CRISPR/Cas基因编辑系统在水稻中的研究进展

基因编辑是一种能对特定基因进行修饰的基因工程技术,能快速对靶点基因编辑,是高效捕获目的基因、快速研究目标基因功能的重要手段,在基因功能研究和作物育种等方面有着重要意义和广阔的应用前景。基因编辑利用特异的DNA结合元件和切割元件开展编辑工作,然而该技术最需注意的是特异性和脱靶率问题,不同时期的基因编辑技术也针对上述2个问题进行改良,目前应用最为广泛的是CRISPR/Cas9,Cas12a由于其特异性高且脱靶率大大降低也受到越来越多的关注。本文对基因编辑的技术发展及特点、CRISPR/Cas9和Cas12a的技术优势进行介绍,并对这2种技术在水稻产量、抗性及品质中的研究进展进行综述,同时对拓展CRISPR/Cas基因编辑技术在水稻中的应用提出展望,为基因功能鉴定及遗传改良提供参考。

籼稻背景下导入Wxin等位基因改良稻米食味和理化品质

水稻Wx^b等位基因已广泛用于籼稻的品质改良,但携带该等位基因的一些籼稻米饭往往偏软,仍需进一步改良。为明确籼稻背景下导入Wxin等位基因对稻米食味品质和理化品质的效应,分别以携带Wx^in的IR64和携带Wx^b的9311为供体,以携带Wx^a的籼稻SIR3611(3611)为受体,基于分子标记辅助选择,通过杂交和连续回交的方式构建了3611背景下携带Wx^in和Wx^b的近等基因系。系统比较了不同近等基因系间的农艺性状以及稻米的食味和理化品质。结果表明,近等基因系与受体亲本3611的主要农艺性状基本接近,无显著差异。NIL(Wx^in)稻米的表观直链淀粉含量较亲本3611极显著下降而胶稠度极显著增加。NIL(Wx^b)稻米表观直链淀粉含量最低且与之对应的胶稠度最高。近等基因系NIL(Wx^in)和NIL(Wx^b)稻米的食味值较亲本极显著提高。NIL(Wx^in)和NIL(Wx^b)稻米的GBSSI丰度与对应的表观直链淀粉含量具有明显的正相关。稻米粉的黏滞性谱、热糊化特性和晶体结构与直链淀粉含量显著相关性。本研究为在我国籼稻品种品质改良中有效利用Wx^in等位基因提供了重要依据。

调控水稻分蘖角的分子机制研究进展

水稻是我国第一大粮食作物,在农业生产上具有重要的战略地位。随着人口快速增长、城市化进程加快,有限的产量提升使得水稻生产正面临着严峻挑战。培育产量显著提高的水稻品种对于保障粮食安全和实现农业可持续发展具有重要意义。理想株型是品种改良的重要方向,直接影响着水稻产量。分蘖角作为构建水稻理想株型最重要的核心要素之一,它通过调节水稻群体光能利用效率进而影响单位面积产量。生产实践表明,具有合适分蘖角的水稻品种往往表现出更好的抗倒性和稳产潜力。近年来,随着功能基因组学的快速发展,研究学者在水稻分蘖角调控基因的挖掘及其分子机制解析方面取得了诸多重要进展。本研究系统总结了调控水稻分蘖角的功能基因及其遗传代谢网络,重点阐述了水稻分蘖角的驯化过程、重力反应介导的分子遗传途径以及植物激素和环境因素的调控机制,并展望了现有理论框架下未来的潜在研究方向,以期为高产、理想株型新品种的遗传改良和分子设计育种提供重要理论支撑。

一个氮高效籼粳交直立穗粳稻品种的鉴定

培育和筛选需肥量少、产量高的氮高效品种是减少资源浪费、保护生态环境的重要途径。以4个直立穗粳稻品种(系):武密粳(扬州大学以粳稻品系抗条武育粳3号与籼稻品种密阳23杂交育成)、抗条武育粳3号、武运粳24、淮稻5号为供试品种,设置4个氮肥施用量:全生育期不施氮、全生育期施氮120 kg/hm2、240 kg/hm2和360kg/hm2,以及3个栽插密度试验:37.5万穴/hm2、30.0万穴/hm2和22.5万穴/hm2,探究不同直立穗品种的氮肥利用率及对产量的影响,试验重复2年。结果表明:武密粳遗传背景中籼稻血缘占比9.60%,明显高于其他3个粳稻品种;随氮肥施用量增加,所有品种株高、生物产量呈上升趋势,收获指数呈下降趋势,经济产量则以施氮240 kg/hm2水平为最高,过度施肥导致产量降低,栽插密度对以上4个性状的影响相对较小;武密粳的经济产量、收获指数和氮肥偏生产力显著高于其他3个品种,氮肥农学利用率显著低于其他3个品种,表明多施氮肥对提高武密粳产量的贡献相对较小;武密粳在施氮120 kg/hm2条件下的产量超过武运粳24和淮稻5号在施氮240、360 kg/hm2条件下的产量,说明武密粳是一个氮肥利用率较高的粳稻新品系,通过籼粳杂交培育节肥高效粳稻品种是可行的。

抗稻瘟病和白叶枯病籼稻新种质R156的创制

扬稻6号是杂交水稻育种中被广泛应用、具有重要地位的骨干亲本,但其稻瘟病抗性和白叶枯病抗性均普遍偏弱。通过分子标记辅助选择,将抗稻瘟病基因Pigm和Pi33、抗白叶枯病基因Xa21和Xa23导入到扬稻6号,借助重测序技术最大限度地消除每个抗性基因的连锁阻力,构建了高背景回复率近等基因系NIL^(Pigm)、NIL^(Pi33)、NIL^(Xa21)和NIL^(Xa23),表现为稻瘟病或白叶枯病抗性的明显改良。在此基础上,进一步通过基因聚合创制了性状优良、包含所有4个抗性基因的优良株系R156,可作为水稻分子育种的核心种质。

不同直链淀粉含量软米品种品质性状的比较

【目的】具有较低直链淀粉含量(5%~12%)的优良食味软米在国内市场上广受消费者欢迎,然而不同软米品种间稻米品质表现差异较大,造成这种差异的原因尚未明确。因此,有必要深入研究不同类型软米理化品质的差异及其成因。【方法】选取了江苏地区具有显著品质差异的4个软米品种、2个糯稻品种和2个常规品种(均为粳稻品种)为对象,对其稻米理化品质和淀粉结构进行了系统的比较分析。【结果】测序结果表明,软米品种南粳5055和南粳9108携带Wx^(mp)等位基因,而软米品种香软玉和武香粳113携带跟2个常规粳稻品种相同的Wx^(b)等位基因。品质分析表明,香软玉和武香粳113稻米较另两个软米品种中的直链淀粉含量更低,籽粒胚乳透明度更差;4个软米类稻米胚乳淀粉粒内部存在明显的孔隙,并且稻米胚乳越不透明,孔隙越明显;较低直链淀粉含量的软米食味表现更佳,这可能与低直链淀粉含量稻米具有更低的冷胶黏度、较大的崩解值和较小的消减值有关。淀粉精细结构测定表明,与常规粳稻米相比,软米的直链淀粉组分占比较低,而支链淀粉短链组分占比较高。【结论】目前江苏地区软米品种间存在显著的遗传和理化品质特性的差异,这为新型软米品种的培育和优异基因的克隆与利用提供依据。

抗稻瘟病籼型香稻不育系扬籼7A的选育与应用

江苏里下河地区农业科学研究所利用分子标记辅助选择聚合Pi54、Pid2抗稻瘟病基因以及fgr香味基因育成扬籼7B,然后,用扬籼7B与珍汕97A进行测交,经连续回交转育育成三系香稻不育系扬籼7A。该不育系表现出配合力强、中抗稻瘟病等特点,2017年8月通过江苏省农作物品种审定委员会鉴定。利用它配制的扬籼优713、扬籼优719分别于2019、2020年通过广西审定。介绍了该不育系的选育过程、主要特征特性和繁殖技术要点。