东乡野生稻苗期耐冷性的QTL定位

【目的】研究东乡野生稻苗期耐冷性的QTL和连锁标记,为水稻耐冷种质资源的利用及分子标记辅助选择育种提供理论和实践依据。【方法】以东乡野生稻作为非轮回亲本,南京11号为轮回亲本,构建144株BC2F1分离群体。通过SSR标记以根电导率作为耐冷性指标,以复合区间定位法对东乡野生稻苗期耐冷性进行QTL定位。【结果】检测到2个QTL qRC10-1和qRC10-2均位于第10染色体,对表型的贡献率分别为34.13%和37.02%,是两个主效的QTL。在与2个QTL的连锁标记RM171周围发展分子标记进一步定位,检测到3个QTL位于标记RM171附近。【结论】东乡野生稻第10染色体上的2个QTLqRC10-1,qRC10-2与苗期耐冷性有关,并位于SSR标记RM304-RM1108区间,可用于水稻耐冷性分子标记辅助选择育种。

利用籼稻资源中的“隐蔽有利基因”提高粳稻苗期耐冷性

苗期低温是制约东北水稻生产的一个重要逆境因子,培育苗期耐低温的水稻品种是解决这一问题最有效的途径之一。以粳型恢复系C418为轮回亲本与7个来自不同地域的供体杂交和回交培育BC2F2群体,利用沈阳春季田间自然低温进行耐冷筛选,并对入选的177个苗期耐冷导入系后代在自然和人工气候室两种不同强度的低温胁迫条件下的苗期表现进行评价。结果表明,虽然供体亲本均为苗期耐冷性弱的品种,但在全部回交后代中均出现耐冷性的超亲分离,表明这些供体亲本均携带对耐冷性有利的"隐蔽基因",但组合间的耐冷性选择效率存在较大差异。以人工气候室低温胁迫后的存活率为耐冷性鉴定指标,导入系之间出现广泛分离,田间筛选入选比例高的BG300和中413导入系群体中,出现存活率高的导入系后代比例较其他群体高,说明在同一轮回亲本遗传背景下回交后代的耐冷水平取决于供体。在室内严格低温条件下表现为强耐冷性的导入系在相对温和的自然低温胁迫下表现为苗高、苗干重较非胁迫条件生长抑制不明显,且能够促进根系生长。结果表明,大量的耐冷有利基因以"隐蔽"的形式存于水稻种质资源中。通过利用来源广泛的种质资源作为供体进行回交育种,对回交后代进行严格耐冷筛选,可有效选育高产耐冷水稻品种和有价值的育种材料。

利用回交重组自交系群体检测水稻苗期耐冷性基因座

以98个Nipponbare／Kasalath∥Nipponbare回交重组自交家系（BILs）组成的群体为材料，进行水稻苗期耐冷性数量性状基因座的检测和遗传效应分析。25℃正常条件下培养水稻幼苗至二叶一心期，6-10℃低温处理7d，之后缓慢升温至25℃，缓苗4d，调查死苗率，并以死苗率作为苗期耐冷性强弱的表型值，分析亲本和98个BILs的苗期耐冷性表现。采用Windows QTL Cartographer 1.13a软件的复合区间作图法，共检测到2个苗期耐冷性QTLs，分别位于第2和第3染色体上，命名为qSCT-2和qSCT-3。2个QTL的LOD值分别为3．81和2．86，可解释群体表型变异的13．69％和9．31％。对苗期冷害具有抗性的2个数量性状基因座均来自苗期耐冷亲本Nipponbare。

水稻苗期耐冷性QTLs的分子定位

进行耐冷性数量性状(QTLs)的精细定位,可为水稻耐冷性分子育种提供条件.以籼稻品种二九青和粳稻品种Yukihikari杂交后自交8代得到的79个重组自交系(RIL)群体为材料,用89个微卫星标记构建了该群体的分子连锁图谱.用4种低温处理21d的幼苗高度作为耐冷性指标,对RIL群体进行了耐冷性分析.4种温度条件下共定位了10个耐冷性数量性状位点,其中2个QTLs在4种环境条件下都能检测到,1个QTL在三种环境条件下能检测到,6个QTLs在2种环境条件下能检测到,而1个QTLs却只能在1种环境条件下检测到.10个QTLs可解释的表型变异从4.85%到22.47%.位于第1染色体上的RM104和位于第9染色体上的RM160位点,在4种环境下都能稳定表达,是对环境条件相对稳定的QTLs,可作为苗期耐冷性分子标记辅助选择育种的依据.

利用水稻F_2分离群体进行苗期耐冷性数量性状基因定位

利用典型粳稻品种北海289和典型籼稻品种Dular杂交的118个F2分离群体为材料,构建了一张包含79个微卫星标记的水稻分子连锁图谱.以低温下幼苗生长高度、叶绿素含量、致死温度处理后的枯萎和死苗为耐冷性指标,进行了苗期耐冷性数量性状位点(QTLs)分析.以低温下幼苗高度为指标,定位了3个分别位于染色体1,3和9上的3个QTLs;而在染色体2,8,9和11上分别检测到与低温下叶绿素含量有关的4个QTLs;用枯萎和死苗定位的4个QTLs则分别位于染色体5,9和12(两个)上.这些QTLs控制的表型变异最小的仅为3.82%,最大的达34.66%.位于染色体9上的RM160位点是一个同时具有抵御低温下幼苗生长迟钝、缺绿、枯萎和死苗的多效基因位点.

云南稻核心种质苗期耐冷性及其地理生态差异

采用Nagamine等（1991）法研究了598份云南稻核心种质在稻作区划间、地州间苗期耐冷性强弱、变异程度及其地理生态差异。结果表明，稻作区划间苗期耐冷强弱差异较大，平均耐冷级别为：Ⅰ（4．70）〉Ⅱ（4．78）〉Ⅴ（4．79）〉Ⅲ（534）〉Ⅳ（5．36），40份强耐冷种质频率为Ⅱ（45％）〉Ⅰ（25％）〉Ⅲ（22．5％）〉Ⅴ（5．0％）〉Ⅳ（2．5％），其变异系数为Ⅱ（32．22％）〉Ⅰ（31．28％）〉Ⅴ（29．65％）〉Ⅲ（19．66％）〉Ⅳ（19．59％）；揭示了苗期耐冷性与低温胁迫下水稻冬存育秧、冷泉水密切相关，其耐冷基因源是云南南部地区冬季育秧和滇中一带苗期倒春寒长期协同进化的结果；苗期而冷种质广泛存在于热带、亚热带和温带地区，品种间苗期耐冷差异也明显。云南稻核心种质16个地州平均苗期耐冷强弱差异较大。根据气候、生态、云南稻种多样性及其苗期耐冷性等将云南稻作区划分为重冷害多样性贫乏区、冷害多样性中区和轻冷害区三部分。其中，曲靖、大理、楚雄、昆明和丽江5个地州平均耐冷级别3．65-4，32，0-2级苗期强耐冷种质占27．5％（2．5％～10％）和高海拔冷泉水苗期灌溉，属于重冷害多样性贫乏区；文山、红河、思茅、保山、德宏和临沧6个地州平均而冷级别4．45～5．40，0-2级苗期耐冷种质占70％（5％～30％）和冬春育秧，属于冷害多样性中区；怒江、玉溪、昭通、迪庆和西双版纳5个地州平均耐冷级别5．05～5.87，0-2级苗期耐冷种质占2．5％（0～2．5％），属于轻冷害多样性扩散区。水稻冬春育秧种高海拔冷泉水灌溉在云南稻核心种质苗期耐冷基因源演化中起了重要作用。

利用分子标记进行水稻苗期耐冷性相关性状的QTLs研究

用二九青和Yukihikari杂交后再经 8代自交得到的 79个重组自交系 (RIL)群体为材料 ,构建了包含 89个微卫星标记的分子连锁图谱。以低温下缺绿、枯萎死苗为指标对水稻苗期耐冷性数量性状位点 (QTLs)进行了定位。在 1 7℃ ,1 8℃和 1 5～ 2 0℃ 3种不同低温处理情况下 ,以叶绿素含量为指标 ,共定位了 1 1个QTLs ,它们分别位于染色体 1 ( 2个 ) ,2 ( 2个 ) ,3,5 ,6 ,7,8,9,1 2上 ;其中 3个QTLs在 3种环境中都能检测到 ,1个QTL在 2种环境中检测到 ,而其余 7个QTLs只能在 1种环境中检测到 ;1 1个QTLs各自引起的表型变异为 5 .6 8%～ 2 7.42 %。以枯萎死苗作为指标共定位了 5个QTLs,分别位于染色体 3,4,7,8,1 1上 ,各QTL控制的表型变异范围为 7.6 5 %～ 49.34 %;其中位于染色体 1 1上的RM2 2 4位点引起的表型变异达 49.34 %,是一个主效QTL。缺绿和枯萎死苗都是不耐冷品种受低温影响的表现 ,但从分子图谱定位的结果看 ,它们是由不同的基因位点控制的 ,没有连锁遗传关系。由此推断 。

甜菜耐低温种质筛选和苗期耐冷性鉴定

利用人工气候箱,采取耐低温发芽筛选方法,对50份二倍体甜菜种质进行低温胁迫处理,筛选出耐低温的种质12份,芽期耐冷指数≥0.76。通过苗期耐寒性鉴定发现,这12份种质的苗期耐冷能力与芽期基本一致,但个体间对低温的反应速度及持久性表现存在差异,其中,6份资源具有更强的苗期耐冷能力。试验证明,甜菜种质苗期冷害的生理临界温度为3～6℃,在该低温阈值下,耐冷性强的种质对温度变化不太敏感,而耐冷性弱的资源对温度变化较为敏感。1～2℃是甜菜冷害的发生温度,耐冷性强的资源表现为停滞生长,子叶皱缩卷曲,真叶和下胚轴出现似烫伤表现,逐渐死亡;耐冷性弱的资源受冷害症状较早出现,很快发生畸变和死亡。

云南籼稻核心种质回交后代苗期耐冷性研究

早春低温和连续阴雨是导致籼稻烂秧的主要因素之一,筛选耐冷的种质资源,将耐冷性基因导入高产的籼稻品种之中是防止低温冷害最为经济有效的方法。加强籼籼稻杂交后代的苗期耐冷性研究,可为籼稻耐冷性育种提供条件。以235份云南籼稻核心种质和云南主栽籼稻品种滇屯502(Oryzasatica)配制的杂种F5、BC1F4、BC2F3和BC3F2代为材料,在昆明自然条件下,对亲本及其后代进行苗期(三叶)耐冷性研究。结果表明,(1)不同回交世代与杂种与亲本间的苗期耐冷强弱差异较大,总体趋势为回交供体亲本>F5>BC1F4>BC2F3>BC3F2;揭示了随着回交世代的增加,其回交杂种苗期耐冷性减弱,越来越趋于轮回亲本,在耐冷育种上对回交供体亲本及其早世代材料进行选择更易获得苗期强耐冷材料。(2)同一稻作区,回交供体亲本的苗期耐冷强于杂种后代;稻作区划间,回交供体亲本及杂种F5总趋势相近,滇中一季籼稻粳稻区和滇东北高原粳稻区材料耐冷最强,而BC1F4、BC2F3和BC3F23个回交世代存在一定差异。

水稻苗期耐冷性鉴定技术的研究

据杭州27年的气象资料、生产实践以及自然和人工控温条件下的耐冷性试验,籼稻苗期耐冷性鉴定的适宜处理条件为3叶期于10℃(昼)/6℃(夜)低温下连续处理7天或6叶期在同样温度下连续处理5天,并以秧苗卷叶程度确定其耐冷性。64份早籼品种的耐冷性表明,同一品种,3叶期和6叶期的耐冷性存在显著差异,一般6叶期弱于3叶期。根据不同叶龄期的耐冷性强弱,供试品种主要可以分为3强6强、3强6弱、3弱6强、3弱6弱4种类型。圭陆矮8号、矮南早39、早丰收等耐冷性较强,可用于早籼的耐冷性育种。

低温胁迫对不同粳稻品种苗期耐冷性及生理指标的影响研究

水稻苗期冷害是影响早春季节和高纬度地区水稻成苗和秧苗生长的重要限制因素之一。本研究利用低温胁迫的苗期、返青分蘖期、颖花分化期与成熟灌浆期试验对东北中部黑土稻区粳稻品种进行耐冷性鉴定,其中对水稻叶片叶绿素含量、游离脯氨酸(Pro)含量指标进行研究分析。结果表明:在冷水胁迫下水稻中的叶绿素含量要低于常温种植下水稻中的叶绿素含量;在冷水胁迫下水稻中的Pro含量要高于常温种植下水稻中的Pro含量。经过数据总结分析,可明显发现吉粳809与秋田小町两个品种耐冷性更强,表现出来的抗冷性更为稳定,属于优质耐冷品种,更适于东北地区种植。

水稻苗期耐冷性研究进展

低温冷害严重威胁水稻生产,加快水稻耐冷性状的改良、选育耐冷品种对促进水稻高产、稳产具有重要的意义。概述了水稻苗期冷害的鉴定方法与评价指标、苗期耐冷QTL定位、苗期耐冷相关基因克隆和低温胁迫的信号转导等方面的研究进展,并对今后水稻耐冷性研究提出了建议和展望。

云南稻核心种质苗期与孕穗期耐冷性特点及关系分析

以544份云南地方稻核心种质为材料,在昆明自然低温(苗期平均5.5～12.3℃,孕穗期平均17.8℃)冷害下,按籼粳、稻作区进行云南稻核心种质苗期耐冷性与孕穗期耐冷性的特点及关系研究。结果表明:(1)苗期耐冷性与孕穗期耐冷性密切相关,苗期耐冷性强的材料表现为孕穗期株高、剑叶长和宽、穗颈长、穗下节长、1～2节长、穗长较长、穗粒数较多,耐冷性较强。通过对苗期耐冷性的严格选择,可以间接获得孕穗期耐冷性较强的材料。(2)苗期和孕穗期耐冷性在籼粳间、稻作区间差异明显。籼粳间均表现为粳稻强于籼稻;稻作区间苗期耐冷性为滇中一季籼粳稻区和滇南单双季籼稻区最强,滇中一季籼粳稻区和滇西北高寒粳稻区孕穗期耐冷性较强,揭示了水稻苗期与穗期耐冷性的形成演化机制存在一致性和差异性。

低温寡照自然条件对不同水稻材料苗期耐寒性的影响

早春低温和连续阴雨是影响水稻高产、稳产的重要限制因素之一,加快水稻耐冷性状的改良、选育耐冷品种对促进水稻高产、稳产具有重要的意义。利用早春连续阴雨的自然低温条件,对36份亲本材料及68个杂交组合的423份材料进行苗期耐冷性初步鉴定与评价。结果显示,亲本材料有10份1级强耐冷材料,其中3份是普通野生稻,4份是粳稻资源,2份是籼稻资源,1份是籼粳杂交后代。含普通野生稻血缘的杂交组合后代中,有33份1级强耐冷材料;含IRBB5组合衍生后代中,有15份1级强耐冷材料;BPHR96组合衍生后代有3份1级强耐冷材料。研究结果表明,稻种资源中具有较丰富耐冷性资源,利用强耐冷的普通野生稻资源和耐冷的籼粳稻品种杂交,是选育耐冷水稻品种的途径之一。

云南粳稻核心种质杂种后代孕穗期耐冷性研究

以236份云南地方粳稻核心种质和云南主栽粳稻Oryza satica品种合系35配制的杂种F5、BC1F4、BC2F3和BC3F2为材料,在昆明自然低温平均17.8℃(冷害)条件下,对亲本及其后代进行孕穗期耐冷性研究。结果表明:①亲本耐冷性状间的相关性明显高于其杂种后代,不同世代间总体趋势为随着回交世代增加其性状间相关性减弱。在亲本及其杂种后代间耐冷指标性状穗颈长、穗下节长、每穗实粒数、每穗秕粒数与结实率均呈较高的(≥0.370)极显著(n=236,R0.01=0.181)相关。②株高、穗颈长、穗下节长等耐冷性状在亲本强弱耐冷系统群间的差异明显,表现为亲本耐冷性强的材料秆和穗较长、穗粒数较多,同一性状变异程度减小。但随着回交代数的增加,这些性状的平均值逐渐趋同于轮回亲本,差异减小。③穗颈长、穗下节长、每穗实粒数、每穗秕粒数与结实率在5个稻作区间的变化规律呈现一致性,亲本和F5的差异较大,而BC1F4、BC2F3和BC3F2的差异较小,且趋同于轮回亲本。通过连续回交,在BC3F1即可获得耐冷性状表现良好的材料。

东乡野生稻苗期耐冷QTL qCTS3.3候选基因LOC_Os03g53670-DX在低温胁迫下的表达及克隆

【目的】研究东乡野生稻苗期耐冷QTL qCTS3.3候选基因的功能。【方法】结合课题组前期完成的转录组分析数据,将落在qCTS3.3 QTL区域的东乡野生稻苗期耐冷相关差异表达基因LOCOs03g53670-DX作为qCTS3.3的候选基因,通过实时荧光定量PCR验证不同冷胁迫处理下东乡野生稻中该基因表达情况,并利用RT-PCR技术从东乡野生稻幼苗中扩增LOCOs03g53670-DX的全长cDNA,并进行该基因的过表达载体构建。【结果】测序结果表明:LOCOs03g53670-DX基因的cDNA全长为1 986 bp,共编码661个氨基酸,蛋白分子量为173 ku,理论等电点(pI)为4.92。在线分析软件预测LOCOs03g53670-DX氨基酸序列近C端包含1个高度保守结构域YTH,表明该基因属于RNA结合蛋白。系统进化分析表明:LOCOs03g53670-DX与高粱(XM021447002.1)和菠萝(XM020225621.1)的YTH结构域基因位于同一进化分支上,亲缘关系最近。进一步利用农杆菌介导转化方法,经潮霉素筛选及转基因苗叶片GUS化学染色阳性鉴定,最终得到了转入LOCOs03g53670-DX基因的26株阳性转基因植株。【结论】本研究为后续LOCOs03g53670-DX基因在冷胁迫条件下的功能和作用机制研究奠定材料基础。

高粱耐冷种质的鉴定及利用评价

为了满足高粱育种对耐冷基础材料的需求,解决高粱播后遇低温造成幼芽受冻、幼苗萎焉进而影响高粱产量的问题,对238份高粱种质资源进行了高粱芽期、苗期耐冷性鉴定与评价,从中筛选出芽期耐冷种质15份,苗期耐冷种质11份。印度材料IS-2867和中国育成种TC1383-2、E671在芽期、苗期均为耐冷1级抗性,其中TC1383-2是中国高粱育种常用的恢复系,其耐冷特性对于耐冷品种的选育具有利用价值。结果表明,地方品种、育成种和国外品种的耐冷性存在差异,无论芽期还是苗期,在中国地方品种中都有较高比例的耐冷资源,说明在中国地方品种中挖掘耐冷种质的潜力较大。

东乡野生稻苗期低温诱导表达新基因BGIOSGA013293-DX的过表达载体构建与转化

结合表达谱数据分析,参考公共数据库中的序列信息设计引物,利用RT-PCR技术,从东乡野生稻中获得了1个在低温诱导条件下高表达的螺旋—环—螺旋结构域蛋白基因BGIOSGA013293-DX的全长c DNA,并构建了其过表达载体。序列比对分析表明,该基因位点在93-11中编码308个氨基酸,而在东乡野生稻中编码335个氨基酸,比93-11多27个氨基酸。且这27个氨基酸连续分布在一起,另外还有1个氨基酸的差异。利用农杆菌介导法将BGIOSGA013293-DX转入水稻受体品种93-11,获得了9株过表达转基因水稻植株,经潮霉素抗性标记基因PCR阳性检测和GUS检测,获得的转基因植株为携带BGIOSGA013293-DX的阳性植株。