水稻粒长基因GS3和qGL3功能标记的设计及应用

水稻粒型是与其产量直接相关的重要性状。在前期研究证实来源于特大粒水稻TD70和籼稻品种Kasalath的重组自交系(RIL)群体中检测到已克隆的粒长GS3和q GL3基因的基础上,通过TD70和Kasalath的GS3、q GL3基因序列差异分析,设计功能标记,检测240个RILs和不同粒长的6个粳稻、9个籼稻中GS3、q GL3基因类型及其效应。结果显示:TD70和Kasalath中的GS3基因和q GL3基因分别在第2外显子上的编码区+165位置和第10外显子上的编码区+1 092位置存在一个由碱基C到碱基A的单核苷酸替换,据此设计了四引物扩增受阻突变体系(Tetra-primer ARMS-PCR)标记,TD70的GS3和q GL3基因分别扩增为270 bp和145 bp条带及448 bp和288bp条带,Kasalath的GS3、q GL3基因分别扩增为270 bp和175 bp条带及448 bp和216 bp条带;240个RILs中含有GS3-T和q GL3-T基因的株系61个,含GS3-T和q GL3-K的株系48个,含GS3-K和q GL3-T的株系17个;不同粒型基因组合的粒长存在显著差异,表现为GS3-T+q GL3-T>GS3-T+q GL3-K或GS3-K+q GL3-T>GS3-K+q GL3-K;长粒型的1个粳稻和5个籼稻品种的GS3基因表现为TD70带型,短粒型的5个粳稻和4个籼稻品种的GS3基因表现为Kasalath带型;所有水稻品种的q GL3基因均表现为Kasalath带型。表明开发的GS3和q GL3基因功能标记是有效的,可用于水稻分子标记辅助育种。

水稻粒长粒重主效基因GS3的功能标记开发与利用

【目的】开发控制水稻粒长和粒重的主效基因GS3的功能标记,并用于对广西晚稻主栽亲本美B的粒长改良,以期获得粒长增加的优良水稻亲本材料。【方法】根据短粒杂交稻亲本美B与长粒亲本宜香B在GS3基因序列的差异,开发GS3基因的功能分子标记M-GS3。利用宜香B为供体亲本,美B为受体亲本和轮回亲本,进行杂交和回交。在利用标记M-GS3对24份水稻亲本及BC2F7群体材料进行了基因分型检测,并对它们的粒长进行了测量。【结果】利用M-GS3对24份水稻亲本材料进行检测,发现在11份材料中含有GS3长粒等位基因,其余13份水稻亲本为GS3短粒等位基因,与24份水稻亲本的粒长表型一致。根据美B和宜香B的BC2F7群体材料基因分型的结果及粒长表型鉴定,筛选到10株农艺性状与美B接近,粒长大于9.5mm的株系,其千粒重、粒长和长宽比均显著高于美B,而株高、有效穗数、穗长和结实率等性状与美B接近。【结论】标记M-GS3能有效检测出水稻亲本材料及育种群体中的GS3长粒等位基因。利用GS3基因进行水稻粒长改良,能有效提高被改良材料的粒长和千粒重。

水稻粒型基因GW2和GS3遗传效应分析

以大粒品种TD70和小粒品种Kasalath为背景材料,分别对其中的GW2和GS3基因进行了反义和超表达载体的构建和转化。结果表明,Kasalath来源的GW2(GW2~K)和GS3(GS3~K)转化TD70的超表达材料籽粒质量均降低,且GW2~K的贡献大于GS3~K;GW2~K和GS3~K转化Kasalath的反义表达材料籽粒质量均增加,GW2~K的贡献大于GS3~K;TD70来源的GW2(GW2~T)转化Kasalath的超表达材料千粒质量显著增加,而TD70来源的GS3(GS3~T)转化Kasalath的超表达材料粒型和籽粒质量没有显著变化,说明不同遗传背景中GW2和GS3的基因效应有差异,但同一背景下GW2对籽粒质量的贡献大于GS3。

水稻粒长基因GS3的功能基因标记鉴定

为了研究水稻粒长基因GS3的功能基因标记,建立水稻分子标记辅助育种技术体系,利用GS3特异引物对13个水稻长粒品种和9个短粒品种进行多态性扩增,回收特异性产物并测序,通过分子生物学比对分析寻找控制水稻长、短粒的功能基因标记。结果表明:在26对GS3特异性引物中,有4对引物扩增出多态性条带,分别是HGS3F3R3、HGS3F7R7、HGS3F10R10和HGS3F15R15,共产生10条多态性带,其中多态比率分别为33.3%、83.3%、50.0%和66.7%。通过NCBI Blast序列比对,确认了GS3功能基因的标记。

籼型杂交水稻恢复系粒长及粒重的分子改良

【目的】通过分子标记辅助选择培育长粒型新恢复系,为杂交水稻长粒型育种提供新的种质资源。【方法】利用常规回交育种、分子标记辅助选择和抗病鉴定,结合粒型和低垩白等形态性状选择,将长粒型基因gs3导入短粒型优良恢复系中间材料R33947中。【结果】培育出了4个新的长粒、低垩白和产量较高的改良系。他们的基因位点没有差异,但粒形和产量性状有明显不同。其中,RGL3株系配合力较好,后定名为成恢637。利用该恢复系与优质香稻不育系川康606A配制的杂交水稻新组合"川康优637"在长江上游区域试验中比对照F优498增产4.7%,米质优良。【结论】通过常规的回交选育、分子标记辅助选择和抗病鉴定,结合优良形态选择的方法,筛选获得4份gs3纯合的优质抗病改良系,为选育新的优质水稻恢复系提供种质资源。育成优良恢复系成恢637,其与优质香稻不育系川康606A配制的新组合"川康优637"具有品质优良、丰产性好、抗病性强等特点。

利用CRISPR/Cas9系统定向改良水稻粒长和穗粒数性状

【目的】基因组定点编辑技术已成为分子育种的重要手段。本研究拟对GS3和Gn1a功能缺失突变对目标性状的改良效应进行分析,以期为培育高产水稻提供理论基础。【方法】利用CRISPR/Cas9系统,以控制粒型基因GS3和控制每穗粒数基因Gn1a为编辑对象,构建了共敲除载体p C1300-2×35S::Cas9-g^(GS3)-g^(Gn1a)a,用农杆菌介导法转化4个优质水稻品种,分析了基因突变的特征和相应农艺性状。【结果】构建的敲除载体成功地实现了对GS3和Gn1a基因的定点编辑。在4个转化受体的T_0代均分别获得了gs3和gs3gn1a的移码突变体。对T_1 代中无选择标记突变体的农艺性状分析表明,突变体gs3和gs3gn1a与野生型相比粒长变长,千粒重增加;突变体gs3gn1a与突变体gs3相比,每穗粒数显著增加。【结论】利用CRISPR/Cas9系统进行水稻基因编辑可以快速改良品种的目标性状,在水稻品种的定向改良方面具有巨大的潜力。

聚合gs3、Pita及Pib基因创制长粒高抗稻瘟病核心粳稻种质

优质粳米的市场需求逐年增大,其中,长粒型粳米由于外观品质优异愈加受到市场青睐。中国的传统粳稻多为短圆粒型,通过引入长粒等位基因,改良短圆粒型粳稻的外观品质,并综合考虑稻瘟病抗性,创制长粒高抗稻瘟病粳稻核心种质意义重大。本研究以著名优质粳稻‘嘉禾212’为长粒gs3基因供体亲本,通过杂交、复交、标记辅助选择及花药培养有机结合的方式,开展了gs3及稻瘟病抗性基因Pita及Pib的聚合工作。研究结果表明,通过上述多种育种手段的有机结合,gs3,Pita及Pib基因被快速聚合,3份具有长粒抗稻瘟病特性的聚合系被成功创制;其中,改良系-2谷粒长宽比相比于圆粒粳稻亲本显著增大,垩白度显著降低,产量和稻瘟病抗性也保持较高水平,可作为长粒优质粳稻培育的核心种质。上述结果为以多基因聚合为目地的分子设计育种提供了理论依据。

黑龙江省4个主栽水稻品种GS3基因克隆及表达模式分析

GS3是克隆的第一个负调控水稻粒长和粒重的基因。本研究在黑龙江省4个主栽水稻品种龙粳31、绥粳18、龙稻18和龙稻21中克隆GS3基因编码区并进行序列分析,发现4个品种的GS3基因都存在可变剪切,共检测到5种剪切类型。根据编码蛋白序列预测,有3种剪切类型是有功能类型。实时定量PCR检测结果表明,4个品种GS3基因均以有功能的剪切类型为主,在穗发育过程中表达呈现逐渐降低的趋势,长粒品种幼穗中表达量低于圆粒品种。本试验结果表明,这4个品种中GS3基因在穗发育过程中对粒长起负调控作用,可作为遗传操作靶位点进行粒形改良。

标记辅助选择结合花药培养改良粳稻‘盐丰47’的外观品质

‘盐丰47’是辽宁省累计推广面积最大的水稻品种,其粒型偏短圆、垩白度较高。而目前,长粒型粳米由于外观品质优异受到消费者喜爱,其商品价值也较高。针对上述问题,本研究通过分子标记辅助选择结合花药培养技术,将源于籼稻的GS3长粒等位基因导入到‘盐丰47’中,并进一步开展改良品系与‘盐丰47’产量、外观品质、加工品质及营养食味品质的比较。结果表明,通过分子标记辅助选择结合花药培养,5个携带GS3长粒等位基因的品系被成功创制,其中改良系-5的外观品质优于‘盐丰47’,产量水平接近‘盐丰47’,而加工品质及营养食味品质与‘盐丰47’相比无显著差异。上述结果为粳稻外观品质改良提供了理论依据及优异种质。