籼型血缘渗入对北方粳稻产量和品质的影响

【目的】分析籼型血缘渗入对粳稻品种产量和品质的影响,为优化籼型血缘利用的北方粳稻育种方案提供理论基础和基因组资源。【方法】以籼粳交重组自交系(RIL)及从黑龙江省、辽宁省、山东省和江苏省收集的74份不同年代粳稻主栽品种为试材,结合基于Illumina HiSeq2500平台的全基因组高通量测序和多地表型调查,分析籼型血缘对北方粳稻产量和品质的影响,并使用CRISPR/Cas9基因编辑技术对籼型血缘渗入所引入的不利基因进行基因敲除。【结果】分析RIL发现籼型血缘与穗长、粒长呈显著正相关,与碾磨品质呈负相关,其中,与整精米率达到显著水平。籼型血缘在江苏省与直链淀粉含量呈显著负相关,与粗蛋白含量呈显著正相关。籼型频率与粒形的相关性随着纬度的增加而增强,而与穗长和整精米率的相关性随着纬度的增加而减弱。通过调查粳稻主要稻区不同年代主栽品种,发现籼型血缘渗入位置和比例并不是均匀分布在12条染色体上,在第1、10、11和12染色体上,籼型血缘分布较多。江苏省和辽宁省主栽品种的籼型血缘显著高于黑龙江省和山东省,而且2000年后育成的品种籼型血缘显著高于2000年之前的品种。各粳稻区不同年代主栽品种籼型血缘渗入显著增加了每穗粒数,籼型血缘渗入区域中包含多个抗性和育性相关基因。在盐丰47的第5染色体上有一段籼型血缘渗入片段,包含籼型粒型调控基因GS5和籼型垩白调控基因Chalk5,增加了盐丰47的千粒重,但影响了其垩白性状。应用CRISPR/Cas9技术敲除盐丰47的Chalk5,纯合基因编辑植株的粒形与盐丰47相似,其垩白性状得到了显著改善。【结论】籼型血缘渗入主要通过增加每穗粒数增加粳稻产量潜力,但对碾磨品质有负面影响。通过全基因组高通量测序挖掘品种不良等位基因,结合CRISPR/Cas9基因编辑打破籼粳杂交育种中的遗传累赘是一种高效的育种辅助手段,可以针对目标性状进行快速准确的改良。

北方粳稻优化穗部性状和籼型血缘改良品质研究进展

进入"十一五"以来,以沈阳农业大学水稻研究所为首的北方粳稻育种团队,以提高北方粳稻品质为主攻目标,以改良穗部性状为突破口,以调控籼型血缘为主要途径,在相关性状遗传与生理基础、种质资源创新与新品种培育研究方面取得了显著进展.(1)明确了直立穗型由一对显性基因EP1控制,表现穗节间缩短、枝梗数和穗粒数增多、着粒密度增大,在改善产量性状的同时影响外观和加工品质.研究发现,东北粳稻引进籼稻遗传背景,有利于提高产量潜力,但是对品质特别是食味品质带来负面效应.(2)首创水稻理想穗型概念,提出或改进颈穗弯曲度、穗型指数、维管束效率、一次枝梗效率、籼型频率等行之有效的选择指标.在此基础上建立了北方优质高产粳稻理想穗型量化选择指标体系:颈穗弯曲度<40°、穗型指数>0.50、维管束效率≥0.75、一次枝梗效率≈1.0、一次枝梗数≥15、糙米率≥83%、整精米率≥68%、垩白粒率≤10%、食味值≥80;控制籼型频率在10%左右,有利于实现产量与品质特别是食味品质的协调统一.(3)系统总结归纳上述研究成果,创立了以优化穗部性状和籼型血缘为特色的北方粳稻品质改良理论与技术体系:选择优良籼粳交后代,以优质高产粳型种质资源进行回交或复交,通过定向选择优化籼型血缘提高食味品质,增加穗颈维管束数和一次枝梗数,选择二次枝梗上位优势型降低强弱势粒充实度差异,实现在保持产量水平基础上加工、外观和食味品质同步改良.促进21世纪以来东北粳稻单产增加16.60%,面积增加96.88%,总产占全国的比例由9.51%提高到17.91%,实现了面积、单产和品质同步显著提升.此外,本文还讨论了相关领域存在的问题与发展方向.

开颖促进剂RHS_(1)对含粳型血缘籼型不育系开花习性的影响

【目的】探究开颖促进剂RHS_(1)对2个含粳型血缘的籼型不育系开花习性的影响,为繁殖制种利用开颖促进剂调控花时提供理论依据。【方法】以含粳型血缘的籼型不育系神农4A和18A为材料,采用单因素完全随机区组设计方法,设0.1 mL/L的开颖促进剂RHS_(1)药剂处理和清水对照(CK),调查对比不同处理供试材料的单穗开花花时动态、单穗开花历期、单穗日开花动态、颖花开颖角度、颖间距、包颈率、柱头外露率及闭颖情况。【结果】开颖促进剂RHS_(1)不仅可提早花时和提高花时集中度,还可提高花期集中度。与CK相比,RHS_(1)处理可使花时提早0.5 h,可使花时集中度(以午前花率衡量)提高3.72%~13.55%;可使花期集中度(以开花历期衡量)提前0.10~4.64 d;但不同材料的花时、花期对RHS_(1)响应的敏感性存在差异。与CK相比,开颖促进剂RHS_(1)对开颖角度、颖间距、柱头外露率、包颈率及闭颖情况无显著影响(P>0.05)。【结论】开颖促进剂RHS_(1)在配套使用技术成熟的前提下可作为调节花时的药剂之一在生产中推广使用。

利用InDel和SSILP标记分析北方粳型超级稻的遗传组成

为明确籼稻血缘对北方粳型超级稻育种的贡献,利用89对籼粳特异性引物(34对InDel和55对SSILP)对15份粳型超级稻品种以及与其系谱密切相关的21份材料(12份1977-1999年育成的常规粳稻品种和9份1963-2000年育成的日本品种)的遗传组成进行分析。结果表明,15份粳型超级稻品种均含有一定的籼型血缘,且不同地区超级稻品种所含籼型基因频率(Fi)有所不同;对不同年代育成的参试材料的Fi进行比较分析,发现超级稻品种籼型基因型频率最高,Fi为0.068;12份常规粳稻品种次之,Fi为0.033;9份日本品种几乎不含有籼型血缘,Fi为0.011;表明随着时间的推进,近现代以来育成品种的籼型基因频率逐渐增加。