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水稻供养了世界将近50%的人口,其不仅是世界上最重要的粮食作物之一,也是分子遗传和育种中重要的模式植物。在传统的水稻育种中,因为自花授粉的原因,在杂交前必需进行花药或花粉的去雄。而水稻花药或花粉的去雄是一件很费时的工作,以致于在水稻育种中轮回选择非常困难。分子生物学的最新研究进展指出植物新性状的获得可通过将特定基因从一个物种转入到另一个物种。赋予水稻半矮化表型的绿色革命基因sd-1和杂交水稻育种相关的雄性不育性状已在农业生产中被不断开发和利用,以提高水稻生产能力。本试验中,为了协同调节水稻株高和雄性不育性状,我们采用RNAi策略,同时抑制内源基因Os GA20ox2(即绿色革命基因sd-1)和RTS(水稻绒毡层特异性基因)或Os GA20ox2和DTD(延迟绒毡层退化基因)的表达来获得矮败(dwarf and male sterile,DMS)水稻,以作为水稻多性状或多基因育种轮回选择的遗传工具。获得主要结果如下:1、构建了两个具有发夹结构的RNAi载体p TCK-RIIR和p TCK-DIID。对于p TCK-RIIR载体,Os GA20ox2和RTS的DNA片段被克隆至发夹结构域;对于p TCK-DIID载体,Os GA20ox2和DTD的DNA片段被克隆至发夹结构域。2、将两个RNAi植物表达载体通过农杆菌介导法转入粳稻品种中作0201水稻愈伤组织。在再生的T0代植株中,经潮霉素基因特异引物PCR检测呈阳性的植株有100株,其中包括70株p TCK-RIIR转化的植株和60株p TCK-DIID转化的植株。3、通过表型鉴定,上述T0代转基因植株中有37株p TCK-RIIR诱导的和46株p TCK-DIID诱导的DMS水稻;这些DMS植株的育性几乎都为全不育,株高约为野生型(中作0201)的40-60%。不幸地是,p TCK-RIIR诱导的DMS水稻在T0代通过授粉都未能正常结实产生种子以致不能进行下一代试验。尽管如此,p TCK-DIID诱导的DMS水稻通过异交授粉或自然授粉都能正常结实产生种子。p TCK-DIID诱导的DMS水稻(T0代)及其后代(T1和T2代)都能明显的区别于野生型水稻;且DMS表型向T1和T2代的遗传过程中符合孟德尔比率(1:1)。4、RT-PCR和q RT-PCR分析表明在DMS水稻中内源靶基因Os GA20ox2和DTD的表达量都显著降低,说明RNAi载体p TCK-DIID能在DMS水稻中协同沉默内源靶基因的表达并代代相传。p TCK-DIID诱导的DMS水稻植株中,除了株高和育性,其它与产量相关的性状与野生型相比没有显著差异。5、为了检测DMS水稻T0、T1和T2代的轮回杂交能力,我们用其它花粉供体亲本同时与DMS水稻进行杂交,结果显示轮回DMS水稻也能产生50%的DMS水稻和50%的高杆全育(tall and male fertile,TMF)水稻;正如预期的,这些TMF水稻中都未检测到T-DNA基因。因为矮化的株高,DMS水稻非常容易辩认;且因为不用去雄,杂交也变得非常容易。6、总之,DMS水稻为水稻轮回选择提供了一个有利的工具,或作为一个遗传工具应用于水稻高效多基因聚合育种。由于DMS水稻的后代群体中总有50%的未含有T-DNA的TMF水稻,故选自TMF植株的优良品系能用于商业化而没有像GM作物一样的安全顾虑。