水稻细长秆突变体sr10的鉴定与基因定位 作物学报    2022, 48 (8): 2125-2133.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.12052

表S3 ssr1的遗传分析

正文中引用本图/表的段落

在体式镜下观察成熟时期的WT和sr10, 发现sr10的小穗变短, 芒变长(图3-a)。进一步观察发现sr10的花药明显短于WT, 花药颜色差异不显著(图3-b, c)。I₂-KI染色结果显示, sr10的花粉表现为畸形且无法着色(图3-d, e)。sr10的花粉完全败育, 最终无法结实(图3-f, g), 表明sr10是一个雄性全不育突变体。

sr10与J10杂交的F₁代植株表现正常, 说明sr10的突变性状受隐性基因控制。通过F₁代种子自交获得F₂群体。根据田间性状统计, 发现F₂群体中有3015株表型正常, 990株变现为突变表型, 其分离比符合孟德尔遗传分离比3∶1 (χ2=0.909<χ2_{0.05, 1}=3.84) (附表3)。这些结果表明, sr10的突变表型受单个隐性核基因控制。

生长素通过调控Aux/IAA和SAUR (small auxin-up RNA)等基因的表达对植物生长发育具有多效性作用, IAA21可抑制早期生长素应答基因的表达[31], sr10中IAA21的表达量显著降低, 导致对生长素合成基因的抑制作用减弱, 从而使OsIAA6和OsIAA11的表达量显著增加, 导致生长素含量增加。当接收到生长素信号时, OsIAA3不能被降解, 阻碍了生长素信号的向下传递, 影响了生长素的极性运输[32]。sr10中OsIAA3表达量显著增加, 说明sr10中生长素的极性运输可能存在问题, 生长素无法运输到根系中, 导致根系生长缓慢。水稻功能获得突变体iaa23的根系发育和育性较差, 结实率下降[33]。因此, sr10根系生长迟缓和雄性不育表型可能与osiaa23表达极显著增加有关。SAUR39过表达会导致水稻根系生长缓慢, 维管组织变小, 产量降低, 生长素极性运输降低, 叶绿素含量降低[34], 因此, sr10的相关突变表型可能是SAUR39过表达引起的。OsPIN3t是一种生长素输出载体, 参与了生长素的极性运输, OsPIN3t主要在维管束组织中特异性表达[35]。生长素对维管形成层的建立和维持非常重要[36], OsPIN3t表达的显著降低可能导致sr10中生长素极性转运异常, 影响维管束的正常发育。转录抑制剂OsIAA11可与E3泛素连接酶OsTIR1结合降解蛋白酶体, 激活生长素信号通路[37]。上调OsIAA10的表达会导致生长素信号的敏感性降低[38]。OsTIR1表达的减少会降低叶腋中生长素的敏感性, 稳定OsIAA6, 从而促进水稻分蘖[39⇓-41]。osiaa11和OsTIR1表达量极显著增加可能是sr10中IAA含量显著增加的原因之一, OsTIR1的高表达也导致了sr10分蘖减少。

具有GA生物合成缺陷的植物表现出典型的GA缺陷表型, 如矮化、根生长受抑制和雄性不育, GA₃促进茎伸长, 但抑制分蘖[42]。与WT相比, sr10叶片中GA₃水平升高, 因此sr10茎变细, 分蘖减少。过表达GA2oxs是降低转基因植物中GA水平的一种简单方法[43]。因此, GA2oxs表达的降低会导致GA水平的升高。sr10中OsGA2ox1和OsGA2ox4表达水平极显著降低, 这可能是sr10中GA₃水平升高的原因之一。GA₃下调OsGA3ox2的表达[44], sr10中OsGA3ox2的表达量明显降低, 这可能是GA₃水平升高引起的。OsGA20ox2/SD1蛋白引导赤霉素(主要是GA₄)的合成[45], GA₄主要在植物生殖生长中发挥作用, 因此, Ga2ox1和OsGA20ox2表达的下调极为显著, 可能影响sr10雄性生殖器官的发育, 导致表型完全不育。

本文的其它图/表

• 表S1 本研究所设计的分子标记
  
• 表S2 本研究所用的qRT-PCR引物
  
• 图1 sr10的表型鉴定
  a1~a6: 4~60 d的WT和sr10的表型观察, 标尺分别为17.5、41、69.2、102、191和309 mm; b: 4~60 d的WT和sr10的株高; c: 4~60 d的WT和sr10的根长; d: 成熟期WT和sr10的叶长; e: 成熟期WT和sr10的叶宽; f: WT和sr10的分蘖数; First: 倒一叶; Second: 倒二叶; Third: 倒三叶; *: P < 0.05; **: P < 0.01。
  
• 图2 sr10的细胞学观察
  a: WT的叶片上表皮, 标尺为35 μm; b: sr10的叶片上表皮, 标尺为35 μm; c: WT的叶片下表皮, 标尺为35 μm; d: sr10的叶片的下表皮, 标尺为35 μm; e: WT的鞘外壁, 标尺为35 μm; f: sr10的鞘外壁, 标尺为35 μm; g: WT的鞘内壁, 标尺为35 μm; h: sr10的鞘内壁, 标尺为35 μm; i: WT与sr10的倒一节间横截面, 标尺为1.1 mm; j: WT和sr10的维管束数目; 白色箭头用于指示保卫细胞, 红色箭头用于指示细胞长度, 红色椭圆用于指示维管束; **: P < 0.01。
  
• 图3 sr10的育性鉴定
  a: WT和sr10的小穗, 标尺为2.1 mm; b, c: WT和sr10的花药, 标尺为2.8 mm (b)和3.5 mm (c); d: WT的花粉I₂-KI染色, 标尺为115 μm; e: sr10的花粉I₂-KI染色, 标尺为115 μm; f: WT和sr10的花粉育性统计; g: WT和sr10的结实率; **: P < 0.01。
  
• 图4 sr10的叶绿素含量和光合指标的测定
  a: WT和sr10叶片的冷冻切片和荧光观察, Bar: 26 μm; b: 叶绿素a含量; c: 叶绿素b含量; d: 总叶绿素含量; e: 类胡萝卜素含量; f: 净光合速率(P_n); g: 气孔导度(G_s); h: 细胞间CO₂浓度(C_i); i: 蒸腾速率(T_r); First: 倒一叶; Second: 倒二叶; Third: 倒三叶; *: P < 0.05; **: P < 0.01。
  
• 图5 水稻3号染色体上SR10的分子定位
  N = 229: 用于初定位的F₂隐性群体; n = 990: 用于精细定位的F₂隐性群体。
  
• 表S4 定位区间内的注释基因
  
• 图6 sr10中激素含量的测定及相关基因的表达分析