我科学家破解复粒稻“三粒一簇”之谜

复粒稻是一种独特的水稻种质资源,与普通水稻穗子上种子粒粒分明不同,它结出的种子可以三粒长在一簇上,因此又被称为“三粒奇”,但这“三粒一簇”特性的机制一直未被破解。近日,中国农业科学院作物科学研究所童红宁团队联合福建省农业科学院水稻研究所、中国科学院遗传与发育生物学研究所,从基因层面揭示了复粒稻“三粒一簇”的遗传机制,为培育高产水稻新品种提供了理论基础和新途径。相关研究成果于北京时间3月8日发表在国际期刊《科学》上。

复粒稻特征特性及复粒发芽机制研究

[目的]探究多雌蕊型复粒稻的多米粒的发芽特性及发芽机制。[方法]采用复粒稻谷粒及剥去颖壳的米粒发芽,观察发芽情况,分析复粒稻的发芽机制。[结果]复粒稻中多米粒发芽不完全,生长靠外颖的米粒发芽影响不大,靠内颖的米粒发芽受到一定限制,位于中间米粒基本不能发芽。双粒型、三粒型复粒稻谷粒的平均发芽率分别为6%、2%;而复粒稻谷粒去掉颖壳后,各米粒发芽正常,发芽率均达96%。[结论]复粒稻中多米粒均具有能发芽的潜力,颖壳是制约复粒稻复粒稻多米粒发芽的主要因素。

复粒稻花器结构与子房的发育动态

为明确复粒稻颖花中柱头、子房和米粒的发育特性,对复粒稻品系复816花器结构与子房发育动态进行了观察。结果表明:1)花器中柱头数目为2～13枚,以5～6枚的颖花较多,分别为25.83%和23.02%;子房数目为2～3个的颖花较多,分别为48.81%和38.72%,子房与柱头的比例最大为1∶7;花药数目5～9个,分别为8.16%、14.29%、17.35%、16.33%和3.07%。2)小穗中所有的子房在开花1～2d后膨大,但后期只有部分膨大子房能灌浆发育成完熟米粒;膨大子房数目越多的小穗,成熟后形成复粒的概率越大,但并非形成的米粒数越多;单穗间复粒率变异较大,其中,双粒率的变异范围为13.25%～39.13%,三粒率的变异范围为0～5.89%,群体的平均复粒率为24.86%,含四粒及更多粒的情况极少出现。3)米粒在灌浆发育过程中,靠外颖侧的米粒发育成长最早最快,靠内颖侧次之,而中间米粒成长发育最慢;双粒型内外颖粒重差异表现为靠外颖生长的米粒粒重显著高于靠内颖生长的米粒粒重,但三粒型不同部位米粒重差异不显著。

复粒稻种质资源及其遗传育种利用

水稻(Oryza sativa)是世界上最重要的粮食作物之一,也是单子叶植物发育分子生物学研究的理想模式植物。穗部形态是影响水稻产量的重要因素,也是当前水稻遗传改良和发育生物学研究的热点之一。复粒稻是发生于水稻穗粒部的一种突变体材料,在形态上可分为小穗簇生型和颖壳多雌型两种,有自然突变、杂交变异和理化诱变等多种来源途径。作为一种特异的水稻种质资源,复粒稻在水稻新材料创建、复粒型新品种选育、改善杂交制种结实性及探讨单子叶植物成花机理等方面具有重要的研究价值,对创造复粒新型育种材料、提高穗着粒密度及穗粒数、有效缩短穗长度、改良水稻植株性状及提高产量等都具有重要意义。该文综述了复粒稻的资源类型、来源途径、遗传分析、基因定位及其育种利用价值等方面的研究进展,并提出了今后的研究方向,以期为水稻遗传育种提供参考。

水稻小穗簇生突变体的遗传分析及其基因的初步定位

小穗簇生稻是发生于水稻穗部的一种突变体,复粒稻属于簇生稻的一种类型,为了进一步明确复粒稻中所含簇生基因Cl的遗传机理,本研究利用复粒稻与日本晴、R8258、H103、泸恢99配制4个杂交组合,获得杂种F1、F2分离群体,对F1、F2群体进行簇生性状的形态观察与遗传分析。结果表明,F1群体表现部分显性,F2群体出现3:1显隐性状分离,这表明该性状受1对不完全显性基因控制。利用Gramene数据库查得均匀分布于12条染色体上的695对SSR标记对复粒稻与日本晴,复粒稻与R8258两个杂交组合的F2群体进行了分析,发现第6染色体的RM454、RM20300、RM7434和RM162与Cl基因连锁,距离Cl基因的遗传距离分别为3.85cM,1.19cM,4.29cM和4.33cM。根据Gramene网站上这几个引物已测得的遗传位点,将Cl基因定位于RM20300和RM7434之间。这为Cl基因的分子标记辅助选择育种和图位克隆奠定了基础。

富前沿

科研人员破解复粒稻遗传密码。最近,中国农业科学院作物科学研究所童红宁团队联合福建省农业科学院水稻研究所、中国科学院遗传与发育生物学研究所,破解了国际关注近百年的水稻种质资源——“复粒稻”形成的遗传基础,揭示了植物激素油菜素内酯(BR)调控水稻穗粒数的机制,为培育高产水稻新品种提供了理论基础和新路径。相关研究成果发表在国际期刊《科学》上。