姜鴻瑞 葉亞峰 何 丹 任 艷 楊 陽(yáng) 謝 建 程維民陶亮之 周利斌 吳躍進(jìn) 劉斌美,*

1 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院, 安徽合肥 230031; 2 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué), 安徽合肥 230026; 3 中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所, 甘肅蘭州 730000

水稻莖稈的機(jī)械強(qiáng)度是重要的農(nóng)藝性狀之一,直接影響著植株的抗倒伏能力。水稻脆性突變體是一類(lèi)比較常見(jiàn)的突變體[1], 是研究細(xì)胞壁合成機(jī)制的重要材料。脆性突變一般是指植株莖稈機(jī)械強(qiáng)度下降, 通常表現(xiàn)為纖維素和半纖維素含量下降, 木質(zhì)素含量升高[2], 在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為厚壁組織次生細(xì)胞壁變薄[3]。由于莖稈機(jī)械強(qiáng)度下降, 存在倒伏發(fā)生的隱患, 生產(chǎn)上一般認(rèn)為是不利的性狀。然而脆性突變體秸稈脆嫩、纖維素含量下降, 有利于反芻動(dòng)物采食, 消化更加容易, 具備成為糧飼兼用型水稻品種的應(yīng)用潛力[4]。另外, 脆稈突變體的莖稈易粉碎降解, 對(duì)于秸稈生態(tài)還田有著很好的應(yīng)用前景, 是一種重要的種質(zhì)資源[5]。

從第一個(gè)水稻脆稈基因bc1[6]被發(fā)現(xiàn)以來(lái), 對(duì)水稻脆性突變體的研究已有50 多年的歷史了。截止目前, 報(bào)道的水稻脆性突變體僅有20 多個(gè), 大多數(shù)基因都是涉及細(xì)胞壁纖維素合成酶OsCesA (cellulose synthase)的變異, 其中以bc (brittle culm)命名的水稻脆性突變體有16 個(gè)(bc1～bc16), 相對(duì)研究的比較系統(tǒng)和深入, 并且對(duì)細(xì)胞壁合成調(diào)控的機(jī)制做了詳細(xì)解析[7-8]。細(xì)胞壁化學(xué)成分的變化、合成和轉(zhuǎn)運(yùn)的阻滯以及厚壁組織結(jié)構(gòu)發(fā)育異常等都可能引起水稻莖稈機(jī)械強(qiáng)度的改變[9-19]。近來(lái)發(fā)現(xiàn)水稻轉(zhuǎn)錄因子也參與細(xì)胞壁生物合成的過(guò)程[20-22]。水稻纖維素合酶基因是引起脆稈特性的關(guān)鍵基因, 其中最重要的是OsCesA4、OsCesA7、OsCesA9, 可能形成一個(gè)纖維素合成復(fù)合體參與次生細(xì)胞壁的合成[12]。水稻脆稈基因bc7和bc11基因[13-14]是OsCesA4的等位變異;bc6和bc13基因[15-16]是OsCesA9的等位變異。bc10、bc14、bc15可能參與細(xì)胞壁的修飾, 其中bc10基因編碼一個(gè)定位在高爾基體的Ⅱ型內(nèi)整合膜蛋白, 調(diào)節(jié)細(xì)胞壁纖維素合成和阿拉伯半乳聚糖蛋白含量[17],bc14基因編碼核苷酸糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白OsNST1, 定位于高爾基體, 轉(zhuǎn)運(yùn) UDPG, 可能為多糖生物合成提供底物[18]。bc15基因編碼一個(gè)膜相關(guān)的類(lèi)幾丁質(zhì)酶蛋白[19]。轉(zhuǎn)錄因子MYB 家族和NAC 家族參與到細(xì)胞壁的合成途徑, 比如NAC29/31-MYB61-CESA 通路調(diào)控細(xì)胞壁生物合成和組裝來(lái)影響次生細(xì)胞壁纖維素合成[20-22]。bc12基因編碼一個(gè)雙靶向的驅(qū)動(dòng)蛋白4, 控制水稻細(xì)胞周期進(jìn)程, 揭示細(xì)胞生長(zhǎng)和細(xì)胞壁修飾存在潛在的聯(lián)系[23]。細(xì)胞壁的合成主要由不同類(lèi)型的糖基轉(zhuǎn)移酶來(lái)完成, 而且目前被揭示功能的酶還很少, 明確具體生化特征的更少[8]。由于水稻細(xì)胞壁的生物合成過(guò)程非常復(fù)雜, 涉及的調(diào)控途徑類(lèi)型多樣, 新基因的發(fā)掘和研究有助于完善細(xì)胞壁合成機(jī)制, 為水稻細(xì)胞壁定向改良育種奠定理論基礎(chǔ)。

本實(shí)驗(yàn)以重離子輻照誘變粳稻品種武運(yùn)粳7 號(hào)(Wuyunjing 7, wyj7)獲得的一個(gè)脆稈突變體為研究對(duì)象, 根據(jù)水稻脆稈突變基因命名規(guī)則和順序, 將其稱(chēng)為bc17突變體(brittle culm 17), 分析bc17突變體的脆性性狀對(duì)農(nóng)藝特征及機(jī)械強(qiáng)度的影響, 通過(guò)莖稈組織結(jié)構(gòu)的解剖學(xué)及細(xì)胞壁成分的測(cè)定來(lái)分析脆性形成的生物學(xué)機(jī)制, 利用遺傳學(xué)及圖位克隆技術(shù)將bc17突變位點(diǎn)進(jìn)行染色體定位, 通過(guò)生物信息學(xué)分析鑒定可能的候選基因, 為進(jìn)一步分離目標(biāo)基因奠定基礎(chǔ), 同時(shí)為育種應(yīng)用提供高效的篩選標(biāo)記。

1 材料與方法

1.1 材料

脆稈突變體bc17、野生型武運(yùn)粳7 號(hào)以及用于遺傳分析和基因定位的群體材料, 均種植于中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院水稻實(shí)驗(yàn)基地(安徽合肥),種植方式為人工栽插, 常規(guī)田間管理。

1.2 農(nóng)藝性狀分析

在田間隨機(jī)取10 株成熟期供試水稻材料, 考察其主要農(nóng)藝特征和經(jīng)濟(jì)性狀, 包括株高、穗長(zhǎng)、分蘗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率等。

1.3 細(xì)胞壁組分含量分析

根據(jù)Van Soest 等[24]方法測(cè)定細(xì)胞壁纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等主要組成組分含量。取成熟期的水稻材料, 將莖稈和葉片分開(kāi), 剪成適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度放入65℃烘箱中, 待完全烘干后取出, 用旋風(fēng)磨分別將莖稈和葉片粉碎, 粉末裝入干凈的封口袋中以備后續(xù)實(shí)驗(yàn)使用。重復(fù)3 次。

1.4 bc17 莖稈機(jī)械強(qiáng)度測(cè)定

1.4.1 莖稈拉伸力的測(cè)定 在成熟期從田間選取新鮮水稻材料, 將莖鞘分離后截取第2 節(jié)間莖稈夾持在萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)(LD23.502, 力試(上海)科學(xué)儀器有限公司)上, 在莖稈斷裂失去載荷后自動(dòng)停止拉伸, 記錄數(shù)據(jù)。

1.4.2 莖稈抗折力的測(cè)定 在成熟期從田間選取新鮮水稻材料, 將莖鞘分離后截取第2 節(jié)間莖稈, 放置在等間距的支架上, 用數(shù)顯式拉壓力計(jì)(HP-50, 樂(lè)清市艾德堡儀器有限公司)從莖稈中部向下施壓使水稻莖稈折斷, 記錄施加力的峰值, 即為莖稈抗折力。

1.4.3 倒伏指數(shù)的計(jì)算 根據(jù)章忠貴等[25]的方法略有修改, 在成熟期采集新鮮樣品, 測(cè)量相應(yīng)位置的長(zhǎng)度和重量, 計(jì)算突變體和野生型第2 節(jié)間的彎曲力矩和倒伏指數(shù)。

彎曲力矩 = 節(jié)間基部至穗頂?shù)拈L(zhǎng)度(cm) × 該節(jié)間基部至穗頂?shù)孽r重(g) × 0.001 × 9.8

倒伏指數(shù) = (彎曲力矩/抗折力) × 100

倒伏指數(shù)越大, 則莖稈越易倒伏, 以倒伏指數(shù)200 為抗倒伏臨界值。

1.5 莖稈結(jié)構(gòu)的電鏡觀察

取成熟期相同部位的脆稈突變體及其野生型莖稈切成2～4 mm 的小段, 投入含有2.5%戊二醛的PBS 緩沖液(4 mmol L–1sodium phosphate, pH 7.2;200 mmol L–1NaCl)中, 4℃固定48 h 后用1%鋨酸PBS (phosphate buffer saline)溶液固定。固定后的樣品經(jīng)過(guò)PBS 緩沖液充分漂洗后, 順序用10%、20%、40%、60%和80%的乙醇梯度各處理30 min 脫水,再用100%乙醇處理2 次各30 min, 100%丙酮處理2次各 5 min。脫水后的材料依次用 London Resin White (Sigma, USA)樹(shù)脂與乙醇順序以1∶3、1∶1和3∶1 的比例混合進(jìn)行置換和浸透, 最后換入純樹(shù)脂繼續(xù)浸透 48 h, 并于模塊中包埋, 60℃聚合24 h。樣品修塊后以80 nm 超薄切片, 放置于銅網(wǎng)上, 觀察前用醋酸鈾和檸檬酸鉛復(fù)染。樣品放置在透射電鏡上觀察[26]。

1.6 脆稈突變體bc17 的遺傳學(xué)分析

利用bc17突變體分別與粳稻品種(武運(yùn)粳7 號(hào)和當(dāng)粳8 號(hào))和秈稻品種(特青、黃花占和9311)進(jìn)行人工雜交, F1代經(jīng)自交獲得F2代種子。在成熟期對(duì)F2代植株進(jìn)行莖稈脆性鑒定, 統(tǒng)計(jì)野生型和突變表型個(gè)體的數(shù)目, 并用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法計(jì)算分離比例和卡方檢驗(yàn)。

1.7 bc17 基因的染色體定位

利用對(duì)bc17/9311 雜交構(gòu)建的F2分離群體對(duì)bc17基因進(jìn)行初定位, 采用BSA (bulked segregant analysis)法進(jìn)行基因定位, 即混合分組分析, 也稱(chēng)分離群體分組分析, 是一種通過(guò)在群體中挑選極端或代表性性狀的個(gè)體組成混池進(jìn)行分析的方法。通過(guò)研究混池之間等位基因/分子標(biāo)記頻率的差異, 將與性狀相關(guān)的位點(diǎn)在基因組上進(jìn)行定位。選擇在水稻12 條染色體上均勻分布的408 個(gè)SSR (simple sequence repeat)標(biāo)記進(jìn)行親本多態(tài)性檢測(cè), 利用篩選出的差異SSR 標(biāo)記對(duì)親本、F1植株以及混合池(20個(gè)脆稈單株等量DNA 混合)進(jìn)行PCR 擴(kuò)增, 對(duì)電泳產(chǎn)物的統(tǒng)計(jì)分析。在精細(xì)定位階段, 根據(jù)網(wǎng)上公布的Nipponbare 和9311 序列, 并選擇定位區(qū)間中存在差異的序列進(jìn)行引物設(shè)計(jì)與合成。用這些引物分別對(duì)bc17和9311 基因組DNA 進(jìn)行PCR 擴(kuò)增。PCR程序按常規(guī)方法進(jìn)行。如果PCR 產(chǎn)物在bc17突變體和9311 間產(chǎn)生多態(tài)性, 就直接用作新的SSR 或者InDel (insertion and deletion)分子標(biāo)記。

1.8 數(shù)據(jù)分析

采用Origin 2018 對(duì)本文實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 bc17 突變體的表型特征

通過(guò)對(duì)突變體bc17和野生型wyj7 在整個(gè)生育期中農(nóng)藝特征的觀察發(fā)現(xiàn): 該突變體從抽穗期開(kāi)始,株高顯著低于野生型, 分蘗數(shù)明顯減少(圖1-A), 在拔節(jié)期時(shí)通過(guò)手工折斷實(shí)驗(yàn), 突變體bc17莖稈表現(xiàn)出韌性喪失, 能夠明顯折成兩截折斷且斷口清晰,而野生型莖稈則表現(xiàn)出韌性, 沒(méi)有斷口出現(xiàn)難以折斷(圖1-B)。突變體的葉片和野生型的類(lèi)似, 均只能折出痕跡, 無(wú)明顯斷裂(圖1-C), 突變體的穗子比野生型變短, 穗粒數(shù)減少, 結(jié)實(shí)率顯著降低(圖1-D)。

2.2 bc17 突變體的農(nóng)藝性狀分析

與野生型相比, 突變體bc17的株高、穗長(zhǎng)以及結(jié)實(shí)率極顯著降低, 降低程度分別為 26.61%、27.51%以及18.54%, 每穗粒數(shù)降低了13.18%, 達(dá)到顯著水平, 而分蘗數(shù)和千粒重雖然降低, 但是差異不顯著(表1)。農(nóng)藝性狀的變化表明,bc17脆稈性狀的突變對(duì)于植株的生長(zhǎng)和發(fā)育也產(chǎn)生了較大的影響,可能存在一因多效。

2.3 細(xì)胞壁組分含量的分析

木質(zhì)素(lignin)、纖維素(cellulose)、半纖維素(hemi-cellulose)以及灰分(主要成分是二氧化硅)是構(gòu)成水稻細(xì)胞壁的主要成分。通過(guò)測(cè)定成熟期突變體bc17和野生型wyj7 莖稈、葉片的細(xì)胞壁組分含量, 結(jié)果表明, 突變體bc17葉片和莖稈的纖維素含量比野生型分別降低18.67%和22.70%, 半纖維素含量分別升高31.36%和45.76%; 野生型葉片中木質(zhì)素含量顯著低于突變體， 而灰分含量顯著高于野生型,但是在莖稈中差異不明顯(表2)。細(xì)胞壁成分在不同組織中比例的差異, 可能是引起脆性特征特異表達(dá)的主要因素。

表1 突變體bc17 與野生型wyj7 農(nóng)藝性狀分析Table 1 Agronomic traits of mutant bc17 and wild type wyj7

表2 野生型和突變體bc17 莖稈和葉片細(xì)胞壁成分分析Table 2 Cell wall components between wild type wyj7 and mutant type bc17 (%)

2.4 脆稈突變體bc17 莖稈的物理特征

機(jī)械強(qiáng)度是水稻莖稈重要的物理特征之一, 而脆稈突變是引起機(jī)械強(qiáng)度改變的。在成熟期時(shí)測(cè)定水稻莖稈的第2 節(jié)間和第3 節(jié)間的折斷力、拉伸力。野生型wyj7 與突變體bc17莖稈的第2 節(jié)間莖稈抗折力分別為6.38 和3.33, 第3 節(jié)間莖稈抗折力分別為7.30 和4.73。bc17莖稈第2 節(jié)間抗折力比野生型降低了47.80%, 第3 節(jié)間莖稈抗折力降低了35.20%(圖2), 這與田間觀察的莖稈脆性特征相符, 突變體所需要的莖稈折斷力明顯減少, 拉伸力的測(cè)定也驗(yàn)證了這一點(diǎn), 第2 節(jié)間突變體相對(duì)于野生型分別降低了63.65%。第3 節(jié)間突變體相對(duì)于野生型分別降低了60.34%。脆稈突變體莖稈抗折力比野生型顯著下降, 可能會(huì)引起倒伏的發(fā)生, 因此計(jì)算了第2 節(jié)間的倒伏指數(shù)。結(jié)果表明bc17突變體第2 節(jié)間彎曲力矩比野生型顯著下降, 引起倒伏指數(shù)比野生型升高, 但是二者差異不顯著, 說(shuō)明bc17突變體抗倒伏能力較強(qiáng), 可能是由于突變體株高下降, 植株重心下移產(chǎn)生的后果。

2.5 組織解剖學(xué)觀察

為了觀察莖稈性狀對(duì)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的影響, 成熟期分別對(duì)野生型wyj7 和突變體bc17莖稈第2 節(jié)間橫切樣品進(jìn)行電鏡觀察, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 突變體莖稈的厚壁組織明顯變薄, 細(xì)胞之間空隙變大, 相應(yīng)地細(xì)胞密度降低, 細(xì)胞數(shù)目減少, 從而造成支撐力下降,對(duì)外力響應(yīng)變得敏感(圖3)。

2.6 遺傳分析

將突變體bc17分別與野生型wyj7 正反交得到F1, 雜交后F1代表型正常。統(tǒng)計(jì)雜交組合F2代中的群體單株總數(shù)以及具有脆稈表型的單株數(shù), 計(jì)算分離比例并進(jìn)行卡方檢驗(yàn), 結(jié)果表明, 突變體bc17與不同品種雜交的F2群體脆稈植株分離比例均符合3∶1 (P>0.05)的理論比值(表4), 這表明bc17的脆稈特征是由一對(duì)單隱性核基因控制的。

表3 野生型和突變體bc17 倒伏指數(shù)計(jì)算Table 3 Lodging index of wild type and mutant type bc17

2.7 基因定位

用bc17/9311 雜交組合F2分離群體中的97 株脆稈表型植株作為定位群體。選取均勻分布于12 條染色體上的408 對(duì)SSR 分子標(biāo)記對(duì)bc17和9311 兩親本進(jìn)行多態(tài)性篩選, 將具有多態(tài)性的110 對(duì)引物檢測(cè)親本。F1基因組DNA 以及突變混池DNA (選取20 個(gè)脆性單株等量DNA 混合)進(jìn)行連鎖分析, 其中7 號(hào)染色體上的SSR 引物RM500 和RM3743 與突變體具有良好的連鎖性。利用bc17/9311 雜交組合的682 株F2 脆稈表型植株擴(kuò)大群體進(jìn)行精細(xì)定位, 在RM500～RM3743 之間設(shè)計(jì)多個(gè)InDel 分子標(biāo)記, 最終將bc17定位在UP-81 至DN-25 之間, 物理距離約162 kb 的區(qū)間內(nèi)(表5 和圖4)。在水稻基因組注釋網(wǎng)站(http://rice.plantbiology.msu.edu/)上進(jìn)行生物信息學(xué)分析, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)定位區(qū)間內(nèi)有25 個(gè)編碼蛋白, 查詢(xún)這25 個(gè)蛋白的RNA-Seq FPKM (fregments per kilobase per million) 表達(dá)量, 該區(qū)間內(nèi)蛋白表達(dá)量差異較大, 其中10 個(gè)蛋白FPKM 值很低, 幾乎檢測(cè)不到; 結(jié)合基于序列比對(duì)的生物信息學(xué)的預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn),其中 8 個(gè)蛋白預(yù)測(cè)結(jié)果為轉(zhuǎn)座相關(guān)蛋白, 成為bc17的候選基因可能性較低。通過(guò)對(duì)其中7 個(gè)功能基因測(cè)序, 在序列上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)涉及功能改變的序列差異, 需要進(jìn)一步進(jìn)行啟動(dòng)子測(cè)序或者表達(dá)分析來(lái)確定可能的候選基因。在bc17定位區(qū)間預(yù)測(cè)有功能的基因涉及到氨基轉(zhuǎn)移酶(LOC_Os07g27780)、O-甲基轉(zhuǎn)移酶(LOC_Os07g27880)、硫酯酶(LOC_Os07g 27870)等, 都有可能影響到細(xì)胞壁組分的改變, 而這些基因目前還沒(méi)有相關(guān)研究報(bào)道。除了O-甲基轉(zhuǎn)移酶在RNA-seq 數(shù)據(jù)庫(kù)中僅在葉片中表達(dá)外, 氨基轉(zhuǎn)移酶和硫酯酶全生育期表達(dá), 其中硫酯酶在萌發(fā)前的花序中FRKM 值為9.61, 萌發(fā)后花序中FRKM值為31.63, 表達(dá)量具有時(shí)空特異性, 很可能是bc17的候選基因。

表5 bc17 基因定位部分引物Table 5 Part of the primers for bc17 gene mapping

3 討論

目前報(bào)道的許多水稻脆性突變體都伴隨著明顯的表型變化, 如植株矮小, 分蘗數(shù)減少, 結(jié)實(shí)率降低以及產(chǎn)量下降等, 且脆性全生育期、全組織表達(dá), 類(lèi)似的有bc3和bc12等[23,26]。bc3突變體出現(xiàn)輕微矮化,與野生型相比bc3突變體的莖、葉、根中纖維素含量降低了28%～36%, 而其他細(xì)胞壁組分含量沒(méi)有發(fā)生變化[26]。bc12突變體由于細(xì)胞數(shù)目的顯著減少導(dǎo)致植株矮化, 纖維素微纖維的方向和細(xì)胞壁組分改變致使出現(xiàn)脆稈表型[23]。bc17突變體雖然植株變矮,但是脆性特征比較獨(dú)特, 具有組織特異性和時(shí)間表達(dá)特異性, 與其他矮稈脆性突變體具有明顯的差異。莖稈和葉片細(xì)胞壁成分測(cè)定顯示, 與野生型相比,bc17莖稈和葉片都出現(xiàn)纖維素含量降低, 半纖維素含量升高。值得一提的是, 與野生型相比,bc17葉片木質(zhì)素含量降低, 灰分升高, 也可能是導(dǎo)致葉片沒(méi)有表現(xiàn)出脆性的原因。

水稻脆稈性狀發(fā)生的原因, 除了涉及經(jīng)典的纖維素合成途徑(纖維素合酶)、多糖生物合成轉(zhuǎn)運(yùn)途徑外, 轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控途徑以及細(xì)胞壁多糖乙?；揎椀萚27]對(duì)細(xì)胞壁的功能也起到重要的調(diào)控作用。葉亞峰等[20]發(fā)現(xiàn)OsMYB103L是MYB 家族轉(zhuǎn)錄因子, C端具有較高的轉(zhuǎn)錄活性, 可直接與OsCesA4、OsCesA7、OsCesA9以及bc1啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合調(diào)控他們的表達(dá), 此外,OsMYB103L還參與GA 介導(dǎo)的纖維素合成途徑的調(diào)控。周奕華等發(fā)現(xiàn)水稻BS1蛋白為木聚糖乙酰酯酶[28], 可從木糖吡喃糖基殘基的O-2和O-3 位置的木聚糖骨架上切割乙?；糠?。在維持木聚糖主鏈上適當(dāng)?shù)囊阴；街衅鹬匾饔?參與次生細(xì)胞壁的形態(tài)建成, 這表明水稻次生細(xì)胞壁的生物合成過(guò)程非常復(fù)雜。本研究將bc17定位在7 號(hào)染色體分子標(biāo)記UP-81 和DN-25 之間, 沒(méi)有發(fā)現(xiàn)相關(guān)報(bào)道的其他脆稈基因。在bc17定位區(qū)間預(yù)測(cè)有功能的基因涉及到氨基轉(zhuǎn)移酶、O-甲基轉(zhuǎn)移酶、硫酯酶等, 都有可能影響到細(xì)胞壁組分的改變, 而這些基因目前還沒(méi)有相關(guān)研究報(bào)道, 可能會(huì)為次生細(xì)胞壁合成的機(jī)制解析發(fā)現(xiàn)一條新的調(diào)控途徑。

農(nóng)作物傳統(tǒng)秸稈處理如棄置農(nóng)田或者直接焚燒, 由于自然狀態(tài)下降解速率緩慢, 容易造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)[29]。水稻脆稈突變體, 由于其獨(dú)特的細(xì)胞壁組成和結(jié)構(gòu)的變化, 收獲時(shí)秸稈易破碎降解, 有利于水稻秸稈的生態(tài)還田[30]。同時(shí), 還可以將脆性材料直接作為家畜飼料, 較低的纖維素含量更有利于反芻動(dòng)物消化, 具有良好的飼料應(yīng)用前景[31]。水稻秸稈是可再生的生物質(zhì)原料, 可以經(jīng)過(guò)水解發(fā)酵產(chǎn)生生物乙醇[32-33]。黃峰等利用水稻脆性秸稈為原料, 利用酸預(yù)處理且酶促糖化發(fā)酵72 h 后,脆性秸稈發(fā)酵的乙醇產(chǎn)量可達(dá)為普通秸稈的1.1 倍[34]。bc17突變體細(xì)胞壁纖維素含量降低, 半纖維素含量升高, 有望通過(guò)優(yōu)異等位基因的發(fā)掘, 應(yīng)用到生產(chǎn)中, 從秸稈飼料化和能源化角度解決秸稈利用的難題。

4 結(jié)論

利用重離子輻照武運(yùn)粳7 號(hào)(wyj7)獲得一個(gè)脆稈突變體bc17, 在抽穗后莖稈出現(xiàn)脆性特征, 且隨著生育期進(jìn)程脆稈脆性程度增加, 葉片基本表現(xiàn)正常。較野生型,bc17葉片和莖稈纖維素含量顯著降低,半纖維素含量顯著升高, 厚壁組織變薄, 細(xì)胞之間空隙變大, 相應(yīng)地細(xì)胞密度降低, 細(xì)胞數(shù)目減少。該性狀受一對(duì)隱性核基因控制, 被定為在7 號(hào)染色體長(zhǎng)臂上162 kb 區(qū)間內(nèi), 生物信息學(xué)分析表明bc17可能是一個(gè)新的脆稈基因, 為進(jìn)一步揭示水稻細(xì)胞壁合成機(jī)制奠定材料基礎(chǔ)。