水稻抗稻瘿蚊的离子组研究

【目的】探索水稻中不同营养元素响应稻瘿蚊取食的差异,为稻瘿蚊防治及水稻抗稻瘿蚊机理阐释提供新思路。【方法】以稻瘿蚊抗性近等基因系43W-NIL和感性品系9311为材料,利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定抗感水稻材料在接种稻瘿蚊后第0、5、7和9 d时植株体内的营养元素含量;利用水培法验证关键元素受稻瘿蚊取食诱导的变化;通过qRT-PCR测定与营养元素代谢相关基因在抗感材料中的表达量。【结果】离子组分析共鉴定25种营养元素,大部分元素在抗感材料及稻瘿蚊取食前后差异明显。接种稻瘿蚊后,与9311的第0 d相比,43W-NIL中Ti、K、P和S元素含量较高,而Pb、Sr和Ca元素含量较低。离子组的主成分分析发现,PC1和PC2分量分别解释40.0%和24.7%的变异。主成分载荷分析结果表明,Ca、Sr、Co、Pb、Be、Sb、Fe、Ti、P、S和K的含量变化可以区分抗性和感性材料,且影响稻瘿蚊抗性最重要的5种元素依次为Ca、Sr、P、K、Co。水培植株的接虫试验发现,高浓度的外源Ca处理可促进稻瘿蚊幼虫在抗性水稻中生长,而低浓度P、K处理会抑制稻瘿蚊幼虫在感性材料中生长。qRT-PCR结果显示,钙调蛋白基因(OsCML20)表达量与Ca2+含量的变化趋势相同;钾转运蛋白基因(OsHAK12)的表达量在抗感材料中均表现为先下降后上升。【结论】Ca、P和K等3种元素可能在水稻响应稻瘿蚊取食中发挥关键作用。OsHAK12和OsCML20基因可能是稻瘿蚊抗性表达机制中的重要基因。离子组学可从元素、营养的角度发现水稻在被稻瘿蚊取食时的差异,为植物抗虫机理研究提供新思路。

广西普通野生稻白叶枯病广谱抗源的鉴定与评价

[目的]鉴定与评价1498份广西普通野生稻对白叶枯病的抗性,为培育广谱持久的白叶枯病抗性水稻品种提供材料.[方法]利用华南籼稻区优势菌株（Ⅳ型）,对1498份广西普通野生稻进行抗性初筛鉴定;并根据初筛获得的部分抗性稳定材料进行多菌系重复鉴定;对广西普通野生稻的居群抗病性与遗传多样性进行相关分析.[结果]经抗性初筛,获得70份对白叶枯病抗性稳定的材料;利用7个广西优势菌株（广西Ⅰ～Ⅶ型菌株）对其中60份材料进行广谱抗性筛选鉴定,结果发现在60份材料中,对Ⅰ～Ⅶ菌株抗性表现中抗以上的材料分别为43、50、45、58、52、46和46份.两份材料（RB11和RB19）对7个供试菌株均表现为抗水平;3份材料（RB5、RB7和RB31）分别对Ⅶ、Ⅴ、Ⅴ型菌株表现高抗.相关性分析结果表明,广西普通野生稻抗性材料出现的频率与居群遗传多样性指数相关性不显著,但与居群地理纬度呈极显著负相关.[结论]鉴定获得一批广谱抗源和高抗野生稻材料,可作为今后水稻白叶枯病抗性育种的重要抗源亲本.

橡胶树死皮病的形成及其机制

橡胶树死皮病为一复杂的生理综合症,对其发病机制至今仍缺乏了解。文章主要从活性氧诱发胶乳原位凝固、核酸与蛋白质代谢失调两个方面阐述橡胶树死皮病的发生机制。

广西普通野生稻遗传多样性中心的确定与核心种质构建

【目的】确定广西普通野生稻Oryza rufipogon Griff.遗传多样性中心,构建普通野生稻核心种质资源,为广西普通野生稻资源保护利用提供参考资料。【方法】利用24对微卫星标记分析来自郁江流域、红水河流域、南流江流域和桂北山区的普通野生稻623份材料的遗传多样性;采用逐步聚类法构建10%和5%的广西普通野生稻核心种质。【结果】24个SSR位点总共检测到114个等位基因。平均等位基因数为4.75,平均有效等位基因数为3.000 1,Shannon信息指数为1.180 1,平均期望杂合度为0.638 8。9个居群遗传多样性指数为:邕宁居群>临桂居群>扶绥居群>容县居群>贵港居群>平南居群>古棚居群>五里塘居群>博白居群。4个区域的多样性指数为:郁江流域>桂北山区>南流江流域>红水河流域。广西普通野生稻资源5%的核心样本共31份,其中邕宁居群有14份,扶绥居群有12份;邕宁居群和扶绥居群分别占本居群分析样本的5.76%和18.75%,是核心样本的主要来源。【结论】郁江流域是广西普通野生稻多样性中心;邕宁居群的普通野生稻地理分布广、种类丰富,而扶绥居群遗传多样性异常丰富,它们是核心样本的主要来源,也是值得特别关注和重点保护的重要区域。

普通野生稻苗期耐冷性QTLs的互作和聚合效应分析

【目的】普通野生稻Oryza rufipogon Griff.蕴含丰富的遗传多样性,对其进行耐冷性数量性状位点(QTLs)的挖掘和效应分析,可为水稻耐冷性分子育种提供宝贵的基因资源和理论支持.【方法】以籼稻品种9311为受体亲本、普通野生稻品系DP15和DP30为供体亲本,构建染色体片段代换系,鉴定了18个水稻苗期耐冷QTLs,将其中分别包含4个耐冷QTL且遗传背景一致的4个代换系qSCT-1-CSSL、qSCT-4-CSSL、qSCT-8-CSSL和qSCT-12-CSSL分别两两杂交得到2个聚合系(qSCT-1/qSCT-12)-CSSL和(qSCT-4/qSCT-8)-CSSL,对聚合系中各耐冷QTL的互作效应及聚合效应进行研究.【结果和结论】4个耐冷QTL对水稻耐冷性有加性效应;互作分析显示各耐冷QTL间在聚合系中均存在正向互作.聚合效应在qSCT-4与qSCT-8间表现为QTL间明显的累加效应,而qSCT-1与qSCT-12间聚合的累加效应不明显,表现为qSCT-12对qSCT-1有上位作用.

水稻对褐飞虱的抗性鉴定及其抗性机制研究

为了研究水稻品种在不同时期对褐飞虱的抗性变化及其抗性机制,对15份水稻材料进行苗期和成株期抗虫鉴定。并通过测定水稻抗生性及趋避性,对这15份水稻材料进行抗性机制研究。结果表明,15份水稻材料有13份在苗期和成株期的抗性没有或呈现微弱变化,其余2份材料T12、OB667在苗期抗性鉴定为感虫,在成株期表现为中抗。在抗生性试验下,其抗生性大小与抗虫能力基本保持一致;而在趋避性试验中,水稻的趋避性强弱并未与其抗虫性强弱表现一致性。

1个水稻紫叶基因pl41的遗传分析与定位

【目的】对水稻材料pl41的紫叶性状进行遗传分析和基因定位,为pl41基因的图位克隆、功能研究及其育种利用奠定基础。【方法】在紫叶籼稻品种‘Z3474’与绿叶粳稻品种‘日本晴’的杂交后代中,获得1个紫叶性状稳定遗传的材料pl41。观察pl41表型特征;配制pl41/日本晴杂交组合,利用F_1及F_2分离群体进行紫叶基因的遗传分析和基因定位研究。【结果】pl41紫色性状首先出现在苗期的叶鞘、叶尖和叶缘处,在抽穗期,pl41植株地上部分组织均呈现较深的紫色。与‘日本晴’相比,pl41叶绿素含量在苗期显著高于‘日本晴’,在抽穗期显著低于‘日本晴’,在灌浆期无显著差异;pl41花青素含量在苗期、抽穗期和灌浆期均极显著高于‘日本晴’。pl41紫叶性状受1对隐性核基因控制,定位在第12号染色体短臂289 kb范围内,对该区域5个预测基因的编码区序列进行了测序比对分析,发现其编码区序列在pl41与‘日本晴’之间无差异。【结论】初步定位了水稻pl41紫叶基因的范围,其最终确定还需要候选基因的精细定位、序列比对分析和转录水平分析。

水稻抗稻白叶枯病和稻褐飞虱基因聚合系的抗性表现

培育多抗性基因聚合系可为抗性育种提供重要的材料基础。通过抗源与不同恢复系和保持系进行杂交、多代回交和标记辅助选择,聚合优良的抗稻白叶枯病和稻褐飞虱基因研究,分别获得了基于不同恢复系和保持系遗传背景的抗稻白叶枯病双基因Xa21Xa23聚合系4个,这些抗性聚合系对白叶枯病的表现为高抗;分别获得抗稻白叶枯病和稻褐飞虱的抗性基因Xa21Xa23Bph24(t)聚合系2个和Xa23 Bph24(t)聚合系4个,双抗性聚合系对稻白叶枯病达到高抗水平,对稻褐飞虱的抗性接近高抗水平。结果表明,即使在Xa23表达了高水平抗性的情况下,聚合双基因Xa21Xa23仍可以在一定程度上提高聚合系对稻白叶枯病的抗性水平;此外,聚合系的两类抗性基因的抗性表达相互之间没有影响。抗性基因聚合系的培育提高了恢复系和保持系的育种价值,同时也为进一步聚合更多的重要抗性基因、培育多抗性水稻品种打下了坚实基础。

冬凤兰与‘黄金小神童’大花蕙兰杂交后代的观赏性评价

对海南原生兰种冬凤兰(Cymbidium dayanum)(父本)与耐热型大花蕙兰品种‘黄金小神童’(Cymbidium‘Golden Elf’)(母本)的杂交后代15个株系进行了观赏性评价,采用主成分分析法对其20个观赏性状进行分析,同时对各株系的观赏性进行评价。结果表明:20个性状指标可转换成6个主成分,其方差总贡献率达全部性状信息的88.95%,分别称为花朵因子、花数因子、花形因子、花香因子、花色因子、花展因子;通过计算各株系的主成分分值,筛选出了3个观赏性状优异、具有开发价值的株系。该方法也可为其它兰花杂交育种提供参考。

水稻抽穗期基因EHD8的遗传分析及精细定位

抽穗期是水稻重要的农艺性状之一,挖掘特异等位变异形式的抽穗期相关基因,对于改良水稻抽穗期至关重要。通过EMS诱变籼稻品种9311获得一个稳定遗传的早抽穗突变体ehd8。与野生型9311相比,ehd8在南宁自然长日照和南宁自然短日照条件下,分别提前抽穗6.7d和10.2d。此外,在南宁自然短日照条件下,ehd8的株高和每穗粒数比野生型9311显著降低。遗传分析表明,ehd8早抽穗性状受一对隐性核基因控制。EHD8基因被定位在8号染色体短臂上17kb范围内。基因注释信息表明,该定位区间内只有1个预测的候选基因LOC_Os080174500与已知的抽穗期基因EF8等位。序列比对分析发现,与野生型9311相比,ehd8突变体中LOC_Os080174500编码区的第11位碱基发生了G→T置换,造成其所编码蛋白的第四位氨基酸发生了精氨酸→蛋氨酸的置换。EHD8新等位基因的发掘对于丰富水稻特异种质资源以及促进其在水稻育种中的应用具有重要意义。

玉米茎秆强度与维管束数目及纤维含量的关系和评价

玉米茎秆倒伏严重影响产量、品质和机械化收获。本研究以110份遗传多样性丰富的玉米种质资源为研究对象,对包括茎秆强度、维管束数目和纤维含量等8个性状进行相关性分析,并比较不同血缘种质的差异。结果表明,弯折强度与穿刺强度、大维管束数目与小维管束数目、中性洗涤纤维与酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维与半纤维素具有协同作用;大维管束数目越多弯折强度越强,抗倒性越好;中性洗涤纤维含量越高弯折和穿刺强度越强,抗倒性越好;在广西南宁生态环境条件下,热带种质的茎秆强度较强、维管束数目较多、纤维含量较高,从中较易选育抗倒性强的优异种质资源。研究结果可为玉米抗倒性研究提供理论参考,为热带种质在玉米抗倒性方面的改良和利用提供借鉴。

水稻抽穗期QTL qHD8.3的遗传分析与初步定位

从普通野生稻/9311染色体片段代换系群体中筛选获得一个含有早抽穗QTL的代换系CSSL13。光温反应特性分析表明:CSSL13早抽穗的特性对光温表现不敏感。利用CSSL13和9311所衍生的BC5F2群体进行遗传分析,发现该群体中单株抽穗期呈明显的双峰分布,早抽穗和迟抽穗单株分离比符合3∶1的分离比,表明该早抽穗特性受一对显性主效基因控制。进一步利用BC5F2群体中76株极早抽穗的单株和52株极晚抽穗的单株将该q HD8.3定位在8号染色体分子标记M07和M13之间,物理距离约为1.6 Mb。

利用CRISPR/Cas9基因编辑系统创制新型水稻温敏雄性核不育系

为迅速获得优良的温敏雄性核不育(TGMS)系,本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑系统对一份优良的水稻品系GXU41的TMS5基因上2个靶点进行编辑,对编辑植株进行靶点突变检测,筛选无外源DNA的编辑TGMS系,并进行育性转换、农艺性状和米质分析评价。结果共获得12株T_(0)代转基因阳性植株,其中靶点1和靶点2的纯合突变率分别为50%和58.4%,一个或两个靶点为纯合突变占83.3%,双纯合突变率达到25%,在T_(1)代中筛选到无外源DNA的TGMS系。与野生型相比,编辑获得的TGMS系GXU41-5S随着温度升高小穗育性和花粉育性逐渐降低,在24℃时均表现完全不育;由于不育效应,GXU41-5S的株高增长和有效穗数增加显著,且GXU41-5S全部米质指标达到优质一等大米的标准要求。本研究证明了CRISPR/Cas9基因编辑系统是快速获得TGMS系有效途径,所创制的TGMS系对选育两系杂交水稻品种具有重要应用价值。

一个水稻芒基因AWN-3的遗传分析与基因定位

本研究利用无芒粳稻(Oryza sativa subsp.japonica Kato)品种‘日本晴’作为受体亲本,短芒籼稻(Oryza sativa subsp.indica Kato)品种‘9311’作为供体亲本,构建染色体片段代换系CSSL119,初步定位了一个新的芒发育相关基因AWN-3。AWN-3被定位在2号染色体分子标记M4和M5之间的1.2 Mb范围内;与‘日本晴’相比,CSSL119的平均芒长、芒着生率、二次枝梗数、穗粒数和单株产量均显著增加;RT-qPCR结果表明,与‘日本晴’相比,CSSL119中OsCKX2、An-1和An-2的表达量显著降低,而OsRR2、OsRR4、OsRR7、OsRR11和GAD1的表达量则显著增加,这表明AWN-3可能参与OsRR2、OsRR4、OsRR7、OsRR11和OsCKX2的表达而增加穗粒数,而芒发育的促进可能与GAD1表达的增加相关。本研究结果为AWN-3的基因克隆、功能分析和产量性状的遗传改良奠定了基础。

普通野生稻染色体片段代换系的孕穗期耐冷性研究

为筛选出在苗期和孕穗期都具有强耐冷性的种质以供水稻耐冷研究与育种利用,本研究利用人工低温胁迫的方法,对20份苗期耐冷的普通野生稻染色体片段代换系进行了孕穗期耐冷性鉴定评价。结果表明:(1)在20份代换系材料中,孕穗期耐冷性表现强(3级)、中(5级)和弱(7级)级别的材料为2份、15份和3份,分别占供试材料的10%、75%和15%;(2)水稻苗期和孕穗期的耐冷性呈显著正相关(p<0.05),所鉴定出的2份抗性3级材料(DC907和DC866)不但可以作为苗期耐冷性抗源,同时也可以作为孕穗期耐寒性抗源;(3)可溶性蛋白、可溶性糖、游离氨基酸、脯氨酸、丙二醛和超氧化物歧化酶等各项生理指标与相对结实率之间均无显著的相关关系,因此均不适宜作为孕穗期耐冷性的鉴定评价指标。

抗白叶枯病水稻不育系先抗A和天抗A的选育

分别以保持先B和天B为受体和轮回亲本,以携带抗白叶枯病基因Xa23的育种材料P59为供体,通过杂交、回交和分子标记辅助选择,结合农艺性状表现和田间接种抗性鉴定,育成2个含有Xa23基因且抗白叶枯病的保持系先抗B和天抗B,再分别与先A与天A测交、成对回交,育成抗白叶枯病水稻不育系先抗A和天抗A,于2013年9月通过广西科技厅田间技术鉴定。这2个不育系具有败育彻底、农艺性状优良、异交结实率高和抗白叶枯病等特点,配制的杂交稻组合表现出明显的白叶枯病抗性和产量优势,具有较好的应用前景。

CRISPR/Cas9介导基因组编辑培育糯稻不育系WX209A

糯稻作为特种稻米每年在我国和广西都有一定比例的消费,为了培育高产糯稻品种,本研究利用CRISPR/Cas9介导基因组编辑技术将高产的非糯性品种转为糯性品种,对水稻优良保持系209B中的Wx位点进行定点编辑,并转育成糯稻不育系WX209A。209A又名银丰A,是优良籼稻不育系,已组配出一批水稻品种在广西、广东、江西等地进行大面积推广。本研究针对该保持系的Wx基因选择合适的靶位点,构建sgRNA表达盒与 YLCRISPR/Cas9载体连接,利用农杆菌介导转化209B;对T0、T1代转化植株定点编辑位置进行PCR检测和测序分析及测定转化植株精米直链淀粉含量,筛选出无外源转化原件的纯合保持系WX209B并转育出不育系WX209A。结果表明,T0代材料中Wx位点的突变频率高达69.2%,其中纯合缺失突变率占26.9%;对T1代纯合突变体的调查分析结果表明,多数Wx基因突变体能显著降低直链淀粉含量,所获得的糯稻保持系WX209B直链淀粉含量仅1%,糯性品质优良,其他形态、经济性状没发生显著的改变,所转育的糯稻不育系WX209A具有重要的利用价值。

水稻苗期耐冷相关性状QTLs的初步定位

本研究以粳稻品种＂藤坂5号＂与籼稻品种＂江西丝苗＂为亲本杂交构建的F2分离群体（137个株系）为作图群体,对F2：3家系的3叶期水稻幼苗冷处理（10℃/8℃,昼/夜）5 d、恢复培养7 d后的耐冷级别、叶枯萎度及苗成活率进行完备区间作图。在分子标记连锁分析过程中共检测到6个控制水稻耐冷性相关性状的QTLs,其中,控制耐冷级别、叶枯萎度及苗成活率的QTLs各有2个,而且每个性状的2个QTLs都分别定位在第8染色体的RM22772-C61344和第11染色体的M100-RM26567区域内,这些QTLs具有较高的耐冷表型贡献率（14.09%~28.60%）。QTL的定位结果采用置换检验（Permutation test）进行了验证,发现控制耐冷级别的2个QTLs的F值都超过了QTL检测的阈值,而叶枯萎度和苗成活率2个性状的QTLs中各有1个QTL（q LWR-8和q SR-11）的F值超过了QTL检测的阈值。研究结果显示在第8和11染色体确实存在2个与水稻耐冷性相关的位点,可为进一步的分析和精细定位打下基础,也为耐冷水稻品种育种和种质创新提供理论依据。

油菜叶色突变种质资源筛选与遗传特征初步分析

作物叶片叶绿素含量与叶片光合能力密切相关,能影响农作物的产量。本研究通过EMS诱变甘蓝型油菜中双11,单株收获诱变后第一代并通过诱变后第二代大量筛选鉴定获得油菜叶片叶色稳定突变种质资源62份,分析了筛选获得的叶片叶色突变体的遗传分离比和测定了相关突变体的叶片叶绿素含量。结果显示,获得的突变体按照叶色分成五类,叶色深浅与其叶绿素含量相一致;突变株系60%由多位点突变导致,37%由少数位点突变导致;24%突变株系叶绿素含量明显高于对照,76%的叶绿素含量约低于对照;叶绿素含量低的突变株系中,70%的突变株系叶绿素b的改变程度大于叶绿素a,30%的突变株系叶绿素a的改变程度大于叶绿素b。这些叶色稳定突变体的获得为将来遗传基础研究以及作为种质资源培育高光效油菜新品种奠定材料基础。

应用CRISPR-Cas9基因编辑技术改良传统优质糯稻品种

靖西香糯是广西著名地方水稻品种,米饭水晶状、糯性强、香味浓、食味优,是优质糯稻的极品,主要缺点是高秆易倒伏,产量较低。为改良靖西香糯株高特性以及保持该品种的传统风味,本研究运用CRISPRCas9技术定向编辑调控水稻株高的SD1基因,在外显子区内设计了两个打靶效率高的靶序列,将这2个靶序列组装到PYLCRISPR/Cas9-MH上,通过农杆菌介导法转化靖西香糯,得到了株高显著变矮的半矮秆突变株系。结果表明,T0代共获得24株SD1突变株,转化植株突变率为85.7%,其中2个靶点同时突变频率占总突变的58.3%,双靶点纯合突变高达42.8%,其中3株(12.5%)是T-DNA-free纯合突变植株。利用T0代双靶点纯合突变T-DNA-free植株种子种植的T1代,检测到16个T-DNA-free植株,其中11个为半矮秆植株。结果还表明,在SD1基因第一外显子内单个碱基的替换或双等位的突变并没有对株高产生较大的影响,而第一外显子双位点缺失突变产生大片段缺失可导致内源GA水平显著降低,进而显著降低了株高。本研究为培育矮秆香糯水稻新品系提供了帮助,表明CRISPR-Cas9应用可高效地定向改良水稻品种,研究结果也为应用现代生物育种技术更好地利用传统资源提供了一个范例。