水稻热激转录因子家族基因对纹枯病病菌和植物激素的响应特征

解析水稻热激转录因子(Heat shock factors,Hsf)家族基因响应纹枯病病菌侵染和4种植物激素处理的表达特征,可为进一步解析Hsf调控水稻纹枯病抗性与对相关逆境的响应提供重要依据。利用生物信息学方法搜索并鉴定到25个水稻Hsf基因,对其系统进化树、相关分子特征、蛋白质结构域、基因结构及顺式作用元件进行预测和分析,用荧光定量PCR法分析它们对纹枯病病菌侵染的响应特征及4种激素[茉莉酸(Jasmonic acid,JA)、水杨酸(Salicylic acid,SA)、乙烯(Ethylene,ETH)和激动素(Kinetin,KT)]处理后的表达模式,同时分析它们在水稻组织中的表达情况。结果显示,水稻Hsf蛋白总体上可划分为5组,3个OsHsf亚家族基因在进化关系上的距离较远。25个Hsf蛋白的相对分子质量大小不一,且多数蛋白质的稳定性不高,但其基因结构较为保守。这些基因可能与激素响应及光信号通路相关。有5个基因呈组成型表达,另有7个基因呈组织特异性表达。水稻Hsf基因总体上受纹枯病病菌诱导的强度较低,其中11个上调表达的基因主要集中在OsHsfA、OsHsfB亚家族,4个下调表达的基因主要集中在OsHsfC亚家族,提示Hsf基因可能在调控水稻对纹枯病抗性的功能上存在分化。4个基因(OsHsfA2a、OsHsfA3、OsHsfB2a、OsHsfB2c)强烈响应纹枯病病菌的侵染,并且在叶鞘、叶片组织中的相对表达量较高,表明这些基因可能参与调控水稻对纹枯病的抗性。多数Hsf基因能够响应4种植物激素处理,总体来说,大部分OsHsf基因在JA、SA和ETH处理下呈下调表达,仅有少数基因呈上调表达;JA处理与SA处理相比,有1个Hsf基因受诱导表达的特征相反,SA处理和ETH处理相比,有3个Hsf基因受诱导表达的特征相反,JA处理和ETH处理相比,有3个Hsf基因受诱导表达的特征相反,JA处理与SA处理相比,SA处理与ETH处理相比,JA处理与ETH处理相比,表达特征相似的基因分别有18个、16个和13个。OsHsfA2a、OsHsfA3、OsHsfB2a、OsHsfB2c等4个水稻的Hsf基因可能参与调控水稻对纹枯病的抗性,研究结果明确了水稻中Hsf基因对不同激素处理的响应特征,为进一步研究Hsf在水稻逆境响应中的功能提供了参考依据。

利用抗稻瘟病基因Pigm和抗纹枯病数量性状基因qSB-9TQ、qSB-11HJX改良南粳9108的抗性

【目的】稻瘟病和纹枯病是水稻两大重要病害,严重影响稻米的产量和品质。培育抗病品种是降低其危害最经济有效的措施。【方法】本研究结合分子标记辅助选择技术,将广谱抗稻瘟病基因Pigm和抗纹枯病数量性状基因qSB-9^(TQ)、qSB-11^(HJX)导入优良食味粳稻品种南粳9108中,构建不同抗性基因/基因组合的株系,并评价这些株系的稻瘟病和纹枯病抗性,考查其主要农艺性状和品质性状。【结果】导入Pigm能显著提高南粳9108对苗瘟和穗颈瘟的抗性;分别导入qSB-9^(TQ)、qSB-11^(HJX)均能提高南粳9108的纹枯病抗性,且两个抗性基因聚合时呈现一定的抗性累加效应。其中,导入Pigm的株系穗长和每穗粒数显著增加,导入qSB-11^(HJX)的株系千粒重显著增加,其他农艺及品质性状与南粳9108无明显差异。【结论】这些抗性基因导入/聚合能在不降低农艺及品质性状的同时,显著提高纹枯病和稻瘟病的抗性水平,为粳稻抗病育种提供新的种质资源。

一个新的水稻小圆粒突变体的遗传分析和基因鉴定

从Co辐射诱变的中花11突变体库中筛选到一个小圆粒突变体TM340,突变表型为株高降低,穗型直立,籽粒短且宽。颖壳外表皮扫描电镜结果显示,野生型细胞长度要长于突变体。通过与珍汕97B构建F群体,从中分别选取20株正常粒与小圆粒单株构建2个极端表型混池,连同亲本进行全基因组测序及关联分析,确定突变基因位于第5号染色体。比较测序发现突变体中srs3基因在第8外显子4431位的碱基A缺失导致移码突变。根据该位点设计CAPS标记,检测F分离群体中22株小圆粒单株,发现该标记与突变表型完全连锁,证明TM340小圆粒表型是由SRS3突变产生的新的等位变异引起。

转玉米PEPC基因水稻的创建及其农艺性状分析

将水稻Cab基因启动子与来自玉米的PEPC基因融合后通过农杆菌介导的转化法转入粳稻品种武香粳9号中,经分子鉴定和表达分析明确PEPC基因成功转入水稻并获表达。对pCab::PEPC转基因水稻的产量和品质性状进行了系统分析,发现其具有较好的增产潜力,且对稻米品质有一定的改良作用。此外,pCab::PEPC转基因水稻在苗期和种子萌发阶段均表现出良好的非生物胁迫抗性。综上所述,通过选择合适的启动子驱动PEPC基因在水稻中特异性表达,可显著增强水稻产量、品质和抗逆性,具有良好的育种应用前景。

抗咪唑啉酮类除草剂基因ALS 627N 改良粳稻品种除草剂抗性研究

草害是影响作物高产、稳产、优质的重要因素之一,培育及推广抗除草剂水稻品种是最为经济有效的解决杂草问题的方式,目前江苏抗除草剂粳稻品种非常紧缺,无法适应农业生产中的用种需求。本研究综合评价了抗除草剂基因ALS^(627N)在江苏粳稻育种实践中的育种应用潜力。通过连续回交结合分子标记辅助选择将金粳818中的ALS^(627N)基因导入江苏省2个优良食味粳稻品种南粳5718和南粳505中,在每个遗传背景下选择3个背景与受体亲本基本一致、携带ALS^(627N)的BC_(5)F_(5)世代稳定改良品系,与受体亲本相比,ALS^(627N)高世代回交改良系均表现出对咪唑啉酮类除草剂咪唑乙烟酸的完全抗性,表明在江苏省粳稻背景中导入ALS^(627N)可以实现对除草剂的抗性。与受体亲本相比,ALS^(627N)高世代回交改良系的农艺性状、产量及品质相关性状未发生一致变化,表明导入ALS^(627N)对水稻重要经济性状没有带来不利影响。稻瘟病和白叶枯病抗性鉴定结果发现,ALS^(627N)高世代回交改良系的穗颈瘟和白叶枯病抗性水平与受体亲本一致,表明导入ALS^(627N)也不会影响稻瘟病和白叶枯病抗性。上述结果表明ALS^(627N)基因在培育抗除草剂粳稻品种上具有很高的育种利用价值,得到的抗除草剂新品系不仅有望迅速服务于农业生产,还可以作为新的供体,加快江苏及其周边地区抗除草剂粳稻品种的开发。

驯化对玉米Rubisco活化酶基因RCAβ序列变异的影响

对20份大刍草和80份玉米自交系RCAβ基因的启动子区和编码区进行测序,进行核苷酸序列变异、氨基酸序列变异、DNA多样性以及最小生成树分析,并对49份大刍草和201份玉米RCAβ基因启动子区的2个与基因表达量显著相关的位点进行单倍型分析。结果表明:在大刍草向玉米的驯化过程中,RCAβ基因受到强烈选择,导致其DNA序列变异程度降低。与玉米相比,大刍草RCAβ基因的启动子类型和编码蛋白质种类更加丰富。在玉米中未检测到T02、T03、T04和T05等4种功能域完整的大刍草RCAβ蛋白和Hap4类型大刍草启动子。大刍草RCAβ基因丰富的序列变异可为改良玉米光合效率提供遗传资源。

一种筛选水稻Mutmap+突变位点的简易方法

利用基因组重测序技术进行基因定位目前已在水稻功能基因组学研究中得到广泛应用。其中,Mutmap+技术因无需进行杂交操作,且无需背景亲本的基因组信息,具有更广阔的应用前景。然而,目前Mutmap+技术筛选候选突变位点的方法依赖于复杂的数据计算,要求研究者具有较高的生物信息学知识。根据Mutmap+的实验原理,设计一种简单的筛选候选突变位点的方法。该方法对混池测序的表型池与非表型池的突变指数分别加以限定,即表型池突变指数等于1,非表型池突变指数小于0.5。对测序所得突变位点进行简单排序,即可得到候选突变位点。运用该筛选方法,从6个水稻不育突变体成功克隆突变基因,并对其中1个突变体进行了细胞学表型的验证。该方法可简化Mutmap+技术的数据分析流程,便于将Mutmap+技术更好地运用到水稻功能基因组学研究中。

水稻种子休眠遗传调控机制研究进展

种子休眠可确保种子在最适宜的条件下萌发,对植物的生存和环境适应具有重要意义。种子休眠的强弱关系到种子穗发芽、萌发率、整齐度及后续生长,对作物的产量和品质十分重要。种子休眠受内源激素、环境和复杂遗传网络等多种因素的调控。其中植物激素脱落酸(abscisic acid,ABA)和赤霉素(gibberellic acid,GA)是水稻休眠调控网络中最重要的2个激素,大多数休眠相关基因通过直接或间接调控ABA和GA相关基因来介导种子的休眠。过去几十年,育种家对水稻种子休眠进行了一些数量性状座位(Quantitative trait locus,QTL)定位研究,并结合一系列水稻穗发芽的突变体,初步揭示了种子休眠的分子机制。该研究归纳总结近几年控制水稻休眠的关键基因及其调控机制,以期为该方向的研究以及水稻抗穗发芽分子育种提供帮助。

2C类蛋白磷酸酶基因OsPP2C49调控水稻干旱和高温胁迫响应的机制研究

水稻是最重要的粮食作物之一,干旱、高温、盐等不利因素均会严重影响水稻产量。脱落酸(ABA)作为一种胁迫响应激素,参与调控多种非生物胁迫应答。以ABA信号组分A亚族2C类蛋白磷酸酶基因OsPP2C49为研究对象,探究其调控水稻干旱和高温胁迫的响应机制。结果表明:敲除OsPP2C49基因显著提高水稻在干旱和高温条件下的存活率,而过量表达会导致存活率显著降低。OsPP2C49的表达可被不同逆境胁迫诱导。OsbZIP10、OsbZIP40和OsbZIP42可结合OsPP2C49的启动子,激活OsPP2C49的转录。OsbZIP10、OsbZIP40和OsbZIP42的表达亦可被干旱和高温显著诱导,推测OsPP2C49在胁迫条件下的诱导表达是由不同bZIP转录因子介导的。这一研究可为培育耐旱和耐高温的水稻品种提供新的遗传信息。

DNA甲基化对水稻花药培养过程中黄化的影响

花药培养是一种常见的植物组织培养技术,其培养过程中易产生黄化苗,从DNA甲基化的角度探究水稻花药培养中幼苗高频黄化的机制。结果表明:水稻花药培养产生的黄化苗叶绿素含量降低,叶绿体形态异常。黄化苗基因组DNA甲基化水平明显升高。进一步分析发现绿苗和黄化苗差异甲基化基因主要富集在光合作用相关的途径。通过转录组分析发现,LOC_Os04g58200(OsPORA)、LOC_Os01g01280(OsTLP27)、LOC_Os06g01850(OsLFNR1)、LOC_Os11g01140(OsNPH1a)、LOC_Os02g15640(OsPYL3)、LOC_Os12g08830、LOC_Os07g053600、LOC_Os06g40640(OsAld-Y)和LOC_Os07g01769个与光合作用相关的基因表达量发生改变,且甲基化水平也发生变化。综上,水稻花药培养过程中由于DNA甲基化而抑制光合作用中相关基因的表达,从而导致黄化苗的产生。