2013 年 第 58 卷 第 3 期：218 ~ 225

www.scichina.com csb.scichina.com

引用格式: 封功能, 张昌泉, 唐明勇, 等. 水稻三角颖突变体 tri1 的遗传分析与基因克隆. 科学通报, 2013, 58: 218–225

英文版见: Feng G N, Zhang C Q, Tang M Y, et al. Genetic analysis and gene cloning of a triangular hull 1 (tri1) mutant in rice (Oryza sativa L.). Chin Sci

Bull, 2013, 58, doi: 10.1007/s11434-012-5642-9

《中国科学》杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 论 文

水稻三角颖突变体 tri1 的遗传分析与基因克隆

封功能①②, 张昌泉①, 唐明勇①, 张桂云①, 徐辰武①, 顾铭洪①, 刘巧泉①*

① 扬州大学教育部植物功能基因组学重点实验室, 江苏省作物遗传生理重点实验室, 扬州 225009;

② 盐城工学院化学与生物工程学院, 盐城 224051

* 联系人, E-mail: qqliu@yzu.edu.cn

2012-05-16 收稿, 2012-10-26 接受

国家重点基础研究发展计划(2012CB944803)、国家自然科学基金(31071383)、江苏省杰出青年基金(BK2012010)、江苏省优势学科建设

工程和“六大人才高峰”计划资助

摘要 籽粒形状与大小是影响水稻产量和品质的重要因素. 本研究在经 60Co-γ射线辐射粳稻品

种台北 309的后代中分离获得一个三角颖突变体 tri1(triangular hull 1). 与野生型相比, tri1籽粒

颖壳呈三角形, 粒厚增加, 蛋白质含量升高, 株高和千粒重降低. 遗传分析表明, 该突变性状

能稳定遗传, 受一对隐性核基因控制. 采用图位克隆法将目的基因精细定位于水稻第 1 染色体

长臂上分子标记CHR0122与CH0127之间, 物理距离约 47 kb, 并与分子标记CHR0119共分离.

在该区域内共有 6 个候选基因, 测序分析表明 tri1 突变体中一个释义基因 OsMADS32 的第 3 外

显子内缺失了一个碱基 A, 导致移码突变和翻译提前终止; RT-PCR 分析表明, OsMADS32 主要

在水稻幼穗中表达, 在根、茎、叶和发育的种子等组织中的表达量极低, 说明 OsMADS32 基因

与花的发育与关. 据此, 推测 OsMADS32 基因可能为 TRI1 的候选基因.

关键词

水稻

三角颖突变体

遗传分析

基因克隆

OsMADS32

籽粒大小与形状是决定谷类作物产量和品质的

重要因子 , 也是作物驯化和遗传改良的目标性状之

一. 水稻是人类食物的最重要来源之一, 因此对水稻

籽粒发育及调控的分子机制研究具有重要的理论意

义和应用价值. 近年来, 已克隆了多个控制水稻籽粒

大小与形状的基因. 例如, GS3 是控制水稻粒重和粒

长的主效 QTL (quantitative trait locus), 同时也与粒

宽和籽粒充实度有关 , 该基因在调节籽粒和器官大

小中发挥负调节子的功能[1,2]. GS5 同时控制籽粒粒

宽、结实率和千粒重, 编码一个丝氨酸羧肽酶, 可通

过上调细胞周期基因的表达来促进细胞分裂 , 从而

增加细胞数目, 使籽粒变大[3,4].

水稻花序由护颖、内外颖、浆片和雌雄蕊等组成.

其中内外颖发育正常与否可影响种子粒型和大小 ,

最终影响产量和品质. Fon(Floral organ number)为水

稻花器官数目控制基因, 在调控水稻顶端分生组织、

花序和花的分生组织发育中起重要作用; fon 突变体

的花分生组织增大, 雌、雌蕊数增加, 部分花中有额

外的浆片和类似于内外稃的器官[5~8]. 1943 年, Mori-

naga 和 Fukushima[9]首先报道了水稻中的三角颖

(triangular hull)现象, 随后不断有其他三角颖突变体

的报道 [10,11]. 这些三角颖突变体主要表现为外稃顶

端向内稃侧弯曲变形, 颖花、籽粒和糙米呈三角形.

Li 等人[11]在经 EMS (ethyl methane sulphonate)诱变的

突变体中发现了 1 个三角颖突变体 th1 (triangular

hull 1), 将其定位于第 2 染色体长臂 60 kb 范围内, 并

最终克隆了该基因. TH1 属类 DUF640 结构域基因,

主要在幼嫩花序和内外稃中表达 , 是控制水稻内颖

和外颖发育的重要基因.

本研究在粳稻品种台北 309经 60Co-γ射线辐射诱

变的后代中发现了一个三角颖突变体 , 该突变体能

正常结实, 突变性状遗传稳定. 遗传分析表明, 该突

219

论 文

变性状受 1 个隐性核基因控制, 暂命名为 tri1; 通过

图位克隆, 将该基因定位于第 1 号染色体长臂上 47

kb 的范围内, 通过测序和表达分析, 推测该区域内

一个与颖花发育相关的转录因子基因 OsMADS32 可

能为 TRI1 的候选基因.

1 材料与方法

(ⅰ) 供试材料. 所用水稻材料包括粳稻品种台

北 309及其经 60Co-γ射线辐射诱变产生的三角颖突变

体 tri1、籼稻品种南京 11 和另一粳稻品种日本晴.

(ⅱ) 性状测定. 2010 和 2011 年正季在扬州同

时种植三角颖突变体 tri1 和野生型台北 309, 常规水

肥管理, 成熟期分别调查株高、有效分蘖数、千粒重、

粒长、粒宽和粒厚. 收获的成熟种子在室温放置 2 个

月后加工成精米, 用于测定稻米主要理化品质性状.

精米总蛋白质含量采用凯氏定氮法测定 [12], 直链淀

粉含量按农业部标准 NY147-88 测定; 利用澳大利亚

Newport Scientific仪器公司生产的 3-D型淀粉黏滞性

快速测定仪(Rapid Visco-Analyser, RVA)测定稻米淀

粉黏滞性谱, 并用 Thermal Cycle for Windows 配套软

件进行分析.

(ⅲ) 遗传分析与定位群体的构建. 2009 年 8 月

在扬州将突变体 tri1 与籼稻品种南京 11 杂交, 收获杂

种 F1; 同年 11 月在海南陵水种植 F1, 于次年收获 F2

种子; 2010 和 2011 年正季在扬州大学农学院实验基地

种植 F2群体. 成熟期调查 F2群体内野生型与突变型植

株的分离比例, 采用 χ2 检验; 同时取突变植株和少量

正常植株用于基因定位.

(ⅳ) DNA 的提取与分子标记分析. 在 tri1 与南

京 11 来源的 F2群体中, 共获得 1153 株表现突变性状

的植株, 取叶片并参照 Dellaport 等人[13]的方法提取

DNA. 从 Gramene 网站(http://www.gramene.org/)获

得部分 SSR (simple sequence repeat)标记引物序列;

同时根据已公布的籼稻品种 93-11和粳稻品种日本晴

全基因组序列, 利用 Primer Premier 5.0 软件, 在初定

位区段及附近区域设计新的分子标记(表 1). 所有引

物由上海捷瑞生物工程有限公司合成. PCR 扩增产物

直接在 3%琼脂糖凝胶电泳上分离 , CAPS (cleaved

amplified polymorphic sequence)标记 CHR0135 的

PCR 产物经相应酶切后电泳分离, 并经溴化乙锭染

色后在凝胶成像仪上观察分析.

(ⅴ) 基因定位分析. 从突变体 tri1 与南京 11 来

源的 F2 群体中各选取 10 株具正常表型和突变表型的

植株, 分别构建成正常株池和突变体池, 利用在南京

11号和台北 309两个亲本间表现多态性的 SSR标记进

行初定位, 获得与 tri1 突变性状连锁的分子标记; 在

此基础上 . 利用该连锁标记及其附近新发展的分子

标记对 F2 群体中所有具三角颖表型的单株进行检测,

表 1 本研究所用的分子标记引物序列

分子标记 前引物序列(5′→3′) 后引物序列(5′→3′)

CHR0101 ATAGTTCGCCATCGTCAT ACACGCCATAGCAAGGAA

CHR0102 CATATCTCTACAAAACAAACAAAAA CATCAATGGTGGTGACCTTTT

CHR0103 CACATTTTCTGTCCCAAAGTTCA ATTTAGAGCGTGTTGTGTTTTGG

CHR0107 AACCCCTCCCTTCTCCTTCTTC CACAGGACGTGAGGCTCGG

CHR0111 TCCTCCTCATTCGGACACTTTT CCAAACAGTGGATGGAGCAGTAG

CHR0112 AGATTTTCTCATGTGTTATGCGA GTGGTTTTGTTTTCTCTGGGACT

CHR0114 GCACATTTTATTTCGATTCGACCA ATCTTGCCCCTTTCTCGCCT

CHR0115 AATCTGTATGGTCAACTCTTCAC AGCAGCCTAACTTATGTTCCA

CHR0116 AGAGGAAATGATGGTCTGGAG GTACATAGGCAGAAGCTCTAAAGTC

CHR0117 GTGTTAAGGCTTGTCCCGAGT AATCTCCCAATCTCGTAGGCT

CHR0119 CCAATGGTAGGTGAAACAAAGAATG TACAGGCTCTCGTCTTCAACACACT

CHR0120 AGGAGAGGAGAGACGCTGGCT TACAGCAACCCCCCAAATCAT

CHR0121 CAATTCTTGAATATGGCGATGGTCT TGAGATCATCACGCCCAGATTTC

CHR0122 CTCTTGCCGCAAACACTTCT CAGATTTCCTTTATTGCTGCTTAG

CHR0127 TGTGGGTAAGTTCTGACGGGATT GCACGCAAACGACGAAACAG

CHR0128 TTGATGTAGCGGATGATGGCGTTA CAGCCAATGCCTGCCGAAAT CHR0135 CGTAGTAATCAGTTGTTTGAGCGTT CACAGGTATGAATCGTATCAGAAGT

2013 年 1 月 第 58 卷 第 3 期

220

对目标基因进行精细定位.

(ⅵ) 候选基因确定. 根据精细定位结果和定位

区域内预测基因的信息(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov),

设计引物, 克隆突变体 tri1 及野生型中相关基因的序

列. PCR 产物克隆入 pMD18-T 载体, 进行测序分析.

通过 Vector NTI 9 软件对突变体 tri1 及野生型中测得

的基因序列进行比对.

(ⅶ) RNA 提取和表达分析. 取粳稻品种日本晴

分蘖拔节期根、茎、叶和叶鞘、抽穗前幼穗及灌浆期

的籽粒, 按照 TIANGEN 公司总 RNA 提取试剂盒说

明书要求提取总 RNA, 总 RNA 经 DNA 酶Ⅰ

(QIAGEN)处理后, 按照 Fermenta 公司的反转录说明

书合成 cDNA 的第一链 . 以水稻 OsActin1 (LOC_

Os03g0718100)为内参基因 , RT-PCR (reverse tran-

scription PCR)引物为 5′-CCAAGGCCAATCGTGA-

GAAGA-3′和 5′-AATCAGTGAGATCACGCCCAG-3′;

OsMADS32 基因 RT-PCR 分析用引物为 5′-AGGAG-

TACACGGTGCCGTCGCT-3′和 5′-TTGTCGCCCCC-

TAATAATGTTCTG-3′. 半定量 RT-PCR 扩增循环数

为 25 个. 采用 TAKARA 公司的荧光定量试剂盒在

Applied Biosystems 公司的 7500 Fast 实时荧光定量

PCR 仪上进行实时定量 RT-PCR 分析. PCR 反应体系

为 20 μL, 包括: SYBR® Premi Ex TaqTMⅡ(2×) 10 μL,

上、下游引物各 0.8 μL, ROX Reference Dye Ⅱ(50×)

0.4 μL, cDNA 1 μL, ddH2O 补足至 20 μL.

2 结果与分析

2.1 突变体 tri1 的主要表型与品质特征

突变体 tri1的株高较野生型台北 309稍矮(图 1(a)

和表 2); 在 tri1 颖花发育过程中, 外颖逐渐向内颖侧

弯曲, 至成熟时颖花呈三角颖形状, 部分成熟颖花中

部不能完全闭合(图 1(b)). 剥去外颖后可见野生型台

北 309 内颖略小, 而 tri1 的内颖则侧向变长, 呈三角

形, 紧紧包着胚的大部分区域(图 1(d)); 种子成熟后,

tri1 籽粒呈三角形, 表面突起不规则(图 1(b)), 去除

颖壳后的糙米也呈畸形(图 1(c)).

连续 2 年测定了突变体和野生型籽粒形状及其

精米主要理化品质性状(表 2). 结果显示, 与野生型

比较, 突变体籽粒千粒重显著降低(P<0.05)、粒厚显

著增加(P<0.05)、粒长变化较小(P>0.05). 突变体 tri1

籽粒形状改变后, 稻米粗蛋白含量(8.5%±0.1%)显著

高于野生型(6.9%±0.2%)(P<0.05), 而直链淀粉含量、

糊化温度和胶稠度等其他主要理化品质性状与野生

型差异不显著(数据未显示); 淀粉的黏滞特性(RVA

谱)与亲本基本一致(图 1(e)), 说明目的基因突变改变

籽粒形状后对稻米淀粉理化特性的影响极小.

图 1 突变体 tri1 及其野生型(WT)植株及其籽粒表型的比较 (a) 植株; (b) 成熟籽粒; (c) 糙米; (d) 内颖; (e) 稻米 RVA 谱. WT, 野生型; tril, 突变体

221

论 文

表 2 突变体 tri1 与野生型台北 309 部分性状的比较 a)

年份 材料 株高(cm) 有效分蘖数 粒长(mm) 粒宽(mm) 粒厚(mm) 千粒重(g)

2011 突变体 108.82±2.77** 8.80±1.77* 7.27±0.25 3.95±0.20** 2.71±0.07* 26.11±0.34*

野生型 122.48±4.34 6.40±1.95 7.75±0.14 3.62±0.07 2.36±0.12 27.39±0.06

2010 突变体 109.86±3.08* 7.80±1.30 7.16±0.15 3.59±0.15 2.84±0.10** 23.89±0.25**

野生型 115.70±1.39 8.70±1.59 7.48±0.31 3.53±0.10 2.30±0.10 26.97±0.08

a) *示该性状在 0.05 水平上差异显著; **示该性状在 0.01 水平上差异极显著

2.2 突变体 tri1 的遗传分析与基因定位

突变体 tri1 与南京 11 杂交的 F1-2 籽粒颖壳均表

现正常, 与野生型台北 309 表型一致, 说明三角颖突

变性状相对于正常颖为隐性. 在 F2 群体中出现正常

颖与三角颖两种表现型, 在随机调查的 200 个植株中,

正常株和突变株分别为 157 和 43 株, 符合 3:1 的分离

比例(χ2=1.31<χ20.05=3.84), 表明该突变性状受 1 对隐

性核基因控制.

利用约 150 个均匀分布在水稻 12 条染色体上的

SSR 标记对台北 309 和南京 11 进行多态性分析, 有

80 对标记在双亲中表现多态性. 构建野生型 DNA 池

和突变型 DNA 池(各 10 株), 利用获得的 80 个有多态

性的 SSR 标记对 2 个池进行分析, 发现第 1 染色体上

的分子标记 CHR0101 在野生型池呈多态性, 而突变

型池无多态性. 然后利用分子标记 CHR0101 对 F2 群

体中的 46 个三角颖单株 DNA 进行扩增, 结果显示该

标记在三角颖表型的植株中明显偏分离 ; 同时利用

该标记对 20 株野生型单株进行 PCR 扩增和电泳分析,

结果发现交换株较多, 从而确定标记 CHR0101 与目

标基因连锁. 根据日本晴和 9311 序列在 CHR0101 标

记附近发展了 16 个 SSR 或 CAPS 标记, 其中 8 个标

记在台北 309 和南京 11 两个亲本间表现出多态性(引

物序列见表 1). 以 F2 群体中的 83 株三角颖单株作为

定位群体, 进一步利用 8 对在两亲本间有多态性的分

子标记进行分析, 确定目的基因位于第 1 染色体长臂

上分子标记 CHR0101 与 CHR0111 之间, 物理距离约

为 705 kb, 并与其间的标记 CHR0115, CHR0116 和

CHR0117 共分离(图 2(a)).

为了构建与目的基因更紧密的连锁图谱, 以 F2

群体中分离出的 1153 株突变株为对象 , 利用

CHR0101 与 CHR0111 两个标记之间发展的 11 个分

子标记, 将 tri1 基因进一步定位在第 1 染色体上分子

标记 CHR0122 和 CRH0127 之间 47 kb 范围内, 其中

CHR0119 与目标基因共分离(图 2(b)). 该区域分布在

一个 BAC 克隆 AP003343 上(图 2(c)).

2.3 候选基因的克隆与序列分析

根据水稻基因组数据库(Rice Genome Annotation

Project)提供的水稻基因组序列注释 , 在精细定位的

47 kb 区域内共包含 6 个注解基因(图 2(c)), 分别为LOC_Os01g52680, LOC_Os01g52690, LOC_Os01g52700, LOC_Os01g52710, LOC_Os01g52720, LOC_Os01g52730,

其中 LOC_Os01g52730部分序列位于 47 kb区域之外.

对剩余 5 个注解基因进行分析, 分别编码 MIKC 类的OsMADS32 (MADS-box family gene with MIKCc type-box)、假定的逆转录转座蛋白(retrotransposon

protein, putative)、假定的蛋白(hypothetical protein)、

糖基转移酶 8 结构域蛋白(glycosyl transferase 8 do-

main containing protein, putative, expressed) 和复合

物Ⅰ中间体相关蛋白(ComplexⅠintermediate-associ-

ated protein domain containing protein, putative, ex-

pressed). 其中, OsMADS32 为与花器官发育相关的

转录因子.

根据粳稻品种日本晴中相关基因分别设计引物,

经 PCR 克隆突变体及其野生型台北 309 中的 5 个注

解基因 , 并进行序列测定 . 经比对 , 发现 LOC_

Os01g52690, LOC_Os01g52700, LOC_Os01g52710 和

LOC_Os01g52720 四个基因序列在突变体与野生型

间并没有差异. 而突变体 tri1 中的 LOC_Os01g52680

(OsMADS32)基因相比野生型 , 缺失了一个碱基 A,

缺失碱基位于 OsMADS32 基因第 3外显子上(图 2(d)).

突变体中该碱基的缺失可能导致目的基因翻译时在

第 107 位氨基酸处发生移码, 并提前终止于第 109 位

密码子(网络版图 S1), 从而可能使该基因功能发生

改变或缺失.

OsMADS32 基因包含 6 个内含子和 7 个外显子

(图 2(d)), 基因组序列全长 2086, 编码区全长 591 bp,

编码 196 个氨基酸. OsMADS32 基因上发生突变的位

置正好是 DdeⅠ限制性内切酶的识别位点(CTGAG),

2013 年 1 月 第 58 卷 第 3 期

222

图 2 TRI1 在水稻第 1 染色体长臂上的定位及其候选基因预测与验证 (a) TRI1 被初定位于第 1 染色体标记 CHR0101 与 CHR0111 之间; (b) TRI1 被精细定位于标记 CHR0122 与 CHR0127 间 47 kb 的范围内; (c)

定位区域位于一个 BAC 克隆(AP003343)上, 该区域共包含 6 个注解基因; (d) LOC_Os01g52680 (OsMADS32)基因的结构及其在突变体中

的缺失位置(在 556 bp 处缺失碱基 A); (e) 利用 CAPS 标记 CHR0135 对亲本和突变体的检测结果

在突变体中由于碱基 A 的缺失, 导致该位点不能被

DdeⅠ酶切(图 2(d)). 据此, 设计了一个 CAPS 标记

CHR0135(表 1), 在野生型台北 309 中扩增出一条 415

bp 的 DNA 片段, 经 DdeⅠ酶切和电泳分离后, 出现

149 和 266 bp 两条带(图 2(e)); 在突变体也可扩增出

相似大小的片段, 但该 PCR 产物不能被 DdeⅠ酶切.

由此进一步证明在突变体中 OsMADS32 基因在该处

发生了突变. 综合序列测定与 CAPS 标记检测, 推测

OsMADS32 可能是 TRI1 基因的候选基因.

2.4 OsMADS32 基因在水稻中的表达特性

通过半定量 RT-PCR 检测 OsMADS32 在日本

晴根、茎、叶、叶鞘、花序和发育种子中的表达 .

结果表明 , OsMADS32 主要在幼嫩花序中表达 , 而

在根、茎、叶鞘及花后 5 天的发育籽粒中几乎不表达

(图 3(a)). 荧光实时定量 RT-PCR 分析结果表明也进

一步证明 OsMADS32 基因在花序中表达量最高 ,

但在根、茎、叶、鞘和花后 5 天籽粒中的表达量极低

(图 3(b)).

223

论 文

图 3 OsMADS32 基因在水稻不同组织器官中的表达特征 (a)和(b)分别是半定量 RT-PCR 及实时荧光定量 RT-PCR 结果. R, 根; C, 茎; L, 叶; LS, 叶鞘; I, 幼嫩花序; S, 开花后 5 天的籽粒

3 讨论

突变体是研究植物相关基因功能的良好材料 .

目前, 在水稻中已报道了多个与穗发育相关的基因,

大多是通过突变体而获得的 . 如穗分化受阻突变体

lhd[14,15]、枝梗无小穗突变体 bfl1[16]、短穗突变体

sp1[17]、小穗和穗异常突变体 aps1[18]、水稻花器官数

目控制突变体 fon[6,8,19]、包穗突变体 esp2[20]等. 与水

稻颖壳发育有关的突变基因有卷穗突变体 fzp[21]、畸形

颖壳突变体 ah[22]、长护颖突变体 g1[23]和 ele[24]、叶状

颖壳不育突变体 lhs1[25]、内颖形成调控突变体 dp[26,27]、

三角颖突变体 th1[11]等. 目前已对部分基因进行了克

隆和功能分析. 其中, 三角颖突变体 th1 由单隐性基

因控制, 表现为内和外颖凸出、弯曲而修长[11].

本研究中发现的三角颖突变体 tri1 与 th1 在表型

上有一定的相似性, 内外颖均表现向外凸出, 呈三角

颖; 但稍有不同的是 th1 颖壳弯曲而细长, tri1 则阔而

短, 较厚, 在开花时部分颖花中部不能完全闭合, 外

颖顶端向内颖侧弯曲度较大, 内颖侧向变长, 呈三角

形, 幼胚的大部分区域被内颖紧紧包被, 糙米呈畸形.

本研究结果表明 , 与野生型相比突变体粒厚显著增

加、而株高和千粒重显著降低, 说明突变基因对植株

发育和籽粒形状有一定的影响; 而突变体与野生型的

粒长、有效分蘖数和粒宽等上的差异较小, 说明目的

基因突变对这些性状影响较小. 稻米 RVA 谱等的测

定结果显示, 突变籽粒与野生型比较差异较小, 说明

目的基因对稻米的理化性质影响较小; 但突变体稻米

蛋白质含量显著高于野生型, 这可能是因为水稻颖壳

的不正常发育导致籽粒畸形, 并影响了籽粒的灌浆;

另外, 颖壳还具有光合作用的功能, 其光合能力的强

弱与颖果的发育状况和品质也有一定的相关性.

本研究发现的突变基因 tri1 位于第 1 染色体长臂

上, 与 th1 不等位. 目前在该区域还没有关于控制水

稻颖壳发育相关基因的报道, 说明 TRI1 可能为一个

新的控制水稻颖壳发育的基因. 通过测序比对表明,

与野生型台北 309 相比, 突变体 tri1 中的 OsMADS32

基因上第 3 内含子末端有一个碱基 A 的缺失, 可能导

致第 107 和 108 位密码子发生移码, 并提前终止于第

109 位密码子. 通过半定量 RT-PCR 和实时荧光定量

RT-PCR 分析表明, OsMADS32 主要在花序中表达,

而在其他组织器官如根、茎、叶、叶鞘和花后 5 d 籽

粒等中的表达量极低. 由此说明, OsMADS32 基因可

能参与了水稻穗的发育 , 进一步可推断该基因即为

TRI1 的候选基因.

研究表明 , 参与植物花器官发育有关的基因多

数属 MADS-box 家族 , 如 OsMADS3, OsMADS7,

OsMADS8, OsMADS13, OsMADS58等. 该类基因家族

庞大, 广泛存在于动物、植物以及真菌中, 每个成员

都拥有一个高度保守的 MADS-box 结构域. Arora 等

人 [28]通过对全基因组特征分析和以阵微列为基础的

基因表达谱分析发现, 水稻中至少有 75 个 MADS-

box基因, 大多编码含MIKC结构的转录因子. 已有研

究表明, MADS-box 基因在水稻生长和花器官发育等

过程中发挥着重要作用. Kim 等人[29]研究发现, Os-

MADS51 是一个开花促进因子, 尤其在短日照下, 作

用于 Ehd1, OsMADS14, Hd3a 上游和 OsGI 下游, 参与

将 OsGI 的信号传递至 Ehd1. Ryu 等人[30]研究表明, 在

长日照条件下 OsMADS50 促进水稻开花, 调控 Hd3a,

OsMADS1, OsMADS14, OsMADS15 和 OsMADS18 的表

达; 但是研究同时指出, OsMADS50 和 OsMADS56 在

长日照条件下对水稻开花时间的决定作用是相反的,

因此推测 OsMADS56 是一个开花抑制基因.

2013 年 1 月 第 58 卷 第 3 期

224

目前有关 OsMADS32 的功能分析还鲜有报道 .

Zhao 等人[31]报道了单子叶植物中一个新的、类似于

OsMADS32 的进化分支, 包括水稻的 OsMADS32, 小

麦 TaAGL14 和 TaAGL15 等. Arora 等人[28]研究也发现

OsMADS32 在拟南芥中没有直系同源基因 , 并证实

OsMADS32 主要在穗发育的早期和种子发育的后期

表达, 这些研究结果说明 OsMADS32 分支基因可能

为单子叶植物特有的参与花与种子发育的基因.

参考文献

1 Fan C C, Xing Y Z, Mao H L, et al. GS3, a major QTL for grain length and weight and minor QTL for grain width and thickness in rice,

encodes a putative transmembrane protein. Theor Appl Genet, 2006, 112: 1164–1171

2 Mao H L, Sun S Y, Yao J L, et al. Linking differential domain functions of the GS3 protein to natural variation of grain size in rice. Proc

Natl Acad Sci USA, 2010, 107: 19579–19584

3 Tan Y F, Xing Y Z, Li J X, et al. Genetic bases of appearance quality of rice grains in Shanyou 63, an elite rice hybrid. Theor Appl Genet,

2000, 101: 823–829

4 Li Y B, Fan C C, Xing Y Z, et al. Natural variation in GS5 plays an important role in regulating grain size and yield in rice. Nat Genet,

2011, 43: 1266–1269

5 Li J, Qian Q, Long M, et al. Characterization of the rice floral organ number mutant fon3. J Integr Plant Biol, 2005, 47: 100–106

6 Chu H W, Qian Q, Liang W Q, et al. The FLORAL ORGAN NUMBER4 gene encoding a putative ortholog of Arabidopsis CLAVATA3

regulates apical meristem size in rice. Plant Physiol, 2006, 142: 1039–1052

7 Moon S, Jung K H, Lee D E, et al. The rice FON1 gene controls vegetative and reproductive development by regulating shoot apical

meristem size. Mol Cells, 2006, 21: 147–152

8 Suzaki T, Toriba T, Fujimoto M, et al. Conservation and diversification of meristem maintenance mechanism in Oryza sativa: Function of

the FLORAL ORGAN NUMBER2 gene. Plant Cell Physiol, 2006, 47: 1591–1602

9 Morinaga T, Fukushima E. Heritable characters in rice I. Abnormal mutant characters and their mode of inheritance. Bult Sci Facult Ter

Kyusyu Imp Univ, 1943, 10: 301–339

10 董凤高, 熊振民, 钱前, 等. 籼稻标记性状近等基因系的构建. 中国水稻科学, 1994, 8: 135–139

11 Li X J, Sun L J, Tan L B, et al. TH1, a DUF640 domain-like gene controls lemma and palea development in rice. Plant Mol Biol, 2011, 43:

1266–1269

12 周丽慧, 刘巧泉, 张昌泉, 等. 2 种方法测定稻米蛋白质含量及其相关性分析. 扬州大学学报(农业与生命科学版), 2009, 30: 68–72

13 Dellaport S L, Wood J, Hicks J B. A plant DNA minipreparation: VersionⅡ. Plant Mol Biol Rep, 1983, 1: 19–21

14 段远霖, 吴为人, 张丹凤, 等. 水稻幼穗分化受阻突变体 lhd 的遗传分析与基因定位. 科学通报, 2003, 48: 1662–1665

15 Xiong G S, Hu X M, Jiao Y Q, et al. LEAFY HEAD2, which encodes a putative RNA-binding protein, regulates shoot development of rice.

Cell Res, 2006, 16: 267–276

16 Zhu Q H, Hoque M S, Dennis E S, et al. Ds tagging of BRANCHED FLORETLESS 1 (BFL1) that mediates the transition from spikelet to

floret meristem in rice (Oryza sativa L). BMC Plant Biol, 2003, 3: 6

17 Li S B, Qian Q, Fu Z M, et al. Short panicle1 encodes a putative PTR family transporter and determines rice panicle size. Plant J, 2009, 58:

592–605

18 Yoshida A, Ohmori Y, Kitano H, et al. ABERRANT SPIKELET AND PANICLE1, encoding a TOPLESS-related transcriptional

co-repressor, is involved in the regulation of meristem fate in rice. Plant J, 2012, 70: 327–339

19 Suzaki T, Sato M, Ashikari M, et al. The gene FLORAL ORGAN NUMBER1 regulates floral meristem size in rice and encodes a

leucine-rich repeat receptor kinase orthologous to Arabidopsis CLAVATA1. Development, 2004, 131: 5649–5657

20 官华忠, 段远霖, 刘华清, 等. 水稻包穗突变体 esp2 的遗传分析与基因精细定位. 科学通报, 2011, 56: 741–745

21 Komatsu M, Chujo A, Nagato Y, et al. FRIZZY PANICLE is required to prevent the formation of axillary meristems and to establish floral

meristem identity in rice spikelets. Development, 2003, 130: 3841–3850

22 Zhang Q F, Xu J D, Li Y, et al. Morphological, anatomical and genetic analysis for a rice mutant with abnormal hull. J Genet Genom,

2007, 34: 519–526

23 Yoshida A, Suzaki T, Tanaka W, et al. The homeotic gene long sterile lemma (G1) specifies sterile lemma identity in the rice spikelet.

Proc Natl Acad Sci USA, 2009, 106: 20103–20108

24 Hong L L, Qian Q, Zhu K M, et al. ELE restrains empty glumes from developing into lemmas. J Genet Genom, 2010, 37: 101–115

25 Jeon J S, Jang S, Lee S, et al. leafy hull sterile1 is a homeotic mutation in a rice MADS box gene affecting rice flower development. Plant

Cell, 2000, 12: 871–884

225

论 文

26 Kishimoto N, Foolad M R, Shimosaka E, et al. Alignment of molecular and classical linkage maps of rice, Oryza sativa. Plant Cell Rep,

1993, 12: 457–461

27 Jin Y, Luo Q, Tong H G, et al. An AT-hook gene is required for palea formation and floral organ number control in rice. Dev Biol, 2011,

359: 277–288

28 Arora R, Agarwal P, Ray S, et al. MADS-box gene family in rice: Genome-wide identification, organization and expression profiling

during reproductive development and stress. BMC Genom, 2007, 8: 242

29 Kim S L, Lee S Y, Kim H J, et al. OsMADS51 is a short-day flowering promoter that functions upstream of Ehd1, OsMADS14, and Hd3a.

Plant Physiol, 2007, 145: 1484–1494

30 Ryu C H, Lee S, Cho L H, et al. OsMADS50 and OsMADS56 function antagonistically in regulating long day (LD)-dependent flowering in

rice. Plant Cell Environ, 2009, 32: 1412–1427

31 Zhao T, Ni Z, Dai Y, et al. Characterization and expression of 42 MADS-box genes in wheat (Triticum aestivum L.). Mol Genet Genom,

2006, 276: 334–350

补充材料

图 S1 OsMADS32 基因在突变体(tri1)及其野生型台北 309(TRI1)中预测的编码区及其推测的氨基酸序列

本文以上补充材料见网络版 csb.scichina.com. 补充材料为作者提供的原始数据, 作者对其学术质量和内容负责.