1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
表皮是植物抵抗外界环境刺激的第一道屏障，是由各种脂类化合物组成的一层疏水屏障，其主要结构是位于叶片表皮细胞外层的蜡质层。表层蜡质对于植物组织在防止水分损失和病原菌入侵以及适应环境胁迫方面有着重要意义。植物表皮蜡质由多种物质组成，包括极长链的脂肪酸(very-long-chain fatty acid, VLCFA; 18C)和由极长链脂肪酸衍生而来的脂肪醛，一级醇、二级醇，醛和醋等。不同物种的植物表皮蜡质组成和含量大有不同，即使同一植物在不同的发育时期、不同器官组织间也存在差异，但植物表皮蜡质合成过程基本可分为三步，即：质体内C16-C18酰基链脂肪酸的从头合成、内质网中C16-C18长链脂肪酸延长至C20-C34极长链脂肪酸和内质网中极长链脂肪酸衍生物的合成。极长链脂肪酸衍生物的生物合成包括两条基本途径：形成一级醇和酯类的酰基还原途径和形成醛，酮，烷烃和二级醇的脱碳基途径。根据蛋白质产物的功能的不同，将与蜡质合成有关的基因分为蜡质代谢相关的酶基因、代谢调控基因和未定基因。植物蜡质合成和运输积累是一个非常复杂的过程，需要一系列酶和编码这些酶的基因的参与，目前双子叶模式植物拟南芥已经成功分离了大量的蜡质合成相关基因，对其蜡质合成途径的分子调控机理已有较为清晰的认识，但是相关代谢产物的运输机制还尚不明确。水稻不仅是世界上最重要的粮食作物之一，还是研究分子生物学的模式植物之一。然而作为单子叶模式植物的水稻，水稻中调控蜡质形成、积累的遗传网络研究还十分匮乏，只有OsGL1-1/ Wax Crystal-sparse Leaf2（WSL2）、Wax Crystal-sparse Leaf1(WSL1) 、Wax-deficient anther1 (Wda1) 、Wax synthesis regulatory gene 1（OsWR1）、OsGL1-6等少数几个表皮蜡质合成基因被克隆。 Qin (2011)与Mao等(2011)分别通过图位克隆技术克隆了位于水稻第9染色体的复等位基因OsGL1-1/ Wax Crystal-sparse Leaf2（WSL2）基因，OsGL1-1基因不同位点突变产生的突变体与野生型相比均表现出表皮蜡质积累减少，表皮膜变薄，失水速率增加和对干旱敏感性增强的表型，此外突变体叶片还高度亲水，wsl2具有相似的表现(Mao et al. 2012; Qin et al. 2011)。OsGL1-1/ WSL2参与了VLCFA的延伸，与玉米GL1基因同源(Islam et al. 2009)。另一个水稻叶表皮蜡质合成基因Wax Crystal-sparse Leaf1(WSL1)则与拟南芥Ketoacyl-CoA Synthase (KCS)基因同源，也参与VLCFA的延伸。水稻wsl1突变体叶片表皮蜡质含量减少，对干旱也更敏感，并伴随着生长量的减小及结实率显著降低的现象，这一研究表明VLCFA的生物合成对水稻发育具有更广泛的影响(Yu et al. 2008)；水稻Wax-deficient anther1 (Wda1)基因调控花粉囊细胞壁角质和蜡质的形成，与拟南芥CER1基因同源，与其它蜡质基因的功能略有不同，它对水稻花粉壁的发育是必需的。Wda1 T-DNA插入突变表现为花药表皮蜡质明显减少，导致花粉外壁的形成发生缺陷，造成了突变体的雄性不育。与其它外壁脂质分子有缺陷的雄性不育突变体相比，wda1 突变体绒毡层的生化和发育缺陷出现得更早，此结果进一步说明表皮蜡质形成（调控）基因参与调控水稻多个方面的生长发育(Jung et al. 2006)；WIN1是拟南芥中发现的一个乙烯相应因子（Ethylene Response Factor，ERF）类型的转录因子，过表达后可以促进拟南芥表皮蜡质的积累，该发现证明转录因子也参与调控植物表皮蜡质的代谢积累(Broun et al. 2004)，Wang等(2012)发现干旱、高盐碱等环境能诱导水稻中与拟南芥WIN1/SHN1同源的乙烯响应因子Wax synthesis regulatory gene 1（OsWR1）的表达，引起蜡质/角质合成基因表达的增强，从而增强水稻的抗旱性，而干涉OsWR1表达则会减弱水稻对干旱的忍受力，表明水稻OsWR1基因可正调控表皮蜡质的积累(Wang et al. 2012)；OsGL1-6与拟南芥CER1基因高度同源也参与调控水稻叶片表皮蜡质的积累，并且影响水稻的耐旱性(Zhou et al. 2013)。上述蜡质合成相关基因的克隆与功能分析进一步证明了水稻表皮蜡质在水稻的整个生育进程起调控作用，特别是对水稻的耐旱性与花粉正常形成有重要影响。发掘更多的水稻表皮蜡质突变体对水稻等单子叶植物表皮蜡质形成、积累的分子调控机理研究具有重要意义。本研究在恢复系镇恢714中一株稳定遗传的叶片亲水自然突变体，暂命名为glossy3 (gl3)，与野生型植株相比，gl3表皮蜡质含量明显减少，并伴随着产量下降等多效性，本研究开展了对该突变体的遗传特性、农艺性状以及基因定位等方面的研究。
参考文献：
[1]Bernard A, Joubs J (2012) Arabidopsis cuticular waxes: Advances in synthesis, export and regulation. Progress in lipid research
2. 研究的基本内容和问题
本研究的目标与主要内容（1）测定突变体及野生型农艺性状、叶片表笔蜡质含量，分析其育种利用价值，并通过与野生型杂交确定其遗传模式。
（2）构建gl3/武育粳3号、日本晴等的F2群体，利用现有的微卫星分子标记和根据93-11与日本晴基因组序列差异设计的STS、CAPs标记，精细定位gl3基因。
（3）在精细定位的基础上构建分子标记辅助选择系统，将gl3基因通过回交导入到生产中大规模应用的两系不育系如Y58S、广占63S等，构建gl3近等基因系。
3. 研究的方法与方案
（1）研究方法 1.1 植物材料和田间试验镇恢714（C714）是来由江苏丘陵地区镇江农科所选育的一个杂交中籼恢复系，在2007年的群体繁殖中发现一株叶片表皮亲水突变体，暂定名为glossy3 (gl3)。
将gl3分别与野生型亲本C714 及粳稻品种镇稻88、武育粳3号杂交，分别播种亲本、F1 及F2，调查主要农艺性状及获取定位群体。
1.2 突变体的主要农艺与生理性状分析在抽穗期，采用日产叶绿素计（SPAD-502，Monito，Japan）测定突变体gl3及野生型亲本剑叶的叶绿素含量，选取野生型取突变体gl3植株叶片及其野生型亲本相同部位的叶片提取表皮蜡质，参照周小云等的方法进行(周小云 et al. 2007)。
4. 研究创新点
（1）作为单子叶模式植物的水稻，目前只有极少数参与表皮蜡质形成的基因被克隆，水稻中调控蜡质形成的遗传网络研究还十分匮乏，本研究发现的突变体基因是一个尚未报道的新的蜡质合成基因，对研究水稻表皮蜡质形成机理具有重要的理论价值，对GL3基因的定位（克隆）将有助于丰富人们对该领域的认知。
（2）迄今为止，水稻采用的标记性状大多为叶色突变体，本研究拟用分子标记辅助选择导入gl3突变基因，构建基因标记不育系材料，探索其作为标记性状应用的可能性。
5. 研究计划与进展
2014.07至2014.08 研究内容：（1）调查突变体与野生型杂交后代的性状、统计其分离比例。
（2）对突变体/武育粳3号、日本晴F2群体隐性单株进行挂牌、取样，分别提取DNA。
（3）比较测定突变体部分性状，拍摄相应图片。
