中国农业科学 | 三明市农科院韦新宇课题组对水稻颖花开裂新基因OsSG进行图位克隆与功能验证

花器官作为水稻的重要农艺性状，其形态和结构发育不仅直接与水稻品种的自身繁衍密切相关，同时也是影响水稻产量和稻米品质的重要因素之一。颖花作为水稻花器官的基本单位，其发育和进化过程一直被视为植物起源和进化等发育生物学以及作物遗传育种等研究领域的热点。目前，裂颖已成为杂交水稻种子生产过程中普遍存在的一种不良现象。裂颖种子因失去颖壳的保护，导致其耐储藏能力降低、活力下降，以及在萌发和灌浆成熟过程中极易发生霉变和腐烂，同时对水稻产量和稻米品质均具有极其不利的影响。因此，挖掘水稻颖花开裂种质资源，并对其相关基因进行克隆和功能分析，对水稻花器官发育的调控机理研究和杂交水稻种子生产具有重要意义。

近期，三明市农业科学研究院生物技术研究所韦新宇课题组完成的题为“一个新的水稻颖花开裂基因OsSG2的图位克隆与功能验证”的研究在《中国农业科学》2025年第58卷11期正式发表。

通过对突变体sg2颖花进行形态特征解剖观察，分析其花器官发育突变特点。通过对野生型WT（GK1327）与突变体sg2表型和农艺性状进行调查，以及花粉在I₂-KI溶液中的染色观察，分析该突变表型对主要产量性状和花粉育性的影响。利用突变体sg2分别与野生型WT和9311杂交，构建多个F₂分离群体，对OsSG2进行遗传学分析和物理定位。采用集群分离分析法（bulked segregant analysis，BSA）和二代测序（next-generation sequencing，NGS）相结合的BSA-seq技术，以及半定量PCR和实时荧光定量PCR对候选基因进行筛选和表达模式分析。结合PCR扩增和测序技术对候选基因进行克隆和序列分析。通过CRISPR-Cas9基因编辑技术和转基因互补试验对OsSG2候选基因进行功能验证。

结果显示， 该突变体在生殖生长时期花器官发育出现明显异常，其颖花内外稃片瘪弱，表现出不同程度的扭曲变形，且开裂不抱合表型，穗部颖花发育不正常的比例达到100%。相比野生型，突变体sg2结实率和千粒重显著降低，种子萌发率显著下降，花粉育性未出现明显异常。

野生型与突变体sg2的表型和农艺性状

遗传分析表明，sg2突变表型由单个细胞核隐性基因控制。通过图位克隆技术，将OsSG2精细定位在水稻第3染色体短臂端，位于2个InDel（insertion/deletion）标记InDel-12083和InDel-17610之间，物理距离为919.85 kb，该区间共注释75个开放阅读框（open read frames，ORFs）。

OsSG2的精细定位

利用BSA-seq技术，鉴定到一个潜在的OsSG2候选基因LOC_Os03g11614，该基因编码一个定位于细胞核的OsMADS1转录因子。

基于BSA-seq获得的InDel和SNP的ΔSNP-index/ΔInDel-index关联分析图

表达和序列分析表明，相比野生型，LOC_Os03g11614在突变体sg2抽穗期幼穗中的表达水平极显著下调，且该基因编码序列（coding sequence，CDS）在突变体中发生单个核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）突变，即LOC_Os03g11614第1外显子第3个碱基由G突变为A，导致其起始密码子由ATG突变为ATA，进而影响该基因的转录表达和相应蛋白OsMADS1的结构和功能。

候选基因LOC_Os03g11614的表达分析

候选基因LOC_Os03g11614的序列分析

CRISPR-Cas9基因编辑技术和功能互补试验进一步证实候选基因LOC_Os03g11614即为OsSG2。

OsSG2候选基因LOC_Os03g11614的CRISPR-Cas9功能验证

OsSG2候选基因LOC_Os03g11614的功能互补验证

综上，鉴定并克隆获得的水稻颖花开裂基因OsSG2为一个新的OsMADS1等位突变基因。

三明市农业科学研究院生物技术研究所曾跃辉副研究员为该文第一作者，三明市农业科学研究院水稻研究所邹文广副研究员为该文共同第一作者，韦新宇和许旭明研究员为该文共同通信作者。

该研究获得财政部和农业农村部国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS-01）、福建省自然科学基金（2021J01535，2021J01536）、三明市科技计划（2022-N-7，2024-N-3）的资助。

全文链接：

《一个新的水稻颖花开裂基因OsSG2的图位克隆与功能验证》

引用文献：

曾跃辉, 邹文广, 赵福铭, 肖长春, 黄建鸿, 马彬林, 杨旺兴, 韦新宇, 许旭明. 一个新的水稻颖花开裂基因OsSG2的图位克隆与功能验证[J]. 中国农业科学, 2025, 58(11): 2062-2080.

ZENG YueHui, ZOU WenGuang, ZHAO FuMing, XIAO ChangChun, HUANG JianHong, MA BinLin, YANG WangXing, WEI XinYu, XU XuMing. Map-Based Cloning and Functional Verification of A Novel Split Glume Gene OsSG2 in Rice (Oryza sativa L.)[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(11): 2062-2080.