全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2012, 38(4): 632−638 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由宁夏自然科学基金项目(NZ0984)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 赵开军, E-mail: zhaokj@mail.caas.net.cn
第一作者联系方式: E-mail: wjzwssd@yahoo.com.cn
Received(收稿日期): 2011-08-01; Accepted(接受日期): 2011-12-19; Published online(网络出版日期): 2012-02-13.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20120213.1107.016.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2012.00632
OsGA20ox2不同长度 RNAi片段对水稻株高等农艺性状的遗传效应
王 坚 1,2 赵开军 2,* 乔 枫 2,3 杨生龙 1
1 宁夏农林科学院农作物研究所, 宁夏银川 750105; 2 中国农业科学院作物科学研究所 / 农业部作物遗传育种重点实验室 / 农作物
基因资源与基因改良国家重大科学工程, 北京 100081; 3青海师范大学生命与地理科学学院, 青海西宁 810008
摘 要: 利用 OsGA20ox2 基因序列构建不同长度的 RNAi 片段并导入水稻, 获得不同高度的矮化植株。将这些矮化
植株与野生型植株回交获得 B1F2群体, 卡方检测表明 B1F2群体矮秆植株数和高秆植株数符合 3∶1 比例, 表现为矮
秆显性的遗传规律。对矮化植株的 F5和 B1F2群体株高、各茎节间长度和一些主要农艺性状方差分析显示, OsGA20ox2
基因的 RNAi能显著缩短株高和各节间长度(P<0.05), RNAi干扰片段越长, 使植株株高和节间长度缩短程度越大, 可
使株高降低 24~42 cm, 矮化 22%~39%。在同一长度的 RNAi干扰片段下, 倒一节节间长度平均缩短与倒二节节间长
度平均缩短非常相近, 倒三节和倒四节节间长度平均缩短非常相近, 总的缩短程度是倒四节>倒三节>倒二节>倒一
节。这种近基部节间长度缩短幅度和比例较大的特点, 利于提高水稻的抗倒伏能力, 同时上部节间缩短幅度和比例较
小, 有效地保持合理株高, 不使生物产量明显降低, 有利于水稻的稳产和高产。OsGA20ox2基因的 RNAi不影响千粒
重、结实率、穗长等主要农艺性状或影响很小。
关键词: RNAi; 株高; 节间长度; 遗传效应
Genetic Effects of Different RNA Interference Fragments from OsGA20ox2 on
Plant Height and Other Agronomic Traits in Rice
WANG Jian1,2, ZHAO Kai-Jun2,*, QIAO Feng2,3, and YANG Sheng-Long1
1 Crop Research Institute, Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Yinchuan 750105, China; 2 Key Laboratory of Crop Genetics and
Breeding, Ministry of Agriculture / National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement / Institute of Crop Sciences, Chinese
Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 3 College of Life and Geography Sciences, Qinghai Normal University, Xining 810008, China
Abstract: In our previous study, different rice dwarf lines were obtained through rice genetic transformation using RNAi vectors
harboring different fragments of OsGA20ox2 gene. In this study, B1F2 populations were produced by backcrossing between those
RNAi dwarf lines and wild-type plants. The progenies of B1F2 populations segregated in a ratio of 3 dwarf plants to 1 normal
height plant, indicating that dwarf trait was dominantly inherited. At the same time, plant height, the internode length and some
major agronomic traits of dwarf plants of F5 and B1F2 populations were analyzed. The RNAi of OsGA20ox2 gene significantly
reduced the rice plant height and the internode length. The longer the interference fragment was, the shorter the plant height and
internode length were. In general, the rice plant height was reduced by 24–42 cm, dwarfing ratio was 22–39%. For the same RNAi
fragment, the average shorten length of the first internode (counting from the top to bottom) was very similar to that of the second,
and the third was very similar to the fourth. The dwarfing ratio of each internode showed a trend of the fourth > third > second >
first section. Bottom internodes obtained a greater dwarfing ratio, which is good for improving lodging resistance of rice, and the
upper internodes showed a lower dwarfing ratio that made the plant maintain a reasonable height, which helps the rice plants to
remain a stable and high yield. Other major agronomic traits such as grain weight, seed setting rate, panicle length were not sig-
nificantly affected by the RNAi of OsGA20ox2 gene.
Keywords: RNAi; Plant height; Length of internode; Genetic effect
在水稻育种中, 有些材料综合性状良好, 但由
于植株偏高易倒伏 , 不仅限制产量潜力的发挥 [1],
而且影响稻米品质[2]。利用矮秆水稻杂交降低株高,
常常将非目的基因带入, 使一些优良性状不能充分
第 4期 王 坚等: OsGA20ox2不同长度 RNAi片段对水稻株高等农艺性状的遗传效应 633


展现。RNA干扰是一种双链RNA (double-stranded RNA,
dsRNA)分子在 mRNA 水平上下调相应基因的表达
或使其沉默的过程。它通过 21~23 nt的 dsRNA或发
夹状 RNA (short hairpin RNAs, shRNAs)与特异性
mRNA结合导致靶基因 mRNA的降解, 进而目的产
物表达下调 [3-4]。水稻赤霉素 20 氧化酶基因 (Os-
GA20ox2, SD1)主要控制水稻茎秆节间的伸长[5], 其
突变导致水稻的半矮秆性状。我们曾利用 OsGA-
20ox2基因序列构建RNAi发夹结构并导入高秆水稻
Qx1, 成功获得其矮化植株[6]。鉴于 Scott等[7]研究发
现 RNAi 干扰片段长度可能影响沉默效果, 我们在
构建 RNAi 载体时, 利用了 OsGA20ox2 基因的 2 个
不同长度片段, 并初步发现其下调 Qx1 株高的程度
不同[8]。Wagner等[9]在利用 FAD2-1基因的 RNAi发
夹结构下调大豆不饱和脂肪酸含量时, 发现在一定
范围内, RNAi 干扰片段越长, 其 RNAi 干扰的效果
越好。本研究将前期获得的高代矮化植株与野生型
植株杂交, 观察后代的株高分离, 确定其遗传关系,
同时对各代稳定的矮化植株的株高、节间长度以及
其他主要农艺性状系统分析, 发现 OsGA20ox2 基因
的 RNAi 片段导入水稻后, 植株株高和节间长度明
显缩短, 其缩短幅度与 RNAi 干扰片段长度正相关,
不影响其他主要农艺性状或影响很小。
1 材料与方法
1.1 水稻材料
粳型水稻品系 Qx1 (七星 1 号), 由辽宁省铁岭
市昌海玉米育种研究所王志学选育和提供。Qx1 的
主要农艺性状好 , 产量高 , 米质优 , 曾在辽宁省多
地块试种, 小面积(3.3~6.7 hm2)产量可达 12 750 kg
hm−2, 但植株偏高(在辽宁约 120~130 cm; 在宁夏约
108 cm), 在常规的品比试验种植条件下易倒伏, 无
法通过品种审定。本实验室保存的 Qx1-pCH12CK
转基因纯合株系, 株高为 65~73 cm (宁夏测量数据,
下同), Qx1-pCH1CK 转基因纯合株系株高为 78~85
cm。Qx1-pCH1CK 植株是利用 RNAi 表达载体
pCH1CK农杆菌介导转化 Qx1获得, Qx1-pCH12CK
植株是利用RNAi表达载体pCH12CK转化Qx1获得[6]。
RNAi 表达载体结构见图 1。pCH1CK 由中间载体
pTCK303 加入 OsGA20ox2 基因第一外显子 Inf1 (597
bp), pCH12CK由中间载体 pTCK303加入 OsGA20ox2
基因第一和第二外显子 Inf12 (990 bp)构建而成[6]。
1.2 水稻的种植及管理
于宁夏 4月中旬浸种, 大棚育秧, 5月中旬单株
插秧, 正常田间管理, 9 月下旬植株成熟后, 单株挖
出, 室内晾干, 根据《水稻品种试验记载项目与标
准》(NY/T1300-2007)测量株高等农艺性状。
1.3 矮化植株的潮霉素磷酸转移酶基因(Hyg)的
PCR检测
1.3.1 基因组 DNA快速提取 取 Qx1、转基因植
株及其与野生型植株杂交后代植株嫩叶于 1.5 mL离
心管中, 加 0.5 mol L–1 NaOH 150 μL, 研磨成匀浆,
离心, 吸取上清液于新的离心管中, 加 0.5 mmol L–1
Tris-HCl (pH 8.0) 250 μL, 混合, 取 3.0 μL进行潮霉
素磷酸转移酶基因 Hyg的 PCR扩增。
1.3.2 Hyg的 PCR扩增 按照 Hyg基因的序列设
计引物, 由上海生工生物工程有限公司合成, 上游
引物 Hyg-f: 5′-TCCACTATCGGCGAGTACTTCT-3′;
下游引物 Hyg-r: 5′-AGAGCCTGACCTATTGCATC
TC-3′。以各株系和杂交后代植株基因组 DNA 为模
板, 进行 PCR扩增, Qx1的基因组DNA为空白对照。
25.0 μL PCR反应体系含 50 ng μL–1基因组 DNA
3.0 μL, 10× PCR缓冲液 2.5 μL, 2.5 mmol L–1 dNTPs各
1.0 μL, 10 μmol L–1 Hyg-f 0.3 μL, 10 μmol L–1 Hyg-r 0.3
μL, 3 U μL–1 Taq DNA聚合酶 0.4 μL, ddH2O 14.5 μL。
PCR 反应程序为 94℃预变性 5 min; 然后进入
PCR循环, 即 94℃ 50 s, 62℃ 50 s、72℃ 50 s, 35个
循环后 72℃延伸 10 min。
1.4 数据统计
调查 F5和 B1F2杂交后代植株株高, 将高秆(与
Qx1 同高)单株记为“1”, 矮秆(与 Qx1-pCH12CK 或
Qx1-pCH12CK 纯合株系同高)单株记为“0”, 数据输



图 1 RNAi表达载体示意图
Fig. 1 Sketch map of the hairpin RNAi vector
一个锌指蛋白基因的 478-bp 内含子片段(rice intron)将正义和反义的 OsGA20ox2片段连接, 置于 Ubi-1启动子下。35S启动子驱动的
hyg是水稻遗传转化的筛选标记基因。
The 478-bp rice intron region from a gene of putative zinc finger protein links the 597-bp (pCH1CK) or 990-bp (CH12CK) fragments of
OsGA20ox2 in sense and antisense orientations. This hairpin-structure segment is at the downstream of Ubi-1 promoter. The hyg gene driven
by the 35S promoter is a selection marker gene for rice transformation.
634 作 物 学 报 第 38卷

入 Microsoft Excel, 通过求和公式算出每个群体的
高秆株数和矮秆株数, 根据卡方公式[10]计算卡方值,
再利用Microsoft Excel中的 CHIDIST函数计算卡方
概率。在 SPSS13.0 for Windows中采用 Duncan法,
逐步配对比较各性状的测量结果。
2 结果与分析
2.1 B1F2群体植株的遗传分析
选用 Qx1-pCH12CK 和 Qx1-pCH1CK 转基因纯
合稳定的矮化植株为母本分别与野生型 Qx1植株回
交(Qx1 为父本), 其 F1 植株全部表现矮秆, 表明矮
秆为显性性状。从这些矮化的 F1植株中选取长势良
好的植株, 单株收获籽粒构建 B1F2 群体。以其中
Qx1-pCH12CK后代构建 3个 B1F2群体, 田间编号分
别为 55、56和 68, 高秆株高约 108 cm, 矮秆株高约
70~72 cm; Qx1-pCH1CK后代构建 1个B1F2群体, 田
间编号为 14, 高秆株高约 108 cm, 矮秆株高约 82
cm (表 1)。对矮秆植株和高秆植株进行 Hyg基因的
PCR 扩增检测, 矮秆植株都呈阳性, 而高秆植株都
呈阴性(图 2)。卡方检测结果表明, 4 个 B1F2群体的
矮秆植株数和高秆植株数符合 3∶1 的分离, 表明
RNAi植株的矮化效应呈显性性状且符合 1对基因的
孟德尔分离规律。
2.2 矮化株系的株高
从 Qx1-pCH1CK转基因植株中选出株高不同的
单株, 构建自交群体, 每个群体 20株, 共构建 30个
自交群体(F5)。田间观察显示, 各群体内株高基本一
致, 而群体间株高有明显差异, 选出 3个代表性矮化
株系, 田间编号分别为 08、15和 18。同时还选出 1
个代表与对照 Qx1 株高相近的高秆株系, 田间编号
为 16。类似地, 从 Qx1-pCH12CK 转基因植株中也
选出株高不同的单株, 构建 32 个自交群体(F5), 选
出 6 个代表性矮化株系, 田间编号分别为 54、62、
81、72、76和 84, 同时也选出 1个代表与对照 Qx1
株高相近的株系, 田间编号 58。成熟收获时在上述
每个代表性株系中随机选 5 株测量株高。此外, 对
于 2.1中的 4个 B1F2分离群体 14、55、56和 68, 每
个群体高秆和矮秆各取 5株测量株高。

表 1 RNAi矮化植株与野生型植株回交 B1F2 群体的株高分离
Table 1 Plant height segregation of the B1F2 family of dwarf lines crossed with wild type
3:1 群体编号
Code of family
组合
Combination
总株数
Total plant
矮秆株数
Dwarf plant
高秆株数
High plant χ2 P
14 Qx1-pCH1CK/Qx1 41 29 12 0.3984 0.5279
55 Qx1-pCH12CK/Qx1 40 28 12 0.5333 0.4652
56 Qx1-pCH12CK/Qx1 40 29 11 0.1333 0.7150
68 Qx1-pCH12CK/Qx1 39 30 9 0.0769 0.7815



图 2 B1F2 群体的 Hyg基因 PCR检测
Fig. 2 PCR detection of Hyg gene in B1F2 family
M为 marker(DL2000 Plus); A和 B为阳性对照质粒 pCH1CK和
pCH12CK; CK为阴性对照 Qx1; 14L、55L、56L和 68L为矮秆
植株; 14H、55H、56H和 68H为高秆植株。
M: marker (DL2000 plus); A and B: positive control pCH1CK and
pCH12CK; CK: negative control Qx1; 14L, 55L, 56L and 68L:
dwarf plants; 14H, 55H, 56H and 68H: high plants.

将上述高秆(未矮化)植株、矮化稳定植株和 B1F2
分离群体中高秆和矮秆植株的株高与对照 Qx1的株
高进行方差分析(表 2)。结果显示, 高秆株系(田间编
号 16、58)及 B1F2分离群体中的高秆植株与对照之
间没有显著的差异, Hyg 基因的 PCR 扩增检测都呈
阴性(图 3中 16和 58, 图 2中的 14H、55H、56H和
68H)。矮化株系 14L、55L、56L、68L、08、15、18、
54、62、73、76、81和 84显著矮于对照(P<0.05), Hyg
基因的 PCR扩增检测都呈阳性(图 2中的 14L、55L、
56L和 68L, 图 3中 15、18、54、62、73、76、81和
84)。这些结果表明 RNAi水稻矮化植株能稳定遗传。
Qx1-pCH1CK 自交 F5代株系 08、15 和 18 及
B1F2 分离群体 14L 矮化株系与对照相比明显矮化,
降幅在 24.6~30.6 cm之间, 矮化率为 22.6%~28.1%。
Qx1-pCH12CK 自交 F5代株系和 B1F2分离群体矮化
株系与对照相比降幅在 35.6~42.2 cm 之间, 矮化率
为 32.7%~38.7%, 比 Qx1-pCH1CK株系降低幅度大,
且差异达到显著水平, 表明不同长度的干扰片段降
低株高效力不同, 长干扰片段(pCH12CK)降低株高
效力大于短干扰片段(pCH1CK)。
第 4期 王 坚等: OsGA20ox2不同长度 RNAi片段对水稻株高等农艺性状的遗传效应 635


表 2 矮化植株株高的方差分析
Table 2 Variance analysis of plant height of dwarf lines
田间编号
Line code
干扰株系
RNAi line
株高
Plant height
(cm)
矮化率
Dwarf rate
(%)
田间编号
Line code
干扰株系
RNAi line
株高
Plant height
(cm)
矮化率
Dwarf rate
(%)
54 Qx1-pCH12CK 66.6±0.9 f 38.8 15 Qx1-pCH1CK 79.6±0.8 c 26.8
81 Qx1-pCH12CK 68.2±1.5 ef 37.3 14L Qx1-pCH1CK 81.8±1.4 bc 24.8
76 Qx1-pCH12CK 69.2±0.9 def 36.4 8 Qx1-pCH1CK 84.2±0.7 b 22.6
62 Qx1-pCH12CK 70.6±1.2 def 35.1 16 Qx1-pCH1CK 104.5±0.8 a 4.0
55L Qx1-pCH12CK 71.4±1.6 de 34.4 55H Qx1-pCH12CK 104.5±1.3 a 4.0
56L Qx1-pCH12CK 72.0±2.0 de 33.8 14H Qx1-pCH1CK 104.7±0.7 a 3.8
68L Qx1-pCH12CK 72.3±1.2 de 33.5 68H Qx1-pCH12CK 104.7±1.5 a 3.8
84 Qx1-pCH12CK 72.7±0.6 d 33.2 56H Qx1-pCH12CK 105.3±2.7 a 3.2
73 Qx1-pCH12CK 73.2±1.2 d 32.7 58 Qx1-pCH12CK 107.8±2.1 a 0.9
18 Qx1-pCH1CK 78.2±1.7 c 28.1 2 Qx1 (CK) 108.8±1.0 a 0.0
数值表示为平均数±标准误差, 方差分析在 SPSS13.0 for Windows中采用 Duncan法, 进行逐步配对比较, 矮化率 = (对照株高 −
矮化植株株高)/对照株高。数字后标以不同字母者在 5%水平上的差异显著性。
The numbers are the mean ± SE; Variance analysis was performed in SPSS 13.0 for Windows using Duncan’s method. Dwarf rate= (CK
− dwarf)/CK. The values followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level.



图 3 矮化植株的 Hyg基因的 PCR扩增检测
Fig. 3 PCR detection of Hyg gene in dwarf plants
M为 marker (DL2000 Plus), A和 B为阳性对照质粒 pCH1CK和
pCH12CK, 02为阴性对照 QX1, 08、15、18、54、62、73、76、
81和 84为矮秆植株, 16和 58为高秆植株。
M: marker (DL2000 Plus); A and B: positive control pCH1CK and
pCH12CK; 02: negative control Qx1; 08, 15, 18, 54, 62, 73, 76, 81,
and 84: dwarf plants; 16 and 58: high plants.

Qx1-pCH1CK 自交 F5代株系中 08 和 B1F2分离
群体 14L 矮化株系方差分析无显著差异, 与对照相
比株高平均降低 25 cm, 矮化率为 25.8%。株系 15
和 18方差分析也无显著差异, 与对照相比株高平均
降低 30 cm, 矮化率为 27.4%。Qx1-pCH12CK 自交
F5代株系中 73 和 84 方差分析无显著差异, 比对照
株高平均降低 35.9 cm, 矮化率为 33.2%。而株系 54
和 81方差分析也无显著差异, 比对照株高平均降低
41.4 cm, 矮化率为 38.0%。上述同一干扰片段的矮
化率不同, 可能由插入基因组的不同位置引起。
2.3 矮化株系的茎节间长度
分析矮化株系中矮秆植株的各节间长度和株高
的值以及各节间长度与株高的相关系数表明, 各节
间长度的缩短与株高的矮化高度相关, 倒一、二、三
和四节节间长度与株高的相关系数分别为 0.9537、
0.9181、0.9430和 0.9449, 表明各节间长度的缩短对
植株变矮均有贡献。对 Qx1-pCH1CK 和 Qx1-pCH-
12CK 自交 F5代株系和 B1F2分离群体中矮秆植株的
各节间长度与对照各节间长度进行方差分析(表 3),
可以看出所有矮化植株各节节间长度比对照对应的
节间长度都短, 且差异显著(P<0.05)。
Qx1-pCH1CK 矮化植株的倒一节节间长度比对
照短 2.7~6.2 cm, 平均短 4.9 cm, 缩短 15.3%; 倒二
节比对照短 3.0~5.3 cm, 平均短 4.6 cm, 缩短 20.9%;
倒三节比对照短 7.0~8.2 cm, 平均短 8.0 cm, 缩短
40.4%; 倒四节比对照短 6.7~8.4 cm, 平均短 7.9 cm,
缩短 61.4%。对于 Qxl-pCH12CK矮化植株, 倒一节
节间长度比对照矮 6.7~8.8 cm, 平均短 7.5 cm, 缩短
23.5%; 倒二节比对照短 6.1~8.9, 平均短 7.6 cm, 缩
短 34.5%; 倒三节比对照短 7.4~13.4 cm, 平均短
10.3 cm, 缩短 52.1%; 倒四节比对照短 7.7~10.8 cm,
平均短 9.4 cm, 缩短 73.3%。
以上结果表明, 干扰片段越长, 节间缩短程度
越大; 对于同一长度的干扰片段, 就绝对长度而言,
倒一节节间长度平均缩短与倒二节节间长度平均缩
短非常相近, 倒三节和倒四节节间长度平均缩短非
常相近, 总体的缩短程度是倒四节>倒三节>倒二节>
倒一节。
2.4 矮化植株主要农艺性状的方差分析
对 Qx1-pCH1CK和 Qx1-pCH12CK自交 F5代株
系、B1F2 分离群体中矮秆植株和对照的单株粒重、
636 作 物 学 报 第 38卷

表 3 矮化植株茎节间长度方差分析
Table 3 Variance analysis of stem internode length of dwarf lines (cm)
株系编号
Code of line
倒一节节间长度
Length of the 1st internode
from the top
倒二节节间长度
Length of the 2nd internode
from the top
倒三节节间长度
Length of the 3rd inter-
node from the top
倒四节节间长度
Length of the 4th inter-
node from the top
02 (control) 32.0±0.5 a 21.9±0.3 a 19.7±0.2 a 12.8±0.4 a
8 28.3±0.8 b 16.6±0.7 bcd 12.7±0.5 b 6.1±0.9 b
14L 27.5±0.6 bc 18.9±0.3 b 11.0±1.0 bcde 4.4±1.2 bcde
15 26.8±1.2 bcd 16.6±0.7 bcd 11.8±0.6 bcd 4.9±0.5 bcd
18 25.8±1.4 cde 17.2±0.4 bc 11.5±0.4 bcde 4.4±0.2 bcde
73 25.1±0.5 def 15.0±0.5 cdef 9.4±0.3 def 2.9±0.3 ef
84 25.2±0.5 cdef 15.8±1.8 cde 12.3±1.3 bc 3.0±0.8 def
68 L 25.3±0.9 cdef 14.0±0.6 ef 9.9±1.0 cdef 3.8±1.0 cdef
56 L 23.8±0.6 ef 13.0±0.6 f 10.5±0.5 bcdef 4.8±0.2 bcd
55 L 23.3±0.5 f 15.3±0.7 cdef 10.0±0.3 cdef 5.1±0.4 bc
62 24.6±0.5 def 14.9±0.5 cdef 9.1±0.9 ef 3.4±0.5 cdef
76 24.0±0.4 ef 14.2±0.6 def 9.5±0.6 def 3.4±0.4 cdef
81 24.5±0.2 def 13.3±0.4 ef 8.0±0.5 fg 2.3±0.4 f
54 24.6±0.5 def 13.6±0.5 ef 6.3±1.1 g 2.0±0.1 f
数值表示为平均数±标准误差, 方差分析在 SPSS13.0 for Windows中采用 Duncan法, 进行逐步配对比较。数字后标以不同字母
者在 5%水平上的差异显著性。
The numbers are the mean ± SE. Variance analysis was performed in SPSS 13.0 for Windows using Duncan’s method. The values fol-
lowed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level.

千粒重、每穗实粒数、有效穗、穗长和结实率进行
方差分析。由表 4可见, 矮化株系单株粒重虽然比对
照略低, 但是除 Qx1-pCH1CK 株系 15 和 Qx1-pCH
12CK 株系 84 和 54 与对照有显著的差异(P<0.05)外,
其他群体与对照无显著差异。由此可知, 以 OsGA-
20ox2 基因序列构建的 RNAi 的干扰片段导入水稻中,
对多数植株的单株粒重影响很小。对于千粒重, 除
株系 73、84和 81显著低于对照(P<0.05)外, 其他群
体中有一半(08、18、54、55 和 68)高于对照, 另一
半(14、15、56、63 和 76)比对照略低, 但差异都不
显著。所有矮化株系的每穗实粒数都低于对照, 有 5
个株系显著低于对照(P<0.05), 但多数与对照的差
异不显著。各株系的有效穗与对照相比, 有增加也
有减少, 其中有 4个株系(14L、15、18和 55L)比对
照明显降低(P<0.05), 有 4个株系(62、68L 73和 84)
高于对照, 有 5个株系(08、54、56L、76和 81)与对
照相当。RNAi干扰对穗长的影响很小, 只有 3个株
系(15、56L 和 62)与对照有显著的差异(P<0.05), 最
短的穗长与对照减少不超过 2.5 cm, 远远低于对各
节间的影响。其余的株系中除 3 个(14L、18 和 81)
较对照长外, 其余都短于对照, 但差异不显著。有 4
个 RNAi干扰株系(56L、73、81和 84)的结实率显著
低于对照(P<0.05), 其余的与对照没有显著的差异,
其中株系 18 的结实率略高于对照。综上所述 , 以
OsGA20ox2 基因序列构建的 RNAi 干扰片段导入水
稻中, 对植株的个别农艺性状有影响, 但影响程度
非常有限。
3 讨论
水稻产量达到一定程度以后, 进一步高产必须
首先在生物产量上有所突破[11-12], 而获得生物产量
突破的重要途径之一是增加株高[13-15], 但增加株高
又增加了倒伏的危险。所以水稻株高适当才能充分
发挥品种的产量潜力, 实现高产和稳产。而在水稻
育种实践中, 有些兼具高产、优质、抗逆等优良农
艺性状的品种或品系如 Qx1 等, 只因植株偏高, 容
易面临倒伏减产的风险, 难以实现高产和稳产的统
一。因此, 迫切需要开发一种可以方便调节水稻株
高同时不影响或很小影响其他优良性状的技术。
OsGA20ox2是水稻绿色革命基因(SD1), 位于第
1染色体长臂上, 其突变导致水稻的半矮秆性状[16]。
我们通过 RNAi 技术将 OsGA20ox2 基因沉默, 植株
表现出矮化, 与对照有极显著差异[6,8]。本研究通过
连续观察和分析矮秆植株到 F5代及矮化植株与野生
型植株杂交的 B 1 F 2 分离群体 , 进一步证明
OsGA20ox2 基因序列构建的 RNAi 干扰片段导入水
稻后, 对水稻株高的矮化效应呈显性遗传。RNA 干
扰具有高度的序列特异性, 一般仅对靶基因引起沉
默[17]。有资料证明, 即使对同源性达到 70%或 81%
的异源基因也不受影响[18]。本研究的数据显示, 单
株粒重、千粒重、每穗实粒数、有效穗、每穗长和
结实率等其他性状与对照总体上没有显著的差异 ,
第 4期 王 坚等: OsGA20ox2不同长度 RNAi片段对水稻株高等农艺性状的遗传效应 637


表 4 矮化植株主要农艺性状的方差分析
Table 4 Variance analysis of plant main agronomic characteristics
株系编号
Code of line
单株粒重
Grain weight per
plant (g)
千粒重
1000-grain
weight (g)
每穗实粒数
Filled grains
per panicle
有效穗
Effective panicles
per plant
穗长
Panicle length
(cm)
结实率
Seed setting rate
(%)
02 (control) 35.6±2.5 23.7±0.2 a 100.5±1.1 a 15.0±1.1 ab 18.0±0.3 ab 92.6±1 a
8 29.2±4.2 abc 24.0±0.3 a 87.1±5.4 ab 13.8±1.2 ab 17.3±0.2 abc 90.5±1 a
14L 24.1±5.2 abc 23.4±0.6 a 88.9±2.8 ab 11.8±2.8 b 18.0±0.1 ab 89.3±3 ab
15 23.4±1.8 bc 23.4±0.1 a 79.0±4.5 b 12.6±0.4 b 16.9±0.3 bc 91.4±1 a
18 24.7±2.4 abc 24.0±0.4 a 83.9±5.5 ab 12.4±1.2 b 18.9±1.5 a 93.3±1 a
73 31.2±4.3 abc 21.8±0.5 bc 81.0±12.7ab 18.0±1.3 a 17.3±0.2 abc 75.5±4 c
84 20.1±2.7 c 19.8±0.4 d 56.5±7.6 c 18.0±1.1 a 17.4±0.5 ab 50.6±5 d
68L 29.8±7.9 abc 23.8±0.7 a 80.2±10.3 ab 15.0±1.5 ab 17.2±0.5 abc 83.9±4 abc
56L 24.0±1.7 abc 23.0±0.8 ab 75.5±8.2 b 14.0±1.0 ab 16.5±0.3 bc 79.8±5 bc
55L 23.8±5.5 abc 24.4±0.1 a 79.6±4.0 ab 12.3±1.3 b 17.2±0.4 abc 86.5±1 ab
62 32.6±3.8 ab 23.5±0.3 a 82.7±3.4 ab 16.6±1.3 ab 15.5±0.3 c 89.3±3 ab
76 26.4±3.1 abc 23.6±1.0 a 77.3±5.5 b 14.4±1.0 ab 17.2±0.2 abc 84.1±2 abc
81 23.8±2.8 abc 20.8±0.5 cd 83.6±5.5 ab 14.2±2.2 ab 18.0±0.6 ab 79.8±4 bc
54 23.3±2.7 bc 24.5±0.2 a 72.5±1.4 bc 13.0±1.4 ab 17.1±0.1 abc 83.6±1 abc
数值表示为平均数±标准误差, 方差分析在 SPSS13.0 for Windows 中采用 Duncan法, 进行逐步配对比较。数字后标以不同字母
者在 5%水平上的差异显著性。
The numbers were the mean ± SE. Variance analysis was SPSS 13.0 for Windows using Duncan’s method. The values followed by dif-
ferent letters are significantly different at the 0.05 probability level.

只有个别株系的个别性状出现了较明显的差异。此
外, 一些植株自身有调节作用, 例如株系 73 虽然千
粒重降低, 但有效穗增加; 株系18 虽然有效穗减少,
但结实率增加 , 这种自身调节功能使其单株粒重保
持相对稳定。因此 RNAi 技术可以作为水稻育种中一
种调节株高的有效手段。
本研究中, pCH1CK (597 bp)的干扰片段使株高
缩短 24.6~30.6 cm, 矮化率在 22.6%~28.1%; pCH12-
CK (990 bp)的干扰片段使株高缩短 35.6~42.2 cm,
矮化率在 32.7%~38.7%。说明干扰片段越长, 使植株
矮化程度越大, 这与 Wagner 等[9]利用 RNAi 技术下
调大豆不饱和脂肪酸含量的研究结果性质相同。而
对于同一干扰片段, 使株高缩短的长度和程度也有
一定的差异, 可能与插入基因组中不同位置有关。
这种株高的不同程度缩短, 对育种中不同高度植株
需求提供了多种选择。本实验所使用的干扰片段可
使植株至少缩短 25 cm, 矮化率在 22.6%以上。在育
种中还有许多的优良株系缩短约10 cm、矮化率在10%
左右就可以达到理想的状态, 因此需要构建长度更短
的干扰片段, 提供能将株高矮化 10%左右的选择。此
外本实验所有植株在宁夏比在北京种植大约矮 20 cm,
这主要是环境造成的, 因此在利用 RNAi 技术矮化株
高的同时还要考虑环境因素。
株高是由每个节间的长度组成, 因此节间的缩
短直接决定株高。本研究结果显示各干扰片段可以
明显缩短各节间长度。倒一节缩短的长度近似倒二
节缩短的长度, 倒三节缩短的长度近似倒四节缩短
的长度。其原因还有待进一步研究。此外, 水稻靠
近基部的节间长度与抗倒伏能力成反比, 基部节间
长的品种易倒伏[19-21]。本研究结果表明, RNAi干扰
植株越靠近基部的节间缩短的程度越大, 而越靠近
上部节间缩短的程度越小, 这有利于提高水稻的抗
倒伏能力, 同时较上部节间缩短幅度较小可保持合
理的株高, 不使生物产量明显降低, 对水稻的高产
非常有利。
4 结论
水稻 OsGA20ox2 基因表达被 RNAi 下调后, 株
高和各节间长度显著缩短(P<0.05); 对于供试的两
个RNAi载体, 干扰片段越长, 使植株株高和节间长
度缩短程度越大; 在同一长度的 RNAi 干扰片段下,
倒一节节间长度平均缩短与倒二节节间长度平均缩
短非常相近, 倒三节和倒四节节间长度平均缩短非
常相近, 各节的缩短比例为倒四节>倒三节>倒二节
>倒一节; 对其他主要农艺性状如千粒重、结实率、
穗长等不影响或影响很小。
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