利用基因组编辑技术定点突变IPA1基因创制水稻新株型材料

【目的】水稻株型改良是提高水稻产量的一个有效途径。水稻理想株型基因IPA1是一个调控水稻株型的关键基因,利用基因组编辑技术(TALENs技术)定点突变水稻IPA1基因,了解IPA1基因不同序列变异的株型效应,为进一步利用IPA1基因创制实用型水稻新株型材料奠定基础。【方法】利用TALENs技术定点突变优良恢复系明恢86的IPA1基因,通过测序鉴定突变体,种植于标准小区,调查分析其株型相关性状。【结果】利用TALENs技术获得了8种不同序列突变的水稻ipa1突变体,并通过转基因植株自交结合PCR分析筛选到去除了TALENs表达框,获得4种不含外源转基因成分的纯合突变体材料(IPA1基因表达区分别缺失2、4、16、23 bp)。表型分析发现,IPA1基因突变能够显著改变水稻的株高、有效穗数、穗长及穗粒数等性状。与野生型比较,缺失移码突变体株高降低7.9%~11.4%,有效穗数增加46.9%~68.4%,穗长短24.2%~29.3%,穗粒数减少31%~34%,结实率和千粒重差异不明显。【结论】利用TALENs技术定点突变水稻IPA1基因能够明显改变水稻株高、有效穗数、穗长及穗粒数等主要性状,产生水稻新株型。

两份新株型水稻品系的农艺性状与遗传特性分析

【目的】理想株型水稻能提高光合作用效率、经济产量和抗病能力。通过探究两份新株型水稻种质的农艺性状变异和遗传特性,为水稻高产抗病育种提供优异理想株型种质资源。【方法】以两个重组自交系中发现的两份自然重组的新株型种质08yi和RIL60以及由同一自交系选育出来的常规种质08yc和RILc为材料,进行不同生长时期的株型构成因子和产量性状的比较分析,同时对4份种质进行理想株型基因IPA1测序和糯性鉴定。【结果】两份新种质与常规种质相比,在不同发育时期的功能叶性状、干物质积累量、穗部性状和产量构成因素上均存在显著变异,二者发生的有利变异包括功能叶叶角减小、功能叶叶长更合理、株型紧凑、单株有效穗数增加1~2穗,结实率分别提高了7.37%和5.09%;此外,新种质08yi叶绿素含量显著提高,RIL60的茎秆变粗,二者在逆境下的穗部性状表现更好,产量降幅更小,抗逆力增强。不利变异包括单穗重降低、穗长变短、每穗着粒数和每穗实粒数减少、枝梗长度和数量下降。IPA1基因测序结果显示与少蘖粳ipa1相比,两新种质并未突变,株型变异源自于其他因子。糯性鉴定结果表明RIL60存在糯性变异。【结论】两个新种质的一些农艺性状发生了明确的有利变异,具有较理想的株型结构,可作为优异种质用于理想株型育种和株型研究。RIL60作为理想株型糯稻,由于具有非糯水稻的经济产量,具有巨大的应用价值。