不同氮处理下水稻剑叶叶宽的全基因组关联分析

【目的】探索水稻剑叶叶宽调控及其对氮肥响应的遗传机理,为氮高效水稻新品种的培育提供新的种质资源和基因标记。【方法】以134份水稻地方种质资源为关联分析材料,通过基因组重测序发掘获得了3 356 591个分布于全基因组的高密度SNP位点(single nucleotide polymorphism,SNP)。在大田栽培条件下,以施氮量为主区,品种为裂区的设计,设计低氮(不施氮肥,N0)、正常氮(纯氮96 kg·hm^(-2),N1)和高氮(纯氮192 kg·hm^(-2),N2)3种氮肥处理。于水稻成熟期分别调查水稻剑叶叶宽在低、中、高3种氮肥处理下的表现及响应,结合EMMAX软件计算群体亲缘关系矩阵和EIGENSOFT软件分析群体结构,采用纳入亲缘关系矩阵及群体结构的混合线性模型开展全基因组关联分析。【结果】水稻剑叶叶宽在N0、N1、N2 3种氮肥处理下均呈正态分布,并表现丰富的变异。剑叶叶宽受品种差异及氮水平的影响,且与施氮水平呈显著正相关。在N0、N1、N2氮处理下共检测到14个与剑叶叶宽显著相关的SNP位点。其中,低氮处理下检测到的SNP位点的最小等位基因频率均大于0.46,表明此类SNP在关联群体中广泛存在;中氮和高氮水平下检测到的SNP位点的最小等位基因频率均较小,是一类较为稀有的SNP位点。位于第12染色体上的一个SNP(chr12:15 066 507)位点在正常氮及高氮处理下均被检测到,在高氮处理下还检测到的另一显著性位点,其候选区间内包含一候选基因LOC_Os12g25660,该基因与业已报道的叶宽性状相关基因Os BR6ox同属于细胞色素P450家族。根据不同氮处理下剑叶叶宽的响应,鉴定出20与低氮响应有关的SNP位点,8个位点与高氮响应有关。其中与高氮响应的显著性位点中,位于第1染色体显著性峰候选区间包含业已克隆的与氮素利用相关的基因OsATG7。【结论】通过全基因组关联分析共检测到42个与剑叶叶宽及其在不同氮处理下叶宽响应相关的显著性关联位点。

生防菌BS04防治辣椒疫病机制

从生防菌的根际定殖、防效和诱导防御酶活性3个方面探讨了生防菌BS04防治辣椒疫病的机制。结果表明,生防菌BS04能够在辣椒根际定殖,且定殖密度比较稳定,稳定维持在105CFU/g以上;盆栽试验测定防治效果表明,生防菌BS04的培养液对辣椒幼苗期疫病有较明显的防治效果,防效达85.81%;防御酶活性测定结果显示,接种辣椒疫霉菌后,辣椒叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)和多酚氧化酶(PPO)的活性均显著提高并出现峰值,但生防菌BS04培养液和辣椒疫霉菌共同处理后,各种防御酶的活性有所降低,并表现出相对平缓的状态。

辣椒疫病生防菌的筛选、鉴定及其抑菌机理初探

采用平板稀释法和平板对峙试验,从武汉、荆州、宜昌和荆门等地的辣椒根际土壤中分离到185株细菌,筛选到1株具有高效拮抗辣椒疫霉菌(Phytophthora capsici)的生防菌Bs04。通过形态学观察、生理生化指标测定、16S r DNA序列测定及进化树构建,确定菌株Bs04为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。Bs04对辣椒疫霉菌丝生长抑制率达80%,同时对烟草黑胫病菌(Phytophthora parasitica var.nicotiana)、棉花黄萎病菌(Verticillium dahliae)、棉花枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sb.vesinfectum)和黄瓜立枯病菌(Rhizoctonia solani)具有明显的抑制作用。利用光学显微镜观察Bs04对辣椒疫霉菌丝形态的影响,发现菌丝分支增多、顶端畸形、原生质浓缩及生长缓慢等现象,表明Bs04具有显著的抑菌作用。

辣椒疫病生防菌BS04的培养基优化研究

利用单因素试验与正交试验相结合的方法,对辣椒疫病生防菌BS04的培养基成分进行了优化。单因素试验结果表明,碳源为蔗糖、氮源为蛋白胨和无机盐为MgSO4时有利于生防菌BS04的生长。正交试验结果表明,培养基的最优组合为蔗糖2%、蛋白胨0.5%、MgSO41.5%,在此条件下生防菌BS04抑菌效果提高20%。

水稻淡绿叶基因PGL11的鉴定与精细定位

【目的】叶片是水稻进行光合作用的主要场所,叶片颜色的变化与水稻的生长发育直接相关。发掘水稻叶色突变体,是水稻功能基因组学研究的重要遗传基础。【方法】利用EMS诱变日本晴获得一个能稳定遗传的淡绿叶突变体,暂命名为pgl11(pale green leaf 11)。在不同生育期测定野生型与突变体的叶绿素含量。在苗期,取野生型与突变体叶片进行叶绿体结构的透射电镜观察。在分蘖期,测定野生型与突变体的光合参数并观察气孔结构。在成熟期,测定野生型和pgl11的主要农艺性状。以pgl11为母本,南京6号为父本构建相应的F2群体,采用图位克隆的方法,对该基因进行定位。【结果】从苗期开始,突变体pgl11的每一片新叶均表现为淡绿色,叶绿素含量显著降低,叶绿体发育异常。随着叶片的生长,叶色由淡绿逐渐转绿,至抽穗期时叶绿素含量亦无明显差异。pgl11还表现光合速率、气孔导度明显下降,胞间CO_2浓度上升。扫描电镜观察发现,突变体pgl11的气孔发育异常。与野生型相比,突变体的农艺性状如株高、剑叶宽、二次枝梗数、每穗粒数、粒长、粒宽、千粒重以及结实率等均显著降低。对叶绿素合成、光合作用以及质体发育相关基因的表达量测定表明,突变体pgl11中参与叶绿体转录和翻译相关基因的表达量显著升高,而叶绿素合成和光合作用相关基因的表达量显著下降。遗传分析表明,该突变表型受一对隐性核基因控制。通过图位克隆的方法将该基因定位于第1染色体上的C6和C8标记之间,物理距离约为110 kb。【结论】该定位区间内未见有叶色相关基因报道,推测PGL11基因可能是一个新的水稻叶色基因。

水稻小粒基因SG101的鉴定和精细定位

【目的】籽粒大小是决定水稻产量的重要农艺性状之一,开展水稻籽粒大小相关基因的克隆和功能研究对于阐述水稻产量形成的遗传调控机制具有重要意义。【方法】利用甲基磺酸乙酯诱变粳稻品种中花11,筛选获得一小粒突变体,命名为sg101(small grain 101)。通过形态学、细胞学手段调查了SG101的突变对籽粒大小、穗部主要性状及颖壳细胞数目和大小的影响,通过测定叶夹角和胚芽鞘长度分析其对外施油菜素内酯的差异响应,结合定量PCR技术分析了油菜素内酯合成途径和信号途径相关基因表达情况,并利用图位克隆的手段精细定位了水稻小粒基因SG101。【结果】与野生型相比,突变体sg101粒长和粒宽均极显著减小,从而导致千粒重极显著降低。此外,sg101还表现出结实率降低、穗长变短、二次枝梗数减少、植株变矮等。细胞学观察发现sg101的颖壳细胞大小没有改变,但细胞数目明显减少。定量PCR检测表明sg101中的细胞周期相关基因表达显著下降。另外,突变体sg101对外施油菜素内酯响应迟钝,其油菜素内酯合成途径和信号途径相关基因表达亦显著降低。【结论】遗传分析表明sg101突变体由隐性单基因控制,通过图位克隆的方法将SG101精细定位于第1染色体上,物理距离为265 kb的区间内。这为该基因的克隆及深入的功能研究奠定了基础。