1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
水稻是世界上最重要的粮食作物，全球约有50％以上的人口以稻米为主食。超过120个稻米生产国的栽培面积常年保持在15亿hm2以上，其中90％的稻作生产区分布在亚洲。为了满足人类日益增长的粮食需求，不断培育高产的水稻品种是必要的。
水稻穗部距离籽粒较近，根据源库关系，小穗光合作用可能对水稻产量具有一定影响。叶绿体主要存在于植物叶片中，植物基因的突变可能导致叶片白化。在单子叶植物中，叶片白化通常发生在叶片近脉附近，呈条纹状。白化是因为基因突变影响了叶绿体发育过程，导致了质体发育失常[1]。但是，对于非叶片组织，由于突变体的缺乏，叶绿体发育的分子机制还不清晰。目前在水稻中仅鉴定到8个穗部白化突变体，根据穗部表型分为两类，一类为内外稃失绿白化，如wp1（white panicle 1）[2]、wslwp(white striped leafwhite panicle)[3]、wlp1(white leafpanicles 1)[4]和st-wp(stripe white leafwhite panicle)[5]；另一类内外稃和穗轴枝梗都呈白色，如wp（t）[6]，wp2（white panicle 2）[2]、st-fon (streaked leafflal gan number)[7]和wp4（white panicle 4）[8]。图位克隆是随着分子标记的不断开发、分子标记图谱的相继建立而发展起来的一种基因克隆技术，成为分离和克隆基因的常规方法。本实验采用图位克隆方法对一个宁粳4号白穗突变基因进行初定位，为该白穗基因的精细定位和功能研究奠定基础。
株高是与产量相关的重要农艺性状，株高超过一定范围容易引起倒伏而减产，矮秆不仅有利于抗倒伏，而且耐贫瘠，有利于提高产量。随着水稻半矮秆基因sd1（sewarf 1）的发现与应用，自20世纪60年代起，在全世界范围内掀起了一场水稻育种的绿色革命[9]。水稻株高分为高秆、半矮秆和矮秆3种类型。由于矮秆与半矮秆之间的区分不是绝对的，卢永根等[10]认为半矮秆株高应在75102 cm；马良勇等[11]认为小于50cm为矮秆，50～70 am根据情况而定为矮秆或半矮秆，大于70 cm一般为半矮秆。
2. 研究的基本内容和问题
（1）研究目标：
1 利用ssr(simple sequence repeats)标记进行图位克隆，以宁粳4号白穗突变体为材料，对白穗基因进行定位。
2 利用mutmap方法，以矮秆突变体为研究材料，在有初步的表型鉴定的基础上，对矮秆基因进行定位。
3. 研究的方法与方案
（1）研究方法：
1 白穗基因的初定位
1） 提取水稻基因组DNA。
2） 利用有多态的分子标记对进行PCR扩增。
3） 对PCR产物进行聚丙烯酰胺凝胶电泳，通过观察其电泳带型分析基因型差异,对白穗基因进行初定位。
2 Mutmap快速定位矮秆基因
4） 利用试剂盒提取20个矮秆极端材料的DNA，再将DNA稀释到统一浓度，建立混池。
5） 经过超声波破碎，末端修饰，加polyA，连接头和扩增等一系列步骤，构建测序文库。
6） 测序后用生物软件进行分析，计算SNP index，排除同义基因，挑出候选基因。
（2）技术路线：
1 白穗基因的初定位：
DNA提取 |
PCR扩增 |
聚丙烯酰胺电泳 |
2 Mutmap快速定位矮秆基因
DNA提取 |
文库构建 |
上机测序 |
数据分析 |
（3）实验方案：
1 白穗基因的初定位
1）用改进的SDS法抽提水稻基因组DNA。
2）利用有多态的SSR分子标记进行PCR扩增。
3）对PCR产物进行聚丙烯酰胺凝胶电泳。
2 Mutmap快速定位矮秆基因
1）试剂盒提取挑选的矮秆极端材料的DNA，测出浓度后统一稀释到50ng/ul，用20个极端的DNA建立混池。
2）超声波破碎到300bp以下，经过末端修饰，加polyA，连接有不同barcode的adapt和用相应引物进行PCR扩增等一系列步骤，构建测序文库。
3）在Linux系统中按说明书来运用perl，samtool等软件进行数据分析，计算SNP index，挑出高出阈值的片段，排除同义突变，选出候选基因。
(4)可行性分析：
1）申请者所在课题组已成功进行过二代测序相关实验，在技术层面积累了丰富的经验。申请者在实验室实验已有2年，成功完成了srt项目，拥有一定的分子生物学试验基础，并在实验前已阅读大量相关文献。所在实验室为作物遗传和种质创新国家重点实验室,具备了先进的基因组学研究设备和技术平台，可以确保研究项目的顺利完成。
4. 研究创新点
在单子叶植物中，叶片白化通常发生在叶片近脉附近，呈条纹状。白化通常是因为基因突变影响了叶绿体发育过程，导致了质体发育失常。但是，对于非叶片组织，由于突变体的缺乏，叶绿体发育的分子机制还不清晰。本实验对一个白穗基因进行初定位，为该白穗基因的精细定位和功能研究奠定了基础。
随着各水稻基因组测序的完成, MutMap 克隆基因方法应运而生，该方法结合高通量的二代测序方法, 充分利用水稻重测序的数据及分析优势, 通过把突变体群体重测序结果与组装的野生型基因组序列相比对, 找出水稻突变体基因。该方法大大降低了基因克隆成本, 缩短了基因克隆时间。5. 研究计划与进展
2015.11 2015.12 构建文库
2016.1 对白穗基因进行初定位、上机测序和数据分析
2016.2-2016.4 撰写毕业论文
