南方稻区主栽香稻品种香味基因Badh2基因型分析

【目的】香味是水稻重要的品质性状之一,直接影响消费者对稻米蒸煮食味的感官评价。香稻资源的筛选和香味基因的鉴定与利用对香稻遗传育种以及香稻产业发展具有一定的实践意义。Badh2是目前已被克隆的控制水稻香味的主效基因,明确该基因不同突变类型在南方地区香稻主栽品种中的分布与利用程度,可更好地服务于南方稻区的香稻育种研究。【方法】利用香味基因Badh2的KASP功能性分子标记,对30份南方香稻主栽品种Badh2进行基因分型分析,并采用咀嚼法、KOH浸泡法、HS-SPME/GC-MS联用技术对以上香稻品种进行香味表型鉴定,同时对主栽香稻品种的香源亲本进行溯源分析。【结果】KASP分子标记可准确地对香味基因Badh2进行基因分型,南方稻区种植推广的30份香稻品种Badh2等位变异基因分型结果均为Badh2-E7型突变,并且利用多种香味检测方法鉴定以上香稻均具有香味。对香稻品种的香源亲本溯源分析发现,南方稻区香稻品种香源亲本来源比较单一,主要是包括象牙香占、Basmati 370等,其中以象牙香占为香源亲本占比约30%,以Basmati 370为香源亲本占比约13%。【结论】通过KASP基因分型技术可实现对香稻进行大批量快速鉴定,本研究中所涉及的南方主栽香稻品种的Badh2等位基因型均为Badh2-E7型,香味基因基因型背景较为单一,可能与香源亲本来源单一有关。未来在南方稻区的香稻育种中,可以适当引入新的香味基因,丰富香味基因的遗传背景,培育更多香味类型的香稻品种。

水稻萌芽期抗旱指标筛选与抗旱性综合评价

【目的】探索干旱胁迫对水稻萌芽期生长的影响,筛选水稻萌芽期抗旱性指标.【方法】以粳型、籼型常规稻及空间诱变稳定后代株系等共62个水稻品种(系)为试验材料,利用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫,研究了干旱处理对水稻萌发期芽鞘长、最长根长、芽干质量、根冠比等8个形态和生理指标的变化.利用隶属函数分析方法对所有材料进行综合抗旱能力评价.【结果和结论】干旱胁迫严重影响了水稻的萌发,对根长的抑制最明显;根干物质积累比芽干物质积累受干旱胁迫的抑制更明显.芽鞘长和最长根长与水稻萌芽期综合抗旱能力极显著相关,且2个指标间无相关性,适合用作水稻萌发期抗旱鉴定指标.根据水稻萌发期抗旱性和综合抗旱能力评价,从62个水稻品种(系)中筛选出14个高抗旱品种(系),用于后续抗旱研究.

碳离子束辐照水稻诱变效应及突变体的筛选

【目的】丰富水稻Oryza sativa L.突变体库,快速创造稳定遗传的新种质,为重离子辐照诱变机理研究和水稻遗传育种提供丰富的基础材料。【方法】利用碳离子束辐照水稻品种‘IR-55’、‘IR-60’、‘三粒寸’和‘云南陆稻’原种进行诱变,并对诱变后代的多个农艺性状进行多代跟踪调查。【结果】4个水稻品种突变株系株高、剑叶长、穗长和粒长宽比等性状呈现出较大变异幅度,且具有明显的正向或负向性,结实率表现出明显的下降趋势,最低为2%。利用随机选取的SSR分子标记引物对突变体进行遗传多样性检测发现,突变株系与原种的遗传多样性表现出明显的差异,表明重离子辐照诱变引起DNA序列较大片段的改变,而不是微小的点突变。【结论】碳离子束辐照对水稻株高、剑叶长和粒型等多个农艺性状产生正向或负向的诱变效应,在诱变后代中可以筛选出一批农艺性状变异的水稻新种质。

水稻幼穗分化期的抗旱性研究与综合评价

利用56个不同来源的水稻品系,在温室抗旱筛选平台通过孕穗期干旱胁迫,测定光合作用、蒸腾速率、抗活性氧等8个生理指标,结合隶属函数分析方法对所有材料进行综合抗旱能力评价,并调查了待测品系在干旱处理与对照条件下主要产量相关的农艺性状。干旱处理后的气孔阻抗值和冠层温度显著高于正常处理,表明水稻幼穗分化期干旱胁迫处理主要影响水稻的光合和蒸腾作用。利用主成分分析和隶属函数分析方法对水稻品系抗旱性进行了综合评价,最终筛选出3个幼穗分化期高抗水稻品系。同时,对产量相关农艺性状的分析结果表明,产量性状中的结实率与综合抗旱能力D值显著相关,可作为衡量水稻幼穗分化期抗旱性的产量性状指标。

水稻抗旱机理和抗旱育种研究进展

水资源短缺正成为制约中国水稻生产持续发展的重要因素,培育抗旱性强的水稻品种,不但能够节约水资源,而且有利于稳产增产、节约能源。日益深入的干旱胁迫响应基因及QTL定位研究的积累为进行抗旱育种提供了依据和基础。对水稻在干旱胁迫下的伤害机理和抗旱的分子机制以及水稻抗旱育种研究进展等方面进行了总结和综述,以期为今后进一步深入研究抗旱机理及抗旱育种提供理论依据。今后应加强对稻属抗旱基因资源的有效发掘、评价、创新和利用,进一步发挥抗旱分子标记辅助选择在抗旱育种实践中的作用,改良水稻根系,结合常规育种技术和现代生物技术,提高栽培稻的抗旱性。

水稻籼型恢复系花药培养初步研究

通过对6个不同籼型恢复系水稻进行花药培养研究,先后分析了激素配比、有机附加物、不同基因型、杂交组合等因素对花药培养力的影响。结果表明,B3处理中激素配比(2,4-D∶NAA∶KT∶6-BA=2∶1∶0∶0)较为适用于R8166的花药培养,而B2处理中激素配比(2,4-D∶NAA∶KT∶6-BA=2∶1∶0∶0.5)则较适用于航恢173;添加有机添加物能在一定程度改善花药培养的愈伤诱导率,却降低其后续分化的能力。进一步研究表明,基因型是影响花药培养力的最重要的内在因素,籼稻的花药培养力较低,其中泰丰占的花药培养力最高;杂交组合R1和R2的愈伤诱导率均比R8166有所提高,但后续分化则表现较差。通过试验逐步筛选出适合籼型恢复系水稻花药培养的优良培养条件,为实现利用花药培养加快育种进程奠定基础。

逆境胁迫下植物DNA甲基化及其在抗旱育种中的研究进展

DNA甲基化作为一种重要的表观遗传现象,通过多种甲基转移酶的作用,能够在不改变DNA序列的情况下调节植物基因组的功能。此外,DNA甲基化能够对多种环境刺激做出迅速的反应,帮助植物应对不同的环境胁迫。由于DNA甲基化的变异可以遗传给后代,这种类似于经典遗传学的特性使其为植物育种中的应用提供了可能。对植物DNA甲基化的特点和变异的发生以及DNA甲基化在植物多种逆境胁迫下的研究进展等方面进行了总结和综述,并探讨了DNA甲基化在植物抗旱性育种中的应用前景。在将来的研究中可利用DNA甲基化/去甲基化抑制剂处理创造突变材料,创造抗旱性新种质;同时深入开展植物DNA甲基化与抗旱机制研究,开发新型甲基化分子标记用于抗旱分子育种实践。

两系不育系Y58S的花药培养与花培后代的鉴定筛选

花药培养技术与传统不育系育种的结合能有效加快新的光温敏不育系材料的选育进程。为了筛选出适合两系不育系Y58S的花药培养条件,利用10种不同培养基对两系不育系Y58S不同杂交组合F2代进行花药培养。培养基E(NMB+2mg/L2,4-D+2mg/LNAA+1mg/LKT+0.5g/L脯氨酸+0.5g/L谷氨酰胺+0.5g/L水解酪蛋白+25g/L蔗糖+25g/L麦芽糖+10g/L琼脂粉)较为适合两系不育系Y58S的花药培养;同时,材料的基因类型对花药培养力有着显著的影响,粳稻血缘的渗入有利于两系不育系花药培养力的提高。花药培养后代田间性状观察结果表明,在当代花药培养植株中发现较多的二倍体植株,少部分为单倍体、四倍体植株,尚未发现非整倍体;筛选出一个表现较好的不育株系。

水稻培矮64S空间诱变突变株系的花培效应研究

利用"实践八号"农业卫星搭载籼稻光温敏不育系培矮64S的干种子,对诱变后代19个突变株系进行了花药培养研究,考察了愈伤组织的诱导与分化情况。结果表明,与对照原种相比空间诱变后代的花药培养力发生了变化,其中H17、H11、H14、H6花药培养力提高,突变后更适合于花药培养;另外,在改良白苗分化方面也有所成效,但效果不大,H8、H6的白苗分化率与对照原种相比得到了有效的降低,其中以H6综合性状表现较好。利用航天技术与花药培养技术相结合,不仅能快速筛选出花药培养力高的优良单株,同时为今后开展籼稻材料的花药培养和选育新的不育系研究打下基础。

水稻光温敏核不育系Y58S花培后代改良株系的分子鉴定

利用分子标记辅助选择、花药培养与常规育种技术相结合的方法,并通过48对DNA指纹图谱标记以及10个已开发的分子标记对Y58S花培后代改良株系M196S进行毛细管电泳检测以及高分辨溶解曲线检测.DNA指纹图谱鉴定的聚类分析结果表明,M196S的血缘与亲本的遗传相似度为0.45~0.69;基因分型结果表明,改良后的株系M196S含有2个纯合稳定的基因Wxb(低直链淀粉基因)和Rf3(野败不育恢复基因).研究结果证明,利用分子标记辅助选择的方法可在早期为花药培养后代高效地选择出目标植株,同时可鉴别出混杂的母本杂株.

基于高密度遗传图谱定位水稻籽粒大小相关性状QTL

【目的】通过对水稻籽粒大小相关性状进行QTL定位及候选基因的筛选,为水稻籽粒大小相关基因的精细定位、克隆及基因功能等研究奠定基础。【方法】以籼稻品种特华占搭载高空气球空间诱变后产生的特异矮秆突变体CHA-1为母本,以籼稻品种航恢7号搭载“神州八号”飞船经空间诱变后筛选出的突变体H335为父本杂交衍生出的275个RIL群体作为供试材料,利用GBS测序技术构建高密度遗传图谱,RIL群体及亲本分别于2017年早季和2017年晚季在华南农业大学实验教学基地种植。成熟收获后通过扫描仪获取水稻籽粒图像,利用SmartGrain软件获取籽粒大小相关性状表型数据。采用QTL IciMapping v 4.0软件基于完备复合区间作图法,对水稻籽粒大小相关性状进行QTL定位。【结果】构建的高密度遗传图谱包含2498个Bin标记,总图距2371.84 cM,标记间平均遗传图距为0.95 cM。两季共检测到26个籽粒大小相关QTL,分布于第1、2、3、4、7和9染色体上,单一QTL贡献率为0.16%-14.41%。在第1、2、3、7染色体上检测到5个QTL簇(qGS1、qGS2、qGS3-1、qGS3-2和qGS7)。其中qGS1、qGS3-2和qGS7与前人报道相似,qGS2和qGS3-1是新发现的籽粒大小相关QTL,qGS2在2个季别的不同性状中被检测在同一标记区间附近,LOD值介于4.00-8.08,贡献率为6.67%-11.38%。qGS3-1在2个季别下均检测到与籽粒厚度相关,LOD值介于2.94-8.59,贡献率为4.69%-14.41%。使用的高密度遗传图谱定位区间较小,结合功能注释和CREP数据库表达谱,在qGS2位点筛选到4个潜在的与籽粒大小相关的注释基因LOC_Os02g42310、LOC_Os02g42314、LOC_Os02g42370和LOC_Os02g42380。其中LOC_Os02g42310编码一个丝氨酸羧肽酶;LOC_Os02g42314编码一个泛素E2结合酶;LOC_Os02g42370编码一个类受体蛋白激酶;LOC_Os02g42380编码一个TCP转录因子。在qGS3-1位点筛选到3个潜在的与籽粒大小相关的注释基因LOC_Os03g39020、LOC_Os03g39150和LOC_Os03g39230。其中LOC_Os03g39020编码一个驱动蛋白结构域;LOC_Os03g39150编码一个蛋白激酶结构域;LOC_Os03g39230编码一个具有去蛋白质泛素化功能的OTU-like半胱氨酸肽酶。其中编码泛素E2结合酶的LOC_Os02g42314和编码驱动蛋白结构域的LOC_Os03g39020在幼穗和授粉后的胚乳中表达量较高,推测其为最可能的调控籽粒大小的候选基因。【结论】共检测到26个水稻籽粒大小相关QTL。在第1、2、3和7染色体上检测到5个QTL簇(qGS1、qGS2、qGS3-1、qGS3-2和qGS7),其中qGS2和qGS3-1为新发现的控制籽粒大小QTL,并在该位点筛选到2个可能调控水稻籽粒大小相关的候选基因。

结合科研平台对《作物遗传育种学实验》本科专业教学进行改革与探讨

针对作物遗传育种学实验课的特点和传统日常实验教学中存在的问题,从立足于科研平台及产学研基地建设,利用科研平台、校外产学研基地对实验教学的开放与有效配合,优化实验课的教学方案、建立新的实验课教学体系等方面对作物遗传育种本科专业实验教学进行了探讨。

基于高密度遗传图谱定位新的水稻抽穗期QTLs

【目的】挖掘新的控制水稻抽穗期的QTLs,为水稻花期调控的遗传机理研究和分子育种提供新的基因资源。【方法】以籼稻品种特籼占空间诱变突变体CHA-1和籼稻航恢7号空间诱变突变体H335为亲本进行杂交,构建包含275个株系的重组自交系(RIL)作图群体,利用由两亲本重测序及RIL群体简化基因组测序所构建的高密度遗传图谱,在2个环境下进行水稻抽穗期QTL定位。【结果】经两亲本重测序及RIL群体简化基因组测序,构建了包含2498个Bin标记的高密度遗传图谱。该图谱覆盖水稻12条染色体,各染色体标记数平均208.17,标记间平均遗传距离为0.95 cM。在2个环境下共定位到4个影响抽穗期的QTLs,分布于第3、第6和第8号染色体,其中qHD-6和qHD-8-1位于前人已报道定位的区域并被克隆,另外2个QTLs(qHD-3和qHD-8-2)尚未见报道,并且qHD-8-2能在2个环境中被重复检测到,贡献率分别为8.30%和10.89%。【结论】通过构建的高密度遗传图谱在2个环境中共检测到4个影响抽穗期的QTLs,其中qHD-3和qHD-8-2是新的抽穗期QTL位点,可用于后续抽穗期调控基因的精细定位及克隆研究,也可用于水稻抽穗期的分子调控机理研究与育种。

基于QTL-seq的水稻粒质量QTL定位及候选基因分析

利用实验室收集的优良种质资源籼稻亲本B91及B233分析影响粒质量的关键表型性状,挖掘粒质量相关的遗传位点与候选基因,进一步了解多基因调控粒型性状的遗传基础,以期在种质资源改良中加以应用。以2个籼稻亲本B91和B233及杂交繁育的F2群体为研究材料,对B91和B233籽粒颖壳和胚乳进行扫描电镜观察,测定两亲本灌浆速率;对B91和B233构建的F2分离群体进行QTL-seq分析,通过注释基因表达位置以及预测功能进一步筛选出粒质量候选基因。结果表明,根据籽粒颖壳和胚乳扫描电镜观察,B233与B91粒长、粒宽、粒厚的差异是由细胞大小和细胞数量共同决定的,且与B91相比B233籽粒饱满度较差。通过灌浆参数的比较,B233起始生长势,活跃灌浆时间,最大灌浆速率等指标均大于B91。QTL-seq分析共得到了430 762个有效SNP位点,发现了位于6条染色体上共8个QTL。主要关注正阈值区内的5个QTL,对正阈值区QTL位点内△(SNP-index)>0.7的SNP位点进行了筛选,选出在基因中非同义突变及剪接位点上的SNP突变23个基因,同时挑选出Indel突变基因共11个。根据NCBI网站对注释基因的转录表达分析及基因功能预测筛选出6个可能为调控粒质量性状的候选基因,其中基因Os04g0617600、Os04g0619600编码蛋白起到蛋白激酶或转录调节因子作用,Os04g0624600、Os04g0631000调控碳水化合物的合成与分解,Os04g0653100调控生物大分子的运输,同时也是花粉壁细胞的重要组成成分,Os02g0611450可能调控生物大分子的合成和细胞周期。综上,水稻粒长、粒宽、粒厚及饱满度均直接影响水稻籽粒质量,通过扫描电镜观察,灌浆速率调查从细胞水平和生理水平解释粒质量差异。通过QTL-seq结合注释基因转录表达分析及功能预测等手段可以更高效的筛选出粒质量的候选基因。水稻粒质量可能受到蛋白磷酸化、转录调节相关基因的影响。

AT-hook基因及其在植物开花调控中的研究进展

AT-hook基因是能够编码与双链DNA小沟中富含AT碱基的序列特异性结合的一类基因,其所编码的蛋白含有以甘氨酸-精氨酸-脯氨酸(GRP)三个氨基酸残基为中心的DNA结合蛋白基序。笔者通过对AT-hook基因的特点和功能及其在拟南芥及水稻等高等植物开花中的调控作用综述。AT-hook基因不仅参与植物的生长发育及逆境胁迫与激素信号应答,同时在花器官的形成以及植物开花中也起着重要的调控作用。该基因在花器官组织中的表达量最高,影响成花素基因的表达,且其编码蛋白能够通过改变染色质状态或招募蛋白复合体在表观水平上调控植物开花相关基因的转录,从而影响植物开花。该基因可能为植物开花的表观遗传调控提供了新的途径。

利用分子标记辅助选择改良水稻保持系香味和稻瘟病抗性

【目的】优质抗病水稻保持系的获得是改良不育系品质与抗性的前提,利用分子标记辅助选择技术进行定向改良,可以加速优异水稻保持系的改良进程。【方法】以‘恒丰B’、‘广8B’为轮回亲本,利用携带香味基因Badh2和抗稻瘟病基因Pita的‘B39’作为供体亲本,利用分子标记开展连续回交育种,定向改良‘恒丰B’、‘广8B’的品质和抗性性状。【结果】通过多代回交选育,获得了14份BC3F2改良材料。利用改良单株系与对应的不育系测交,测保对应的小区不育等级为全不育和高不育;通过品质和抗性鉴定,改良后的目标株系香味评级为香味较浓;稻瘟病抗性均有进一步提高,经病圃鉴定表现为抗或高抗稻瘟病;稻米品质表现为米粒细长、低直链淀粉、低垩白;其他农艺经济性状与轮回亲本相似;改良后的株系遗传背景回复率在80%~90%之间,达到预期回复效果。【结论】结合分子标记辅助选择的定向改良缩短了优质抗性保持系改良的育种进程,在较短时间内获得了在稻米品质、抗病性、香味性状上具有改良的新保持系,实现了‘恒丰B’、‘广8B’在香味性状和稻瘟病抗性方面的定向改良,为进一步协同改良三系杂交水稻的稻米品质和抗性提供了新的材料基础。

稻米直链淀粉含量的96微孔高通量快速测定方法

直链淀粉含量的快速高通量测定方法对国际标准法(简称"国际法",BS EN ISO6647-2:2015《稻米直链淀粉含量的测定第2部分常规方法》)进行了改良,可以极大地提高水稻育种材料的筛选效率、适应当前水稻稻米品质育种的新需求。结果表明,高通量法测得的吸光度与直链淀粉含量有良好的相关性,相关系数达0.9911,该方法直链淀粉含量的测定值与国际法的测定值无显著差异;同时,高通量法还具有简单、易操作、样品量少、批量(96个样本)测定等优点,能用于水稻诱变群体后代或品种选育过程中的海量株系大规模初筛,可极大地提高稻米品质研究的效率。