栽培稻与高州普通野生稻耐铝性的比较研究

【目的】研究栽培稻品种耐铝性及高州普通野生稻耐铝性的特点,明确供试品种中的耐铝品种和铝敏感品种,以及野生稻中的耐铝材料,为定位来自高州普通野生稻的耐铝基因奠定材料基础。【方法】以Al3+浓度为25、50和100μmol·L-1的简单钙溶液处理1d后的苗期种子根或野生稻离蘖茎新生根相对根伸长量(relative root elongation,RRE)的大小评价材料的绝对耐铝性,以各材料的RRE与耐铝性对照品种日本晴的RRE之比作为相对根伸长比衡量材料的相对耐铝性。【结果】供试品种间、不同Al3+浓度、不同处理时间对水稻种子根相对根伸长量RRE的影响均存在显著差异(P<0.0001);综合来看,日本晴、L202、辽粳944和88B等为耐铝品种;以Al3+浓度为50μmol·L-1的简单钙溶液处理1d后的RRE为指标衡量不同基因型材料的耐铝性是可靠的。广东高州普通野生稻种子根在Al3+浓度为50μmol·L-1简单钙溶液处理1d后RRE值表明,材料之间的耐铝性存在极显著差异(P<0.0001)。有55个编号材料的RRE≥0.50,为耐铝性材料。与栽培稻耐铝对照品种日本晴相比较,以50μmol·L-1Al3+浓度的简单钙溶液处理1d后RRE值大于日本晴(RRE=0.6198)的供试野生稻有37个编号(GZW020的RRE最大,为1.8730)。对高州普通野生稻离蘖茎新生根以Al3+浓度为50μmol·L-1溶液处理1d后RRE的比较,发现RRE≥0.50的耐铝性材料有13个。相关性分析表明,相同编号的野生稻其种子根RRE和离蘖茎新生根的RRE之间具有极显著的相关性(R=0.76012,P=0.0041)。认为高州普通野生稻材料蕴藏有耐铝的基因,随后在以栽培稻铝敏感品种华粳籼74为受体、耐铝野生稻GZW087为供体的BC3F2世代19个株系的耐铝性检测中发现2个株系具有耐铝性,表明来自野生稻亲本的耐铝性传递到了回交后代。【结论】水稻品种间耐铝性存在显著差异,广东高州普通野生稻有丰富的耐铝特性,这为定位其耐铝基因及创新水稻耐铝资源奠定了重要的材料基础。

转基因水稻基因飘流研究十年回顾

中国是世界最大的水稻生产国和亚洲栽培稻的起源中心之一。随着中国转基因水稻研发的快速发展,需要研究水稻转基因飘流可能对环境和食品安全带来的潜在风险。基因飘流及其数据是对转基因水稻进行科学评估和监管的重要参数。为此,从2002年开始组建了研究团队,对转基因水稻的基因飘流进行了为期10年的系统研究。取得的结果主要包括:(1)阐明了水稻基因飘流的基本规律,揭示了影响水稻基因飘流的生物学和气象学主控因子。沿水稻开花期的主流风向,采用长方形田间试验设计,分别在三亚、广州和杭州3个点2-3个生长季,研究了纯合转bar基因花粉供体L201或B2(姐妹系,抗除草剂Basta)向19个非转基因受体(包括不育系、常规稻品种、杂交稻F1和普通野生稻)在不同距离上的基因飘流率,明确了转基因向不育系的飘流率最高,向普通栽培稻品种的基因飘流率最低(相邻种植时小于1%或0.1%),向普通野生稻的基因飘流率介于不育系和常规稻之间,向不育系的最大基因飘流率比向普通野生稻和栽培稻要大1-3个数量级;基因飘流率随距离增加呈负指数曲线衰减,且存在急剧降低的"拐点","拐点"的距离与试验点水稻开花期的风速密切相关,广州和杭州为1-2 m,三亚约为5 m;采用圆形、以花粉供体为中心的田间试验设计,以异交结实率很高的不育系博A作受体,清晰地解析了风向与基因飘流率的数值关系,主流和次主流风向下游4个扇区的基因飘流事件累计达90%-96%,而逆风向和侧逆风向4个扇区仅为4%-10%。综上所述,水稻转基因飘流率与常规育成品种间的异交率(一般在1%以下)基本相同,在数量级上转基因并未增加新的风险。(2)建立了以气象资料为参数的水稻花粉扩散和基因飘流普适模型,计算和预测了中国南方稻区17省、市的最大基因飘流阈值距离(maximum threshold distances,MTDs)。受东南季风和地形地貌的影响,中国南方稻区MTDs的空间分布特征为:东西之间有自东向西逐渐减小的趋势,南北之间首先在南方丘陵地区逐渐减小、越过南岭后再向东南沿海地区逐渐增大。(3)利用人工构建的普通野生稻与基因(Bt或bar)飘流后代栽/野F1杂种混栽群体,经多年多代跟踪观察,分析了转基因飘流至普通野生稻后的命运,发现栽/野F1杂种在3-5年后完全消失,混栽群体中检测不到外源的Bt和bar,有理由推测普通野生稻具有自我保护的机制。(4)研究了小规模田间试验中采用花期隔离和布帐隔离措施降低水稻基因飘流率的效果;调查了海南、广东、广西普通野生稻原生境居群与相邻种植的栽培稻花期相遇情况,建立了相应的数据库;研究了基因拆分技术作为生物学限控措施从根本上限控基因飘流的效果;以本研究的结果及对国际上主要农作物基因飘流的调研数据为基础,提出了在水稻基因飘流风险评估和监管中采用分类管理和阈值管理的原则。在10年回顾和科学分析的基础上,对未来研究的重点也进行了展望。

从普通野生稻中鉴定栽培稻F_1花粉不育座位Sb的中性基因

花粉不育是栽培稻(Oryza sativa L.)籼粳亚种间杂种F1普遍存在的现象,是杂种优势利用的主要障碍之一.至少有6个基因座位控制籼粳亚种间F1的花粉不育,各座位存在的花粉育性中性基因可望克服各自的不育性,所以挖掘和利用不同座位的花粉育性中性基因具有重要意义.本文在栽培稻F1花粉不育基因Sb座位已精细定位和广东高州普通野生稻(O.rufipogen Griff.)(以下简称高州野生稻)具有丰富遗传多样性的基础上,分别以粳稻台中65(编号为E1,基因型SbjSbj)及其Sb座位的近等基因系E2(基因型SbiSbi)为母本,12份不同编号的高州野生稻分别为父本,组配成对测交组合并检测各组合F1的花粉育性,初步鉴定可能具有花粉育性中性基因的材料,并发展相应的F2群体,利用4对与Sb座位紧密连锁的分子标记,分析上述成对测交组合F2群体分子标记的分离情况,并与花粉育性的分离进行统计检验.结果表明,编号为GZW099的高州野生稻与E1及E2组配的成对测交组合的F1花粉育性分别为(89.22±1.07)%和(85.65±1.05)%,表现正常可育且经t检验差异不显著;4对分子标记在相应的F2群体中的3种基因型分离比例符合孟德尔分离比例(1:2:1),且3种基因型对应的平均花粉育性差异不显著,说明该编号的野生稻在Sb座位携带的等位基因与台中65及E2的等位基因均不存在显著互作,因此鉴定GZW099在Sb座位携带花粉育性中性基因,命名为SbnSbn,为进一步研究和克服籼粳杂种不育性提供了理论基础和遗传资源.

普通野生稻中S5n基因的鉴定及其胚囊育性研究

普通野生稻具有丰富的遗传多样性,蕴藏许多有利基因.利用S5n功能性标记对来自中国14个不同居群的441份普通野生稻进行检测,发现其中18份可能携带有S5n基因,全部为杂合型,分别来自5个居群,包括广东遂溪13份,广西玉林2份,海南临高、广东高州和江西东乡各1份.进一步对这些材料S5座位可能存在的缺失及其两端DNA进行测序,发现全部材料缺失的DNA片段都与已知携带有S5n的品种02428一致,说明这18份材料确实存在S5n基因.对其中的15份材料自交一代进行基因型检测,检测到3种不同的基因型植株,其分离比(S5iS5i/S5jS5j:S5nS5i/j:S5nS5n)严重偏离1:2:1,其中S5n的杂合型和纯合型植株比例明显偏少,说明部分S5n配子可能无法正常受精.对4份代表性材料的S5座位进行全序列测定并与栽培稻比较,显示普通野生稻S5n序列出现少数碱基的差异.初步推测S5n基因在普通野生稻中已形成,属于古老的基因.对携带有S5n材料的胚囊育性进行研究,发现育性总体偏低,表明这些材料还可能存在除S5座位外决定胚囊育性其他座位的互作.

水稻S5^n基因的分子进化及功能比较

S5n基因是克服水稻亚种间杂种胚囊不育性最主要因子之一,了解其序列特征对于揭示其起源或进化以及在分子育种上的应用具有重要意义.本文以48份携带有S5n的栽培稻品种和野生稻为材料,通过对其S5n的全序列进行测定,并选择在编码区序列差异较大的品种(系)与籼粳测验种进行测交组配F1,研究不同序列S5n在克服水稻亚种间杂种胚囊不育性效应的差异.结果表明,48份材料的DNA全序列与对照02428完全一致的有15份,其他33份存在不同程度的变异.变异位点,包括颠换、转换和缺失等,共有24个.编码区的变异主要发生在外显子2,其中变异最大的8份材料在1710～1719bp处缺失了10个碱基,包括尼瓦拉野稻IRW501和栽培稻品种粤泰B等.S5n序列变异没有偏向性,说明S5n是中性进化基因.通过构建S5n全序列及其编码区编码氨基酸系统NJ树,将48份材料归为4类,其中大部分的栽培稻聚成一类,普通野生稻聚成一类,8份缺失10个碱基的材料聚为一类,其他的材料聚成一类.利用WE-CLSM(whole-mount eosin B-staining confocal laser scanning microscopy)对测交F1的胚囊育性观察表明,不同S5n序列材料组配测交F1的胚囊育性均比对照明显增加,彼此间没有显著差异,显示它们都能克服亚种间的胚囊不育性,也间接证明S5n是功能缺失基因.