基于不完全双列杂交设计的水稻农艺性状配合力基因组预测

[目的]在亲本一般配合力的基础上优选特殊配合力高的杂交种,是水稻杂种育种的关键。基因组选择基于覆盖全基因组的分子标记和样本的表型数据建立预测模型,实现对品种更加可靠的选择。[方法]本研究利用一组基于不完全双列杂交(NCII 设计)的水稻数据集,考查其多个农艺性状配合力的基因组预测能力。并比较了不同训练群体构建方法对杂交种表型预测能力的影响。[结果]8个农艺性状一般配合力的预测能力由其遗传率主导,从0.3888 到0.7367。杂交种特殊配合力的预测能力较低,但是直接预测杂交种的表型可以获得较高的预测能力。[结论]基因组预测水稻亲本一般配合力是有效的,能够帮助育种家实现对亲本的科学选择。如果要选配杂交种,直接预测杂交种表型是最有效的手段。此时让更多的亲本均衡地参与杂交种训练集的组配,有利于获得更高的预测能力。

江苏近年育成粳稻新品种/系的稻瘟病抗性基因及穗颈瘟抗性分析

【目的】明确水稻品种携带的抗稻瘟病基育种应用价值,是利用抗病基因培育抗病品种控制病害流行的重要前期工作。【方法】利用功能标记分析了14个抗稻瘟病基因在江苏近年育成的195个粳稻新品种/系中的分布情况,并对其中158个品种和17份携带抗稻瘟病基因Pigm的高世代回交株系进行穗颈瘟接种鉴定。【结果】大多数品种携带2~5个抗病基因,但所有品种均不含有Pigm基因;Pib、Pita和Pikh基因在供试品种中的分布频率较高,均在45%以上,其余基因均在30%以内;Pid3、Pid2、Pia、Pb1在新育成品种中的出现频率明显高于审定品种。测试品种对穗颈瘟的抗性主要与3个基因显著相关,贡献率由高至低依次为Pia、Pi3/5/i和Pita;其中,Pia或Pi3/5/i与Pita间的聚合效应均显著高于各基因单独存在时的抗病效应,且以Pia和Pita间的聚合效应最强,携带该基因组合的所有品种对穗颈瘟均表现抗至高抗水平抗性。回交导入Pigm基因的所有17份株系对穗颈瘟的抗性均显著高于各自轮回亲本,且均达到了抗病以上水平。【结论】抗病基因Pigm及基因组合“Pia+Pita”在江苏粳稻抗穗颈瘟育种中具有重要的育种应用价值。

硝酸盐诱导的大麦HvLBD5/14基因表达分析及功能验证

LBD(Lateral organ boundaries domain)基因家族是植物特有的一类含有保守LOB(Lateral organ boundaries)结构域的转录因子家族,在调控植物侧生器官发育、逆境胁迫响应等方面具有重要的作用,其中ClassⅡa类基因涉及到植物的氮代谢调控。本研究克隆了大麦LBD基因家族ClassⅡa中HvLBD5和HvLBD14基因,通过荧光定量PCR分析了硝酸盐诱导下的基因表达模式;构建表达载体,转化拟南芥,探讨了转基因株系相对于野生型的氮素形态的变化。结果表明,大麦HvLBD5和HvLBD14基因均受低浓度和高浓度硝酸盐诱导表达,然而表达模式存在差异;拟南芥超表达株系相对于野生型,成熟植株中硝酸盐含量和蛋白质含量显著增加(P<0.05),暗示着大麦HvLBD5和HvLBD14可能涉及到氮代谢调控。该研究结果对大麦LBD基因鉴定及功能研究具有重要的意义。

水稻粒型调控机制及相关基因在育种中应用研究进展

粒型是影响稻米产量和的品质的重要数量性状之一。其遗传调控网络包括信号通路、泛素-蛋白酶体通路、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路、G蛋白信号通路及转录因子等多个调控通路。目前已经定位到的与粒型相关数量性状位点(QTL)有600多个,并克隆了70多个基因,这些基因间相互作用并于其他调控通路共同构成了水稻粒型调控网络。笔者对粒型调控网络和相关基因进行了总结和梳理并阐明其在育种上的应用前景,以期为水稻高产育种提供有利的理论和材料基础。

长粒型中熟中粳稻新品种扬农粳1030的选育

扬农粳1030是扬州大学农学院育成的长粒型中熟中粳水稻新品种,2020年通过江苏省农作物品种审定委员会审定。该品种具有产量潜力较高、稻米品质较优、综合抗性较强、适应性较广的特点,适宜在我江苏淮北稻区推广种植。阐述了扬农粳1030的选育过程、试验结果、特征特性及其栽培要点。

优质外观优良食味早熟晚粳稻新品种广陵优粳的选育

广陵优粳是扬州大学农学院育成的早熟晚粳水稻新品种,2021年通过江苏省农作物品种审定。该品种具有外观品质优良、米饭食味可口、产量潜力较高、综合抗性较强、适应性较广的特点,适宜在江苏省苏南及沿江稻区推广种植。笔者阐述了广陵优粳的选育过程、试验结果、特征特性及其栽培要点。

大麦单株产量性状的杂种优势及其稳定性分析

为研究不同环境下大麦单株产量性状的杂种优势及其稳定性,以113个(Nasonijo×泰兴9425)DH系配制226个杂交种构建的永久F2群体及亲本为材料,分别调查参试材料在4个环境下的单株穗数、主穗粒数、千粒重、单株产量和单株生物量,利用方差分析、聚类分析及稳定性分析对大麦单株产量性状的杂种优势及其稳定性进行了分析。结果表明,大麦杂种F1各被测性状大多表现中亲优势,超亲优势组合出现率相对较低。各被测性状的杂种优势不仅受自身遗传因素影响,而且受试点生态条件及年度气候条件的影响。杂种优势的稳定性因性状不同而异,千粒重和主穗粒数杂种优势的稳定性较好,单株生物量和单株产量杂种优势的稳定性较差,仅有2个组合在多环境下表现出稳定的强杂种优势。

施硒方式及浓度对粳稻品种籽粒硒积累和形态的影响

为确定有效的硒肥施用方式和遴选富硒能力强的优质水稻品种,研究了叶面喷施和根施两种施硒方式对不同水稻品种籽粒硒积累和硒形态的影响。结果表明,两种施硒方式均可显著提高稻米中的硒含量,施肥方式与品种间、施肥浓度与品种间存在互作;低、中、高三种浓度处理后大部分品种稻米中的硒含量均达到富硒稻谷的国标规定含量;不同品种对硒的富集能力不同,扬粳805和南粳5055在不同施硒方式下均显示出较强的富硒能力,高浓度处理后糙米硒含量分别达到316.45μg/kg和286.82μg/kg;精米和糙米间的硒含量无显著差异,表明硒主要富集在精米中;硒形态研究发现,精米中未检测到无机硒,有机硒含量主要是以硒代蛋氨酸形态存在,有少量硒代半胱氨酸和硒甲基硒代半胱氨酸。结果可为开发优质高效的富硒大米提供参考,同时为进一步研究不同水稻品种富硒差异机制提供基础。

CRISPR/Cas9系统在水稻中的发展和利用

基因组学的快速发展和多种基因组编辑技术的出现,对植物科学以及农业领域中的基因功能研究和遗传改良产生了巨大影响。其中,CRISPR/Cas9系统介导的基因组编辑技术能够快速编辑各种生物体中的基因组,以其简单稳定高效等优点,成为目前最先进且被广泛运用的系统。水稻是我国最重要的粮食作物之一,其遗传资源丰富且基因组小,适合用于基因组编辑技术的研究。讨论水稻改良的基因组编辑策略,重点介绍CRISPR/Cas9系统在水稻抗病性、抗逆性、杂种优势等方面的应用和进展,强调CRISPR/Cas9在水稻改良中的主要挑战和发展意义。

高世代回交玉米矮秆种质的转录组分析

株高影响株型建成,与抗倒性、收获指数以及最终产量相关。对矮秆材料的研究有助于丰富对株高调控机理的认识。在前期研究中,对玉米矮秆材料D11的农艺与生理特征进行了分析。本研究基于高世代回交群体,通过转录组测序,对矮秆材料D11的基因表达调控进行解析。与株高正常植株相比,矮秆材料中共检测到2537个差异表达的基因,其中1120个基因表达上调、1417个基因表达下调。功能注释、GO富集、通路富集的结果表明,差异表达基因参与细胞延伸、细胞骨架功能、微管组织、叶绿体功能、植物激素合成代谢等。差异表达基因最显著富集的通路与糖酵解相关。共表达分析结果表明,编码果糖-1,6-双磷酸酶的基因与多个差异表达基因存在功能关联。该研究结果揭示了玉米矮秆材料中的基因表达调控,为后续玉米株高调控节点的发掘提供了参考。

水稻黑条矮缩病抗性QTL定位

发掘水稻黑条矮缩病的抗性基因有助于抗病品种的选育,减少黑条矮缩病对水稻生产的危害。本研究构建了包含222个家系的L5494/IR36重组自交系群体。对该群体进行黑条矮缩病的田间诱发鉴定,抗性亲本IR36发病率为28.70%,感病亲本L5494发病率为84.26%,群体发病率范围为11.21%~89.81%。利用134对分子标记构建覆盖12条染色体的遗传连锁图谱,总遗传距离为1475.97cM,平均标记间距为11.1cM。利用QTL IciMapping 4.0对抗黑条矮缩病QTL进行分析,共检测到4个QTL,其中第1、第2、第9染色体上QTL的表型贡献率分别为12.64%、16.00%和8.43%,抗病等位基因来自抗病亲本IR36;第6染色体上QTL的表型贡献率为10.82%,抗病等位基因来自感病亲本L5494。在此基础上,利用93-11为供体、日本晴为背景的近等基因系材料,在qRBSDV-1定位区间内检测到来自93-11的抗性QTL。本研究结果为水稻黑条矮缩病抗性基因定位及分子标记辅助选择育种提供借鉴。

玉米G蛋白研究进展

G蛋白(guanine nucleotide-binding protein,G-protein)包括Gα、Gβ、Gγ亚基,Gγ亚基又可以进一步分为Type A、Type B、Type C 3种类型。植物G蛋白影响株型建成、生物逆境与非生物逆境应答、养分利用效率和产量表现等。玉米G蛋白的相关研究主要集中于典型Gα和Type C Gγ亚基。综述了玉米G蛋白的研究现状,重点介绍了G蛋白的分子功能、G蛋白与玉米农艺性状的关联,并对今后玉米G蛋白研究工作进行了展望,以期为玉米G蛋白的相关研究提供参考。

水稻稻瘟病和纹枯病抗性鉴定方法

水稻(Oryza sativa)是世界上最重要的粮食作物,但稻瘟病和纹枯病等病害严重危害水稻的产量和品质,给我国乃至全球粮食安全带来巨大威胁。鉴定水稻抗病资源、克隆抗病基因、揭示抗性机理并在育种中加以利用,对抵御水稻病害和保障粮食安全具有十分重要的作用。准确评价水稻资源的抗病性,是开展抗病机理研究和育种生产应用的关键环节。该文详述了水稻幼苗期人工喷雾接种、分蘖期和孕穗期田间注射接种与离体叶片戳伤接种的稻瘟病抗性鉴定方法,以及水稻分蘖期田间接种、孕穗期温室接种和离体茎秆接种的纹枯病抗性鉴定方法,以期为同行鉴定水稻资源、开展抗病理论和应用研究提供参考。

太湖地区地方特色糯稻品种鸭血糯和苏御糯稻米理化特性研究

为分析太湖地区地方特色糯稻品种稻米品质性状,为后续特色糯稻种质的开发和利用提供依据,以鸭血糯和苏御糯及对照品种红壳糯和白壳糯为材料,分析了稻米的基本理化品质和淀粉结构特性。结果表明,鸭血糯和苏御糯具有较高的蛋白质含量和表观直链淀粉含量;鸭血糯和苏御糯米粉和淀粉均表现出较低的黏滞性,通过淀粉粒扫描电镜分析发现较小的淀粉粒可能是导致鸭血糯和苏御糯米粉和淀粉黏滞性较低的重要原因;热力学特性分析结果表明,鸭血糯淀粉具有最高的糊化温度和热焓值并且较易发生回生,其次是苏御糯淀粉;晶体结构分析表明,4个糯稻淀粉均表现为典型的A类型晶体结构,但鸭血糯淀粉的长程有序程度和短程有序程度均最高,其次是苏御糯淀粉。

乙烯信号参与调控水稻纹枯病抗性的研究

乙烯(ET)信号在植物抵抗各种逆境反应中具有重要作用,但目前关于乙烯信号在调控水稻纹枯病抗性中的作用仍缺乏系统研究。本研究以感纹枯病水稻品种Lemont和抗纹枯病水稻品种YSBR1为材料,分析了纹枯病菌接种后乙烯合成关键基因及信号传导途径中标志基因的表达水平,结果显示,纹枯病菌侵染可显著诱导相关基因的表达、激活乙烯信号。进一步采用乙烯合成抑制剂和信号激活剂处理水稻并进行接种鉴定,结果显示,两种化学剂分别可抑制或激活乙烯信号;无论是Lemont还是YSBR1,激活其乙烯信号均可显著增强抗病性,而抑制该信号均显著降低抗病性。对3个乙烯受体突变体(ethylene response2,etr2;ethylene response3,etr3;ethylene response sensor2,ers2)进行温室接种鉴定,发现突变体的病斑长度均极显著高于野生型对照。以上研究表明乙烯信号在水稻对纹枯病菌的防卫反应或基础抗性中具有十分重要的作用,结果将为进一步解析"水稻—纹枯病菌"间的互作机制、制定合适的病害综合防控策略提供理论基础。