多年生稻稻瘟病抗性评价

利用长雄野生稻(Oryza longistaminata)地下茎无性繁殖特性培育多年生稻(Perennial Rice, PR)已经成功并开始示范推广。多年生稻表现出一定的稻瘟病抗性,但其所具有的稻瘟病抗性来源尚不清楚。本研究通过田间病情调查、接种鉴定以及抗性基因检测等3种方法,对育成的多年生稻23(PR23)、云大24(PR24)、云大25(PR25)、云大101(PR101)、云大107(PR107)、父本长雄野生稻、母本RD23、(RD23/长雄野生稻)F1进行稻瘟病抗性评价。结果表明,父本长雄野生稻、(RD23/长雄野生稻)F_1代及5个多年生稻品种(系)表现为高抗稻瘟病,而母本RD23表现高感稻瘟病,推测PR23、PR24、PR25、PR101和PR107这5个多年生稻品种(系)的稻瘟病抗性可能来源于长雄野生稻。其中,PR23、PR25稻瘟病抗性基因可能来自于长雄野生稻的Pi5基因和Pita-2位点,PR24稻瘟病抗性基因可能是来自长雄野生稻的Pita-2位点,PR107稻瘟病抗性基因可能来自于长雄野生稻的Pi5基因和Pish位点;PR101中未检测到本文中涉及到的基因或位点,推测其稻瘟病抗性来自长雄野生稻内未知的稻瘟病抗性基因。本研究结果将为多年生稻稻瘟病抗病育种、品种布局、植保技术制定等提供一定参考。

多年生稻白叶枯病抗性评价

利用长雄野生稻地下茎无性繁殖特性培育多年生稻已经成功,并在生产上进行了示范推广。为明确多年生稻品种(系)对白叶枯病的抗性表现,通过田间病情调查、抗性水平鉴定和水稻白叶枯病抗性基因检测3种方法,对多年生稻品种(系)多年生稻23(简称PR23,下同)、云大24(PR24)、云大25(PR25)、云大101(PR101)、云大107(PR107)及其父本长雄野生稻、母本RD23和F1(RD23/长雄野生稻)的白叶枯病抗性进行评价。结果表明,长雄野生稻高抗白叶枯病;尽管PR23、PR24、PR25、PR107携带白叶枯病抗性基因Xa1、Xa4、Xa23、xa25的等位基因,但在田间自然发病条件下均易感白叶枯病,说明这几个抗性基因对这4个多年生稻品种(系)不起抗病作用;而PR101在田间自然发病条件下表现为抗白叶枯病,并含有白叶枯病抗性等位基因xa25、Xa27,说明这2个基因可能是PR101抗白叶枯病的基因。本研究结果为明确多年生稻对白叶枯病菌的抗病反应,以及抗白叶枯病育种和多年生稻生产布局提供了一定依据。

多年生稻育种进展及展望

多年生稻是指头季稻成熟收割后,通过免耕保留稻桩,等到下一个生长季,稻桩地下茎腋芽发出新苗,重新成为可以收割的稻。笔者所在团队以亚洲栽培稻(Oryza sativa)为母本,以来源于非洲的长雄野生稻(O.longistaminata)为父本,通过种间远缘杂交方式培育多年生稻。经过20多年的研究,发现了长雄野生稻地下茎遗传规律,发明了利用长雄野生稻地下茎无性繁殖特性培育多年生稻的方法,创制了一批具有多年生性的育种材料,育成了3个多年生稻品种,创新了以越冬和免耕为核心的多年生稻轻简化生产技术,实现了只需耕种1次即可连续收获4~5年的稻作生产方式。从理论发现、技术发明、品种培育、栽培技术创新到产业化,形成了自成体系、独树一帜的多年生稻研发模式,为农作物尤其是多年生粮食作物的遗传改良与应用提供了借鉴。

水稻隐性雄性不育突变体osnp3的败育特征及基因定位

在粳稻品种中花11的组培后代中发现了1个无花粉型雄性不育突变体osnp3。该突变体花药细长且呈白色半透明状,花药中无成熟花粉粒,但其株高、有效穗数、穗粒数等农艺性状与野生型中花11无明显差异。花药半薄切片观察表明,突变体osnp3在花药发育过程中其绒毡层细胞延迟降解,小孢子细胞淀粉未充实,最终小孢子细胞退化降解,花药亦不能开裂。用突变体osnp3杂合株后代分离群体研究其遗传规律,表明突变体osnp3受1对隐性核基因控制。利用籼稻明恢63(MH63)与突变体osnp3杂交的F_(2)定位群体将突变基因定位于第4染色体长臂C04D1、C04D3这2个标记之间,并与标记04008、C04D2共分离,物理距离约为0.96Mb。测序表明,在定位区间内,1个编号为LOC_Os04g51070的基因第3外显子中插入了约4kb的逆转座子,导致其功能缺失突变。该基因编码1个含有bHLH结构域的转录因子,推测其通过转录调控参与花药绒毡层细胞的降解;而其突变后绒毡层细胞未能正常降解,从而引起花粉败育。

植物铁素吸收机制研究进展

铁是植物生长发育过程中必不可少的矿质营养元素。虽然土壤中的铁元素总量丰富,但主要以不溶性的氧化铁和氢氧化铁的形式存在。为了从土壤中获得足够的铁元素,植物在长期的进化过程中,形成了两种不同的铁吸收策略,即依赖于Fe^(3+)还原为Fe^(2+)进行吸收的机制Ⅰ和依赖于Fe^(3+)螯合而吸收的机制Ⅱ。通过查阅文献,发现植物存在一种新的铁吸收机制—基于微生物-植物互作的铁素吸收机制,但目前还未见到对其详细介绍的文献综述。因此总结阐述了对植物铁素吸收的两种机制以及微生物-植物互作铁素吸收的新机制,并对植物铁吸收机制未来发展方向进行展望,为植物栽培生产领域提供新思路。

3种碳源条件下香蕉枯萎病菌次生代谢物合成基因的表达谱分析

在前期获得的香蕉枯萎病菌(Fusariumoxysporumf.sp.cubense,Foc)转录组数据基础上,本研究利用antiSMASH、PHI-base数据库对3种碳源条件下香蕉枯萎病1号小种(Foc 1)和4号小种(Foc 4)表达的次生代谢物合成基因进行了预测和表达谱分析。结果表明:3种碳源条件下,Foc共有486个候选的次生代谢物合成基因表达,并分类到32个次生代谢产物合成基因簇,其中13个基因可能与Foc的致病性相关。此外,Foc在3种碳源条件下次生代谢物合成基因的表达模式存在明显差异,特别是在寄主细胞壁条件下Foc差异表达的次生代谢物合成基因最多;而且Foc 4相较于Foc 1在侵染寄主细胞壁时有更多的次生代谢物合成基因特异表达或高表达。以上研究结果将为进一步明确次生代谢产物在Foc致病过程中的作用机理提供理论依据。

智慧农业发展现状及前景分析

智慧农业是农业史上一次新的科技革命,是农业发展的必然趋势。本文综述了智慧农业的内涵和当前智慧农业的相关技术(大数据、物联网、AI、区块链、5G等),进一步分析了国内外智慧农业的发展阶段。智慧农业的发展离不开“智慧乡村”的建设,结合我国“三农”问题分析了我国在发展智慧农业上存在的问题并提出相应的解决方案,以期为智慧农业的发展提供更多参考。

贝莱斯芽孢杆菌总RNA提取的Trizol改良法

贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)是在农业、环境和发酵工业等领域具有重要应用潜力的细菌。但芽孢杆菌属细菌具有较厚的细胞壁且分泌蛋白多,常规方法难以抽提到高质量的总RNA。因此,建立和优化简便有效的贝莱斯芽孢杆菌总RNA提取方法,将为B.velezensis基因表达和功能研究提供重要的技术支撑。通过优化传统Trizol法,对菌体培养条件、菌体洗涤次数、液氮冷冻处理和溶菌酶裂解菌体方法进行改良,建立了一种简便有效的B.velezensis总RNA提取方法。

植物转录因子转录活性分析系统开发及验证

转录因子,也称反式作用因子,是调控生物基因转录表达的重要组成部分。其能够与基因启动子区的顺式作用元件(cis-acting element)相互作用,从而激活或抑制基因转录起始,在生物细胞内几乎参与所有生命活动的调控。本文构建了携带转录因子GAL4结合元件的双荧光素酶报告子载体和GAL4-BD融合表达已知转录活性转录因子OsDRAP1和OsMADS57的效应子载体;利用农杆菌介导的烟草瞬时转化体系对该系统进行验证,结果显示,OsDRAP1具有转录激活功能,OsMADS57具有转录抑制功能,表明该系统具有较好的转录活性检测能力,且灵敏性较高,为植物转录因子功能研究和转录相关研究提供了新的技术支撑。

水稻种质资源香味基因Badh2的分子鉴定及香稻筛选

稻米香味性状是稻米品质的重要评价指标,香稻的培育是提高稻米附加值进而提高农民种粮积极性的有效手段,而香稻育种面临遗传背景来源单一的瓶颈大大制约了香稻的育种进程。发掘和利用香稻种质资源,扩大香稻遗传多样性是解决这一问题的主要途径。本研究利用已知水稻香味基因Badh2的分子标记,分析了来自世界各地的817份水稻种质资源及25份野生稻祖先的Badh2基因型。通过品尝法对具有突变型Badh2的稻米进行了香味性状鉴定,研究结果表明,83份水稻种质资源材料具有突变型Badh2基因,其中包括籼稻52份、粳稻30份、中间型1份;而普通野生稻和尼瓦拉野生稻均为野生型Badh2,表明香味性状是在栽培稻驯化过程中由香味基因Badh2自然突变产生。通过人工咀嚼法对83份具有突变型Badh2的稻米进行了香味性状鉴定,结果表明有28份稻米具有明显的香味,其中籼稻为20份,粳稻7份,中间型1份,并且籼稻香味浓郁程度普遍高于粳稻,推测Badh2受遗传背景影响而导致2-乙酰-1-吡咯啉在籽粒中积累量不同。本研究鉴定的香稻种质资源将为开展稻米香味性状遗传改良提供重要材料支撑。

水稻白穗突变体wp7的鉴定及基因定位

水稻白穗变体可用于研究穗部叶绿体发育机制及光合作用机理,进而指导产量性状的改良。在水稻育种材料中发现一个白穗突变体wp7 (White panicle 7),对其进行表型观察、光合色素含量与光合指标测定、显微结构观察、遗传分析和基因定位。结果表明:其抽穗期颖壳白化,枝梗和穗轴绿色。wp7的颖壳叶绿素与类胡萝卜素含量均低于正常材料,而叶绿素a差异最显著,说明白穗wp7叶绿素a偏低造成其颜色异常。wp7白穗净光合速率低于正常绿穗而气孔导度、胞间CO2浓度均高于正常绿穗,表明wp7相关基因突变严重损害穗部光合作用。通过透射电镜(TEM)观察发现突变严重影响叶绿体发育,wp7中白色部分质体数量少且结构异常,无正常类囊体片层,绿色部分的叶绿体片层结构稍有异常。遗传分析表明很可能是两对隐性核基因控制wp7的白化表型。采用回交群体结合InDel标记,将其中一个基因WP7-1定位于第2染色体的C02D089和C02D095之间,其遗传距离分别为1.6和15.5 cM。本研究为WP7-1的克隆和功能分析提供基础,丰富了研究水稻颖壳中叶绿体发育机制和光合作用机理的材料。