三种水稻基因组DNA快速提取方法的比较

用分子标记辅助选择进行精细定位和遗传改良时,首先就需要大批量提取植物DNA,作为PCR反应的模板。水稻基因组DNA常用的简易提取方法有碱处理法和高温水煮法等,本文改进了常规的CTAB方法,提出另一种简便的高质量DNA提取方法,称“简化法”,并比较了这三种方法提取的DNA在数量、质量上的差异,以及作为PCR模板时扩增效果,确定了在精细定位和遗传改良时“简化法”是一种较优的方法。

水稻低温发芽力的QTL定位

以珍汕97B与多年生稻种质AAV002863的DH群体（198个株系）构建了包含140个SSR标记的连锁罔谱，检测了影响水稻低温发芽力性状的数量性状座位（QTL）。15℃下处理6d，两亲本珍汕97B与多年生稻AAV002863的发芽率分别为79．7％和30．1％，DH群体间的发芽率变化在0％～100％。QTL定位分析检测到2个与低温发芽力相关的基因座。分别位于第3和第10染色体上，贡献率分别为12．6％和12．9％，增效等位基因分别来自多年生稻AAV002863和珍汕97B。上位性分析结果显示。第1与第10染色体上存在影响低温发芽力的互作位点，其互作可以提高低温发芽力，参与互作的第10染色体上的位点也具有加性主效应。

干旱驯化后节水抗旱稻苗期不同发育时间DNA甲基化模式变化分析

以一个节水抗旱稻沪旱3号为研究材料,经过连续6代干旱胁迫驯化后,采用甲基化敏感扩增多态性方法在苗期不同发育时间对原始代(G0)和第6代(G6)DNA甲基化变化情况进行分析。结果表明,沪旱3号甲基化位点比例约为34%,其中,全甲基化位点约占84%,半甲基化位点约占16%。在苗期,随着沪旱3号生长发育,甲基化水平下降。不同世代或/和不同发育时间差异甲基化位点占总检测位点的4.0%,其中,大部分仅与发育相关(57.9%),而世代之间无差异。干旱驯化后,G6的DNA甲基化模式发生了改变。G6与G0相比,在3叶期,去甲基化事件占主要部分(59.1%);在4叶期,甲基化事件占主要部分(47.9%)。生长发育涉及全基因组DNA甲基化变化,变化位点主要分布在启动子区域和外显子区域。功能聚类分析表明差异甲基化位点相关基因涉及广泛的功能。

表观遗传学研究方法进展

表观遗传调控是基因表达调控的重要组成部分,已成为当前研究的热点。目前其研究主要集中在DNA甲基化和组蛋白修饰。针对这两种表观修饰,其研究方法也取得了较大进展,一方面方法的灵敏度和特异性都在不断提高;另一方面表观修饰的检测正在逐步从定性检测向定量分析方向发展,从个别位点向高通量检测发展。此外,新一代测序技术的应用将大大推动表观遗传研究的发展,包括单分子实时测序法、单分子纳米孔测序法等。综述目前常用的DNA甲基化、组蛋白修饰研究方法以及最新的单分子测序技术,并对它们在表观遗传修饰检测中的应用作了简要对比分析。

栽培稻种质资源的深根比鉴定评价

干旱是水稻生产中最严重的非生物胁迫,增强根系对深层土壤水分的吸取能力是提高水稻抗旱性的重要育种目标。为筛选优异抗旱稻种资源,本研究对2234份栽培稻种质资源进行了以深根比为鉴定指标的避旱性鉴定评价,在水分梯度抗旱大棚中对131份具有不同深根比的种质进行了孕穗期抗旱性鉴定评价。供试材料的深根比变异范围为8.6%~60.1%,平均深根比为25.8%,47.2%材料的深根比集中在20%~30%之间,25.2%材料的深根比低于20%,深根比超过40%的高深根比种质仅占6.1%;国外材料中高深根比种质比例达到了24.4%,其次是上海(17.9%)和湖南(15.6%),广东、贵州和广西的高深根比种质比例均低于1%;地方品种的深根比略高于育成品种(系),地方品种的高深根比种质比例也高于育成品种(系);粳稻深根比高于籼稻深根比,粳稻中高深根比种质比例是籼稻的3.6倍;在籼稻种质中,湖南籼稻材料中高深根比种质比例较高,而广东、广西和贵州等省的籼稻种质中都只有1份高深根比种质。孕穗期抗旱性鉴定结果显示,高深根比种质中的高抗旱材料比例是低深根比材料的3.2倍、是中等深根比材料的2.0倍。综合分析干旱胁迫和正常水分条件下的结实率以及两种情况下的每穗粒数比值和结实率比值等抗旱性鉴定指标,筛选获得26份抗旱性优异材料,可作为水稻节水抗旱育种优良亲本和应用于抗旱基因挖掘。

利用水稻抗旱种质研究驯化和育种对遗传多样性的影响

利用高通量测序获取SNP标记技术对上海市农业生物基因中心99个水稻抗旱种质进行全基因组重测序,分析其遗传多样性和遗传基础。结果表明:在所有SNPs位点中,多态性比率为68.98%(1 927 238/2 793 702),SNPs标记密度在12条染色体上分布范围为4.5—6.2个SNP/kb;供试品种间的遗传距离分布具有两个密度高峰;邻接法构建系统发育树将99个品种划分为籼稻和粳稻两个类群。综合SNPs和进化分析结果表明:水稻在自然选择和人工驯化过程形成复杂进化史,99个抗旱种质在DNA水平上的差异呈现两个极端,遗传距离分布范围较大(0.003—0.998),具有较宽遗传基础和丰富的遗传多样性。本研究以期为水稻节水抗旱新品种选育的亲本选配提供理论依据。

节水抗旱稻高通量表型组学研究平台的建设与应用

发展节水抗旱稻对于在“资源节约、环境友好”基础上保障粮食安全具有重大意义。受限于抗旱性状的复杂性和缺乏精准抗旱鉴定平台,基因组序列等大量生物信息的潜力无法得到有效挖掘和应用。发展水稻抗旱表型组学可为稻种资源抗旱性评价、基因发掘与利用提供新思路。通过简略介绍国内外作物表型平台的研发和应用,重点阐述节水抗旱稻表型组学平台的建设和应用。目前,该平台集成了可见光RGB成像、红外成像、高光谱成像和激光雷达成像共4种采集单元,可对水稻的抗旱性进行连续无损的图像采集和分析鉴定,是国内外进行水稻抗旱高通量表型研究和应用较为先进和全面的设施之一。

栽培稻深根性的遗传研究进展

根系是植物吸收水分和养分的主要器官,培育发达的深根系统是水稻抗旱育种的重要目标。该文系统介绍了水稻根系生长角度、根系向重力性、根系穿透力、深层土壤根系分布特征等深根性相关性状的遗传研究进展,指出今后需针对目标环境开展水稻深根性QTL发掘与利用、加快主效深根性QTL的验证及其在水稻抗旱分子育种的应用。

利用篮子法进行水稻避旱性鉴定的标准方法研制

为探索利用深根比作为鉴定指标评价水稻避旱性的标准方法,规范“篮子法”进行深根比鉴定的操作流程,引入两个不同深根比参比品种(CK1和CK2),根据同样生长条件下测试材料与参比材料深根比的比值(高值组H>3∕4CK2、低值组L<3∕4CK1、中值组3∕4CK1<M<3∕4CK2),将测试材料的避旱性分成3类,从而建立准确、可重复和普适的避旱性强弱评判标准。结果表明:数根最佳时间为移栽后40 d左右;土壤质地粒径和pH对深根比影响显著,土壤粒径越大,深根比越小;酸性黏土,深根比最大;碱性砂土,深根比最小。

栽培稻响应干旱胁迫的生理及分子调控机制

栽培稻作为主要的粮食作物,消耗了大量的农业用水。解析栽培稻抵抗干旱胁迫的调控机制,培育节水抗旱稻,对于节约淡水资源、保障粮食安全具有重要意义。在长期的进化过程中,栽培稻形成了渗透调节、活性氧有毒物质的清除、气孔调节等多种生理生化机制来适应干旱胁迫,这其中涉及大量基因参与的分子调控途径。笔者结合其研究对近年来在栽培稻响应干旱胁迫的生理生化过程、抗旱基因挖掘及其参与的分子调控机制方面取得的进展进行综述,并对存在的问题和未来的发展趋势进行讨论。

利用F_2群体对深水稻抗纹枯病QTLs定位

构建了一个由‘HH1B'和‘RSB03'杂交、包含286个个体的F_2群体,对群体及亲本人工接种纹枯病菌,综合应用病级(DR)、病斑长度(LL)、病斑高度(LH)及相对病斑长度(RLL)等指标进行抗性评价。通过QTLs定位分析,检测到4个与纹枯病抗性相关的QTLs位点,分别分布于第4、11及12染色体上,其中第11染色体上的位点同时控制DR与RLL,另外检测到7个与抽穗期(HD)及株高(PH)相关的QTLs位点。

不同根型水稻的根系可塑性比较研究

为探究不同根型水稻对缺磷和干旱的响应情况,本研究筛选了不同根型的10个典型水稻品种作为试验对象,在水培条件下对其进行低磷和渗透胁迫处理1个月,研究水稻根系的可塑性。结果表明,不同根型水稻对低磷胁迫的响应差异显著,低磷胁迫会特异性地促进深根品种根系的伸长,平均比浅根品种伸长48.78%,同时显著抑制浅根品种根数目的增加,平均比深根品种根数减少24.90%。渗透胁迫对地上部分的抑制作用大于对地下部分的作用,分别减少地上干重和地下干重37.51%和5.73%。水稻对低磷和渗透2种非生物胁迫的响应方式不同,两者交互作用会加剧抑制植株生长。与2种处理叠加相比,低磷胁迫分别增加地上干重、地下干重和最大根长53.31%、54.05%和36.36%,减少根数9.05%;渗透胁迫分别增加地上干重、地下干重、最大根长和根数136.33%、49.19%、5.37%和32.91%。与对照相比,经3种处理的根冠比均显著上升,分别增加57.30%、142.70%、141.01%,但不同根型品种受相同程度胁迫后均倾向于保持近似的根冠比。本研究首次发现深根型水稻品种在低磷环境下特异性伸长根系这一特性,为水稻的营养高效和节水抗旱的研究和育种提供了理论依据。

水稻抗纹枯病遗传研究中的鉴定与评价指标

对1个包含286个个体的F_2群体及衍生出的包含121个株系的重组自交系群体(RILs)人工接种纹枯病菌,进行多年多点的纹枯病抗性鉴定。相关分析表明:病级(DR)、病斑长度(LL)、病斑高度(LH)、相对病斑长度(RLL)及相对病斑高度(RIH)等5个抗病性鉴定指标之间均呈极显著正相关,说明这些指标均可以较好地评价材料的抗病性,能够用于抗病鉴定研究。

干旱处理条件下水稻冠层温度的变化规律探究

水稻冠层温度是指示水稻生理状态的重要指标,在水稻抗旱育种中具有重要意义。本试验利用红外热成像技术并结合多种田间环境传感器,对4个水稻材料的冠层温度进行了分析。结果表明:不同水稻材料的冠层温度存在显著差异,旱处理会造成水稻冠层温度显著升高,水旱处理的水稻冠层温度差出现的时间与水旱处理土壤水势差出现的时间一致。利用环境数据和距抽穗期天数对水旱处理下水稻冠层温度和冠层温度差进行多元线性回归建模,发现空气温度、土壤温度、光照强度对水稻冠层温度均有显著影响;而水旱土壤水势差、距抽穗期天数和空气湿度对水稻冠层温度差具有显著影响,决定系数均在0.80左右。本研究结果对运用高通量表型选择技术开展水稻抗旱育种具有一定的指导作用。

一套优异稻种资源的纹枯病抗性评价

2008年在湖北恩施、2009年和2010年在海南陵水分别采取自然诱病和人工接种方法对158份中国水稻微核心种质和137份"全球水稻分子育种计划"亲本材料进行了抗纹枯病大田鉴定和评价,未发现免疫材料,抗病和中抗材料的比例分别为0.3%和13.9%;大多数属于感病范围,中感、感病和高感材料的比例分别为40.0%、25.8%和20.0%。其中BR24、Hnankar、解放籼、秕五升、赤壳糯、红旗5号、泽谷、寸谷糯和旱麻稻在3年2地的鉴定中均达中抗水平;Serendahkuninmdaysia、SAI-BUI-BAO、Giza14和香稻在个别年份中达抗病水平。在海南2年试验中测定了各材料的纹枯病病级、相对病斑长、相对病斑高、抽穗期和株高,通过分析,发现纹枯病病级与相对病斑长和相对病斑高呈极显著正相关,而与抽穗期和株高呈极显著负相关,相对病斑长和相对病斑高可以作为抗性鉴定和评价的指标之一。

全球水稻分子育种计划亲本的深根特性鉴定

干旱是当前水稻实现高产稳产所面临的重要限制因子之一,增强水稻深根系是提高水稻抗旱性的重要途径。以"全球水稻分子育种计划"中的177份优异种质为试验材料,利用改良的"篮子法"鉴定了55d秧龄时的株高、分蘖数、深根数、浅根数、总根数以及深根比,并分析了这些性状在群体中的分布特征。结果表明,这些农艺性状在群体中都呈正态分布,存在丰富的表型变异。水稻品种间的深根比差异较大,大部分属于浅根系材料,只有沈农265、Lemont、Yen Fang Chu和原粳7号4个材料的深根比超过了40%。对这些优异资源农艺性状的了解,为在节水抗旱稻育种中深入利用这些亲本及其构建的导入系群体提供理论依据。