利用抗稻瘟病基因Pigm和抗纹枯病数量性状基因qSB-9TQ、qSB-11HJX改良南粳9108的抗性

【目的】稻瘟病和纹枯病是水稻两大重要病害,严重影响稻米的产量和品质。培育抗病品种是降低其危害最经济有效的措施。【方法】本研究结合分子标记辅助选择技术,将广谱抗稻瘟病基因Pigm和抗纹枯病数量性状基因qSB-9^(TQ)、qSB-11^(HJX)导入优良食味粳稻品种南粳9108中,构建不同抗性基因/基因组合的株系,并评价这些株系的稻瘟病和纹枯病抗性,考查其主要农艺性状和品质性状。【结果】导入Pigm能显著提高南粳9108对苗瘟和穗颈瘟的抗性;分别导入qSB-9^(TQ)、qSB-11^(HJX)均能提高南粳9108的纹枯病抗性,且两个抗性基因聚合时呈现一定的抗性累加效应。其中,导入Pigm的株系穗长和每穗粒数显著增加,导入qSB-11^(HJX)的株系千粒重显著增加,其他农艺及品质性状与南粳9108无明显差异。【结论】这些抗性基因导入/聚合能在不降低农艺及品质性状的同时,显著提高纹枯病和稻瘟病的抗性水平,为粳稻抗病育种提供新的种质资源。

敲除OsNramp5基因创制低镉优质粳稻新材料的应用评价

【目的】探究在粳稻中敲除OsNramp5基因对镉等金属元素积累、产量和品质的影响,为科学高效地生产优质健康粳米提供新材料和理论参考。【方法】利用CRISPR/Cas9技术,在优良食味高产粳稻品种南粳46背景下对OsNramp5进行基因敲除,结合标记辅助选择,获得了无外源基因的OsNramp5敲除突变系,考查其产量和品质性状变化特征,以及在不同镉含量土壤中和锌肥、硒肥喷施后的籽粒镉、锰、硒等七种金属元素的含量变化。【结果】在T_(0)代获得了5种OsNramp5不同变异类型的转基因植株,设计开发了其中3种突变型的特异分子标记,进而结合标记辅助选择,在各植株的T_(2)代中获得不含潮霉素选择标记基因和CAS9蛋白基因的纯合敲除系。与野生型相比,无论在高浓度还是低浓度镉含量土壤中,敲除系整株包括籽粒中的镉含量和地上部组织中锰含量均显著低于南粳46;敲除系的株高略微下降,穗粒数显著降低并导致其单株产量明显下降,但在低分蘖肥处理中产量下降未达显著。敲除系稻米外观总体好于对照,蛋白质和直链淀粉含量明显高于对照,导致其食味值明显降低。敲除系籽粒中铜、锰和硒的含量显著低于对照,但在施用锌肥和硒肥后可以显著提高锌和硒的含量,同时有利于进一步降低籽粒镉的含量。施硒有利于改善稻米外观但施锌则相反,喷施两种肥料都会降低稻米食味值,不利于食味品质提升。敲除系在极端高/低温条件下的结实率变化与对照无异,但对纹枯病的抗性显著降低。【结论】在优质高产粳稻品种中获得了无标记OsNramp5基因敲除系,证明其在生产低镉富硒富锌安全营养健康型稻米中具有重要价值,但在产量和食味品质上则有不同程度的下降。

分子标记辅助选择改良南粳5055米香性状的研究

为进一步提高优良食味水稻品种南粳5055蒸煮食味品质,利用分子标记辅助选择,将米香基因badh2成功导入南粳5055中。在分子标记对目标基因进行前景选择的同时,利用《NY/T 1433-2014》推荐的48个以及作者实验室筛选的31个SSR标记进行背景检测;在BC3F2世代,筛选出遗传背景与轮回亲本一致的单株,结合农艺性状筛选及品质分析,获得所考察性状与南粳5055一致且携带米香基因的南粳5055新品系;并就背景选择中不同来源分子标记对江苏粳稻品种的鉴别力问题进行了讨论。

不同抗性水稻品种响应纹枯病菌侵染的代谢组差异分析

利用气相色谱-飞行时间串联质谱(GC/TOF-MS)检测抗纹枯病品种(YSBR1)YS和感纹枯病品种(Lemont)LE接种纹枯病菌(Rhizoctonia solani Kühn)后的代谢组差异,以探究水稻抗纹枯病机制。结果表明:R.solani侵染后,YS和LE分别有82和75个差异代谢物(DAM)的含量升高;相对于LE,YS中存在更多的氨基酸类差异代谢物,其中合成抗病因子(水杨酸、乙烯、木质素、叶绿素和γ-氨基丁酸)的氨基酸及其衍生物受诱导水平明显高于LE。结果提示YS对纹枯病的较强抗性可能与其自身特有的代谢产物尤其是抗病因子相关的氨基酸及其衍生物密切相关。

水稻热激转录因子家族基因对纹枯病病菌和植物激素的响应特征

解析水稻热激转录因子(Heat shock factors,Hsf)家族基因响应纹枯病病菌侵染和4种植物激素处理的表达特征,可为进一步解析Hsf调控水稻纹枯病抗性与对相关逆境的响应提供重要依据。利用生物信息学方法搜索并鉴定到25个水稻Hsf基因,对其系统进化树、相关分子特征、蛋白质结构域、基因结构及顺式作用元件进行预测和分析,用荧光定量PCR法分析它们对纹枯病病菌侵染的响应特征及4种激素[茉莉酸(Jasmonic acid,JA)、水杨酸(Salicylic acid,SA)、乙烯(Ethylene,ETH)和激动素(Kinetin,KT)]处理后的表达模式,同时分析它们在水稻组织中的表达情况。结果显示,水稻Hsf蛋白总体上可划分为5组,3个OsHsf亚家族基因在进化关系上的距离较远。25个Hsf蛋白的相对分子质量大小不一,且多数蛋白质的稳定性不高,但其基因结构较为保守。这些基因可能与激素响应及光信号通路相关。有5个基因呈组成型表达,另有7个基因呈组织特异性表达。水稻Hsf基因总体上受纹枯病病菌诱导的强度较低,其中11个上调表达的基因主要集中在OsHsfA、OsHsfB亚家族,4个下调表达的基因主要集中在OsHsfC亚家族,提示Hsf基因可能在调控水稻对纹枯病抗性的功能上存在分化。4个基因(OsHsfA2a、OsHsfA3、OsHsfB2a、OsHsfB2c)强烈响应纹枯病病菌的侵染,并且在叶鞘、叶片组织中的相对表达量较高,表明这些基因可能参与调控水稻对纹枯病的抗性。多数Hsf基因能够响应4种植物激素处理,总体来说,大部分OsHsf基因在JA、SA和ETH处理下呈下调表达,仅有少数基因呈上调表达;JA处理与SA处理相比,有1个Hsf基因受诱导表达的特征相反,SA处理和ETH处理相比,有3个Hsf基因受诱导表达的特征相反,JA处理和ETH处理相比,有3个Hsf基因受诱导表达的特征相反,JA处理与SA处理相比,SA处理与ETH处理相比,JA处理与ETH处理相比,表达特征相似的基因分别有18个、16个和13个。OsHsfA2a、OsHsfA3、OsHsfB2a、OsHsfB2c等4个水稻的Hsf基因可能参与调控水稻对纹枯病的抗性,研究结果明确了水稻中Hsf基因对不同激素处理的响应特征,为进一步研究Hsf在水稻逆境响应中的功能提供了参考依据。

分子标记辅助选择育成抗稻瘟病粳稻新品种扬农粳3091

通过杂交及不完全回交,结合分子标记辅助选择,育成携带广谱抗稻瘟病基因Pigm的粳稻新品种扬农粳3091。选育过程中的稻瘟病抗性鉴定结果显示,携带Pigm基因品系的抗性水平显著好于对照。该品种于2021年通过江苏省农作物品种审定委员会审定,具有综合抗性好、品质优、丰产稳产性好等特点。本文介绍了该品种的选育过程、特征特性及主要栽培技术要点。

水稻富含半胱氨酸类受体激酶家族基因对纹枯病菌和植物激素的响应特征分析

【目的】明确水稻富含半胱氨酸类受体激酶(Cysteine-rich receptor-like kinases,CRK)家族基因对纹枯病菌侵染和植物激素的响应特征,是解析CRK在水稻纹枯病抗性中的功能的重要前期工作。【方法】利用生物信息学方法构建了水稻45个CRK的系统发育树,并利用qPCR分析了它们对纹枯病菌和对植物激素乙烯(Ethylene,ET)、茉莉酸(Jasmonic acid,JA)、水杨酸(Salicylic acid,SA)和细胞分裂素(Cytokinin,CK)等的响应特征,以及在水稻不同组织中的表达模式。【结果】水稻CRK家族可分为4个组,在染色体上成簇或紧密分布的CRK大部分来自同一组或同一分支。41个CRK响应纹枯病菌侵染,其中17个响应强烈;结合组织表达模式,发现这17个CRK基因中,CRK15、CRK23、CRK24、CRK26、CRK27、CRK28、CRK29、CRK30、CRK31和CRK33等10个基因在叶鞘和叶片中表达较强,暗示这些基因可能参与了对纹枯病的抗性;大部分同一分支的两个同源性较高的CRK对纹枯病菌的响应特征类似,表明这些CRK基因在调控纹枯病抗性上可能存在功能冗余。40个CRK对3种或4种植物激素均有响应,它们对不同激素的响应存在差异性,说明CRK可能广泛参与这些激素介导的防御信号途径;对JA和SA响应相反的有17个,对JA和SA、ET和JA、ET和SA响应类似的分别有21、21、23个。这不仅反映了ET、JA、SA信号途径间的协同和拮抗作用,也说明这些基因可能参与ET、JA和SA间的交互作用。【结论】鉴定到一些可能参与调控水稻纹枯病抗性的CRK基因,且它们可能在植物激素介导的防御途径中起作用。这为我们进一步探索CRK在调控水稻纹枯病抗性上的功能提供了科学线索。

抗咪唑啉酮类除草剂基因ALS 627N 改良粳稻品种除草剂抗性研究

草害是影响作物高产、稳产、优质的重要因素之一,培育及推广抗除草剂水稻品种是最为经济有效的解决杂草问题的方式,目前江苏抗除草剂粳稻品种非常紧缺,无法适应农业生产中的用种需求。本研究综合评价了抗除草剂基因ALS^(627N)在江苏粳稻育种实践中的育种应用潜力。通过连续回交结合分子标记辅助选择将金粳818中的ALS^(627N)基因导入江苏省2个优良食味粳稻品种南粳5718和南粳505中,在每个遗传背景下选择3个背景与受体亲本基本一致、携带ALS^(627N)的BC_(5)F_(5)世代稳定改良品系,与受体亲本相比,ALS^(627N)高世代回交改良系均表现出对咪唑啉酮类除草剂咪唑乙烟酸的完全抗性,表明在江苏省粳稻背景中导入ALS^(627N)可以实现对除草剂的抗性。与受体亲本相比,ALS^(627N)高世代回交改良系的农艺性状、产量及品质相关性状未发生一致变化,表明导入ALS^(627N)对水稻重要经济性状没有带来不利影响。稻瘟病和白叶枯病抗性鉴定结果发现,ALS^(627N)高世代回交改良系的穗颈瘟和白叶枯病抗性水平与受体亲本一致,表明导入ALS^(627N)也不会影响稻瘟病和白叶枯病抗性。上述结果表明ALS^(627N)基因在培育抗除草剂粳稻品种上具有很高的育种利用价值,得到的抗除草剂新品系不仅有望迅速服务于农业生产,还可以作为新的供体,加快江苏及其周边地区抗除草剂粳稻品种的开发。

水稻类病斑突变体基因克隆及发生机制研究进展

类病斑突变体(Lmms)是研究植物细胞死亡和防御反应机制的重要材料。本文对水稻类病斑突变体的最新研究进展进行了综述。在此基础上,对进一步加强类病斑突变体及其抑制突变体基因的鉴定与克隆、解析病健组织间细胞命运的精细调控机制,以及如何利用类病斑突变体开展抗逆分子设计育种进行了讨论。