葡萄糖焦磷酸酶基因与巨胚基因聚合创建营养功能稻

以利用农杆菌介导glgC-TM基因而获得的水稻优质晚粳品种中超123Ts代纯系作为葡萄糖焦磷酸酶（ADP—glucose pyrophosphorylase，AGP）基因的供体亲本，与营养功能粳稻品种巨胚1号为酽基因供体亲本进行杂交。通过单株稻米籽粒胚性状的形态观察并结合分子标记检测，在64个F4代候选株系中共筛选到16个同时带有glgC-TM／ge双基因的聚合株系。对其中综合性状较好、籽粒大的5个株系种子分别进行胚重、米质理化指标和γ-氨基丁酸（GABA）含量的测定。与AGP基因的供体亲本中超123相比，5个含glgC-TM／ge双基因聚合株系稻米的百粒胚重最小增幅为70．2％，最大增幅为119．0％，达极显著水平；GABA含量的增加幅度为102．93％～194．14％。所选株系的千粒重均超过巨胚1号，差异达极显著水平；而稻米的胶稠度、碱消值和直链淀粉含量等品质指标的变化不很明显。偏籼型的glgC-TM／ge聚合株系直链淀粉含量均显著高于双亲中超123和巨胚1号；而偏粳型的glgC-TM／ge聚合株系与双亲没有显著差异。研究结果表明，glgC-TM和驴基因在聚合株系稻米籽粒总淀粉的合成和胚的形成中都得到充分表达，增加了稻谷千粒重和米胚大小，但对直链淀粉的合成影响不大。认为利用生物技术与传统技术相结合的分子设计育种来调整稻米的营养功能结构和产量是一条行之有效的途径。

一个水稻巨胚新等位基因ge鉴定及分子标记开发

巨胚米富含的γ-氨基丁酸(gamma-amino butyri cacid,GABA)具有缓解和预防血压上升的功效。本研究对江苏地方巨胚种质10217巨胚基因进行了克隆,发现其GE基因编码区有三个位点发生突变,第1090个碱基由C突变为G;第1302个碱基由T突变为G;第1467个碱基由G突变为A,提前形成一个终止密码子TGA。10217中ge基因是一个新的ge等位基因。本研究根据ge基因突变位点设计了一对共显性的CAPS标记GE-2,对10217/日本晴的F2分离群体进行分析后,证实GE基因突变导致了10217巨胚表型。本研究开发GE-2标记能区分GEGE、GEge和gege三种基因型,可直接用于ge基因的分子标记辅助选择育种和基因聚合育种。

水稻巨大胚基因的分子定位

应用粳稻金南风巨大胚突变体和籼稻南京１１杂交Ｆ２群体５８个植株构建了包含７４个分子标记位点的遗传连锁图。对巨大胚基因进行了分子定位，结果发现巨大胚基因与第７染色体上ＲＧ６７８紧密连锁，两者之间的遗传距离为６．２ＣＭ，与同一染色体上的另一探针ＲＺ３９５之间的遗传距离为１３ｃＭ。根据巨大胚（ｇｅ）、褐色果皮（Ｒｃ）基因经典连锁图上的位置，将第７染色体分子图谱与经典图谱进行了整合。

1个新巨胚等位基因的鉴定与表达分析及其性状考察

该研究以‘超2-10’水稻和‘上师大5号’巨胚水稻为材料,分析了2种水稻的胚重、胚与糙米质量比、巨胚性状的遗传,克隆和分析了其巨胚基因（GE）序列,并对巨胚基因进行了表达分析。结果显示：（1）‘上师大5号’的胚重、胚与糙米质量比均极显著大于‘超2-10’,且‘超2-10’的胚重接近或大于一些已报道的巨胚水稻;（2）‘上师大5号’巨胚表型由1对隐性基因控制,并与韩国巨胚稻‘M-2-565-11-3-B（ge）’属于相同的等位基因突变;（3）‘超2-10’、‘上师大5号’和‘M-2-565-11-3-B（ge）’3种水稻各自具有1个新的GE等位基因,它们的突变位点分别位于启动子、启动子及编码链、编码链;（4）‘上师大5号’启动子及编码链都有突变的GE等位基因（gec）,在开花后4~7d的颖果中表达量持续增加,完全不同于只有编码链突变的GE等位基因呈持续下降的表达模式。该研究首次报道了突变在启动子、突变同时发生在启动子及编码链2种新型巨胚等位基因。

水稻籽粒厚度基因GT1的连锁分析

水稻的籽粒性状包括粒重、粒长、粒宽、粒厚和长宽比等,是影响水稻产量的重要因素,水稻的粒厚性状是籽粒性状的重要组成部分,是水稻重要的经济性状。经多年观察,水稻的巨胚性状与粒厚性状存在连锁遗传,本研究对这两个性状进行了连锁分析,并尝试对粒厚基因GT1进行分子标记定位,为今后对粒厚基因进一步的研究提供参考。

“上师大5号”巨胚水稻巨胚基因分子标记的建立

巨胚水稻"上师大5号"的巨胚基因(gec)编码链与正常胚水稻相比,在+125处有一个单碱基突变。根据这个单核苷酸的差异,本研究建立了一个CAPS(AluⅠ)分子标记及检测方法。研究显示:"上师大5号"巨胚基因PCR产物经AluⅠ酶切产生4个片段,分别是18 bp、76 bp、91 bp和273 bp;正常胚水稻巨胚基因PCR产物经AluⅠ酶切产生3个片段,分别是18 bp、76 bp和364 bp。两者之间主要差异在于273 bp和364 bp两条带;"上师大5号"与正常胚水稻杂交的F1代植株巨胚基因PCR产物经AluⅠ酶切能产生5条带,大小分别是18 bp、76 bp、91 bp、273 bp和364 bp,同时具有273 bp和364 bp两个特征性条带。开展本研究可为今后以"上师大5号"巨胚水稻为亲本,采用分子标记辅助选育巨胚水稻新品种奠定了重要的基础。

水稻巨胚突变体的基因克隆与功能研究进展

巨胚稻是以巨胚突变体为材料培育而来的功能稻,其胚比普通稻大2~3倍,因富含γ-氨基丁酸和矿物质元素等营养物质而受到广泛关注。巨胚突变体是一类由基因突变导致胚显著增大的突变材料,利用这些突变体科学家克隆了3个控制胚增大的基因GE (Giant embryo)、LE (Large embryo)和GO (Goliath)/PLA3 (Plastochron3),初步解析了水稻胚的发育调控机制,并对巨胚稻籽粒的营养组分、理化特性及其应用进行了研究。结果表明,胚的发育机制复杂,受到多方面的调控影响,当前人们对巨胚形成机制的认知仍然有限。巨胚突变体中营养物质显著高于普通水稻,但其氨基酸代谢通路并不清楚。此外,针对巨胚突变体糙米和萌发糙米的理化性质研究较少,制约了人们对巨胚稻的开发和利用。本研究主要综述了水稻巨胚突变体基因的克隆及功能研究最新进展,以期拓展我们对胚发育调控网络的认知,为巨胚稻的进一步开发和利用提供科学依据。