用SSR标记检测同源四倍体与二倍体水稻的遗传差异

随机选用分布于水稻 (OryzastativaL .) 12条染色体上的 15对SSR(simplesequencerepeats)引物 ,对 18种中科院成都生物所培育的四倍体水稻和 9种大面积种植的二倍体水稻进行了SSR多态性分析 .11对具多态性的引物共检测到 33条多态性条带 ,平均每对引物检测到 3个等位基因 .研究结果发现 ,所用同源四倍体水稻的基因组与二倍体水稻基因组大部分相同 ,只是在某些位点上具有差异 ,并筛选出部分SSR标记来区分二倍体与其同源四倍体 .本研究还对二倍体与同源四倍体之间遗传差异的原因进行了初步的探讨 .图 2表 2参

同源四倍体与二倍体水稻Wx基因位点的遗传差异

测定了中国科学院成都生物所培育出的14种同源四倍体水稻及8种大面积推广的二倍体水稻的直链淀粉含量,并利用微卫星标记484/485,Wxup2/485及PCR-AccⅠ分子标记对同源四倍体及二倍体水稻进行扩增.发现直链淀粉含量发生变化的部分同源四倍体水稻Wx基因位点发生变异,表明微卫星标记与同源四倍体水稻直链淀粉含量之间存在相关性,并初步探讨了同源四倍体水稻Wx基因位点遗传变异的原因.

同源四倍体水稻:低育性机理、改良与育种展望

同源四倍体水稻具有籽粒增大、营养成分增加和抗性增强等特点,但其育性普遍偏低,影响产量,无法直接应用。高育性四倍体水稻的成功创制解决了同源四倍体水稻育性偏低的瓶颈问题,然而该类型多倍体水稻能否在生产上推广应用需要进一步探讨。本文总结了同源四倍体水稻及其杂种F1育性偏低的细胞和分子遗传学机理研究的概况,重点介绍了高育性四倍体水稻的主要类型及最新的研究进展,最后提出未来利用新型四倍体水稻开展多代杂种优势等研究的设想,以期为水稻多倍体育种提供参考。

同源四倍体水稻与狼尾草杂交结实的胚胎学证据

在以 6份同源四倍体水稻为杂交母本与狼尾草进行属间杂交中发现 ,其结实率达到 0 .84%～ 2 .0 6% ,而在以二倍体水稻为母本的属间杂交中却没有获得结实种子。利用激光扫描共聚焦显微技术对属间杂交结籽的特殊生殖现象进行了观察研究 ,试图寻找其杂交结实的胚胎学证据。结果表明 ,狼尾草的花粉粒不能在二倍体水稻的柱头上萌发 ,说明二倍体水稻与狼尾草的生殖隔离很严格 ,两者很难杂交。然而 ,狼尾草的花粉粒在同源四倍体水稻的柱头上能萌发 ,花粉管能在花柱中伸长并能将雄配子送入胚囊内与雌配子融合成受精卵。同源四倍体水稻与狼尾草的受精作用比较特殊 ,包括精细胞与卵细胞的单受精作用、精细胞与次生极核的单受精作用和正常的双受精作用 ,总受精率和总成胚率分别为 6.3 6%～ 11.68%和 4.11%～ 9.44 %。试验结果为解释同源四倍体水稻与狼尾草杂交结籽的特殊生殖现象提供了有力的胚胎学证据。

提高水稻同源四倍体花药培养愈伤诱导率的研究

以同源四倍体水稻原种零轮、02428、培矮64、轮回422及其成对二倍体为实验材料,分别以琼脂浓度(0.5%、0.75%和1%)、碳源种类(蔗糖和麦芽糖)与用量(60 g L-1和80 g L-1)、不同激动素(KT和Zip)以及不同基本诱导培养基(MS、N6、M8、NB)等因素为变量,共设计26种诱导培养基(2种对照),进行了花药愈伤诱导实验,旨在筛选出愈伤诱导率的培养基优化组合。结果表明,琼脂浓度0.75%和60 g L-1蔗糖组合对提高水稻花药诱导率作用较好,N6培养基及其衍生NB培养基对提高四倍体水稻特别是粳稻花药诱导率有着较好作用。激动素的加入,能显著提高愈伤诱导率,最高可达到84%。在供试的26种培养基中,有6种诱导培养基得到较高的四倍体粳稻愈伤诱导率,有2种诱导培养基得到较高的四倍体籼稻愈伤诱导率,在8种较好的诱导培养基中有3种不但有较高的愈伤诱导率而且具有较高的绿苗率。

高静水压处理对四倍体和转基因水稻种子萌发的影响

对四倍体水稻、转基因水稻及其二倍体、未转基因水稻在相同的条件下进行静水压力处理,结果表明,与其二倍体和未转基因水稻相比,四倍体和转基因水稻的发芽率显著降低,生长受抑程度明显增加,同时转基因材料高压处理当代突变频率明显提高。这些结果说明,染色体加倍和外源基因的导入,可能与种子的耐压性降低和突变频率提高有关。

新型四倍体水稻创制及其杂种优势利用研究进展

新型四倍体水稻是本研究团队创制的一类高育性多倍体水稻新种质,携带有多种优异基因。该类材料与同源四倍体水稻杂交获得的杂种F_(1)产量优势明显,具有应用前景。本文首先概述了同源四倍体水稻的研究进展,并重点阐述了新型四倍体水稻创制过程、主要特点、杂种优势表现及其涉及的分子遗传机理,最后提出未来研究的思路及需要解决的问题,为加快新型四倍体水稻在多倍体水稻育种中的利用提供依据。

粳型杂交稻双单倍体的遗传及其育种意义

以六个粳型杂交稻的幼穗为外植体 ,诱导愈伤组织并分化为胚性细胞 ,经秋水仙素处理 ,使胚性细胞染色体加倍为四倍体。共获得 2 43个四倍体株系 ,再由四倍体花药培养成双单倍体。观察到 ,这种四倍体性状稳定 ,但在少数株系中出现二倍体 ,此为无融合生殖的双单倍体。在获得的 86个双单倍体不同株系之间表现遗传的多样性 ,大多数株系性状稳定 ,少数株系有分离。经对性状的考查分析 ,双单倍体的株系中有少数株系产量优势接近或超过原供体亲本 ,且具有许多优良性状。可见由粳型杂交稻培养双单倍体也是改良品种的一种方法。

水稻基因组加倍对籽粒大小调控基因表达的影响

水稻是最重要的粮食作物之一,提高水稻产量一直是育种的主要目标。水稻四倍体相对于二倍体具有籽粒变大、粒重增加的特点,研究基因组加倍后籽粒大小基因的调控模式,在育种应用方面具有十分重要的意义。本文以二倍体-四倍体水稻为材料,分析6个控制籽粒大小基因在幼穗发育中的表达差异,同时结合转基因实验,探讨基因剂量增加对基因表达水平和籽粒大小的影响。结果发现:基因组加倍后,水稻的发育进程不变,但株高增加,叶片变宽,籽粒变大,增大后的籽粒在籼稻表现为长、宽均增加显著,而在粳稻中长度比宽度增加更为明显。进一步分析控制籽粒大小基因的表达差异情况,发现这些基因的表达不仅受发育时期的影响,在籼粳亚种间也明显不同,即受遗传背景的影响。在基因组加倍的情况下,正调控基因GS5、HGW的表达普遍高于对应的二倍体;负调控基因GS3在籼稻D9311中趋于下调或沉默,而在粳稻DBl中趋于上调,GW2在D9311中上调,而在DBl中趋于沉默。通过转基因实验分析负调控基因GW2在二倍体Bl中的表达趋势,发现其在基因剂量线性增加的情况下,表达水平高于二倍体和四倍体,导致其籽粒变小。本研究结果有助于了解水稻中控制籽粒大小的基因在二倍体和四倍体中的表达模式,为高产育种提供理论依据。

高结实率多倍体水稻杂种F_2代群体结实率调查报告

本研究首先在20个籼粳亚种四倍体水稻F_1代中筛选出高结实杂交组合：Dur／Sg9912(命名为PSR120),然后在田间随机取样的200多株PSR120F_2代植株,并考察其结实率。用统计软件分析结实率,结果表明：多倍体水稻F_2结实率变异大,分布不对称。

水稻体细胞同源四倍体无性系诱导及遗传特性

以5种基因型的二倍体水稻品种为材料,在幼穗离体培养过程中,用秋水仙素处理愈伤组织,使染色体数加倍,诱变获得四倍体无性系。结果表明秋水仙素处理在200～800ppm浓度范围内诱导效果均较好,四倍体诱导率平均达46％,加倍效果稳定,主要农艺性状与二倍体品种差异显著。

水稻籼粳杂种四倍体的人工诱导

以一种极端类型籼粳亚种的二倍体杂种为材料 ,杂种幼穗的愈伤组织用秋水仙碱处理获得四倍体植株 .幼穗在含不同浓度的 2 ,4-D和KT的培养基上愈伤组织的诱导率不同 ,2 ,4-D为 2 .0mg/L ,KT为 1.0mg/L ,愈伤组织的诱导率最高 ,达 5 5 .6 % .秋水仙碱在 5 0 0mg/L的浓度加倍效果最高 ,达 40 % .同时比较分蘖期秧苗和萌发种子的诱导率 。

四倍体水稻蛋白质含量和谷蛋白基因表达研究

为了探讨高产四倍体水稻的不同遗传组成与品质的关系,以及蛋白质含量变化的原因,以国家优质品种美香占2号(MXZ2)、象牙香占(XYXZ)、矮脚南特二倍体(AJNT-2x)、高产同源四倍体水稻矮脚南特(AJNT-4x)以及高产新型四倍体水稻华多1号(H1)为试验材料,利用BCA法测定胚乳蛋白质含量、近红外谷物分析仪进行品质分析、全自动氨基酸分析仪测定氨基酸含量、qRT-PCR分析谷蛋白基因的表达差异。结果表明:AJNT-4x糙米、精米的蛋白含量分别为182.70,115.70 mg/g,高于国家优质品种MXZ2、XYXZ以及AJNT-2x,其营养品质大大提高;AJNT-4x的胶稠度为44.70 mm,低于MXZ2、XYXZ及AJNT-2x,且差异显著,其食用品质明显下降;而H1精米的蛋白含量最低,只有71.30 mg/g,但其胶稠度为112.70 mm,介于国家优质品种MXZ2与XYXZ之间。花后30 d AJNT-4x的17种氨基酸总量与人体必需氨基酸总量高于AJNT-2x与H1,H1的最低;H1的17种氨基酸总含量在花后15 d达到高峰,而AJNT-4x和AJNT-2x在花后20 d达到高峰,氨基酸含量积累过早停止导致H1在成熟期的总氨基酸含量下降,甚至低于AJNT-2x。在整个胚乳发育过程中,AJNT-4x、H1和AJNT-2x的4种贮藏蛋白积累趋势基本一致,但快速积累时间存在差异;AJNT-4x的谷蛋白快速积累的时间比AJNT-2x、H1早,且快速积累的时间长,导致AJNT-4x的蛋白含量最高。9个谷蛋白亚家族基因在花后5 d都有表达,随着胚乳的发育,各谷蛋白基因表达量逐渐升高、再逐渐下降并趋于稳定,不同的亚家族谷蛋白基因在相同的时间表达丰度不同;除GluB-1和GluB-4在H1中的表达峰值高于AJNT-4x和AJNT-2x,其他7个谷蛋白基因在H1中的表达峰值均远远低于AJNT-4x和AJNT-2x,差异显著;AJNT-4x的9个谷蛋白基因在花后30 d表达量均最高。上述结果为多倍体水稻优质育种提供理论依据。

不同叶龄移栽对四倍体水稻T569农艺性状和产量的影响

为了探究不同叶龄四倍体水稻移栽对其产量构成因素和农艺性状的影响,选择3种叶龄(5.5、6.5、7.5叶龄)于2017年在海南省对四倍体水稻T569进行移栽试验。结果表明,移栽时叶龄对四倍体水稻T569产量的影响较大,表现为5.5叶龄移栽水稻>7.5叶龄移栽水稻>6.5叶龄移栽水稻。与此同时,随着移栽叶龄增大,四倍体水稻T569的播始历期和全生育期延迟。3个处理T569四倍体水稻的产量构成因素呈曲线波动趋势,每穗粒数、每穗实粒数、结实率、千粒质量的波动趋势一致,均表现为5.5叶龄移栽水稻>7.5叶龄移栽水稻>6.5叶龄移栽水稻;有效穗数表现为7.5叶龄移栽水稻>5.5叶龄移栽水稻>6.5叶龄移栽水稻。

外源基因在一个转基因水稻四倍体变异株系中的遗传行为

在基因枪介导转化的转基因水稻植株中发现1个四倍体变异株系XIP-4N.该变异株系T0代植株中转基因的整合模式与二倍体转基因株系XIP-2N相同,并且二者来自同一转化体系,推测XIP-4N株系是转化后的水稻愈伤组织在细胞有丝分裂过程中发生染色体加倍产生的.对外源筛选标记基因bar和非筛选基因cecropinB在转基因株系XIP-4N和XIP-2N中的遗传行为进行了比较研究.在二倍体转基因株系XIP-2N中,bar和cecropinB基因的Southern整合模式从T0到T2代遗传稳定,单位点整合的bar基因按孟德尔单基因显性方式向后代传递.四倍体转基因株系XIP-4N中外源基因遗传行为复杂,单位点整合的bar基因(Basta抗性)T1代按15∶1分离,T2和T3代中分离行为复杂,而且bar和cecropinB基因的整合模式遗传不稳定.同源四倍体水稻植株减数分裂过程中染色体结构变异、转基因相关位点DNA片段的遗传重组与修饰,以及由此导致配子的育性降低,可能是导致外源基因遗传行为复杂的主要原因.转基因四倍体水稻变异株系XIP-4N携带易于检测的bar基因,为研究同源四倍体水稻的遗传和生殖机理提供了好材料.

NaCl胁迫下新型四倍体水稻种子萌发特性及基因差异表达分析

【目的】评价新型四倍体水稻在不同浓度NaCl处理下的种子萌发特性、幼苗建成期形态指标和根部细胞结构差异,评估盐胁迫相关基因的表达差异。【方法】在不同浓度NaCl(0、50、100、150、200和250 mmol/L)处理下,以‘华多1号’为研究材料,统计其种子在萌发时间、发芽势、发芽率和萌发指数指标的差异。在幼苗形成期,统计和比较‘华多1号’在不同浓度NaCl处理下的总根数、幼苗苗长、根长、幼苗鲜质量、含水率和根冠比参数的差异。利用WE-CLSM和塑料半薄切片技术观察根尖组织细胞的形态。利用基因组重测序、生物信息学分析和qRT-PCR技术对‘华多1号’与双亲相关的盐胁迫基因进行分析和定量验证。【结果】当NaCl浓度升高时,‘华多1号’种子发芽率和萌发指数呈递减趋势,但相对盐害率和平均发芽时间呈递增趋势。当NaCl浓度高达250 mmol/L时,‘华多1号’种子相对盐害率为35%,表明其具有较强的耐盐性。在NaCl处理8~20 d后,‘华多1号’幼苗随着NaCl浓度升高,总根数呈减少趋势,同时幼苗苗长、根长、幼苗鲜质量和含水率呈下降趋势,但根冠比呈上升趋势。NaCl胁迫会抑制‘华多1号’幼苗生长,导致其根尖细胞体积变小,细胞皱缩和细胞排列松散;盐胁迫条件下,根尖伸长区的表皮和外皮层的细胞会增厚,中间皮层的细胞层数增加,中柱直径缩小,木质部导管分化数目增加。在‘华多1号’中发现有85个盐胁迫基因在CDS区中较双亲存在差异,包括53个盐敏感相关基因、32个盐胁迫抗性相关基因。qRT-PCR结果表明:与对照相比,‘华多1号’的4个盐敏感基因(LOC_Os03g16900、LOC_Os06g48510、LOC_Os02g34810和LOC_Os04g32920)和2个耐盐性基因(LOC_Os03g20090和LOC_Os11g26790)表达量显著上升。【结论】该研究可为后续系统评价四倍体水稻种质资源的耐盐性、揭示四倍体水稻的耐盐性调控机理,以及后续筛选耐盐多倍体水稻品种提供理论依据。

37份高结实四倍体水稻结实率研究

通过对37份高结实四倍体水稻结实率的统计分析,发现多倍体减数分裂稳定性(Polyploid meiosis stability,PMeS)的高结实特性能稳定遗传,所选不同株系的结实率在80%以上。因此,在四倍体水稻加代纯合的过程中,随着世代增加,向增加总粒数和实粒数方向加压,选择到理想稳定高结实材料是可能的,而秕粒数的增减成为四倍体水稻在湖北省田间选育的重要指标。在四倍体水稻加代纯合的过程中,试图从结实率提高方面继续加压选择,选育到更理想材料虽有可能,但其选择概率很小,尤其是快速选择到更理想材料有一定困难。为此,选育更应该放在综合性状的改良。

不同处理对四倍体水稻种子发芽的影响

为四倍体水稻工厂化育秧提供参考,以四倍体水稻品种T1为材料,研究浸种时间、聚乙二醇-6000(PEG-6000)浓度、破胸温度等对四倍体水稻种子发芽的影响。结果表明:随着浸种时间的延长,水稻种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均呈增大趋势;随着PEG-6000浓度、破胸温度的提高,水稻种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均呈先增大后减少的趋势。采用综合评价指标隶属函数值进行评价,30℃清水浸种48h后30℃催芽、30℃7.5%PEG-6000浸种24h后30℃催芽或30℃清水浸种24h后34℃破胸30℃催芽处理的隶属函数值均最大,其隶属函数值分别为1、0.91和0.99,四倍体水稻种子发芽状况较好。

同源四倍体水稻的诱导研究

植物界中进化重要途径之一就是植物多倍化。实验利用0.04%秋水仙素溶液处理粳稻高世代品系YB16(2)种芽,获得染色体组疑似加倍的水稻同源四倍体植株YB16(4),通过对YB16(2)和YB16(4)的主要农艺性状进行比较分析,发现YB16(4)的分蘖增多,剑叶长度、宽度显著增加,剑叶上举,谷粒长度显著增加,有短芒等性状,上述性状出现对提高水稻产量构成因素有一定的积极意义,也印证了水稻多倍化有可能是突破水稻育种瓶颈的观点。同时,YB16(4)还表现出株高变高、实粒数显著降低、空粒数显著升高、结实率显著降低、熟期延长等不利于育种目标的特性,这些不利因素为多倍体水稻未来育种工作的进一步深入开展提出了新的问题。

28份高结实四倍体糯稻米质检测结果分析

为了研究28份四倍体糯稻材料直链淀粉含量,提供样品送检,结果表明,3份全指标检测材料中2份达到了优糯标准。另25份直链淀粉单项检测,直链淀粉<1.5%的5份材料基本上是可靠的,这是值得投入的目标材料;其直链淀粉>2.0%的3个材料不属于优质糯稻; 1.5%≤直链淀粉≤2.0%的17个材料达到部颁优质糯稻质量标准,但由于直链淀粉有较大的波动性,需进一步试验检测和栽培选育。可见四倍体水稻进行优糯育种具有很好的前景。