶片反卷的调控基因LC2。Zou等（2011）利用T-DNA插入方法筛选到一个反卷叶水稻突变体oul1，并成功克隆相关的调控基因Roc5，该基因通过编码一个与亮氨酸链式结构VI家族同源的转录因子，通过调控上表面泡状细胞的数量与大小，从而达到控制叶片的形态建成。Shi等（2007）和Li等（2010）同样利用T-DNA插入诱变中花11，分别在第3、第4染色体上克隆到控制叶片卷曲极性不同的基因OsAGO7和ACL1；另外还有2个由Huang等(2011)和Yamaguchi等(2004)克隆的披叶调控基因DL2和DL。水稻叶宽调控基因NAL1最早由Qi等（2008）水稻窄叶突变体中克隆，认为该基因通过调控生长素极性运输来影响叶片形态发育。随后多位科学家利用不同的遗传材料对该等进行研究。Chen ML(2012)、Takai T(2013)和Fujita D（2013）等利用美国javanica品种D50和籼稻品种HB277，粳稻Koshihikari和籼稻品种Takanari，新株型热带粳稻品种和籼稻IR64分别构建重组自交系和染色体片段置换系克隆了与NAL1基因等位的叶宽相关qFLW4、光合效率相关GPS基因和枝梗数相关SPIKE基因。籼粳亚种间该等位基因的编码序列中差异比较保守，主要存在3个单碱基的替换差异，因此而造成了对株型和穗型等多个性状发育调控的影响差异。这些叶片形态调控基因的克隆及功能研究，将有助于水稻育种家在育种过程中通过生物设计对叶型和株型进行改良，从而实现优化高效的育种目的。但总体而言，在水稻中分离到控制叶形发育相关基因的数量还相对偏少，加之功能研究进展的缓慢，目前尚不能建立起有效的基因调控网络体系，难以更好的从分子水平上揭示叶片发育的分子机理。目前，从分子水平对单子叶模式作物及主要粮食作物的水稻的叶形态建成机制研究还正处于起步阶段，对叶形发育的调控机理研究尚显不足，在一定程度上阻碍了通过分子调控来建立理想株型的实施、超级稻高产育种的机理的探索和应用。这将是摆在我们面前的一项艰巨的任务和长久的挑战。

叶片形态对大多数作物来说是一种非常重要的农艺性状，大部分叶片形态发生改变之后都会直接或间接影响到植物体的光合作用、蒸腾作用、极性运输和抗逆性等生理功能。研究表明，水稻叶片与其籽粒同化物的形成有密切的联系，因此，对水稻产量的形成亦有重要的影响（Yoshida S,1981）。鉴于此作用，水稻中叶片形态改良一直都是株型育种中至关重要的一个目标，遗传学家与育种家花费巨大的精力用来研究叶片形态的遗传特性，以期提高水稻的产量，研究中遇到的困难不少，但随着研究的深入和科学技术的进步及技术手段的丰富，取得的成绩斐然，最值得令人称赞的是卷叶性状在水稻品种改良中的成功运用。

上文中涉及的参考文献如下：