低甲烷排放转基因水稻对土壤微生物群落的影响

低甲烷排放转基因水稻是实现水稻低碳生产的理想材料。土壤微生物驱动了稻田甲烷的产生,低甲烷排放转基因水稻土壤微生物群落组成的变化不仅影响稻田甲烷排放,也关系到土壤微生态系统的稳定性。通过对细菌16S rRNA基因、真菌ITS基因的高通量测序及mcrA、nifH、amoA和nirS等功能基因的荧光定量PCR,分析了低甲烷排放转基因水稻(86R27-3)与野生型水稻(MH86)土壤微生物群落间的差异。结果显示:稻田土壤细菌群落的α-多样性指数在86R27-3与MH86间无明显差异,且仅在水稻分蘖期86R27-3的土壤真菌群落多样性指数Shannon、Simpson及均匀度指数Pielou_e显著高于MH86(P<0.05);β-多样性分析表明土壤细菌或真菌群落组成在86R27-3与MH86间均没有显著差异;但在水稻齐穗期:86R27-3土壤的放线菌门(Actinobacteria)、罗泽真菌门(Rozellomycota)的相对丰度显著高于MH86(P<0.05),而酸杆菌门(Acidibacteria)、子囊菌门(Ascomycota)的相对丰度显著低于MH86(P<0.05);土壤微生物群落功能预测显示,86R27-3土壤氮、硫和锰代谢细菌功能群丰度显著低于MH86(P<0.05),如分蘖期的土壤硝酸盐还原、硝酸盐呼吸、硫代硫酸盐呼吸及硫呼吸,齐穗期和成熟期的好氧亚硝酸盐氧化及成熟期的锰氧化等;与MH86相比,86R27-3的土壤真菌功能群丰度有减有增,如在水稻不同生育期内的其未定义腐生物银耳目、嗜热囊菌科、镰刀菌属及韦斯特氏菌功能群丰度显著降低(P<0.05),而其分蘖期的动物内共生体腐生生物毕赤酵母属和未定义腐生物马勃科功能群丰度显著提高(P<0.05)。定量PCR分析表明86R27-3土壤中的产甲烷细菌mcrA基因丰度显著低于MH86(P<0.05),同时,土壤固氮菌nifH基因、氨氧化细菌amoA基因及反硝化细菌nirS基因的丰度在86R27-3土壤中也显著降低(P<0.05)。综上所述,低甲烷排放转基因水稻(86R27-3)对土壤细菌或真菌的群落组成没有影响,但可引起主要细菌或真菌种类的相对丰度及某些细菌或真菌功能群丰度发生变化,并显著降低了稻田土壤微生物功能基因丰度。

稻瘟菌效应蛋白研究进展

稻瘟菌是一种在世界范围内严重危害水稻生产的真菌病原。在稻瘟菌与水稻互作过程中,稻瘟菌效应蛋白起着至关重要的作用。针对效应蛋白功能及其作用机理的研究有助于阐明稻瘟菌与水稻互作分子机制,并为未来水稻抗病改良提供新的理论策略。本文综述了稻瘟菌效应蛋白研究的进展,并重点针对基因克隆、蛋白转运以及功能机制等方面介绍了稻瘟菌Avr蛋白研究的最新发现,同时对未来值得重点关注的研究方向进行了探讨。

氮肥对稻田土壤反硝化细菌群落结构和丰度的影响

以氮肥田间定位试验为研究对象,利用PCR-DGGE(聚合酶链反应变性梯度凝胶电泳)和荧光定量PCR(real-time PCR)技术,通过对反硝化细菌nirS基因的检测,分析了定位试验第2年稻田反硝化细菌群落结构和丰度的变化。DGGE图谱及依据其条带位置和亮度数字化数值进行的主成分分析(PCA)结果均显示:在氮肥定位试验第2年,与不施肥对照(CK)比较,在水稻各个生育期(分蘖期、齐穗期和成熟期)内,施用氮肥[150kg(N)·hm-2]的稻田根层土或表土中的反硝化细菌群落结构均无明显变化;且稻田根层土或表土中的反硝化细菌群落结构在水稻各个生育期间也均无明显差异。荧光定量PCR结果显示,在水稻生长发育过程中,施用氮肥的稻田根层土或表土中的反硝化细菌nirS基因拷贝数始终显著(P<0.05)高于其对应的不施肥对照。此外,无论施用氮肥与否,根层土中的反硝化细菌nirS基因拷贝数在水稻成熟期时都会显著(P<0.05)降低;但表土中的nirS基因拷贝数在水稻各生育期间无明显变化;且水稻成熟期时施用氮肥和不施肥的稻田表土中nirS基因拷贝数都显著(P<0.05)高于根层土。同时,与对照比较施用氮肥可促进水稻增产44%。研究表明,短期定位试验中施用氮肥能够显著提高稻田土壤反硝化细菌的丰度,但对其群落结构没有明显影响。

转CryIAb水稻对稻田杂草群落组成及多样性的影响

尽管基因工程技术可以增加作物产量,但转基因作物是否对农田生态产生影响受到广泛关注。本研究通过田间定位试验,应用群落生态学方法研究了转CryIAb基因抗虫水稻"Mfb"连续2年在传统栽培和半野生条件下对稻田杂草群落组成及多样性的影响。调查结果显示:转CryIAb基因稻"Mfb"与非转基因稻"明恢86"田间杂草种类没有显著差异。稻田杂草的频度和密度与栽培方式有关,半野生稻田杂草的频度和密度显著高于传统稻田,但相同栽培条件下,转基因稻"Mfb"与非转基因稻"明恢86"田间杂草频度和密度在整个生长期内均无显著差异。半野生稻田物种丰富度(Sr)指数明显大于传统稻田;相同栽培条件下,相同生长时期抗虫转基因水稻"Mfb"与其非转基因对照"明恢86"对稻田杂草群落丰富度的影响差异不显著。稻田杂草群落优势度(D)、均匀度(J)以及多样性(H)各处理、各生长时期内转基因稻与非转基因稻相比均没有显著差异。稻田杂草Shannon-Wiener多样性指数变化无明显规律,相同栽培方式相同生长期的抗虫转基因水稻"Mfb"与其非转基因对照"明恢86"的Shannon-wiener指数差异不显著。综合上述分析,转CryIAb基因抗虫稻对稻田杂草群落的组成及多样性没有显著影响。

全基因组分析策略应用于水稻抗稻瘟病基因鉴定的研究和进展

水稻是世界上最重要的粮食作物之一。稻瘟病严重危害水稻生产,每年可造成水稻大面积减产。利用水稻抗病基因资源,培育抗病水稻品种,是防治稻瘟病的经济有效、安全的方法。基于遗传定位及图位克隆,已有一百多个抗稻瘟病基因得到鉴定,其中有二十多个基因被克隆。近年来,全基因组分析策略进一步推动了水稻抗稻瘟病基因鉴定的发展。本研究简要总结了水稻抗稻瘟病基因的定位和克隆,并概述了全基因组分析策略应用于水稻抗稻瘟病基因鉴定的研究和进展。

水稻细胞质雄性不育系谷丰A稻瘟病抗性基因分子鉴定及遗传分析

谷丰A是一个优良的抗稻瘟病水稻细胞质雄性不育系,利用它已配制出多个优良杂交水稻品种,并且已成为选育抗稻瘟病不育系的重要亲本之一。本研究利用Pigm、Pi9、Pi2、Piz-t、Pi-d2、Pi-d3、Pit、Pi5、Pii、Pib、Pi-ta等11个抗稻瘟病基因的特异分子标记,检测和分析了谷丰A的抗稻瘟病基因型。结果表明,该不育系中含有稻瘟病抗性基因Pi-d2、Pi-d3和Pigm。进一步分析确定了这3个基因都来源于其亲本之一地谷A。用8个稻瘟病菌田间接种鉴定表明,谷丰A比福伊B及单基因系谷梅4号、IRBLKs-Ka (Pik)、IRBL9-W (Pi9)、IRBLta-K1 (Pi-ta)等广谱高抗的材料具有更好的抗性。

转Osepsps抗草甘膦水稻不同生境适合度及对稻田杂草的影响

携带适合度优势基因的转基因作物如果长期存活于栽培系统之外,抗性基因可能转移到野生近缘种并带来生态问题.以转Osepsps基因水稻EP为材料,以非转基因受体"明恢86"为对照,通过田间定位试验,研究半野生生境下转Osepsps基因水稻的营养生长、繁殖能力以及稻田杂草的种类、频度和密度等指标变化,分析转Osepsps基因在半野生生境中的生态适合度以及对稻田杂草群落的影响.连续2年试验的结果显示:在常规栽培和半野生生境下,转基因稻与非转基因稻的株高、分蘖数、单株穗数、单株总粒数、单株实粒重和千粒重等指标没有显著差异;但结实率显著受环境影响,半野生生境下转基因水稻2年结实率为50.33%和17.72%,相比对照的68.82%和30.27%均显著下降(P<0.05);2012年转基因稻单株实粒数为335粒,显著少于非转基因对照的548粒(P<0.05).转基因稻与非转基因稻稻田的杂草种类均为9科9属9种;栽培稻田杂草密度和频度显著低于半野生稻田;相同生境下转基因稻与非转基因稻稻田杂草频度、密度总体上没有差异.本研究表明,与非转基因对照相比,转epsps基因稻生态适合度没有显著提高,在半野生生境下有所下降,其生态风险不高于栽培稻.

水稻幼穗分化特异性启动子pRFL的克隆和特征分析

组织特异性启动子能够驱动基因在特定的时期和部位表达,克服组成型启动子启动的外源基因在受体植物中非特异、持续、高效表达所造成的浪费,是基因工程技术最重要元件之一.本研究利用PCR技术从水稻基因组中克隆了幼穗分化特异表达基因RFL翻译起始位点上游2 001 bp的启动子序列,命名为pRFL.生物信息分析显示,该片段含有36个转录起始核心启动子元件TATA-box和多个启动子增强子区顺式作用元件CAAT-box,以及多个光反应调控元件和植物激素响应元件等.将其与GUS基因构建成植物表达载体,导入水稻"日本晴",组织化学染色法检测显示,转基因水稻植株叶片、茎均无GUS显色,花序及发育中的小花有较强表达;荧光定量PCR测定幼穗GUS基因转录活性,显示pRFL驱动的GUS基因表达量比actin启动子驱动的GUS基因表达量高2.9倍.上述结果初步证明了pRFL为幼穗分化特异性启动子.

水稻材料IR65482抗稻瘟病基因鉴定与定位

水稻材料IR65482对不同地区的稻瘟菌小种具有广谱抗性,已知其第6号染色体上具有一个抗稻瘟病病基因Pi40(t)。本研究应用极端分离混合池重测序策略,对IR65482抗稻瘟病基因进行鉴定,并在其第11号染色体上鉴定到另一个抗稻瘟病基因。进一步利用IR65482与日本晴配置的F2群体进行基因定位,将IR65482抗稻瘟病基因定位在水稻第11染色体末端InDel标记OSL3-2和OSL3-5之间约425 kb的区间。本研究结果对利用IR65482开展水稻抗稻瘟病育种具有指导意义,也为后续克隆IR65482的抗病基因提供了理论依据。