中国农业科学｜江苏省农科院粮食作物所张亚东研究员课题组鉴定水稻粒型突变体sgd13

水稻（Oryza sativa L.）是全球半数以上人口的主粮，我国超过60%居民以稻米为主食。受城市化扩张、极端气候频发及病虫害加剧的影响，我国水稻种植面积持续缩减。提高水稻单产对保障粮食安全至关重要。水稻产量是由多种因素共同影响的复杂农艺性状，是典型的数量性状。水稻产量由单位面积穗数、每穗粒数和粒重共同决定。其中，籽粒大小（粒长、粒宽、粒厚）是决定粒重的核心因素，成为水稻遗传改良的重要目标性状。通过克隆和解析粒型基因，可为水稻优质高产育种提供新的基因资源和分子育种靶点。

近期，江苏省农业科学院粮食作物研究所张亚东研究员课题组完成的题为“水稻粒型突变体sgd13的鉴定及其基因定位”的研究在《中国农业科学》2025年第58卷24期正式发表。

该研究从粳稻品种南粳9108的甲基磺酸乙酯（EMS）诱变突变体库中筛选获得一个稳定遗传的粒型突变体sgd13（small grain and dwarf 13）。通过对突变体的籽粒形态、千粒重、结实率、单株产量、株高、穗长等表型进行统计。利用石蜡切片、扫描电镜分析颖壳和茎秆的细胞数目及大小变化。sgd13分别与南粳9108正反交进行遗传分析。利用sgd13与南粳9108构建的F2群体，通过BSA-seq技术进行基因定位。使用SWISS-MODEL网站预测野生型和突变体蛋白的三维结构。

结果显示，sgd13籽粒显著变小变窄，粒长减少19.98%，粒宽减少7.81%。与WT相比，sgd13的株高、穗长、单株产量明显降低。sgd13节间数目与WT没有明显差异，但其第1、2、3和6节间长度均变短。

水稻突变体sgd13表型及农艺性状分析

经细胞学分析，发现sgd13的颖壳和茎秆细胞变小、变少，表明sgd13可能通过调控细胞分裂与扩张影响器官发育。

水稻野生型与sgd13突变体的细胞学分析

遗传分析证实，该性状受单隐性核基因控制，通过BSA-seq将候选基因定位为LOC_Os01g52550，该基因编码三磷酸腺苷（ATP）结合盒（ABC）转运蛋白。

水稻粒型突变体sgd13的鉴定及其基因定位

ABC转运蛋白包含2个典型的核心结构域：高度保守的核苷酸结合结构域（NBD）和不太保守的跨膜结构域（TMD）。在sgd13突变体中，其基因外显子区域发生单碱基替换（T→A），此突变恰好位于NBD结构域。这一单碱基替换直接导致编码的氨基酸由谷氨酸（E）变为天冬氨酸（D）。由于谷氨酸与天冬氨酸在侧链结构和化学性质上存在差异，这种改变极有可能影响SGD13蛋白质的空间结构，进而干扰其正常功能，最终导致突变体sgd13产生独特的表型。遗传互补试验表明，导入野生型LOC_Os01g52550可使sgd13的粒型恢复至野生型水平。

水稻突变体sgd13基因组互补株系籽粒表型

SGD13蛋白质结构功能预测

综上，sgd13突变表型受一对单隐性核基因控制，为LOC_Os01g52550突变所致。该基因外显子区的T→A突变导致NBD结构域的谷氨酸变为天冬氨酸，影响了蛋白的三维结构。

江苏省农业科学院粮食作物研究所张亚东研究员和赫磊老师为该文通讯作者，庄丽华为第一作者。

该研究获得江苏省种业振兴揭榜挂帅项目（JBGS[2021]001）、现代农业产业技术体系建设专项资金（CARS-01）的资助。

全文链接：

《水稻粒型突变体sgd13的鉴定及其基因定位》

文献引用：

庄丽华, 罗磊, 赵春芳, 王纪忠, 张亚东, 赫磊. 水稻粒型突变体sgd13的鉴定及其基因定位[J]. 中国农业科学, 2025, 58(24): 5097-5109.

ZHUANG LiHua, LUO Lei, ZHAO ChunFang, WANG JiZhong, ZHANG YaDong, HE Lei. Identification and Gene Mapping of Rice Grain Shape Mutant sgd13[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(24): 5097-5109.