外源氨基酸对层出镰刀菌菌丝生长和伏马毒素合成的影响

由层出镰刀菌引起的水稻穗腐病,不仅造成水稻产量损失,而且因产生真菌毒素而导致稻米品质下降。本研究通过在生长培养基中添加外源氨基酸,评价其对层出镰刀菌菌丝生长和伏马毒素合成的影响。结果表明,不同氨基酸和不同添加量对菌丝生长均有影响。与未添加氨基酸的对照相比,在MM培养基上添加L-精氨酸、L-谷氨酸、L-脯氨酸和L-瓜氨酸,在PDA培养基上添加L-谷氨酸,均抑制菌丝生长。添加氨基酸显著提高了伏马毒素含量,且随着氨基酸浓度升高,在PDA中产毒量减少,在MM中则呈增加趋势。外源氨基酸明显改变了伏马毒素生物合成基因在转录水平上的表达,但基因表达模式与毒素含量并不一致。综合分析表明,外源氨基酸会影响层出镰刀菌菌丝生长和伏马毒素含量,且不同氨基酸组分与菌丝生长和伏马毒素合成的关联性不同。

我国水稻主栽品种抽穗期多样性的遗传分析

抽穗期决定着水稻品种的地区和季节适应性,我国水稻品种抽穗期表现出丰富的多样性。设置长、短日照和高、低温4种环境,分析了来自我国各稻区的83份粳稻和51份籼稻共134份水稻主栽品种的抽穗期感光性、感温性及基本营养生长性。回归分析表明我国水稻主栽品种的抽穗期与其感光性、基本营养生长性呈显著线性相关。高纬度地区的水稻品种往往具有弱的感光性和基本营养生长性,低纬度地区的品种感光性和基本营养生长性较强。利用一套抽穗期近等基因系对这134份品种抽穗期基因型进行了分析。结果表明,感光基因E1与基本营养生长Ef-1位点的不同基因型对我国水稻主栽品种抽穗期多样性起着重要的作用。大多数带有非感光等位基因e1的品种感光性与基本营养生长性都相对较弱,抽穗期较短;而携带感光性等位基因E1或E1t的品种的感光性与基本营养生长性都相对较强,抽穗期较长。在Ef-1位点,携带显性早熟等位基因Ef-1的品种,其基本营养生长性较弱,抽穗期较短;而携带早熟效应较弱的等位基因Ef-1t或迟熟等位基因ef-1的品种,其基本营养生长性较强,抽穗期较长。同时,各主基因的不同基因型在我国各稻区或各种类型水稻中的分布频率也表现出不同的特点。这些结果将对我国水稻种质的合理利用及广适应性水稻新品种的选育具有重要的指导意义。

我国华北地区粳稻品种抽穗期遗传分析

设置长、短日照和高、低温共4种环境,分析了我国华北地区14份主栽粳稻品种的抽穗期光、温敏感性及基本营养性。结果表明,华北地区多数粳稻品种表现出感光性,但感光性大都偏弱,抽穗期长短与品种的感光性呈显著线性相关。此外,大多数品种对温度也比较敏感。并利用一套抽穗期主基因近等基因系对这些品种抽穗期基因型进行了分析。结果表明,所有华北地区粳稻品种都携带主效感光基因E1,而在Se-1位点,有11个品种为非感光的Se-1e,同时,有13个品种都携带早熟基因Ef-1,另外,有9个品种还携带具有一定感光抑制效应的hd2。这些结果从基因型角度揭示了华北地区粳稻品种具有一定的感光性和较短的基本营养生长期的原因,为华北地区选育适宜抽穗期的粳稻品种提供了依据。

水稻苗期低温白叶突变体 cde2的鉴定和基因定位

从粳稻品种Asominori的组培后代中发现了一个温度敏感的叶绿素缺乏突变体。低温(23℃)条件下该突变体幼苗3叶期前表现为白化表型随后致死,但在正常温度条件下与野生型无明显差异(30℃)。与野生型相比,该突变体幼苗低温条件下叶绿素含量明显下降,叶绿体结构发育异常。遗传分析结果表明,该突变体受一对隐性核基因控制,定名为cde2(chlorophyll deficient 2)基因。从cde2与籼稻品种培矮64衍生的F2群体中挑选1064株表现为突变表型的单株进行基因定位,将该基因初步定位于水稻第1染色体的着丝粒附近,随后利用已有的SSR标记和自行开发的Indel标记,进一步将该基因定位在标记RM11041和Indel1之间,物理距离为365.6kb。此外,对该突变体叶绿素合成、光合作用以及质体转录/翻译系统相关基因的表达量测定表明,CDE2突变后增加了与叶绿素合成和质体转录/翻译相关基因的表达,但降低了光合作用相关基因的表达。结果表明,CDE2在水稻叶绿素合成以及叶绿体的发育过程中起着重要的作用。

利用CRISPR/CAS9技术编辑水稻香味基因Badh2

【目的】香稻作为一类特殊的水稻群体,以其清香可口的品质特性备受消费者的欢迎。到目前为止,水稻中的香味主要受第8染色体上编码甜菜碱醛脱氢酶基因Badh2控制。【方法】通过CRISPR/CAS9技术对中花11的香味基因Badh2进行编辑。【结果】获得转基因T_0代植株并对其所衍生的T_1代20个单株进行了鉴定分析,获得了一个剔除了载体骨架且第1外显子上插入一个碱基T的突变体材料。该材料中Badh2 RNA水平显著下调;利用GC-MS技术测定野生型及突变体材料籽粒2-乙酰-1-吡咯啉含量,结果表明突变体材料中的香味物质显著增加;此外,我们还对野生型及T_2代香型植株水稻产量及稻米蒸煮食味品质进行了考查及测定分析,发现除分蘖数及结实率呈现出显著差异外(P<0.05),其余各项指标在两组材料间都无显著差异。【结论】通过CRISPR/CAS9技术成功地对水稻香味基因进行了编辑,可为香稻育种提供丰富的理论指导,加快香稻的育种进程。

蛋白质影响水稻米饭食味品质的机理

以杂交中籼丰两优1号组合为材料,设置不同的播期和收获期,分析稻米主要品质指标(直链淀粉、总蛋白含量、RVA特征值等)和米饭食味品质,并用二硫苏糖醇(DTT)或蛋白酶(Trypsin)分别打破样品蛋白质二硫键或酶解蛋白质后,观察RVA特征谱和膨胀势的变化,旨在明确蛋白质对不同食味品质样品RVA的影响,进而探索蛋白质影响米饭食味品质的机理。结果表明,第3播期(6月13日)稻米品质主要指标(直链淀粉、总蛋白、膨胀势、RVA特征值)与第4播期(6月23日)样品差异不显著,但食味品质明显好于后者;分别经蛋白酶处理后,第3和第4播期样品RVA上升段斜率差异不显著,但前者后段冷却后回升斜率明显小于第4播期。由于影响RVA特征谱后段凝胶刚性的主要因素是淀粉与水之比,刚性随淀粉凝胶中含水量减少而提高,食味品质较好的第3播期米粉经蛋白酶处理后,凝胶刚性小且减弱程度大,这可能是蛋白质酶解后形成蛋白质碎片的持水能力弱,即淀粉与水之比低,由此推测蛋白质影响米饭食味品质可能在米饭蒸煮后阶段,即可能与蛋白质水合后持水能力差异有关。

我国西南地区粳稻品种抽穗期的遗传分析

设置长日高温、长日低温、短日高温和短日低温4组环境,对我国西南地区26份主栽粳稻品种的感光性、感温性及基本营养生长性进行了分析。西南地区各粳稻品种表现出不同程度的感光性和感温性,基本营养生长性整体表现适中,品种间也存在着一定的差异。回归分析发现,抽穗期长短与品种的感光性呈显著相关,感光性是影响西南地区粳稻品种抽穗期长短的主要因素。以一套抽穗期主基因近等基因系以及2个QTL近等基因系为测验品种分析26份粳稻品种的抽穗期基因型。结果表明,西南地区粳稻品种携带有显性早熟等位基因Ef-1或Ef-1t,多数品种在E1位点都携带主效显性感光等位基因E1或感光性比E1稍差的E1t;在Se-1位点,大部分品种携带非感光等位基因Se-1e;另外,有22个品种还携带可部分抑制Se-1、E1表达的隐性感光抑制因子hd2。进一步明确了我国西南地区粳稻品种的抽穗期基因型,揭示了该地区粳稻品种具有不同程度感光性、感温性和适中基本营养生长性的遗传基础,为该地区粳稻品种的选育和推广提供了依据。

一个控制水稻株高QTL qPH3的遗传分析

利用D50/HB277衍生的重组自交系群体,对水稻株高进行QTL分析。在杭州和海南两种环境条件下,共检测到6个控制株高的加性效应QTL,分别位于第1、2、3、4、6和8染色体上,其中,位于第3染色体的QTL qPH3效应较大,在两种环境条件均能稳定表达且贡献率分别为16.52%和16.60%。进一步筛选获得1个剩余杂合体,对其衍生的RHL-F2群体进行遗传分析,其qPH3检测贡献率达76.13%。通过后代验证,最终将其锁定于标记RM16211和RM16237之间物理距离约204kb区域内。这将为该基因的精细定位及克隆奠定基础。

我国部分早籼品种及杂交早籼骨干亲本抽穗期遗传分析

设置长、短日照和高、低温4种环境,分析了我国长江中下游和华南地区早籼水稻品种和杂交早籼骨干亲本共19份材料的抽穗期光温敏感性及基本营养生长性。结果表明,这19份早籼材料(包括杂交稻亲本)都表现出弱感光性,其中16份材料对温度比较敏感。这些早籼材料的基本营养生长性整体较弱,但是个体间表现出一定的差异。抽穗期长短与每个材料的基本营养生长性呈显著线性相关。利用一套抽穗期主基因近等基因系对这些早籼材料抽穗期基因型进行了分析。结果表明,所有早籼材料均带有隐性非感光位点hd2,大多数早籼材料都带有显性早熟基因Ef-1,而在Se-1和E1两个主效感光基因位点,所有早籼材料不带或只带有一个感光等位基因。这些结果从基因型角度揭示了早籼材料具有弱感光性和较强感温性,是其适合在我国华南双季稻作区和华中单双季稻作区作早稻种植的原因,为早籼水稻品种的选育及推广提供了重要依据。

一个水稻“斑马叶”叶色突变体基因zebra leaf2(zl2)的图位克隆

从粳稻品种Asominori组培后代中获得一个稳定遗传的黄绿相间叶色突变体(zebra leaf 2,zl2)。该突变体在苗期表现为黄绿相间的斑马状,分蘖后期斑马叶性状逐渐减弱,到抽穗期叶片逐渐变为淡黄色。与野生型相比,zl2在3叶期、分蘖盛期、抽穗期及成熟期叶片的叶绿素、类胡萝卜素含量显著降低,成熟后其结实率、千粒重、株高也显著下降。电镜观察结果显示,苗期zl2叶片黄色部分叶肉细胞中叶绿体显微结构发生了明显的异常,而绿色部分与野生型基本一致。遗传分析结果表明,zl2突变性状受一对隐性核基因控制。从zl2与籼稻品种南京11衍生的F2群体中挑选1607株表现为突变性状的分离单株,最终将该突变基因定位于第11染色体约164.3kb的区域内。基因预测表明该区域内存在13个ORFs,其中ORF12编码一个类胡萝卜素异构酶,序列分析表明突变体中的该基因第10个内含子与第11外显子的交界处碱基A突变为T,导致cDNA发生错误剪切,缺失4个碱基,产生移码突变,并于第395个氨基酸处提前终止。RT-PCR分析表明,相对野生型在突变体中ZL2的表达量显著下降,同时叶色相关基因PORA、RbcL、RbcS、Cab1、Cab2、psaA、psbA、OsDVR表达量也显著下降,而HEMA1、YGL1、V1、V2、SPP、OsPPR的表达量显著上升。结果表明ZL2在水稻叶绿素合成及叶绿体发育中起着重要作用。

水稻类病斑突变体lmm4的鉴定及其基因定位

在EMS诱变的日本晴突变体库中,筛选到一个类病斑突变体。该突变体类病斑出现于分蘖始期,而后慢慢扩散至叶鞘、茎秆,最后至整个植株,属于扩散型类病斑突变体。相比野生型,突变体的lmm4的株高明显降低,有效穗数减少,穗长缩短,结实率、每穗实粒数、千粒重均显著降低。遮光处理实验表明,突变体lmm4类病斑的产生受自然光诱导。突变体lmm4的光合色素含量和净光合速率明显低于野生型。电子显微镜观察发现突变体类病斑部位叶肉细胞中的叶绿体结构发育异常。台盼蓝染色实验表明突变体类病斑部有大量的死亡细胞。二氨基联苯胺染色实验表明类病斑部位有过氧化氢沉积。稻瘟病抗性鉴定结果表明,与野生型相比,突变体lmm4对C7和G1等稻瘟病菌生理小种的抗性明显增强。实时PCR分析证明在突变体lmm4中防卫反应相关基因POC1、PAL、PBZ1、PR1的表达量显著提高。遗传分析表明突变体表型符合单隐性核基因控制的遗传规律。lmm4定位在第5染色体着丝粒附近Ind-4和Ind-6之间大约235kb的区域内。

我国水稻种业发展现状与对策浅析

种业是我国农业发展的重要基石,水稻种源自主可控是保障国家粮食安全的根本基础。我国水稻传统育种技术创新力强,知识产权保护体系较为完善,但新兴育种技术仍存在发展空间。因此,未来我国仍需加大财政支持力度,提高种业核心技术研发能力等,不断提高水稻种业科技创新能力。

超级稻品种中嘉早17产量相关性状QTL定位研究

以中嘉早17/D50F_2和F_（2∶3）群体为材料,考查各群体株系产量相关农艺性状,同时构建其遗传连锁图谱,最后定位到与产量性状相关的66个QTL,其贡献率变幅为0.08%~20.45%,分布于除第9染色体外的其他各染色体上。两个群体在第3、7、10染色体某区段同时定位到多个与产量性状相关的QTL,这些QTL的加性效应来自中嘉早17。在定位到的66个QTL中,F_2和F_（2∶3）群体均检测到,且贡献率较大的QTL qPH-10（株高）、qFLW-4（剑叶宽）、qTGW-2（千粒重）加性效应均来自中嘉早17。初步检测到超级稻品种中嘉早17携带多个高产QTL,为今后将中嘉早17的优良基因导入其他水稻品种进而培育产量更高、综合性状更优良的超级稻新品种提供理论和技术支持。

粳稻柱头外露率QTL定位

【目的】柱头外露是影响杂交水稻制种的一个重要性状。本研究旨在初步鉴定控制柱头外露率的QTL。【方法】以高柱头外露率粳稻两系不育系大S×低柱头外露率热带粳稻品系D50的F_2群体及海南陵水、浙江杭州两地重复种植的F_(2:3)群体为材料,考查F_2群体及陵水、杭州两地两次重复F_(2:3)群体单边柱头外露率(PSES)、双边柱头外露率(PDES)和柱头总外露率(PES)。【结果】相关分析表明,单边柱头外露率、双边柱头外露率和柱头总外露率之间存在极显著的正相关。根据构建的大S×D50 F_2群体遗传连锁图谱,QTL分析检测到水稻柱头外露率QTL 21个,分布于第1、2、3、4、6、7和12染色体上,贡献率变幅为0.1%~57.6%,除个别贡献率极低的位点外,绝大部分QTL加性效应来自于高值亲本大S。其中位于第4染色体和第12染色体的两个位点q PDES4,q PES12在F_2和两次重复F_(2:3)群体中均检测到,贡献率分别达17.86%和16.98%。位于第3染色体的q PES3位点在陵水、杭州两次F_(2:3)群体中重复检测到,贡献率高达25.6%。【结论】检测到的QTL,有些与其他学者报道的处于同一位置,有些则是新的柱头外露率QTL。这些水稻柱头外露率QTL为今后柱头外露率基因精细定位、克隆、以及利用分子标记辅助选择(MAS)选育高柱头外露率粳型不育系提供理论依据。

太湖流域晚粳品种抽穗期的遗传分析

设置人工长短日照、高低温环境对太湖流域20份晚粳水稻品种的光、温敏感性及基本营养生长期进行分析,结果表种携带感光等位基因E3或E3t;在Se-1位点,携带的主要是非感光等位基因Se-1e,还有部分品种为主效显性感光等位基因Se-1n;另外,大部分品种还携带可以部分抑制Se-1、E1表达的隐性感光抑制因子hd2。

水稻品种USSR5早熟性的遗传分析(英文)

USSR5为极早熟的前苏联品种,以抽穗期近等基因系和抽穗期QTL近等基因系为测验品种,对USSR5的抽穗期基因型进行分析,表明USSR5携带了非感光基因e1、无感光功能的Se-1e基因、感光抑制基因i-Se-1和显性早熟基因Ef-1,从而使它表现极早熟的特性。此外,本研究调查了USSR5和N22的BC1F1和F2群体的抽穗期,利用WindowsQTLCartographer1.13a软件,采用复合区间作图法,在全基因组范围内,分析了南京夏季正常日照条件下2个群体的抽穗期QTL,在USSR5/N22//USSR5BC1F1群体,共检测到2个位点,分别位于第7、8染色体上,其LOD值分别是6.11和2.91,对表型总变异的解释率分别为27.38%和11.15%,2个位点上来自USSR5的等位基因均提早抽穗。在USSR5/N22F2群体,共检测到5个位点,分别位于第1、2、7、9、10染色体上。5个位点LOD值介于3.02～8.4,对表型总变异的解释率分别为4.07%和15.41%。除qHd-9外,其余控制抽穗期的4个基因位点上提早抽穗的等位基因均来源于USSR5。比较分析发现效应较大的qHd-7即是Hd4(E1),USSR5在该位点上携带非感光基因hd4(e1)。尽管本研究定位的其它抽穗期QTL和已知抽穗期基因之间尚不能一一对应,但在早熟性水稻品种选育中,USSR5将可作为良好的基因源加以利用。

水稻叶色突变分子机制的研究进展

叶色突变表型明显、易于鉴别,在高等植物叶绿素代谢、叶绿体结构、功能和发育机理等基础研究中具有重要意义。目前在水稻中已定位约80个叶色突变位点,涉及除第12条染色体外的所有染色体,并已成功克隆出多个叶色相关基因。本文从叶绿素代谢、叶绿体发育、花青素代谢及核-质信号传导等方面,综述目前已克隆的水稻叶色突变相关基因的功能、表达模式和作用机理,阐述水稻叶色突变的分子机制。

高产杂交早稻新组合株两优173的特征特性与栽培、制种技术

株两优173是中国水稻研究所和湖南金健种业有限公司用两系不育系株1S与恢复系R173配组育成的籼型两系杂交早稻新组合,2010年通过国家农作物品种审定委员会审定。该组合表现优势强,具有高产稳产、抗性较好、适应性广等特点,适宜在湖南、江西、浙江、湖北、安徽南部等长江中下游双季稻区作早稻种植。

水稻粉质胚乳突变体flo7的理化性质及基因定位

淀粉约占水稻胚乳干物质总量的80%,胚乳中淀粉的组分与含量以及颗粒结构决定了稻米品质。从粳稻品种日本晴(Nipponbare)组培后代中获得了一个稳定遗传的粉质胚乳突变体flo7(floury endosperm 7)。该突变体胚乳表现为白色不透明粉质状,同时突变体种子粒长有所增加,而粒宽、粒厚和千粒重均显著降低。与野生型相比,在灌浆过程中突变体flo7籽粒中干物质的积累量减少,而葡萄糖、果糖等游离糖含量增加。突变体flo7成熟种子的直链淀粉含量和胶稠度显著下降,而碱消值显著增加。胚乳横截面扫描电镜分析发现,突变体flo7胚乳中淀粉颗粒形状不规则,排列疏松。遗传分析表明flo7粉质状胚乳突变表型符合单隐性核基因控制的遗传分离规律。以突变体flo7和南京11杂交衍生的F2群体为材料,利用简单重复序列(SSR)和插入缺失(Indel)分子标记,将flo7定位在第12染色体长臂末端C2-11和C5-15之间,物理距离为95.1kb,该区间内包含13个开放阅读框(ORF)。在籽粒灌浆过程中利用实时荧光定量PCR分析淀粉合成相关基因的表达,发现在突变体中多个淀粉合成相关基因表现出不同程度的上调和下调,表明FLO7在水稻种子中淀粉的合成与调控中起着重要作用。

利用CRISPR/Cas9创造早熟香味水稻

黑龙江省是我国最大的水稻种植区,近年来水稻种植面积不断增加,为加快高纬度、低积温的地区品种选育进程,本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对第二积温带主栽品种绥粳14的抽穗期基因Hd2、香味基因Badh2进行编辑。通过T_1代的分子鉴定,Hd2和Badh2基因被敲除而且基因型纯合。田间鉴定表明,转基因抗性标记也被成功剔除的两个株系,绥粳14-d1和绥粳14-d2,比绥粳14提早13天左右。利用咀嚼法、氢氧化钾浸泡法和气相色谱-质谱联用技术(GCMS)测定香味,结果显示绥粳14-d1和绥粳14-d2中香味物质2-乙酰-1-吡咯啉(2-AP)含量显著高于绥粳14。综合以上结果,本研究利用基因编辑技术,成功获得了改良的抽穗期缩短香米品种,为早熟、优质水稻品种的选育提供了理论指导,加速了育种进程。