全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2013, 39(6): 1013−1020 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2013CBA01401)和国家自然科学基金项目(31000696)资助。
* 通讯作者(Corresponding authors): 郭宝太, E-mail: btguo12@163.com, Tel: 15969841765; 李学勇, E-mail: lixueyong@caas.cn, Tel: 010-82107409
第一作者联系方式: E-mail: qinyanling.2008@163.com, Tel: 18201617497
Received(收稿日期): 2012-11-13; Accepted(接受日期): 2013-01-18; Published online(网络出版日期): 2013-03-22.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20130322.1737.006.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2013.01013
两个水稻 D2基因等位突变体的表型分析及分子鉴定
秦雁玲 1,2 尹 亮 3 赵金凤 2 孙 伟 3 赵庆雷 3 袁守江 3 朱文银 3
郭宝太 1,* 李学勇 2,*
1 青岛农业大学生命科学学院, 山东青岛 266109; 2 中国农业科学院作物科学研究所 / 农作物基因资源与基因改良国家重大科学工
程, 北京 100081; 3 山东省水稻研究所, 山东济南 250100
摘 要: 通过 EMS诱变粳稻品种日本晴, 筛选到 2个矮秆突变体 s1-46和 s1-96。突变体株高分别为野生型的 44.7%
和 55.9%, 且叶片直立, 穗粒数减少, 籽粒变短。暗处理时, 野生型的中胚轴伸长, 但突变体的不伸长, 说明突变性状
与油菜素内酯(BR)相关。外源活性 BR 处理后, 突变体与野生型的叶夹角均变大, 根长均变短, 表明突变基因与 BR
的生物合成相关。遗传分析表明, 该突变性状由 1 对隐性基因控制。通过与籼稻品种 Dular 杂交构建 F2群体, 将该
基因定位在第 1染色体 40.9 kb范围内。测序表明, 该基因与参与 BR生物合成的 D2基因等位, 其中 s1-46第 305位
的氨基酸由脯氨酸突变成亮氨酸, 而 s1-96第 370位的甘氨酸突变成谷氨酸。
关键词: 水稻; 矮秆突变体; 油菜素内酯; 精细定位
Phenotypic Analysis and Molecular Characterization of Two Allelic Mutants of
D2 Gene in Rice
QIN Yan-Ling1,2, YIN Liang3, ZHAO Jin-Feng2, SUN Wei3, ZHAO Qing-Lei3, YUAN Shou-Jiang3, ZHU
Wen-Yin3, GUO Bao-Tai1,*, and LI Xue-Yong2,*
1 College of Life Sciences, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China; 2 National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic
Improvement / Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 3 Shandong Rice Research Institute,
Jinan 250100, China
Abstract: Two dwarf mutants s1-46 and s1-96 were isolated from an EMS mutated japonica cultivar Nipponbare. The plant
height of the two mutants was 44.7% and 55.9% of that of the wild-type, respectively. The mutants also exhibited erect leaves,
reduced grain number, and shortened grains. When grown in complete darkness, the mesocotyl elongated in the wild-type plant,
but not in the mutants, indicating that s1-46 and s1-96 are brassinosteroids (BRs)-related mutants. Furthermore, treatment of seed-
ling with bioactive BR showed that the leaf angle was increased and the root length was decreased in both the wild-type and mu-
tant plants, suggesting that the mutated gene is involved in BR biosynthesis. Genetic analysis showed that the phenotypes of both
mutants were caused by a recessive gene. Fine-mapping showed that this gene was located within a 40.9 kb region on chromo-
some 1. Sequence analysis revealed that the mutated gene was allelic to D2, encoding CYP90D2 that is involved in BR biosyn-
thesis. In s1-46 and s1-96, the encoded amino acids were changed from proline to leucine and from glycine to glutamic acid at the
305th and 370th positions of D2, respectively.
Keywords: Rice; Dwarf mutant; BR (brassinosteroids); Fine-mapping
油菜素内酯(brassinosteroids, BR), 是一类多羟基
化的甾醇类植物激素, 对植物的生理和形态发生具
很大影响。BR 调控细胞和茎的伸长 [1-2]、维管的
分化[3-4]、暗形态建成[5-6]、叶夹角形成[7-8]、种子萌
发[9-10]、气孔发育[11]、分蘖形成[12]、叶片衰老和脱
落等生长发育过程[13], 并可提高作物对生物胁迫如
病害的抗性和调控植物株型 , 从而增加产量。
OsDWARF4 基因编码一个细胞色素 P450 单加氧
1014 作 物 学 报 第 39卷

酶[15], 与 D11共同参与 BR合成及后期 C-22的羟基
化, 二者在功能上存在冗余。所不同的是, D11参与
BR 合成的主要途径, 调控茎的伸长和生殖生长, 突
变 时 导 致 植 株 明 显 矮 化 , 粒 型 变 小 [16]; 而
OsDWARF4 参与 BR 合成的补充途径, 主要影响叶
片角度, 突变后叶片直立, 有利于密植条件下捕获
光能, 即使在不额外施加化肥的条件下, 产量都比
野生型高[15]。说明通过遗传学的方法调控 BR 的生
物合成可以提高产量。
在双子叶和单子叶植物中, 主要通过筛选 BR
缺陷型和不敏感型突变体, 借助遗传分析对基因进
行定位克隆与功能分析, 确定参与 BR 合成和信号
途径的基因及作用机制。但在单子叶植物如水稻中,
已发现的 BR 相关突变体还不多, BR 合成和信号通
路研究得还不很清楚[17]。目前, 水稻中已克隆 5 个
与 BR合成相关的基因, 即 D2、D11、BRD1、BRD2
和 OsDWARF4, 其中 4 个编码细胞色素 P450 酶类,
即 CYP90D2/D2编码 C-23羟化酶[18], CYP724B1/D11
和 CYP90B2/OsDWARF4 编码 C-22 羟化酶 [15-16],
CYP85A1/BRD1编码 C-6氧化酶[19], 它们都是 BR合
成途径中的关键酶。拟南芥 BRI1是第一个被克隆的
BR信号转导基因, 编码一个跨膜的富亮氨酸重复的
蛋白激酶, 为 BR的受体, 水稻 D61基因与 BRI1 同
源[20]。
到目前为止, 已发现 60 多个水稻矮秆突变体,
其中有些突变体的籽粒小而圆[21]。与 BR 合成相关
突变体通常表现小粒特征, 如 d2 [18]、d11 [16]、brd1 [19]
和 brd2 [22]等。本研究利用 EMS诱变粳稻品种日本
晴获得 2 个稳定遗传的矮秆突变体, 进行了形态学
观察和 BR 激素处理实验; 对该突变基因的定位和
克隆丰富了控制水稻株高相关基因的理论。
1 材料与方法
1.1 实验材料的获得
粳稻品种日本晴经化学诱变剂甲基磺酸乙酯
(ethyl methylsulfonate, EMS)诱变处理后, 从M2代成
熟期筛选出 2 个矮秆突变体 s1-46 和 s1-96, 多代自
交性状稳定。
1.2 突变体的表型鉴定
分蘖期和成熟期考察 s1-46 和 s1-96 与野生型
(日本晴)的株高、叶夹角、叶片形态、穗型、粒型、
穗粒数、粒长、粒宽、节间长度等重要形态指标。
1.3 暗形态建成
参考 Sumiyo 等[16]的方法, 分别将野生型和突
变体水稻种子置于剪掉底部的 96孔 PCR板中, 并于
加水的密封容器中 35℃催芽 2 d, 再于 30℃黑暗处
理 20 d。每个处理 15粒种子, 观察中胚轴的伸长情
况并拍照记录。
1.4 BR敏感性分析
以叶夹角和根长的变化反映对 BR 的敏感性。
用无水乙醇配制 1 μmol L−1 的表油菜素内酯
(Brassinolide, 简称 BL, Sigma, E1641)溶液。选取充
实度良好的种子去壳后, 用 1.7% NaClO 溶液消毒
30 min, 灭菌蒸馏水洗涤 5次, 于 35℃萌发 2 d, 选
取胚芽鞘萌发一致的种子, 分成两组, 分别置于不
含BL和含有 1 μmol L−1 BL的 1/2 MS固体培养基上,
30℃持续光照培养, 15 d后用量角器测量第 3叶与其
叶鞘之间的夹角, 同时测量根长, 每个处理 15 粒种
子, 3次重复。采用 Microsoft Excel和 SPSS(6.1)数据
处理统计软件进行相关的方差分析和差异性比较。
1.5 定位群体的构建和总 DNA的提取
将突变体分别与籼稻品种 Dular杂交, F1代自交
后获得 F2群体。于成熟期调查 F2群体的株高并统计
分离比。从 2个突变体的 F2代中分别选取 786株和
695 株矮秆植株构成定位群体。按单株取叶片以
CTAB 法[23]提取总 DNA, 参照 Michelmore 等[24]的
BSA (bulked segregation analysis)方法, 总 DNA 经
0.8%琼脂糖凝胶电泳检测后, 随机挑选亮度一致的
20株突变体 DNA, 各取等量构成混池。
1.6 基因初步定位
根据籼、粳稻序列间的插入或缺失差异, 设计
170个有多态性的 InDel (Insertion or Deletion)标记,
均匀分布在 12条染色体上, 利用这些标记进行初步
定位。通过比对日本晴、Dular、F1代、F2代突变体
DNA 混池之间的标记差异性确定可能与目的基因
连锁的 InDel 标记。PCR 扩增体系包含 10×PCR
buffer 1 μL, 引物(4 μmol L−1) 1 μL, 模板 DNA 1 μL,
dNTPs (2.5 mmol L−1) 0.2 μL, Taq DNA聚合酶(5 U
μL−1) 0.1 μL, ddH2O 6.7 μL。PCR扩增条件为 94℃预
变性 5 min; 94℃ 30 s, 55℃ 30 s, 72℃ 30 s, 循环
数为 35个; 72℃延伸 5 min。在 220V下以 8%聚丙
烯酰胺凝胶电泳 1 h, 再经硝酸银染色后照相分析。
1.7 基因精细定位
根据已公布的粳稻品种日本晴与本实验室已测序
的籼稻品种 Dular 全基因组序列(待发表)之间的差异,
第 6期 秦雁玲等: 两个水稻 D2基因等位突变体的表型分析及分子鉴定 1015


在与目的基因连锁的标记区间内开发新的 InDel标记,
对 F2群体中表现矮化性状的单株进行精细定位。
1.8 基因功能预测和突变位点确定
通过 Rice Genome Annotation Project (水稻基因
组注释系统)网站(http://rice.plantbiology.msu.edu/)在
精细定位区间内进行基因预测, 分析可能的候选基
因。根据网站上提供的全基因组序列设计引物, D2
基因组 DNA全长 7898 bp, 分成 6个约 1.5 kb的片
段, 对 PCR产物直接测序, 然后使用 DNAStar软件
比对突变体和野生型的序列差异。
2 结果与分析
2.1 突变体的表型分析
由图 1 (A、D)和表 1 可见, 突变体植株 s1-46
和 s1-96 表现出明显的矮化, 成熟期野生型日本晴
的株高为 101.27 cm, 突变体的株高分别只有野生型
的 44.7%和 55.9%。进一步调查发现, 突变体的各个
节间与野生型相比都有不同程度的缩短(图 2-A), 其
中 s1-46尤以穗下第 2、第 3、第 4节间缩短最为显
著; 随机调查 s1-96的 100个分蘖, 发现共有 4种缩
短类型, 分别是穗下第 2节间、第 3节间、第 2和 3
节间及第 2和 4节间缩短(图 2-A中的 1、2、3、4),
各占 19%、27%、19%和 35%。根据各节间长度占
总节间长度的相对比例, Takeda[25]将水稻矮秆突变
体分为 dn、dm、sh、d6和 nl 5种类型(图 2-B)。参
照此分类方法, s1-46属于 d6类型矮化(图 2-C); s1-96
的 4 种矮化类型中, 第 1 种表现为第 2 节间严重缩
短, 属于 dm 类型(图 2-C 中的 1), 其他 3 种矮化类
型目前少见报道(图 2-C中的 2、3、4)。此外, 突变
体还表现叶片直立和叶夹角变小(图 1-B和表 1), 叶
片顶端扭曲和褶皱(图 1-C)。穗粒数(图 1-E 和表 1)
和粒长(图 1-F和表 1)与野生型相比都有极显著差异,
其中, 穗粒数分别为对照的 38.2%和 58.9%, 粒长为
对照的 61.8%和 64.6%。突变体的粒宽没有显著变化,
但长宽比显著降低(图 1-F和表 1)。上述表型特征与
已报道的水稻 BR相关突变体非常相似[15-20,22]。


图1 野生型与s1-46、s1-96表型
Fig. 1 Phenotypes of WT and s1-46, s1-96
A: 分蘖期表型; B: 叶夹角; C: 叶片表型; D: 成熟期表型; E: 穗型; F: 粒型。
A: phenotype at tillering stage; B: leaf angle; C: leaves; D: phenotype at maturity stage; E: panicles; F: grains.

表1 野生型、s1-46和s1-96的主要农艺性状比较
Table 1 Agronomic characters of WT, s1-46, and s1-96 (mean ± SE, n = 20)
性状
Trait
野生型
Wild type
s1-46 s1-96
成熟期株高 Plant height (cm) 101.27 ± 3.70 45.25 ± 3.32** 56.62 ± 3.17**
叶夹角(分蘖期第1片叶) Leaf angle (°) 10.21 ± 2.97 6.02 ± 1.54** 6.46 ± 1.67**
每穗粒数 Grain number per panicle 118.54 ± 3.86 45.31 ± 2.35** 69.84 ± 3.24**
粒长 Grain length (mm) 6.89 ± 0.25 4.26 ± 0.24** 4.45 ± 0.20**
粒宽 Grain width (mm) 2.86 ± 0.11 2.45 ± 0.15 2.59 ± 0.12
粒长宽比 Length/width ratio of grains 2.41 ± 0.13 1.73 ± 0.14 ** 1.71 ± 0.10**
*和**分别表示野生型与突变体相比在P<0.05和P<0.01水平上差异显著。
*, ** Significantly different at P<0.05 and P<0.01, respectively.
1016 作 物 学 报 第 39卷


图2 野生型、s1-46和s1-96节间伸长模式
Fig. 2 Elongation pattern of internodes of WT, s1-46, and s1-96
A: 野生型、s1-46和s1-96的节间形态; B: 矮秆突变体节间伸长模型; C: 野生型、s1-46和s1-96的相对节间伸长长度。I、II、III、IV分
别表示穗下第1、第2、第3、第4节间，1、2、3、4分别表示s1-96的4种节间类型。
A: internodes of WT, s1-46 and s1-96; B: internodes elongation patterns of wild type and various rice dwarf mutants; C: relative length of
internodes of WT, s1-46, and s1-96. I, II, III, and IV indicate internodes from the uppermost to the fourth, 1, 2, 3, and 4 indicate the four
internode types in s1-96.

2.2 暗培养下的形态发生
据报道, 典型的水稻 BR 缺陷或不敏感突变体
在黑暗处理时表现出中胚轴不伸长的特征[18]。我们
对 s1-46和 s1-96暗培养表明, 野生型的中胚轴明显
伸长, 而 2 个突变体的中胚轴几乎不伸长(图 3), 说
明 s1-46和 s1-96的突变性状和 BR相关。


WT sl-46 sl-96
图3 野生型、s1-46和s1-96暗处理下的形态发生
Fig. 3 Morphology of WT, s1-46, and s1-96 grown in the dark
箭头表示中胚轴。Arrows indicate the mesocotyls.
2.3 突变体对 BR的响应
施加 BL (1 μmol L−1)使野生型和突变体的叶夹
角均显著变大(图 4-A, B), 根长明显缩短(图 4-C, D),
但突变体与野生型相比没有显著差异(图 4-B, D)。说
明 s1-46 和 s1-96 对 BR 的响应不受影响, 其突变表
型应该与 BR的合成有关。
2.4 突变体的遗传分析
突变体与株高正常的籼稻品种 Dular 杂交获得
的 F1植株株高表现正常, 表明突变性状受隐性基因
控制。F2 植株表型分离, 可明显地区分为正常与矮
秆植株。随机调查 200 株 F2单株, 经卡方检测, 正
常和突变表型个体的分离比例符合 3∶l (表 2), 表
明该突变性状受 1对隐性核基因控制。
2.5 s1-46和 s1-96的基因定位
利用 170 个在日本晴和 Dular 之间有多态性的
InDel 标记, 对 F2群体中的 20 个突变单株 DNA 混
池进行 BSA 分析, 发现可与第 1 染色体上的标记
R1-3.68M和 R1-6.34M (表 3)连锁。进一步利用这 2
第 6期 秦雁玲等: 两个水稻 D2基因等位突变体的表型分析及分子鉴定 1017



图4 野生型、s1-46和s1-96的叶夹角和根长对BL处理的响应
Fig. 4 Leaf angle and root length responded to BL treatment in WT, s1-46, and s1-96
A和B: 叶夹角对BL的响应; C和D: 根长对BL的响应。−BL表示未添加BL; +BL表示添加了1 μmol L−1 BL。
B和D中Student’s t-test检测显著差异(P<0.05)用不同字母表示。
A and B: leaf angle responded to BL treatment; C and D: root length responded to BL treatment. −BL means without BL treatment, +BL
means with BL (1 μmol L−1) treatment. Significant differences (P<0.05) detected by Student’s t-test are indicated by different letters
subscripted on bars.

表2 水稻矮化突变体s1-46和s1-96的遗传分析
Table 2 Genetic analysis of the s1-46 and s1-96 mutant
杂交组合
Cross combination
总株数
Total
正常植株
Normal
矮化植株
Dwarf
χ2
(3:1)
s1-46/Dular 200 155 45 0.35
s1-96/Dular 200 153 47 0.12

表3 用于基因定位的分子标记
Table 3 Molecular markers used for gene mapping
分子标记
Marker
正向引物序列
Forward primer sequence (5–3)
反向引物序列
Reverse primer sequence (5–3)
所在的BAC
BAC clone
R1-3.68M ACAAGAAGTACGATCTCCAC CATACAATAATGCAGTAGCC AP003282
R1-6.34M TCGTCGATAGAGAGACAGAG TTTCCCAAAGTGGCAAGAGG AP001633
R1-4.84M CAGCCCAGAGGTTTCTTAAG GAGAGGAAGAGCTGGCGAAC AP002743
R1-5.18M GTGGAGGTATCACCCGATTG ACATGCATGTGACATACGCC AP003417
R1-5.21M CTTACCTGGGATAGCAACTC CTATCGACTAGTCTATGTG AP003417
R1-5.25M TCACCAGCTCACCAGCATGG GACCGCTGTGCGAGCTTTAT AP003244
R1-5.30M CCTAGTACTCCATAATCCTG CTGCAAGCAATCTGAGCCAT AP003244
R1-5.84M TATAGCATCAGCAGCTGCTC AGACAACGTGTTGTACGAGG AP003052

个标记分别对 s1-46和 s1-96的 48个 F2突变单株进
行初步定位, 发现 s1-46与这 2个标记的遗传距离分
别为 13.5 cM与 14.6 cM, 而 s1-96与这 2个标记的
遗传距离分别为 14.6 cM与 15.6 cM, 这 2个标记间
的物理距离为 2.66 Mb (图 5-A)。
为了进一步定位目标基因, 继续开发了 6 个具
有多态性的 InDel 标记 R1-4.84M、R1-5.18M、
R1-5.21M、R1-5.25M、R1-5.30M 和 R1-5.84M (表
3)。将定位群体分别扩大到 786 株和 695 株 F2突变
个体, 用这些标记进行连锁分析, 最终将突变基因定
位在 R1-5.21M和 R1-5.25M (图 5-B)之间的 40.9 kb范
围内。
2.6 候选基因的测序分析
根据 TIGR 网站(http://rice.plantbiology.msu.edu/)
1018 作 物 学 报 第 39卷

提供的基因注释信息, 在 R1-5.21M 和 R1-5.25M 之
间有 5个基因(图 5-C和表 4)。其中 LOC_Os01g10040
(D2)编码一个新的细胞色素氧化酶 P450, 归属于
CYP90D 家族, 是 BR 生物合成过程中的一种关键酶,
催化 6-脱氧茶甾酮(6-deoxoteasterone)→3-脱氢-6-脱
氧茶甾酮 (3-dehydro-6-deoxoteasterone)和茶甾酮
(teasterone)→3-脱氢茶甾酮 (3-dehydroteasterone)的
反应, 它的隐性突变导致 BR生物合成受阻, 植株矮
化[18]。因此, 把 LOC_Os01g10040作为候选基因, 全
长 7898 bp, 由 8个外显子和 7个内含子组成(图 5-D)。
D2基因编码 490个氨基酸, 包括 5个重要的结构域,
从氮端到碳端依次是膜定位区域、高脯氨酸结构域、
氧分子结合结构域、类固醇结合结构域和亚铁血红
素结合结构域(图 5-E)。

表4 定位区间内基因功能注释
Table 4 Gene function annotation in the mapped region
基因座位
Locus ID
基因功能注释
Gene function annotation
位置
Location
LOC_Os01g10010 Prenylated rab acceptor, putative, expressed 5216701–5215828
LOC_Os01g10020 Ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase family member 1, putative, expressed 5218542–5220398
LOC_Os01g10030 Expressed protein 5227044–5229966
LOC_Os01g10040 Cytochrome P450, putative, expressed 5236623–5244011
LOC_Os01g10050 DEAD-box ATP-dependent RNA helicase, putative, expressed 5251192–5246503


图5 s1-46和s1-96在第1染色体上的精细定位及D2蛋白结构
Fig. 5 Fine mapping of s1-46 and s1-96 on chromosome 1 and the structure of the D2 protein
A: 基因初步定位, 横线上方为所用标记, 下方为 2个突变体定位群体揭示的遗传距离; B: 基因精细定位, 横线上方为所用标记, 下方
为 2个突变体定位群体中的重组个体数目; C: 精细定位区间内的候选基因; D: D2基因结构, 箭头指示 2个突变体的突变位点; E: D2
蛋白结构, 阴影部分表示 5个保守的结构域, 4个等位突变体的突变位点在基因结构上方标出。
A: Primary mapping of the s1-46 and s1-96 mutant. Indel markers used and genetic distance revealed in the two mapping populations are indi-
cated above and below the horizontal line, respectively; B: Fine mapping of s1-46 and s1-96. Indel markers used and recombinants detected in the
two mapping populations are indicated above and below the horizontal line, respectively; C: The candidate genes in the fine mapping region; D:
Structure of the D2 gene. Arrows indicate the mutation sites in the s1-46 and s1-96 mutant; E: Structure of the D2 protein. Regions in the shade
indicate the five conserved domains. Mutation sites of four d2 allelic mutants are indicated above the gene structure sketch.
第 6期 秦雁玲等: 两个水稻 D2基因等位突变体的表型分析及分子鉴定 1019


测序表明, 在 s1-46中, D2基因编码区内第 914个碱
基(第 4 个外显子内)由 C 变成了 T, 导致编码的第
305 个氨基酸由脯氨酸突变成亮氨酸; 在 s1-96 中,
第 1109个碱基(第 6个外显子内)由 G 变成了 A, 导
致第 370 个氨基酸由甘氨酸突变成谷氨酸(图 5-D,
E)。因此, s1-46和 s1-96是 D2基因新的等位突变体。
3 讨论
BR是一种重要的植物激素, 与植物的多个生长
发育阶段相关。BR除了引起植株矮化外, 还影响籽
粒大小和叶夹角大小[16]。本研究中的突变体 s1-46
和 s1-96, 都表现半矮秆、叶片直立、籽粒变小(图
1)等特征。研究表明 BR缺陷型和不敏感型突变体在
暗培养时, 中胚轴都表现不伸长的特点[18]。本研究
的暗培养结果表明二者的中胚轴都没有伸长(图 3),
说明突变是与 BR相关的。而且 BR缺陷型突变体在
施加外源 BL 后, 可恢复野生型表型。当用 BL 处
理 s1-46和 s1-96时, 突变体的叶夹角达到野生型的
大小, 根长也与野生型相当(图4), 说明引起 s1-46和
s1-96 表型异常的 D2 基因参与了 BR 的生物合成过
程。
D2 基因编码的 C-23 羟化酶包括 5 个重要的结
构域, 发生在不同位点的突变所产生的效应也不相
同。如已报道的突变体 d2-1 (K83变成终止密码子),
丧失了 3 个重要的结构域, 所引起的突变就比较严
重, 其植株更矮小、叶夹角更小、籽粒更小等。而
d2-2 (P305S)中突变发生在处于中间位置的氧分子
结合结构域中, 引起的突变就比较弱[18]。本研究中
的突变体 s1-46 (P305L)与 d2-2发生突变的位置相同
(图 5-E), 但突变后产生的氨基酸不同, 所引起的表
型变化也不相同, 例如, 在 d2-2 中只有穗下第 2 节
间缩短[18], 而 s1-46中除穗下第 1节间外, 其余节间
均严重缩短。当突变发生在这 5 个保守的结构域之
外时 , 对表型的影响比较弱 , 如本研究中的 s1-96
(G370E) (图 5-E), 株高、叶夹角、籽粒大小等性状
的改变都没有 s1-46严重。此外, s1-96各分蘖间表现
出 4 种不同的节间伸长模式, 这种现象在几个水稻
d1 等位突变体中也有报道[26], 但其机制还有待进一
步研究。
BR 相关突变体通常表现叶片直立和叶夹角变
小, 这是影响作物株型的重要因素之一, 可影响作
物种植密度和对光的获取, 进而决定粮食产量[17]。
例如, 水稻 BR 受体突变体 d61-7, 在相同的种植面
积时, 叶片直立使其种植密度加大, 从而比野生型
提高生物量 35%[27]。植物的生长发育是个非常复杂
的过程, 牵涉多方面因素, 分离鉴定不同的矮秆突
变体并克隆基因对揭示植物生长发育的分子机制、
合理利用有利等位突变基因资源进而提高作物产量
具有重要意义。
4 结论
以 EMS诱变粳稻品种日本晴获得了 2个矮秆突
变体 s1-46 和 s1-96, 均具叶片直立、籽粒变短等表
型, 均属 BR 缺陷型突变体。参与 BR 合成途径的
D2基因的突变发生在不同结构域, 导致 2个突变体
表型上的差异。
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