水稻垩白基因Chalk5功能标记的开发与应用

【作者】 朱金燕； 王晴晴； 王军； 范方军； 李文奇； 王芳权； 王绪鹏； 仲维功； 杨杰；

【机构】 江苏省农业科学院粮食作物研究所/江苏省优质水稻工程技术研究中心/国家水稻改良中心南京分中心； 苏州农业职业技术学院； 扬州大学；

【摘要】 水稻垩白是衡量水稻外观品质优劣的重要指标之一,降低稻米的垩白是培育优质水稻品种的前提。Chalk5是最近克隆的一个控制水稻垩白的主效QTL,该基因的过量表达使胚乳的垩白增加。与低垩白品种H94等位基因序列比较,高垩白品种珍汕97等位基因序列发生39处多态性变异,其中10处变异发生在翻译起始位点上游1.8 kb的启动子上,这些变异包括替换、插入和缺失三种突变类型。5处变异发生在外显子上,但仅在第一个和第四个外显子上发生两个氨基酸替换,内含子上有24处SNP变异。对该基因进行功能性遗传变异分析发现,在珍汕97启动子-721和-485位的两个SNPs变异导致其与种子发育相关的两个顺式调控原件(负方向)在H94启动子中发生了变异,位于-721位的是负责种子特异表达和ABA相应的RY/G-box (CATGCA),位于-485位的是负责种子发育过程中光合产物运输和代谢的CACT-box。研究结果表明,这两个突变位点上具有与珍汕97相同等位基因型的Chalk5的表达量较高,与同一时期的珍汕97表达量相近,任意一个位点发生突变,Chalk5的表达量降低,与同一时期的H94表达量相近。垩白是典型的数量性状,容易受到环境的影响,且其表型是在成熟收获后才能进行选择,因此,获得Chalk5的功能标记能快捷、准确鉴定不同基因型,是开展Chalk5基因分子标记辅助选择的前提。本研究在前人克隆的基础上,根据其启动子区域存在的两个功能突变位点,分别设计等位基因特异PCR(ARMS-PCR)引物,最终筛选出两对Chalk5基因的功能标记Chalk12、NChalk12和Chalk22、NChalk22,通过PCR产物测序的方法对这两对标记的检查结果进行了验证,说明Chalk12、NChalk12和Chalk22、NChalk22可以准确鉴定出Chalk5的不同基因型。利用该标记对不同来源的43份籼稻资源、江苏2007-2013年审定的65份粳稻品种和太湖流域179份粳稻地方资源进行了Chalk5基因型检测,筛选到携带chalk5低垩白率等位基因的籼稻资源20份,太湖流域粳稻地方资源仅8份,其余236份粳型资源中均不携带chalk5低垩白率等位基因,这也说明chalk5主要分布在籼型水稻资源中,在粳型资源中分布很少。更多还原