水稻矮秆多分蘖突变体st1的表型特征与遗传分析

分蘖发育相关的水稻突变体是水稻分蘖分子调控机制研究的理想材料。水稻矮秆多分蘖突变体st1之前由辐射诱变获得,通过田间调查突变体st1的主要农艺性状,发现与野生型SIPI的单株有效分蘖数比较,突变体st1的分蘖数显著增加,达到野生型SIPI的3倍以上。将突变体st1与野生型SIPI杂交获得F_(1)代,种植后发现F_(1)代植株的株高和分蘖数均接近野生型SIPI,收获F_(1)代植株上自交的种子即F_(2)代种子,种植后发现存在株高和分蘖数差异显著的2种表型植株,分别有矮秆多分蘖植株和接近野生型SIPI表型的植株。分别统计这2种表型植株在群体中的数量并通过卡方测验检测。结果表明,F_(2)代群体中矮秆多分蘖植株与接近野生型SIPI表型的植株数量比符合1∶3。利用BSA(bulked segregant analysis)测序分析方法定位ST1候选基因,发现有3个主峰,但都没有显著的候选位点。通过qRT-PCR方法检测10个已报道的矮秆多分蘖相关基因在突变体st1中的表达量变化,发现在突变体st1中D53、D3和TE的表达水平都显著下降。

多分蘖玉米分蘖发生规律及密度和播期的影响

以不同类型玉米品种为试验材料,设置不同种植密度和播期,旨在研究多分蘖玉米的分蘖发生规律及其调控。结果表明,玉米各级分蘖与主茎叶片有同伸关系,一级分蘖数(n)与主茎叶龄(N)呈n=N-3对应关系,二级分蘖与一级分蘖也符合上述对应关系。不同类型玉米品种分蘖能力差异显著,墨西哥玉米(MXG)分蘖能力最强,最大分蘖数可达25～40个,科多4号(KD4)达2～4个,五岳97-1(WY97-1)为1～2个,郑单958(ZD958)一般无分蘖。玉米分蘖能力受播期、密度影响,高光热、低密度有利于分蘖发生,随播期推迟,从出苗到出现分蘖的时间缩短,分蘖出叶速度加快,最大分蘖数增加;在45000株hm-2种植密度下,4月25日和6月25日播种的KD4最大分蘖数分别为3.50和4.00个,最终分蘖数分别为2.33和2.00个,分蘖消亡率(消亡分蘖数/最大分蘖数)分别为33.4%和50.0%,在30000株hm-2和60000株hm-2种植密度下具有同样变化趋势。随密度增加,分蘖出现时间推迟,出苗后相同天数对应分蘖叶龄减小,相同主茎叶龄对应分蘖数减少,最大分蘖数和最终分蘖数降低,分蘖消亡率增加;4月25日播种,密度为30000、45000和60000株hm-2下,KD4的最大分蘖数分别为3.80、3.50和3.22个,最终分蘖数分别为3.00、2.33和1.67个,分蘖消亡率分别为21.05%、33.43%和48.14%,6月25日播种处理具有相同变化趋势。

一个控制水稻叶色白化转绿及多分蘖矮杆性状基因hw-1(t)的鉴定

通过空间诱变从光身稻品种Francis的M2群体中发现1株叶色白化转绿、多分蘖矮秆突变体hfa-1。hfa-1在三叶期之前完全白化,随后转绿。白化转绿表型受生长发育和温度调控。亚细胞结构观察发现hfa-1叶绿体发育异常抑制叶绿素合成,造成光合效率降低,产生白化表型。hfa-1的多分蘖表型是由于高节位分蘖芽激活所致,初步鉴定与苗期叶片IAA(吲哚乙酸)含量无关。hfa-1的矮生性则由节间长度缩短所致,与苗期GA(赤霉素)的合成和信号传导无关。遗传分析表明hfa-1的白化转绿、多分蘖矮秆表型受单隐性核基因hw-1(t)控制。利用hfa-1与粳稻品种02428杂交获得的F2群体将hw-1(t)定位在水稻第4染色体长臂上两个InDel标记HW27和HW7间46.9kb的物理距离内,该区域有13个阅读框架,其中LOC_Os04g57320编码IMMUTANTS蛋白,推测为hw-1(t)的候选基因。

水稻叶色白化转绿及多分蘖矮秆基因hw-1(t)的图位克隆

通过增加作图群体的样本量,将控制水稻白化转绿和多分蘖矮秆的基因hw-1(t)定位在第4染色体长臂2个InDel标记HW36和HW7之间24.9kb的物理距离内,该区域含有5个阅读框架。测序及酶切分析表明,突变体hfa-1仅在LOC_Os04g57320产生一个碱基(G→A)的突变,导致翻译提取终止,推断LOC_Os04g57320为hw-1(t)。BLAST分析发现hw-1(t)在水稻基因组中为单拷贝,与拟南芥AtIM和番茄SlPTOX基因同源性较高,但在转录子和蛋白质结构上存在一定差异;基因表达分析显示hw-1(t)属组成型表达基因,表达不受光照影响。

水稻多分蘖矮秆突变体htd1-2的遗传分析和基因定位

文章所采用的多分蘖矮秆突变体为htd1-2(high-tillering dwarf 1-2),是野生型籼稻品种9311经350Gy的60Co-γ射线辐射处理后产生的后代中选育出来的稳定多分蘖矮秆突变体。遗传分析表明,突变体htd1-2多分蘖矮秆性状是由一对隐性核基因的突变造成的。文章利用简单重复序列(Simple sequence repeat,SSR)、酶切扩增多态性序列(Cleaved amplified polymorphic sequence,CAPS)和衍生型CAPS(derived CAPS,dCAPS)等分子标记的方法,最终将多分蘖矮秆基因HIGH-TILLERING DWARF1-2(HTD1-2)定位在水稻第4号染色体116 kb的物理区间内。在该物理区间内有一个已经克隆的控制水稻分蘖的基因HIGH-TILLERING DWARF1(HTD1),经过测序比对和dCAPS特异性分析,认为HTD1就是HTD1-2基因。尽管突变体htd1与突变体htd1-2是等位基因的不同位点发生突变,但是由于遗传背景的不同,两者表型并不完全相同。此外,通过去除分蘖芽的实验证明了突变体htd1-2的矮化部分是由于分蘖过多造成的。

一个矮秆多分蘖水稻突变体的植物激素动态特性分析

【目的】比较水稻矮秆多分蘖突变体与野生型材料间的植物激素含量差异,并分析不同生长调节剂处理对其株高、分蘖的影响,探析植物激素在突变体形态发育过程中的生理功能。【方法】以T-DNA插入引起的矮秆多分蘖突变体(CA648)及对照中花11(ZH11)为供试材料,采用高效液相色谱法(HPLC)分析三叶期、五叶期、分蘖盛期、拔节孕穗期的根、假茎(或茎)、叶中的赤霉素(GA1,GA4)、生长素(IAA)、玉米素(Z)和脱落酸(ABA)的含量,进行CA648与ZH11在不同生长发育时期的不同器官中的植物激素含量差异比较分析;利用液相色谱-串联质谱联用法(HPLC-MS/MS)测定拔节孕穗期根、基部、茎秆及叶片中的IAA、Z及玉米素核苷(ZR)的含量并进行根、茎、叶等不同器官中IAA与Z+ZR含量间的比值差异分析;在CA648与ZH11的不同生长发育时期喷施不同浓度的GA3、IAA、Z及多效唑处理后统计株高、分蘖的变化特性,并比较分析CA648与ZH11对不同生长调节剂处理的反应敏感性差异。【结果】不同生长发育时期的CA648与ZH11的不同器官中的植物激素存在不同变化趋势。GA1+4含量变化情况为在三叶期和五叶期的叶片中两者相差不大,而根和假茎中的含量则是CA648高于ZH11;从五叶期至拔节期,随着生育期延长,ZH11的假茎和根中GA1+4含量升高而叶片中含量降低,但CA648却表现出相反的变化趋势,假茎和根中的GA1+4含量降低但叶片中含量却升高。IAA含量变化情况为五叶期、分蘖盛期时CA648叶片中的IAA含量低于ZH11,而假茎中的IAA含量却高于ZH11;拔节期时,CA648的根、茎、叶中IAA含量均与ZH11对应器官中的IAA含量相差不大。Z、ZR含量变化情况为三叶期CA648的根与假茎中的Z含量都低于ZH11;在拔节期,分蘖部位的基部和茎中的Z+ZR含量为CA648高于ZH11,而叶片中的Z+ZR含量却是CA648略低于ZH11。ABA含量变化情况为在三叶期、五叶期时CA648的ABA含量高于ZH11,而拔节期却显著低于ZH11。IAA与Z+ZR的比值情况为在顶叶、茎秆中是CA648大于ZH11,而在基部和根中则是CA648中的比值小于ZH11。不同浓度GA3、IAA、Z和多效唑喷施处理表明CA648的株高易受生长调节剂的影响。与喷水对照相比,喷施GA3、IAA、Z均能增加CA648的株高,其敏感性依次为GA3处理>IAA处理>Z处理;喷施多效唑后CA648与ZH11的株高均明显降低;虽然CA648与ZH11的株高均受GA3、多效唑等生长调节剂的影响,但CA648更敏感,当喷施的GA3浓度≥288μmol·L-1时,CA648的株高能够达到或超过ZH11的株高;与株高易受生长调节剂的影响不同,CA648的多分蘖特性几乎不受长调节剂处理的影响,无论是否喷施生长调节剂,CA648的分蘖数均远远多于ZH11。【结论】与对照相比,CA648体内的GA1、GA4、IAA、Z、ZR含量及其IAA与Z+ZR的比值有利于矮秆多分蘖性状的形成,即植物激素含量与比例能够反映CA648的生理特性;生长调节剂对CA648的分蘖与株高具有不同调控效果,喷施GA3、IAA、Z和多效唑能够显著改变株高,但其多分蘖特性不受株高改变的影响。

T-DNA插入产生的水稻多分蘖突变的遗传分析

在筛选和鉴定水稻T-DNA(含Basta抗性基因Bar)插入纯合体的过程中,观察到一个多分蘖的突变体。其分离群体中多分蘖和正常分蘖两种植株类型的分离比率为3∶1,符合1对基因的显性遗传。Basta抗性检测、PCR分子检测及Southern杂交证实,该突变体是由单一T-DNA插入引起的,多分蘖性状与T-DNA共分离。该突变材料可用于插入座位的基因克隆。

水稻多分蘖突变体ht1的遗传分析和分子定位

在水稻品种新稻18中发现了一个多分蘖植株,经过多代自交获得了稳定的多分蘖突变株,突变体ht1在整个生育期最显著的特点就是分蘖数目多,是其野生型新稻18的3倍以上。遗传分析表明该基因受1对显性核基因控制,命名为HT1。利用微卫星标记将HT1初步定位于第10号染色体RM25435和RM25552之间,进一步利用极端个体定位法把HT1精细定位于标记RM25523和RM25532之间,HT1基因距它们的遗传距离均为0.05cM,这两标记间的物理距离约为130kb。

水稻矮秆多分蘖突变体mz3的遗传分析和基因定位

通过EMS诱变粳稻品种中花11获得一个稳定遗传的矮秆多分蘖突变体mz3。遗传分析表明该突变性状受一对隐性基因控制,并利用mz3与籼稻品种南京11杂交建立的F2群体,将该基因定位在水稻第6染色体长臂上的SSR标记RM19353与RM510之间约747kb范围内。由于该区间包含控制水稻株高和分蘖的D3基因,结合表型分析,推测突变基因与D3可能为一对等位基因。设计7对引物分别对中花11与突变体mz3的基因进行测序,结果显示,与中花11相比,D3基因在mz3中第636位核苷酸由G突变为A,使得编码色氨酸的密码子TGG突变为终止密码子TGA,导致翻译提前终止。进一步对定位群体中10个隐性极端个体测序,结果显示所有极端个体都带有该突变位点。亚细胞定位结果表明,突变体编码的D3蛋白与野生型一样定位在细胞核中,荧光双分子互补试验结果表明,突变体D3蛋白不能与D14蛋白发生互作,推测突变体编码的D3截短蛋白缺少了与D14互作的氨基酸序列,从而阻碍了独脚金内酯信号传递。因此,mz3表型很可能由D3基因突变引起。

水稻矮秆多分蘖突变体bf370的遗传分析和基因定位

通过中子辐射诱变早籼稻品种红矮B,获得矮秆多分蘖突变体bf370。该突变体与野生型相比表现为植株矮化,分蘖极多。bf370在全生育期内的分蘖数达200个左右,是野生型分蘖数量的14倍以上。遗传分析表明该矮秆多分蘖突变体表型受一对隐性核基因控制。利用突变体bf370与日本晴杂交构建的F2群体将突变基因定位到第1染色体长臂Indel 4与Indel 10之间398kb区域内。测序分析发现,与野生型相比突变体该区段内的D10基因在第2外显子上缺失66bp碱基,导致D10蛋白RPE65结构域22个氨基酸缺失。结合D10其他突变体表型推断,bf370表型极有可能由D10突变所致。

水稻矮秆多分蘖突变体CA648的农艺性状分析及分子验证

以T–DNA插入引起的水稻矮秆多分蘖突变体丛矮648(CA648)及对照中花11(ZH11)为材料,进行农艺性状、F2杂交群体性状分离分析及分子验证。结果显示:CA648表现出矮化、多分蘖、花期延迟等突变性状;CA648与ZH11杂交后的F2群体的不同株高统计结果符合单基因控制的1∶3遗传分离比例,F2代材料中所有抗Basta株系均表现出矮化多分蘖特性,且非抗性株系与抗性株系数量之比符合1∶3分离规律;TAIL–PCR等分子试验结合生物信息学分析结果表明,T–DNA插在8#染色体一个功能未知基因LOC_Os08g34258的内部,该基因编码蛋白可能与Subtilisin inhibitor家族蛋白具有类似功能。

一个矮秆多分蘖突变体的遗传分析和定位

从粳稻品种‘中花11’转基因后代中发现了一个矮秆多分蘖突变体,突变体表现出植株矮化、分蘖力强、穗长变短、叶片变窄及结实率降低等一系列突变表型。遗传分析表明该矮秆多分蘖突变体表型受一对隐性核基因控制,因其与突变体htd1具有相类似的表型,故将该基因命名为htd2。利用籼粳杂交F2群体将突变基因定位在第3染色体短臂上SSR标记RM6038和RM5444之间,与两个标记的遗传距离分别为1.4和2.1cM,两个标记之间的物理距离大约为400kb。

籼型多分蘖矮秆突变体的遗传分析及其相关生理特性

籼型多分蘖矮秆突变体"佳禾丛矮"(Jiahecongai,JHCA)是本研究室在进行成熟花粉辐照诱变育种过程中发现的.遗传分析表明,JHCA同时携带互不等位的半矮秆基因sd-1和另一个由核基因隐性突变造成的多分蘖矮秆基因,暂命名为xmd(t).从JHCA与野生型高秆品种"广场13"(GC13)的杂交后代中分离出只带xmd(t)且遗传稳定的单基因型突变品系"新佳丛"(Xinjiacong,XJC).为揭示xmd(t)突变所造成的多分蘖与茎秆矮化协同出现的机理,对XJC的相关生理特性进行了分析.全生育期去除分蘖芽的试验表明,突变体植株的矮化是由于或部分由于过多分蘖的发生所造成的,该突变体的实质是多分蘖突变体.显微分析和田间分蘖动态观察表明,突变体多分蘖特性的形成是由于分蘖芽发生更早、分蘖级数多、分蘖节位更高,且分蘖持续时间更长所造成的.本研究也表明,多分蘖矮秆突变体是研究水稻分蘖分子机理的理想材料.

水稻突变体D12W191多分蘖表型产生与细胞分裂素的关系

[目的]本研究旨在比较水稻矮秆多分蘖突变体D12W191与野生型‘武育粳3号’的细胞分裂素(CTK)和生长素(IAA)含量差异以及相关基因表达情况,并探究分蘖生长抑制剂萘乙酸(NAA)处理对其分蘖芽形态发育的影响及生理机制。[方法]以野生型粳稻‘武育粳3号’及利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱导突变获得的矮秆多分蘖突变体(编号为D12W191)为供试材料,测定分蘖芽及分蘖节的细胞分裂素(CTK)和生长素(IAA)含量,并分析细胞分裂素合成、降解和响应调节子基因及生长素合成基因的表达差异。[结果]D12W191分蘖芽的玉米素(Z)和玉米素核苷(ZR)含量均高于‘武育粳3号’,在分蘖节中未出现显著差异;与细胞分裂素变化趋势不同,突变体材料D12W191分蘖芽中IAA含量和‘武育粳3号’相比没有差异,而分蘖节中的IAA含量低于‘武育粳3号’。IAA与Z+ZR比值分析表明,突变体D12W191分蘖芽和分蘖节的IAA/(Z+ZR)值均低于‘武育粳3号’。与野生型相比,D12W191的分蘖芽和分蘖节中的细胞分裂素合成基因Os IPT4、Os IPT5、Os IPT7表达上调,细胞分裂素降解基因Os CKX4、Os CKX5、Os CKX9表达下调,细胞分裂素响应调节子基因OsRR6、OsRR7、OsRR11也呈现下调的趋势,而且细胞分裂素合成抑制剂Lovastatin能够完全抑制多分蘖突变体分蘖的发生。生长素合成基因Os YUCCA3、Os YUCCA4在突变体分蘖芽和分蘖节中的表达量与野生型相比无显著差异,而Os YUCCA6在突变体分蘖节中显著下调,在分蘖芽中的表达与野生型处于同一水平。水稻Os TB1基因负调控分蘖的发生,其在突变体分蘖芽中表达明显下调。外源NAA处理抑制了2个材料分蘖芽的生长,并且使Os IPTs基因表达下调,Os CKXs和Os TB1基因表达上调。[结论]D12W191突变体Os IPTs表达上调及Os CKXs表达下调使分蘖芽中内源CTK含量上升,而细胞分裂素信号转导途径负调控因子A型OsRRs基因表达量下降,又增强了细胞分裂素的作用,这些都有利分蘖的发生,外源喷施细胞分裂素合成抑制剂Lovastatin试验结果进一步表明,突变体的多分蘖表型可能是由于分蘖芽中较高的CTK引起的。NAA处理显著抑制了D12W191分蘖芽的生长,这与其对Os IPTs、Os CKXs和Os TB1基因的调控有关。

水稻半矮化多分蘖突变体f2-132的表型分析和基因定位

半矮化多分蘖突变体f2-132由60Co-γ辐射诱变粳稻品种F2-285A获得。遗传分析表明该性状受1对隐性基因控制,已将突变基因定位在第4染色体长臂上2个Indel标记C4-Z3和C4-Z4之间,物理距离为46 kb。该区间内包含一个已报道的多分蘖基因D17/HTD1,对f2-132中的D17基因测序发现编码区第395位的碱基由T突变为C,导致第132位的氨基酸由苯丙氨酸变成丝氨酸。D17/HTD1编码类胡萝卜素裂解双加氧酶7(CCD7,carotenoid cleavage dioxygenase 7),是植物激素独脚金内酯(SLs,strigolactones)合成途径中的重要酶之一。利用SLs的人工合成类似物GR24处理f2-132,其多分蘖表型受到抑制。

水稻DUS测试标准品种丛矮2号矮化多分蘖表型的遗传基础

水稻DUS测试标准品种之一丛矮2号(cl2)具有矮化多分蘖的表型特征,遗传分析表明该性状由1对隐性核基因控制,已将其定位在第4染色体长臂InDel标记C4-CL5和C4-CL4之间。对这2个标记之间一个已报道的多分蘖基因D17/HTD1进行测序,发现cl2中的D17/HTD1基因编码区第1796个碱基由C突变为T,从而导致第599位的氨基酸由脯氨酸变成亮氨酸。同时对另一个来源于粳稻品种日本晴的矮化多分蘖突变体S1-40进行测序,发现D17/HTD1第3内含子3′端拼接点由AG突变为AA,导致mRNA产生2种错误的剪接形式。D17/HTD1编码类胡萝卜素裂解双加氧酶7(carotenoid cleavage dioxygenase7,CCD7),参与新型植物激素独脚金内酯(strigolactones,SLs)的合成。利用SLs的人工合成类似物GR24处理cl2,其多分蘖表型得到抑制。系统进化树分析发现CCD7在几乎所有植物都有同源蛋白,水稻CCD7蛋白与同属禾本科的玉米、高粱和短柄草同源性最高。Real-timeRT-PCR结果显示D17/HTD1基因在植物所有组织都有表达,尤以茎部最高。

多分蘖矮秆水稻突变体的农艺性状及遗传分析

多分蘖矮秆水稻‘tdr(t)’是在半矮秆籼稻品系‘E20’中发现的一份突变体.与野生型‘E20’相比,‘tdr(t)’主要表现为植株矮化,分蘖增多,育性降低,各节间所占株高比例与野生型基本一致,属于矮秆突变体中的dN型.用5个株高正常的半矮秆水稻品种(系)与其杂交,对F1、F2、和BC1F1的遗传分析表明,‘tdr(t)’矮生性是由一对隐性核基因控制.‘tdr(t)’表现矮秆和多分蘖,是研究株高与分蘖发育机理关系的一份较好的材料.

水稻矮秆多分蘖突变体的表型分析及基因克隆

以粳稻品种空育131为材料,经EMS诱变获得一个株型突变体,其表型为植株矮化、分蘖增加及粒型较小等,命名为dmt(dwarf and more tillers)。遗传分析表明,突变体表型受一对隐性核基因所控制。利用独脚金内酯的类似物GR24处理dmt突变体能够恢复野生型表型,说明dmt突变可能与独脚金内酯合成途径相关。利用dmt与空育131构建回交群体,基于BSA和Mut Map相结合的方法,将突变位点定位于第4染色体的LOC_Os04g46470位点,测序表明,该基因在第5个外显子最后一个碱基发生了G到A的突变,使该基因错误剪切,104 bp的第5内含子被转录,导致该基因移码突变。LOC_Os04g46470编码胡萝卜素裂解双加氧酶7(carotenoid cleavage dioxygenase 7,CCD7),是独脚金内酯合成途径的基因。此外,突变体中CCD7的表达量高于对照,也证明dmt中独脚金内酯合成途径突变,造成负反馈抑制减弱。

水稻矮秆多分蘖突变体htd(t)的遗传分析与基因定位

在粳稻品种中花11的组培苗中发现1份可以稳定遗传的矮秆多分蘖突变体,相比野生型,突变体株高明显下降、分蘖能力明显增强。为定位控制该性状的基因,以该突变体和野生型杂交构建遗传群体,与籼稻黄华占构建定位群体,再利用SSR和In Del分子标记定位该基因。遗传分析表明,矮秆多分蘖突变体受1对隐性核基因控制,暂命名为htd(t)。利用F2代定位群体将突变基因定位于第4号染色体标记RM1345和ZM4-12之间,遗传距离分别为3.9和2.6 c M。序列分析表明,htd(t)可能为HTD1的等位基因。

水稻分蘖调控基因HTD3的克隆与功能研究

【目的】克隆水稻分蘖相关基因,为构建理想株型水稻,提高粮食产量提供理论基础及有利基因资源。【方法】在常规大田种植条件下分别比较突变体htd3(high-tillering dwarf 3)与野生型在幼苗期、抽穗期和成熟期表型及主要农艺性状差异,利用图位克隆方法克隆候选基因,利用荧光定量PCR方法分析HTD3及独脚金内酯和脱落酸相关基因的表达水平,测序比对分析HTD3在147份种质资源中的自然变异情况。【结果】与野生型相比,突变体htd3的分蘖芽生长较快,分蘖数和有效穗数显著增多,株高、一次枝梗数和每穗粒数显著降低,结实率和千粒重没有显著变化。遗传分析表明,htd3多分蘖的性状受一对隐性核基因控制。图位克隆将HTD3基因定位在第12染色体CM8和CM10之间约63.5 kb的物理区间内,互补转基因实验证明该区间内LOCOs12g21710为控制突变体多分蘖表型的基因。HTD3在野生型和突变体中呈组成型表达,该基因突变会引起部分独脚金内酯和脱落酸相关基因的表达水平上调。水稻品种中HTD3编码区G2674A自然变异使得分蘖数显著增多。【结论】HTD3是最近报道的T20/MIT1基因的一个新的等位基因,HTD3突变导致水稻出现分蘖适度增加,株高略矮的表型,在培育理想株型水稻和高产育种上具有较大的应用潜力。