水稻矮秆迟抽穗突变体d534的性状及其对赤霉素的敏感性分析

水稻半矮秆突变体在株型改良和高产育种中具有重要价值。前期通过辐射诱变籼稻品种五山丝苗(R534)获得了半矮秆且抽穗期延迟突变体d534,分析了d534的表型、遗传模式和GA3敏感性。大田性状分析发现,和野生型R534相比,d534的抽穗期延迟了7 d,株高下降了29.22 cm,降幅为26.86%。d534的穗及倒1至倒5节都明显缩短,长度分别为野生型的71.27%、68.75%、70.18%、85.17%、77.86%和71.18%,说明d534的目的基因调控穗及茎节的伸长。遗传分析发现,d534的矮化和迟抽穗性状受同一核基因控制,呈隐性遗传。内源GA3含量测定发现,一叶一心期d534茎中GA3含量为0.17 ng·g^(-1),比R534降低了60.47%,表明d534的矮化与内源GA3合成不足有关。用25和50 mg·L^(-1)外源GA3处理一叶一心期幼苗5 d,d534的株高比未处理组(0 mg·L^(-1)GA3)增加了71.76%和74.98%,且超过了未处理组R534的株高,说明外源GA3能回补d534的株高表型;qRT-PCR分析发现,与R534相比,d534茎和叶中OsGA20ox2和OsGA3ox2基因表达水平均显著下调,表明d534内源GA3合成不足可能与OsGA20ox2和OsGA3ox2基因表达水平下调有关。明确了d534是茎节缩短且内源GA3积累不足的矮化突变体,为解析d534半矮秆性状形成的生物学机理奠定了基础。

核黄素参与水稻非生物胁迫的响应分析

为探究核黄素在水稻非生物胁迫响应中的作用,以粳稻Kitaake和籼稻T98B为试验材料,考察了核黄素对2种材料的盐、高温、渗透、碱和氧化胁迫响应的影响,重点测定了盐和高温胁迫下水稻体内核黄素合成基因的表达和相关生理指标。结果表明,(1)施加外源核黄素有效提高了2种水稻材料的盐和高温胁迫耐受性,降低了渗透胁迫耐受性,而其氧化和碱胁迫耐受性不受影响。(2)逆境胁迫均不同程度地促进了核黄素在2种水稻材料中的积累,尤其在盐和高温胁迫下促进效果最明显。(3)盐和高温胁迫均诱导了核黄素合成酶基因的表达,促进了核黄素的生物合成,改善了水稻的胁迫耐受性。研究表明,非生物逆境胁迫能促进核黄素在水稻体内的合成和积累,外源核黄素也能明显提高水稻对盐和高温胁迫的耐受性,但却降低了其对渗透胁迫的耐受性。

水稻单叶独立转绿型黄化突变体grc2的鉴定与基因精细定位

转绿型叶色突变体是研究植物叶绿体分化与发育的基础材料。grc2是利用60Co-γ射线诱变籼型三系保持系T98B后获得的单叶独立转绿型黄化突变体。grc2植株上任一叶片刚抽出时为黄色,在生长10 d左右后变绿,具有单叶不依赖于植株特定发育阶段而独立转绿的特性。与野生型T98B相比,grc2黄化叶片的总叶绿素和叶绿素b含量显著降低,叶绿体滞留在黄化质体阶段,表明grc2可能在叶片早期发育中起关键作用。遗传分析表明,grc2受1对隐性核基因独立控制;利用源于grc2/Nipponbare的F2群体的960个突变单株,将grc2基因定位在STS标记S254与S258之间约31 kb的范围内,该区域含有5个未报道过的注释基因。这些结果为grc2的克隆及功能研究提供了重要信息。

转基因改良水稻抗稻瘟病的策略及其进展

利用转基因技术是改良水稻稻瘟病抗性的有效途径。已有研究证实通过某些抗病基因、抗真菌蛋白基因、杀菌肽基因的转基因,可以培育出获得对稻瘟病广谱抗性的水稻品种。本文就以上几个方面的进展评述了水稻稻瘟病抗性的分子改良策略。

携带溶菌酶基因的高回交转育后代抗瘟性研究

为进一步明确溶菌酶基因回交转育利用对于强优恢复系"明恢63"稻瘟病抗性改良的效果,运用苗期人工接种和大田穗颈瘟鉴定相结合的方法,研究了携带溶菌酶基因的高回交转育纯系对于稻瘟病的抗谱特性和穗颈瘟抗性。结果表明:回交纯系对所应试的76个菌株中的6～8个感病,稻瘟抗性频率为90%左右,属高抗水平;而轮回亲本"明恢63"对21个菌株感病,抗性频率为72.37%,属中抗水平。穗颈瘟调查分析表明,回交转育纯系比轮回亲本发病率平均降低10%左右,发病指数平均降低15%左右,经T值检验二者在穗颈瘟抗性水平上差异达极显著水平,回交转育纯系抗性评价为抗性(R)级,轮回亲本为中感(MS)级。因此溶菌酶基因的转育利用确能有效拓宽抗谱,提高稻瘟病抗性水平,这些回交转育品系在抗病育种上具有较高的应用潜力。

转基因改良水稻抗稻瘟病的策略及其进展

稻瘟病是由子囊菌引起的广泛发生在世界各水稻产区的主要真菌病害。由于病原菌致病性的高度分化,使得对稻瘟病很难控制和防治。长期实践证明,培育抗病品种是稻瘟病抗病育种的主要目标。随着基因工程的发展,利用转基因技术导入外源基因改良稻瘟病抗性已成为一条新途径。现有研究表明,通过某些抗病基因、抗真菌蛋白基因、杀菌肽基因的克隆和转育,可以培育出获得对稻瘟病广谱抗性的水稻品种(系)。

γ射线诱变籼稻保持系T98B突变体的鉴定与农艺性状分析

辐射诱变是农作物种质创新的重要手段。本研究以杂交稻骨干亲本T98B为研究对象,以300Gy剂量的60Co-γ射线对其成熟种子进行处理,从辐射后代中鉴定出农艺性状变异材料,划分了变异类群,分析了各类型突变频率,为遗传改良奠定了材料基础。结果显示,经γ射线处理后的M1和M2种子的发芽率受到了显著抑制,分别比对照T98B降低了22.35%和14.67%;从M2群体中初步筛选出了207个变异单株;经M3~M5的遗传稳定性测试后最终获得了168份可稳定遗传的突变体,总突变频率达到了0.673%。按照变异部位将突变体划分成叶变异、茎/蘖变异和穗粒/花变异等3种类群,各类群分别含有34份、37份和97份突变体,占比20.24%、20.02%和57.74%;育性、叶色和株高等性状的突变频率较高,分别达到了0.212%,0.092%和0.088%。此外,本文简要描述了各类群的表型变异特点。结果表明,利用γ射线诱变能产生丰富的农艺性状突变体,本研究为水稻遗传改良提供新的种质资源奠定了基础。

极端高温干旱条件下娄底市再生稻品种筛选试验初报

推广“一季+再生”水稻种植模式是近年湖南省提高粮食生产能力的重要举措。在2022年极端高温干旱条件下,笔者在湖南娄底市开展了15个再生稻杂交稻品种的筛选试验,分析了各品种的经济性状与小区产量表现,定性描述了各品种的田间综合表现。结果表明:15个参试品种的全生育期为203~213 d,两季产量为10.17~13.29 t/hm^(2);综合来看,荃优粤农丝苗、隆晶优1212和隆晶优蒂占3个品种的生育期适中、再生能力较强、综合性状优良,2季产量在13.20 t/hm^(2)左右,适合在娄底地区做再生稻推广种植。

应用G418催芽胁迫体系鉴定携带npt-Ⅱ基因的转育水稻纯系的研究

研究了G418胁迫条件下转育后代的发芽特性和长根类比率,筛选获得了高抗G418的抗性株系,并进行其npt-Ⅱ基因及目的基因的检测与遗传分析。结果表明,转育株系如BM-3、BM-10、BM-13具有高发芽率(>90%)、高生根率(>95%)、低死亡率(<10%)和高长根比率(约为90%),经PCR结果发现这些株系内各单株都含有npt-Ⅱ基因及溶菌酶基因,确为转基因纯合体。进一步证实了G418胁迫催芽技术是可行和实用的,对于npt-Ⅱ基因转育纯系的筛选有重要意义。

共转化法获得无筛选标记的转PEPC、PPDK基因水稻恢复系纯合体

用根癌农杆菌共转化的方法将pSB130/CK质粒[目的基因磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(PEPC)、磷酸丙酮酸二激酶基因(PPDK)与筛选标记潮霉素抗性基因HPT分别构建于2个T-DNA区]导入水稻恢复系R299,经PCR、Southern检测,筛选到T0代13个转基因植株。对T1～T3代转基因后代进行PCR跟踪鉴定,分离出无潮霉素抗性基因的转基因植株(PEPC+PPDK+HPT-),分离株系比率为15%～21%,分离株系中PEPC+PPDK+HPT-型单株分离频率为7.2%～10.0%。在T3代成功获得了无筛选标记的转基因纯合系3个(06D351,06D352和06D353),PEPC酶活性和光合速率分析结果表明,其PEPC活性比对照提高了1.5～4.9倍,光合速率提高了19%～40%,说明这些转基因纯系材料在水稻高光效育种上具有很大的应用价值。

带npt-Ⅱ基因转基因水稻快速检测技术的建立

以转溶菌酶基因水稻纯系材料中花9号(ZH9(R))及其受体品种中花9号(ZH9(CK))为材料,以ZH9(R)中携带的npt-Ⅱ基因作为辅助筛选标记,利用抗生素对其进行处理,建立了一套快速检测带npt-Ⅱ基因转基因水稻的技术体系。使用不同浓度的卡那霉素(Kanamycin,Kan)和G418溶液将ZH9(R)和ZH9(CK)成株离体叶片于室内室温下置于培养皿中浸泡处理,通过观察叶片变化,确定G418为检测带npt-Ⅱ基因转基因水稻的最佳抗生素,将G418(溶液)80mg/L浓度(处理4天)作为检测该类转基因水稻成株离体叶片的临界浓度。进一步用G418对ZH9(R)和ZH9(CK)种子、幼胚和幼苗进行了不同处理。确定:(1)G418(溶液)300mg/L浓度(处理7天)作为检测该类转基因水稻种子的临界浓度;(2)G418(1/2MS+0.5mg/L6-BA+1.5%蔗糖培养基)200mg/L浓度(处理10天)作为检测该类转基因水稻幼胚的临界浓度;(3)G418(1/2MS+0.5mg/L6-BA+1.5%蔗糖培养基)150mg/L浓度(处理12天)作为检测该类转基因水稻幼苗的临界浓度,并且通过PCR方法证实了上述结论。将这些结论应用于ZH9(R)转育后代叶片、种子、幼胚和幼苗群体的检测,检测效果都非常明显。这为带npt-Ⅱ基因转基因水稻建立了一套简便、直观且准确的检测方法。

转溶菌酶基因水稻回交转育籼型杂交稻亲本

以抗稻瘟病的粳稻中花9号转溶菌酶基因材料D2-1-2与籼型杂交稻两优培九的恢复系9311及不育系培矮64S、汕优63的恢复系明恢63分别杂交和多代回交,进行外源溶菌酶基因的转育。对获得的转育回交后代B39311、B3MH63、B2PA64S和回交自交后代B2F29311、B2F2MH63、B1F2PA64S进行了PCR分析,表明外源基因在回交后代中呈1∶1分离,而在回交的自交后代中呈3∶1分离,证明外源溶菌酶基因是以单拷贝稳定传递给后代的。2003年和2004年对转育后代和测交组合进行了稻瘟病抗性调查,结果表明,转育后代抗性与轮回亲本相比、测交组合抗性与对应杂交稻组合相比都有了较大提高。随着转育回交世代的增加,抗性增强得越明显。研究表明通过回交转育方法将外源溶菌酶基因导入杂交稻亲本是选育抗稻瘟病杂交稻新组合的一条简便有效的途径。

分子标记辅助改良培矮64S稻瘟病抗性

为提高我国大面积应用的两系光温敏不育系培矮64S的稻瘟抗性,本研究通过杂交转育与分子标记选择相结合的途径,利用RM3330与RM262为标记,将Pi25与Pi-d(t)基因成功聚合于培矮64S中,经抗性、不育性、综合农艺性状评价,获得了5个基因型纯合且农艺性状稳定的F8代抗性改良候选不育系。抗性鉴定结果显示,抗性改良候选不育系及其抗性组合的叶瘟病情指数平均降幅为18.78%和23.24%,穗颈瘟病情指数平均降幅为18.58%和58.45%,抗性提高幅度极显著。育性观测结果表明抗性改良候选不育系不育度都在99.5%以上,柱头外露降低5.64%,包颈粒率降低8.55%。经济性状调查结果显示不育系除穗粒数下降、有效穗增加外,其余经济性状变化不明显;试配的杂交组合平均理论产量和实际产量比对照提高16.22%和6.89%,增产极显著。这些结果表明,通过Pi25与Pi-d(t)基因的导入显著提高了培矮64S稻瘟病抗性,获得了实用的光温敏不育系新材料。

水稻蔗糖转运蛋白研究进展

蔗糖转运蛋白是光合产物运输与分配调控网络中的重要节点,主要参与蔗糖从"源"到"库"的质外体运输,在蔗糖的感应、"源"器官装载、韧皮部长距离运输和"库"器官卸载中起重要作用。总结和分析了水稻蔗糖转运蛋白基因家族的组成、蛋白结构特点、表达与调控特性、生物学功能等方面的研究进展,在此基础上,提出了蔗糖转运蛋白基础理论和应用研究方面存在的不足及应予重视和加强的主要方向。

RT-PCR克隆籼稻叶绿素a/b结合蛋白基因全长cDNA及序列的in silico分析

根据日本晴cab4基因序列(GenBank:AK104499.1)设计引物,用RT-PCR的方法从籼稻9311中克隆了叶绿素a/b结合蛋白基因的全长cDNA,命名为cab-9311(cab gene from 9311)。insilico分析表明:cab-9311与cab4基因同源性为99%,编码的蛋白含有244个氨基酸,与cab4基因编码的蛋白同源性为98%。蛋白分子质量为26.9kD,理论等电点为6.52。第54位～第216位氨基酸是一个典型的叶绿素a/b结合蛋白功能域(chlorophyll a/bbinding domain)。跨膜分析和蛋白质三级预测显示,该蛋白在C端有一个典型的跨膜区。亚细胞定位分析表明该蛋白定位于叶绿体,是一个叶绿体内囊体膜上的锚定蛋白。

利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术定向降低水稻落粒性

【目的】易落粒既不利于稻谷收获,也不适宜于水稻机械化生产。利用现阶段前沿的分子育种手段——CRISPR/Cas9技术对水稻落粒性主效基因qSH1进行定点编辑,并调查分析易落粒性状的改良效果,为创制稳产和适合机械化生产的水稻新种质奠定材料基础和探索新途径。【方法】以qSH1为靶标基因,根据CRISPR/Cas9技术原理设计靶标位点。将所设计的靶点序列在水稻参考基因组中比对分析以排除非特异性靶位点,最终筛选出qSH1-T1和qSH1-T5靶标位点。化学合成靶位点寡核苷酸序列,退火后分别与pYLg RNA-U3、pYLg RNA-U6a载体连接构建U3-qSH1T5-g RNA、U6a-qSH1T1-g RNA表达盒,最后将2个g RNA表达盒同时连接至pYLCRISPR/Cas9表达载体中,构建pYLCRISPR/Cas9-qSH1-T51表达载体。利用农杆菌介导转化易落粒的籼稻品种HR1128,以潮霉素抗性为筛选标记筛选获得T0代转基因阳性植株。利用靶位点扩增测序法判断T0代转基因植株在预期靶标位点是否发生突变,并进一步分析突变类型及基因型。将靶点序列在水稻参考基因组中比对,选择与靶点序列匹配度大于或等于15 bp且3′端具有NGG的位点作为潜在脱靶位点进行脱靶效应评估。利用潮霉素基因及靶点检测进一步筛选无T-DNA成分的qsh1突变植株并进一步构建qsh1突变系,并分析qsh1突变系的落粒性、qSH1的表达量及预测编码氨基酸序列。【结果】pYLCRISPR/Cas9-qSH1-T51载体成功地实现了对qSH1靶标位点的定点编辑。在T0代转基因阳性植株中获得7个突变单株,其中qSH1-T1和qSH1-T5靶点的突变频率分别为54.55%和63.64%,突变基因型包括纯合突变、杂合突变、双等位突变和嵌合突变,突变类型包括碱基插入、碱基缺失及碱基突变。通过对T1代植株进行潮霉素基因筛选、靶位点扩增测序,结果表明,在T1代植株中Cas9载体骨架和qSH1突变位点都发生了分离,获得2种不含T-DNA成分的qsh1纯合突变株,并以此构建2个T2代qsh1纯合突变系群体(17SZ01和17SZ02)。对46株转基因阳性植株进行脱靶效应分析,发现3个潜在脱靶位点均未发生突变,表明所设计的靶标位点具有较高的特异性。通过落粒性测定分析表明,与野生型对照相比,2个qsh1纯合突变系的落粒性显著降低。进一步分析发现,2个突变系氨基酸翻译均发生改变并提前终止,同时17SZ01突变系qSH1的表达量显著降低。【结论】利用CRISPR/Cas9技术对水稻基因组进行定点编辑定向改良水稻品种落粒性,是一条高效、安全的分子改良育种策略。

水稻抗稻瘟病分子育种的现状及展望

稻瘟病是世界水稻产区最主要的病害。目前除了传统的抗稻瘟病育种外还大规模开展抗性基因的分子育种研究。本文综述了国内外利用已克隆的稻瘟病抗性基因以及各种外源基因进行转基因育种,稻瘟病抗性基因的分子标记筛选及辅助选择育种研究进展。同时,根据我国目前抗瘟育种的现状及所面临的问题提出新策略。

水稻温敏核不育系在高海拔山区的繁殖特性初步研究

在湖南新化海拔800～1000m的山区对水稻温敏核不育系Y58S和株1S的繁殖特性进行了试验研究。结果表明,在800～950m范围内随着海拔升高,两系不育系表现播始历期延长,株高增加,有效穗增多,稻穗增大。海拔900～950m区域试点的结实率和实际产量较高,是进行水稻温敏核不育系高产繁殖的适宜区域。

转溶菌酶基因籼稻在湖南地区的抗稻瘟病研究

以转溶菌酶基因粳稻中花9号[ZH9(R)]与几个湖南地区目前生产上有广泛应用价值但感病的籼型杂交稻亲本9311、MH63、288、E32和PA64s进行一次杂交和多次回交转育,从各转育世代中选育出优良的抗病株系,进而配制新的杂交稻组合,以期获得优良杂交稻亲本新品系。试验结果表明,各转育后代发病情况均明显轻于对应籼稻亲本;在这5个品种中,MH63要优于其它几个亲本,其转育后代抗性和农艺性状也相对优良,且已基本趋于稳定;田间筛选到的353份优良单株的DNA样中检测到269个阳性样,阳性检出率达76.20%,对应田间的抗性表现,吻合率达94.05%。

水稻关键光合功能因子及高光效育种途径刍议

概述了在育种实践中被用以评价水稻光合特性的关键功能因子,分析了水稻高光效育种面临的主要问题,在总结高光效育种研究取得的进展及结合未来高光效育种的发展方向上,指出理想株型培育、提高杂种优势利用水平、外源有利基因导入是水稻高光效和高产育种的有效途径。