水稻淹水萌发对低氧胁迫的适应及其机制研究进展

水稻是我国最重要的粮食作物之一,水稻生产是国家粮食安全的重要保障。传统移栽种植模式对我国的水稻增产、农民增收、农业发展起到了重要作用。但随着社会经济发展和产业要素变革,农村劳动力大幅减少,迫切需求轻简化的生产方式。水稻淹水直播能节省劳力、节约资源、有效降低杂草危害,是一种高效、经济和节约型的轻简栽培模式,在当前有较高的推广价值。淹水萌发时低氧胁迫造成的出苗率低是阻碍水稻淹水直播的首要因素,丰富的水稻种质资源中存在耐淹水萌发优异资源和基因,挖掘和利用这些优异资源和基因并培育适宜淹水直播的水稻新品种,是突破目前直播稻推广和应用瓶颈的关键。本文围绕水稻淹水萌发的生理特点、鉴定评价方法、优异种质鉴定、遗传规律、响应机制研究以及功能基因的育种应用等方面的研究进展进行综述,以期为水稻耐淹水萌发的机制研究和萌发耐淹品种的选育提供参考。

广东省农业科学院水稻种质资源研究60年:成就与展望

稻种资源是水稻科学研究的重要物质基础。广东省农业科学院建院60年来,持续开展了稻种资源收集、保存、鉴定、创新和利用等工作,取得了可喜的成绩:已收集保存国内外栽培稻资源18800多份、野生稻资源5158份;研究建立了水稻种质中期库和野生稻圃,确保稻种资源长久安全保存和利用;系统开展了稻种资源农艺性状、抗病虫、抗逆性、品质等性状的鉴定评价,以及资源遗传多样性、分类、核心种质构建、基因挖掘等基础研究;开展种质创新和利用研究,育成大批优良品种应用于生产。据不完全统计,新中国成立以来,广东利用优异稻种资源选育水稻优良品种1000个以上,其中由广东省农业科学院水稻研究所育成、推广面积达66.67万hm2以上的品种有31个;“十五”以来向国内高校、科研机构等单位提供栽培稻、野生稻资源累计近6000份次,充分展现了种质资源公益性作用。但在国外资源引进、优异基因挖掘与利用等方面仍显不足。拟以需求和问题为导向,通过多学科、多组学相结合,统筹开展稻种资源各项研究工作,促使资源研究再上新的台阶。

水稻开颖突变体的遗传分析和基因克隆

花器是种子生成的基础,水稻花器发育直接影响稻谷产量与品质。源美丝苗与P704杂交后代中发现一株开颖突变体(oh,open-hull),其穗部发育有缺陷,主要表现为:开颖,结实率显著下降,种子变小。遗传分析发现开颖表型由一对隐性细胞核基因控制。通过BSA分析,开颖基因被定位于水稻第3染色体上,检索发现候选区间与Os MADS1(LOC_Os03g11614)基因重合,与蜀恢498参考基因序列进行比对,oh中OsMADS1的第一外显子第118位发生碱基颠换,导致编码的天冬氨酸变成酪氨酸,将该等位基因命名为OsMADS1^(oh)。从oh中克隆OsMADS1^(oh)并构建过表达载体,通过农杆菌介导转入易转化材料(中花11)中,转基因后代出现开颖表型,证实OsMADS1^(oh)导致开颖。另外,RNA定量分析结果表明,MADS8和YABB5的表达受OsMADS1调控。本研究从育种材料中筛选到开颖突变体,并从中鉴定了新的Os MADS1等位基因,为阐明花器形成的分子机理研究提供了特异种质和基因资源。

泛素受体蛋白OsDSK2b负向调控水稻叶瘟和渗透胁迫抗性

泛素受体蛋白DSK2(dominant suppressor of KAR2)在植物生长发育和逆境胁迫中发挥重要作用,但其在水稻抗病和渗透胁迫中的作用尚未见报道。本研究发现OsDSK2b受多种逆境的调控,该基因的表达水平在稻瘟病菌侵染和20%PEG-6000处理后显著降低。时空表达分析表明OsDSK2b基因在三叶期幼苗中的表达水平最高,亚细胞定位结果显示该蛋白定位于细胞质。接种稻瘟病菌(GD08-T13和Guy11)后,敲除植株的病斑面积约为0.05 cm^(2)和0.10~0.13 cm^(2),远小于野生型植株的病斑面积(0.24 cm^(2)和0.31 cm^(2))。敲除OsDSK2b显著增强水稻的叶瘟抗性。而且在病原菌侵染后,敲除植株中病程相关蛋白(PR)基因的表达受到明显诱导。敲除OsDSK2b也显著增强水稻的渗透胁迫抗性,20%PEG-6000模拟渗透胁迫处理后,OsDSK2b敲除植株的存活率为58.3%~74.0%,显著高于野生型植株的存活率(17.0%)。OsDSK2b敲除植株的离子渗透率和植株失水率则显著低于野生型植株。扫描显微镜的结果表明,无论在20%PEG-6000处理前后,敲除OsDSK2b能够促进气孔的闭合,且在20%PEG-6000处理后,这种促进作用会更强。此外,qRT-PCR结果表明,在20%PEG-6000处理后,OsDSK2b敲除植株中DREB基因以及脱落酸(ABA)合成或通路相关基因的表达水平显著高于野生型植株,且敲除植株ko6和ko14的内源ABA含量分别为314.2 ng g^(-1)和344.4 ng g^(-1),显著高于野生型植株的内源ABA含量(206.8 ng g^(-1)),揭示OsDSK2b参与调控渗透胁迫的过程同时涉及ABA依赖和ABA非依赖途径。本研究通过解析OsDSK2b基因在水稻应对生物与非生物胁迫时所发挥的调控作用,为水稻抗性品种的选育提供了新的候选基因。

华南超大穗型水稻种质DS23“源-库-流”特征及其超高产潜力研究

【目的】研究超大穗型水稻新品系DS23在早季的产量表现和“源-库-流”特征,探明DS23“源-库-流”特征及其超高产潜力挖掘方向,为华南早稻高产育种与栽培提供理论依据。【方法】以超大穗型新品系DS23为供试材料,以中大穗型品种粤禾丝苗为对照,在大田条件下开展研究。试验测定并比较了不同穗型水稻的叶面积指数、SPAD值、茎鞘非结构性碳水化合物(Non structural carbohydrate,NSC)积累与转运特征、穗茎节间解剖特征、产量及其构成因子等性状。【结果】DS23每穗总粒数、粒重、库容量和产量分别比粤禾丝苗增加37.3%、4.0%、33.7%和15.9%,有效穗数和结实率比粤禾丝苗显著降低6.8%和15.1%。两品种间抽穗期叶面积指数和剑叶SPAD值无显著差异。与粤禾丝苗相比,DS23抽穗期茎鞘NSC积累量与茎鞘NSC对籽粒的表观贡献率分别显著降低15.3%和19.8%,茎鞘NSC表观转运率显著提高10.3%,大维管束数量显著增加17.3%,两品种穗茎大小维管束面积无显著差异;DS23粒叶比无显著变化,糖花比显著降低34.2%,维管束负荷量指标增加20.4%~60.2%。【结论】超大穗型水稻DS23在早季种植库容量大、穗颈节间转运组织发达、后期物质转化能力强,高产与增产潜力大,提高结实率是挖掘其超高产潜力的主要方向,研究结果可为超大穗型早稻品种选育与高产栽培技术研发提供理论依据。

PCR一步法检测水稻蜡质基因第一内含子剪接供体+1位碱基

报道了一种利用PCR快速检测水稻蜡质基因第一内含子剪接供体+1位碱基的方法,并用这种方法分析了一批广东籼稻材料。结果显示,该方法简便易行,结果可靠,可广泛用于育种筛选中的直链淀粉含量选择。

应用CRISPR/Cas9技术创制低直链淀粉含量水稻种质

Wx基因直接控制水稻胚乳直链淀粉的合成,进而影响胶稠度等多个品质指标,是控制稻米食味的主效基因。适当降低稻米的直链淀粉含量可改善稻米品质。吉丰B是籼型优质杂交稻保持系,直链淀粉含量偏高,影响组配后代的食味品质。本研究以吉丰B为试验材料,对Wx基因编码区上游序列进行编辑,以期获得Wx基因表达下调,直链淀粉含量降低的水稻种质。以农杆菌为介导进行转基因,获得9个转基因株系,从后代中筛到2个大片段缺失的变异株系L8和L9。它们的Wx基因表达大幅下调,直链淀粉含量极显著降低,胶稠度和食味品质也有所改善。L8和L9糙米外观有很大差异,L8与糯米相近,L9与粘米类似。综上所述,本研究利用CRISPR/Cas9技术编辑Wx基因编码区上游序列,获得两份低直链淀粉含量水稻种质,该结果为稻米品质改良研究提供了参考。

“外选35”和“七丝占”重组自交系群体抗稻瘟病QTL的初步定位

以中国华南地区曾普遍使用的抗瘟性水稻材料外选35和广东最早的优质食味好的品种七丝占为亲本材料,建立的重组自交系群体。利用广东省水稻育种新技术暨农业部水稻遗传改良重点实验室分离的广东稻区稻瘟菌ZC-13和ZC-15两个小种进行单小种接种鉴定抗瘟性,利用QTLmapper2.0进行抗瘟性QTL定位分析。结果共检测到2个QTL,均位于第12号染色体的RM117-RM179区间。对由外选35育成的7个抗性品种进行检测分析,所选的品种该区段均来源于外选35,初步验证该区段可能含抗稻瘟病位点。

CRISPR/Cas9技术编辑MPK7和MPK14基因创制抗穗发芽水稻新种质

穗发芽对籼稻生产危害严重。编辑休眠调控基因,创制高休眠性新种质,进而提高穗发芽抗性,是探索改良穗发芽抗性的新途径。泰丰B(TB)是籼型优质杂交稻保持系,主要缺点是种子休眠性偏低,易受穗发芽危害。MPK7/14具有抑制粳稻种子休眠作用,尚不清楚是否适用于籼稻品种。本研究利用CRISPR/Cas9技术编辑泰丰B(TB)的MPK7和MPK14基因,通过测序筛选获得纯合变异株系,并利用发芽试验分析变异种子的休眠特性。共获得6个转基因株系,从其后代中筛到2个纯合移码突变株系。纯合变异后代种子休眠性大幅提高,杂合变异后代的休眠性也有明显改善。与泰丰B(TB)相比,变异纯合后代株高、分蘖数、穗粒数差异不显著。综上所述,同时敲除MPK7和MPK14可以提高泰丰B(TB)种子休眠性,抑制穗发芽和解决水稻穗发芽问题。这些结果为进一步解析穗发芽的抗性机制以及探索新的育种改良方法提供了参考。

水稻AtpH基因的表达受冷抑制(英文)

采用RT_PCR差异显示法 ,从水稻 (OryzasativaL .)幼苗克隆了 1个受冷抑制表达的cDNA片段。该片段序列与水稻叶绿体基因组编码ATP合酶CF0 Ⅲ亚基的atpH基因完全同源 ,且覆盖了atpH基因编码区。以Northern杂交分析了水稻幼苗在冷处理不同时间后的atpH基因转录水平 ,结果表明 ,atpH基因的转录受冷抑制 ,在冷处理第 1天就明显下降 ,第 2天以后完全受抑制。

一种用于香稻筛选的简单显性标记研究(英文)

本文介绍了一种简单的显性标记,可辅助香稻选育。该方法根据大部分香稻的 BADH2 第 7 外显子的8 碱基差异,分别设计香稻特异引物 Frg-Y,和非香稻特异引物的 Frg-N,再设计一条公用引物 Frg-share。利用Frg-Y 和 Frg-share 即可筛选含有香味基因的材料;利用 Frg-N 和 Frg-share 可辅助鉴定香味基因是否纯合。扩增结果可以在琼脂胶上显示,并且由于带型简单,可以多次点样,非常适于育种过程中的大量样品筛选。

应用近红外透射光谱法测定水稻种子直链淀粉含量的初步研究

以124份水稻种子为样本,利用FOSS-Tecator公司的Infratec1255型近红外谷物品质分析仪,对样本进行光谱扫描,并利用化学法测定了直链淀粉含量。借助于近红外定标软件(WinISI),采用多种计量数学处理方法和不同的回归统计方法进行定标曲线的开发和比较,得到了小样本量水稻种子直链淀粉含量测定的近红外分析定标数学模型。其定标标准偏差(SEC)、交叉检验标准误差(SECV)和定标决定系数(RSQ)分别为1.489、1.761和0.885。

单粒活体稻谷种子直链淀粉含量的近红外透射光谱分析

利用FOSSTecator公司的Infratec 12 5 5型带单粒定标器的近红外谷物分析仪 ,对 2 2 2粒单粒稻谷进行扫描并测定了直链淀粉含量的参比数据。借助于功能强大的近红外定标器软件 (WinISI) ,采用多种计量数学处理方法和不同的回归统计方法进行定标曲线的开发和比较 ,优化得到了单粒水稻种子直链淀粉含量测定的近红外定标方程。其定标标准偏差(SEC)、交叉检验标准误差 (SECV)、检验工作标准误差 (SEP)和定标相关系数 (RSQ)分别为 2 .82 8、3.0 88、2 .792、0 .848。

用近红外透射光谱技术测定精米蛋白质含量研究

应用近红外透射光谱技术,采用3种不同回归统计分析方法建立精米蛋白质含量(PC)定量回归方程。结果表明,用改进的最小二乘法(MPLS)、偏最小二乘法(PLS)和主成分回归法(PCR)进行校正时,校正标准误差(SEC)、交叉检验标准误差(SECV)分别为0.1258、0.1340(MPLS),0.1177、0.1175(PLS),0.1207、0.1275(PCR)。校正相关系数(RSQ)和交叉验证相关系数(1-VR)分别为0.9941、0.9931(MPLS),0.9950、0.9942(PLS),0.9947、0.9942(PCR)。由此可见,3种回归统计方法在建立精米蛋白质含量回归方程时差异不明显,都具有较好的预测效果。近红外透射光谱法作为一种快速而准确的定量分析手段,在稻米加工企业品质管理、大米品质分析和大米贸易检测上有广阔的应用前景。

根癌农杆菌介导籼稻遗传转化影响因素研究

研究了抗生素种类、继代和菌液浓度对农杆菌介导籼稻转化的影响,并将反义蜡质基因导入4个高产、直链淀粉含量高的籼稻品种中。结果显示,羧苄青霉素的抑菌效果优于头胞霉素,其适宜浓度为250￣350mg/L;4个品种继代愈伤比初代愈伤能获得更高的抗性愈伤得率;各个品种转化有其最佳的农杆菌菌液浓度(OD600值),茉莉新占和绿黄占为1.0,粤香占和矮秀占为0.6。应用此优化的农杆菌转化体系,我们得到了转化植株;PCR扩增和Southern杂交结果证明外源基因已经整合到转基因水稻的基因组中。

稻米垩白与直链淀粉含量的数量性状位点及其相互关系研究

用七丝占/外选35重组自交系(Recombinantinbredlines,简称RILs群体)为材料,对控制稻米垩白和直链淀粉含量的数量性状位点(QTLs)及其相互关系进行了分析.共检测到2个控制直链淀粉含量的QTLs,位于第6染色体上;在第2和第6染色体上检测到4个与稻米垩白有关的QTLs,说明稻米垩白和直链淀粉含量两个性状均为多基因控制的数量性状.通过对稻米垩白与直链淀粉含量的表型相关分析和条件性状分析表明,稻米垩白与直链淀粉含量间存在一定程度的正相关关系.

一种简单快速的DNA模板制备方法

在以 PCR为基础的种子纯度鉴定和分子标记辅助选择育种中 ,DNA模板的制备常常成为主要的限速步骤 ,建立一种快速简便的微量 DNA模板制备方法有着十分重要的意义。本文介绍了一种以磨碎的水稻组织直接进行 PCR扩增的方法 ,该方法简单方便、稳定可靠 ,大大简化了 DNA模板制备过程 ,所制备的 DNA模板在 - 2 0℃保存 1个月后不影响

水稻外源DNA导入系的创建及主要性状分析

通过花粉管通道法将稗草总体DNA和玉米总体DNA导入水稻受体R122中,获得的D1代变异频率分别高达1.487%和3.81%。对稳定的3个玉米DNA导入系和4个稗草DNA导入系研究表明,与受体R122相比,导入系在株型、株高、生育期、分蘖力、着粒密度、粒形、稃尖颜色、稻瘟病抗性、稻米品质、恢复力和耐储藏性等生物学性状方面发生了广泛的变异。同时讨论了外源DNA导入水稻的变异频率和在水稻育种中的应用前景。

水稻收获指数相关性状的研究

广东省农科院水稻研究所育成的水稻品种粤香占在9 000 kg/hm2的条件下收获指数达到0.6以上,比普通品种提高约0.1。以粤香占为材料、七丝占(收获指数为0.4)为对照进行水稻收获指数相关性状研究,结果表明:获得高收获指数不是仅靠增加单株产量,而要在增加单株产量的同时适当增加抽穗前植株高度使茎叶重达到一定的程度,同时使始穗期后物质运输主要贡献在穗部,而非茎长增量;收获指数遗传力极低,表现为典型的数量性状特点,各收获指数有关性状间关系十分复杂,茎长增量、始穗株高和成熟株高也许可作为间接影响收获指数的要素。

小批量稻谷种子蛋白质含量的近红外透射光谱分析

以完整水稻种子为样品,利用近红外透射谷物分析仪对186份批量稻谷进行扫描并测定了蛋白质含量的参比数据。采用多种数学计量学处理方法和不同的回归统计方法进行定标曲线的开发和比较,优化得到了小批量水稻种子蛋白质含量测定的近红外定标方程。其定标标准偏差(SEC)、交叉检验标准误差(SECV)、定标相关系数(RSQ)和交叉验证相关系数(I-VR)分别为0.255 8、0.279 5、0.972 8、0.967 5。研究采用整粒小量样品(5 g)来分析,效果较好,可直接用于育种早世代选择。