中国农业科学 | 西南大学水稻研究所探究水稻颖壳异常突变体ah1的鉴定与候选基因分析

籽粒形态是影响水稻产量和品质的重要因素，而水稻颖壳等花器官的发育对籽粒形态的建成起到了决定性的作用。单子叶模式植物水稻作为一种重要的作物，其颖壳等花器官发育的分子遗传机制与以拟南芥为代表的双子叶植物仍存在着较多的差异。因此，进一步探索水稻颖壳等花器官发育的机制，有利于通过相关基因进行颖壳等器官的分子设计，从而进行籽粒形态改良，提高水稻产量和品质。

近期，西南大学水稻研究所完成的题为“水稻颖壳异常突变体ah1的鉴定与候选基因分析”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷3期正式发表。

在利用甲基磺酸乙酯（ethyl methyl sulfonate，EMS）诱变西大 1B（籼稻保持系）得到的突变体库中鉴定到一个颖壳和浆片发育异常且矮化的突变体abnormal hull 1（ah1）；观察并统计野生型和突变体的农艺性 状；选取各个时期的小穗，对突变体的组织学、形态学变化进行分析；采用ah1和籼稻温敏不育系56S构建F₂分离群体，并将其用于遗传分析和基因定位；提取野生型和突变体的幼穗RNA并将其反转录为cDNA，对花发育调控基因和ABA合成关键基因的表达量进行RT-qPCR分析。

野生型和ah1突变体的株型及农艺性状

 野生型（WT）和ah1突变体的株型及农艺性状

农艺性状分析表明，突变体ah1各节间的大幅缩短直接导致其矮化；同时，突 变体的小穗畸形严重，结实率极低。组织学和形态学分析发现，ah1小穗主要表现为内外稃、浆片和雄蕊等花器官发生了不 同程度的退化，部分严重的小穗出现了花器官特征和花分生组织确定性的改变，且伴随大面积的白化，根据其退化程度的不 同可分为一般和严重2种类型。

野生型和ah1突变体分离的卡方测验

野生型和遗传分析发现分离群体中野生型和突变体的比值为3﹕1，表明ah1突变性状受1个隐性基因控制。

AH1 候选基因的定位和表达分析

AH1定位于第1染色体上的分子标记RM6716和RM128之间，物理距离近8 Mb，对突变体进行重测序分析后发现该区间内的LOC_Os01g53450 和 LOC_Os01g51860 在野生型和突变体之间出现了变异，因此，将这两个基因暂定为候选基因。 RT-qPCR 分析表明，在突变体幼穗早期发育过程中，各花器官发育调控基因的表达量发生了显著的变化；同时，ABA合成关键基因OsNCED1/OsNCED2/OsNCED3/OsNCED4/OsNCED5 的表达严重受阻。

AH1 对于维持水稻内外稃等花器官的形态建 成起到至关重要的作用，将LOC_Os01g53450和LOC_Os01g51860暂定为候选基因。

该文章获得国家自然科学基金（32172044，31971919）、重庆市杰出青年基金（cstc2020jcyj-jqX0020）、重庆市英才计划（cstc2021ycjh-bgzxm0066）、 重庆市研究生科研创新项目（CYS21123）、重庆市级大学生创新创业训练计划（S202210635218） 的资助。

论文链接：

《水稻颖壳异常突变体ah1的鉴定与候选基因分析》

引用本文：

张必东, 林泓, 朱思颖, 李忠成, 庄慧, 李云峰. 水稻颖壳异常突变体ah1的鉴定与候选基因分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(3): 429-441.

ZHANG BiDong, LIN Hong, ZHU SiYing, LI ZhongCheng, ZHUANG Hui, LI YunFeng. Identification and Candidate Gene Analysis of the ABNORMAL HULL 1 (ah1) Mutant in Rice (Oryza sativa L.)[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(3): 429-441.