转基因水稻胚乳中表达铁结合蛋白提高稻米铁含量

为提高我国稻米的铁含量 ,通过农杆菌介导将自行克隆的菜豆 (Phaseoluslimensis)铁结合蛋白 (Ferritin)基因导入了一个高产粳稻 (OryzasativaL .ssp .japonica)品种中 ,获得 17个独立的转基因水稻株系。分子检测证明 ,外源基因在多数转基因水稻植株基因组中有 1～ 3个整合位点 ,并可稳定遗传。在水稻种子贮存蛋白谷蛋白基因GluB 1启动子的控制下 ,铁结合蛋白基因可在转基因水稻的种子中高效特异地表达 ,不同转化子中的表达量有明显不同。在转基因水稻种子中表达铁结合蛋白后对提高精米中的铁含量有明显的效果 ,相对于未转化对照最多可提高 6 4 % ,而锌的含量并无明显变化。

水稻rbcS启动子控制的外源基因在转基因水稻中的特异性表达

为将不同启动子用于转基因水稻的研究,从武运粳8号水稻中克隆了Rubisco小亚基基因(rbcS)的5'上游调控区,构建了由rbcS启动子引导的GUS融合基因,并经农杆菌介导导入到水稻中。对转基因水稻植株中GUS活性的定性与定量测定结果表明,rbcS启动子可驱动GUS报告基因在转基因水稻植株叶片和叶鞘内的叶肉细胞中特异性高效表达,而在茎、根和种子等器官中不表达或表达活性极弱,表现出明显的组织与细胞特异性。结果还表明,光诱导处理可明显提高rbcS启动子启动的外源基因的表达量。

反义Wx基因导入我国常规籼稻品种的研究

经农杆菌介导,将自行克隆并构建的反义Wx基因导入4个高直链淀粉含量的常规籼稻品种绿黄占、清芦占11号、三芦占7号和特青中,经潮霉素抗性筛选获得抗性植株。聚合酶链反应(PCR)和Southern杂交检测证明反义Wx基因已整合进转基因水稻植株的基因组中。对成熟种子直链淀粉含量的分析表明,部分转基因水稻植株T_1或T_2代种子中的直链淀粉含量有不同程度的下降,最低的已降至16.52％,较对照下降了40.5％;在此基础上筛选获得了部分转基因纯合株系。研究结果还表明,直链淀粉含量的改变会导致相应稻米的胶稠度和糊化温度的变化。

转基因稻谷外源蛋白在肉仔鸡体内的安全评价

为了研究肉仔鸡体内器官中是否存在转基因稻谷所表达的外源蛋白,为转基因水稻品系进一步的饲用或食用安全性研究奠定基础,试验将200只1日龄的AA肉仔鸡随机分成2组,试验组、对照组,分别饲喂转基因稻谷及其亲本配制的基础日粮,采用Western blotting方法对饲喂转基因稻谷及其亲本稻谷种子、饲料及其对应粪便,各组肉仔鸡的胸肌、腿肌、肝脏、肾脏、血液、腺胃、肌胃、十二指肠肠壁、空肠肠壁、回肠肠壁的转基因外源蛋白在肉仔鸡体内的表达情况进行了检测。结果表明:采用Western blotting技术未在肉仔鸡体内各器官中检测到转基因稻谷所转录表达的外源蛋白,转基因蛋白成分能够被机体完全消化,肉仔鸡粪便中未检测到所转录的外源蛋白,转基因蛋白不会通过粪便在自然界传播。

转基因稻谷日粮对肉仔鸡血清生化指标的影响

为了研究转基因稻谷日粮对肉仔鸡血液生化指标的影响,监测转基因稻谷对肉仔鸡健康状况的影响。试验将200只1日龄的肉仔鸡随机分成2组,试验组、对照组分别饲喂转基因稻谷及其亲本配制的基础日粮。21日龄、42日龄时测定试验组与对照组血液生化指标之间的差异。结果表明:饲喂含有转基因稻谷日粮的肉仔鸡在早期可降低碱性磷酸酶含量,降低后期血液中尿酸含量,而对其它血液生化指标无显著影响。转基因稻谷日粮作为肉仔鸡的饲料原料对肉仔鸡血液生化指标未造成负面影响。

转新城疫病毒融合蛋白基因水稻植株的获得

以编码新城疫病毒融合蛋白 (NDV -F)基因为外源基因 ,与玉米泛素蛋白 (Ubi)启动子和农杆菌胭脂碱合成酶基因(NOS)终止子构建成嵌合基因 ,构建了适宜于农杆菌介导转化水稻的表达质粒pUNDV ;并以潮霉素磷酸转移酶 (HPT)基因作选择标记基因、β -半乳糖苷酸酶 (GUS)基因作报告基因 ,借助于农杆菌介导转化水稻 ,获得了多株转基因植株。PCR分析和GUS活性检测结果证实含有NDV -F基因的T -DNA已整合到水稻基因组中。为研制廉价的转基因水稻新城疫基因工程疫苗奠定了基础。

新城疫病毒融合蛋白在转基因水稻叶片中的表达及其免疫原性

利用转基因植物作为生物反应器表达抗原蛋白具有广阔的应用前景。以新城疫病毒融合蛋白(NDVF)基因1.7kb全长编码区序列为外源基因与组成型表达的玉米泛素蛋白基因(Ubi)启动子和农杆菌胭脂碱合成酶基因(nos)终止子组成嵌合基因,构建了适宜于农杆菌介导转化水稻的转化载体pUNDV,经根癌农杆菌介导的遗传转化方法将由Ubi启动子驱动的NDVF嵌合基因导入水稻细胞中,经潮霉素抗性筛选,共再生获得了6个独立的转基因株系。PCR分析结果表明NDVF基因已整合到水稻基因组中。ELISA和Westernblot分析结果证实NDVF蛋白在部分转基因水稻叶片组织中获得表达,其中植株F5叶片组织中具有较高的表达水平。将F5叶片可溶性总蛋白皮下注射免疫BALB/c小鼠,结果表明能够诱导小鼠产生一定水平的NDVF蛋白特异抗体。

无选择标记基因的优质香稻新品系培育

香味是稻米食味品质的主要性状之一,为培育无抗性选择标记基因的优质香稻新品系,以携带有超双元载体OSBADH2-RNAi的农杆菌菌株EHA105介导,将OSBADH2基因的RNA干扰结构和潮霉素抗性选择标记(HPT)基因同时导入优质粳稻武育粳3号成熟胚来源的愈伤组织中,经过在含有潮霉素的培养基上筛选和分化,获得了54个独立转化子,其中36个转化子同时含目的基因和HPT基因,共转化频率为66.7%;从这些转化子的后代中共筛选获得25个去除HPT基因的转化子,去标记频率为69.4%;通过KOH法等4种方法进行香味的鉴定,获得15个具有香味的株系。实时定量PCR分析结果表明,具香味株系中的OSBADH2基因的表达受到了明显抑制,进一步证明了香味的产生是由于OSBADH2基因被干扰而引起。农艺性状调查表明,抑制OSBADH2基因的表达对水稻产量相关性状,包括株高、千粒质量、穗粒数和结实率影响不明显。

扬麦4号/偃展1号RIL群体株高QTL挖掘及其对赤霉病抗性的效应分析与验证

小麦的株高(plant height,PH)性状与赤霉病(fusarium head blight,FHB)抗性的关系密切。本研究利用扬麦4号/偃展1号(YM4/YZ1)杂交组合衍生的重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体,利用55K单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphism,SNP)芯片数据,结合3年共6个环境下RIL群体及其亲本的株高数据,挖掘株高性状的遗传位点。同时利用土壤表面赤霉病麦粒抛撒法和单花滴注法鉴定株高位点对赤霉病抗侵染(Type I)和抗扩展(Type II)两种类型的效应。在染色体2D、4B、4D、5A和7D上检测到7个与株高相关的数量性状位点(quantitative trait loci,QTL),经过比对,QPh.yas-2D.2可能是新的株高位点。QPh.yas-2D.1、QPh.yas-2D.2和QPh.yas-5A的矮秆效应来源于扬麦4号,其余4个QTL的矮秆效应来源于偃展1号。QPh.yas-4D和QPh.yas-5A均在6个环境下被检测到,表型变异贡献率(PVE)范围分别为19.48%~44.11%和10.48%~13.71%。研究发现Rht-D1和QPh.yas-7D.2位点上的高秆等位变异(YM4等位变异)分别降低侵染型平均病小穗率(average percentage of infected spikelets,PIS)34.97%和19.09%,QPh.yas-2D.2和QPh.yas-5A位点上的矮秆等位变异(YM4等位变异)分别降低扩展型平均病小穗率(average percentage of diseased spikelets,PDS)24.73%和14.56%。QPh.yas-5A的矮秆等位变异来源于阿夫。利用小麦中国春2.1版本的参考基因组信息分析QPh.yas-5A区间,发现一共有146个有注释功能的高置信基因,主要涉及合成细胞色素P450、脱水反应元件结合蛋白、乙烯响应转录因子、转录因子MYC2和细胞壁受体相关激酶等。进一步将QPh.yas-5A位点紧密连锁SNP标记转化成育种可用分子标记KASP-5A,并在126份小麦品种(系)中初步验证其对株高和赤霉病抗性的效应。研究结果可为QPh.yas-5A的育种应用和精细定位奠定基础。

小麦株高QTL的定位及对重要农艺性状的多效性分析

株高作为小麦育种的重要指标,对产量具有较大的影响。为进一步挖掘小麦株高的数量性状位点(quantitative trait loci,QTL),本研究以扬麦12和偃展1号杂交得到的包含205个家系的重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体为材料,利用小麦55K SNP芯片构建高密度遗传图谱,结合3年共6个环境的表型数据对株高性状进行QTL定位分析。结果表明,在染色体2B(1)、4B(1)、4D(1)、5A(1)、5B(1)和7D(2)上共检测到7个与株高相关的QTL。QPh.yaas-4B、QPh.yaas-5A和QPh.yaas-7D.1的矮秆效应来源于扬麦12,其余4个QTL的矮秆效应来源于偃展1号。在6个环境下都能检测到的位点是QPh.yaas-4B和QPh.yaas-4D,对株高的贡献率分别14.50%~24.09%和19.01%~29.80%,经过比对发现,这2个QTL分别是Rht1和Rht2。QPh.yaas-5A在5个环境下被检测到,对株高的贡献率为3.29%~5.36%;QPh.yaas-2D和QPh.yaas-7D.2在4个环境中均被检测到,对株高的贡献率分别为3.45%~6.14%和3.16%~4.10%;QPh.yaas-5B和QPh.yaas-7D.1分别在2个和3个环境中被检测到,对株高的贡献率分别是2.27%~5.09%和2.72%~4.82%。QTL比较分析后发现,QPh.yaas-7D.1和QPh.yaas-7D.2可能是新的株高位点。研究Rht-B1和Rht-D1对千粒重、穗长和穗粒数的效应,发现Rht-B1位点对这些农艺性状无显著效应,Rht-D1位点仅对千粒重有显著效应,其株高增效等位变异可显著增加千粒重。在自然群体中验证Rht-B1和Rht-D1的效应结果与RIL群体结果一致。

分子标记辅助选择改良特青及其杂交稻米的蒸煮与食味品质刘巧泉

特青是我国育成的一个超高产籼稻常规品种,同时也可作为两系杂交稻的重要亲本,但其直链淀粉含量较高,蒸煮与食味品质较差。采用水稻蜡质基因内的一个分子标记(称为PCR-AccⅠ)进行辅助选择育种,经回交转育向特青品种导入来自中等直链淀粉含量优质籼稻的Wx基因,选育了仍保持原有亲本主要农艺性状的3个优质品系特青TT-1、特青TT-2和特青TT-3。改良品系胚乳中Wx基因表达量较改良前明显下降,直链淀粉合成大幅减少,由改良前的28.5%成功下调至15%左右的中等偏低水平。用改良品系与培矮64S所配两系杂交组合仍能保持较高的结实率及其他优异农艺性状,而杂交稻米的直链淀粉含量明显改善。直链淀粉含量降低后对亲本及杂种稻米中胶稠度等其他蒸煮食味品质的改善也有明显作用。

农杆菌介导的水稻双载体共转化法中部分影响因素的研究

以T-DNA区分别只含有潮霉素选择标记基因(HPT)和GUS报告基因的双元载体pCAMBIA1300和pCAMBIA0301用于农杆菌介导的水稻共转化试验。根据经农杆菌浸染并共培养3d后水稻愈伤组织中的GUS瞬间表达情况及其稳定共转化率,测定了不同农杆菌菌株搭配及其不同浓度配比对共转化效率的影响。结果表明,在两种农杆菌菌液浓度比为1:1的情况下,农杆菌EHA105/pCAMBIA1300与EHA105/pCAMBIA0301组合共转化水稻的效率要高于其他菌株的组合;在以农杆菌EHA105/pCAMBIA1300与EHA105/pCAMBIA0301进行共转化时,两种菌液浓度比为1:2时共转化效率最高。

小麦穗部性状和株高的QTL定位及育种标记开发和验证

穗部性状和株高是小麦育种的重要指标。以扬麦13 (Yangmai 13,简称YM13)和CIMMYT引进种质人工合成小麦衍生系C615为亲本构建重组自交系群体为研究材料,基于小麦90K SNP芯片基因型数据,结合3个环境下表型结果,分别检测到1个每穗结实总小穗数、2个穗长、2个结实小穗着生密度和3个株高的位点。其中,每穗结实总小穗数位点QSN.yaas-3B与株高位点QPH.yaas-3B处于同一位置,穗长位点QSL.yaas-5A、结实小穗着生密度位点QSC.yaas-5A和株高位点QPH.yaas-5A处于同一位置,穗长位点QSL.yaas-6A和结实小穗着生密度的位点QSC.yaas-6A处于同一位置。比对结果显示QSN.yaas-3B/QPH.yaas-3B和QSL.yaas-6A/QSC.yaas-6A位点均未见报道。进一步将QSL.yaas-5A/QSC.yaas-5A/QPH.yaas-5A位点紧密连锁SNP标记转化为KASP标记QC615-5A-KASP,并在105份小麦品系中初步验证其育种效应。研究结果可为小麦产量相关性状分子育种提供参考。

扬麦13/C615重组自交系籽粒蛋白质含量和硬度性状QTL分析

籽粒蛋白质含量和硬度是评价小麦品质的重要指标,也是小麦品质育种的主要选择指标。为挖掘新的与小麦品质相关的QTL,以扬麦13为父本,以CIMMYT引进种质C615为母本,构建了包含198个家系的重组自交系(recombinant inbred line,RIL)群体,利用小麦90K SNP芯片构建遗传图谱,并结合群体在4个环境下的籽粒蛋白质含量和硬度性状,对这两个性状进行QTL定位。结果表明,后代的品质性状偏向于扬麦13;94个家系的籽粒蛋白质含量平均值小于12.5%,硬度平均值小于50,符合国家弱筋小麦籽粒品质标准;构建的遗传图谱覆盖小麦21条染色体,长度为4853.76 cM,平均图距为5.79 cM;共检测到4个与籽粒蛋白质含量显著相关的QTL,分别位于2D染色体短臂、3D染色体短臂、5B染色体短臂和7A染色体长臂上,除QGpc.yaas-3DS的增效基因来源于扬麦13外,其余3个QTL的增效基因均来自C615。QGpc.yaas-2DS在4个环境中均能检测到,单个QTL的表型贡献率为2.80%~11.79%,其他3个QTL均仅能在1个环境下检测到,表型贡献率为3.09%~9.79%;共检测到2个与籽粒硬度性状显著相关的QTL,分别位于4A染色体长臂和5D染色体短臂上,硬度增效基因都来自C615,QHA.yaas-4AL在2个环境能检测到,表型贡献率为3.17%~3.84%;QHA.yaas-5DS在4个环境下能检测到,表型贡献率为26.37%~37.51%。聚合2个硬度增效基因的家系硬度值均达到硬质麦水平(硬度值≥50)。综上,扬麦13可作为优异亲本用于弱筋小麦品质育种,定位到的稳定的QTL/基因可为小麦籽粒蛋白质含量和硬度性状的分子标记辅助育种提供帮助。

我国“十三五”育成小麦新品种(系)抗赤霉病进展分析与展望

小麦赤霉病严重威胁我国粮食和食品安全,培育抗赤霉病小麦品种是解决该病害最经济有效的途径。20世纪90年代后,以扬麦158为代表的扬麦、宁麦系列中抗赤霉病品种的育成和大面积推广有效抵御了长江中下游麦区的赤霉病危害,使我国抗赤霉病育种处于国际领先水平。尽管全球明确了7个抗赤霉病基因,为开展抗赤霉病育种提供了重要支撑,但由于赤霉病抗性机制复杂,实现高抗与高产的协调仍极其困难,抗赤霉病仍是当前及未来我国小麦育种的主要目标。对“十三五”期间我国小麦新品系和审定品种的抗性情况以及我国抗赤霉病育种方面取得的进展进行了综述,并提出了重视挖掘和利用扬麦等推广品种中优异抗性基因、将Fhb1导入扬麦等主栽品种的育种技术路线和重视表型精准鉴定等建议,以期为实现我国抗赤霉病育种突破提供借鉴。

基于水稻染色体片段代换系的粒形QTL鉴定分析

利用染色体片段代换系材料,在3个环境中共鉴定出了25个与粒形相关的QTL。其中8个粒长QTL,5个粒宽QTL,5个谷粒长宽比QTL和7个粒厚QTL,分布于除第8、11、12的9条染色体上。

不同抗性水平水稻品种对纹枯病菌毒素的防卫反应与生理差异

毒素是水稻纹枯病菌(立枯丝核菌Rhizoctonia solani AG1-IA)的重要致病因子。研究水稻对毒素的抗性反应、耐受性与对纹枯病菌的抗性间的关系,可为利用毒素快速筛选、鉴定水稻品种的抗病性提供参考依据。研究显示,经乙醚萃取、硅胶柱层析获得的纹枯病菌毒素可显著抑制水稻胚根伸长、诱导典型的纹枯病水渍斑,具有明显生物学活性;以一定浓度的毒素处理水稻植株,可诱导寄主体内过氧化物酶、多酚氧化酶、苯丙氨酸解氨酶和超氧化物歧化酶等防御酶活性升高,且速度或程度与品种抗性水平有关,抗病品种的酶活明显高于感病品种。水稻品种对纹枯病的抗性越强,毒素对其胚根伸长抑制率、细胞膜损伤率和磷素外渗率就越低。毒素活性在长时间光照、高温、强酸、强碱和强氧化性化合物如高锰酸钾中明显下降。

基于水稻单片段代换系的粒形QTL定位

粒形是重要的农艺性状,既影响水稻产量也影响稻米品质,是典型的数量性状,易受遗传背景和环境因素的影响。染色体单片段代换系降低了遗传背景的干扰,是鉴定QTL的新型遗传材料。利用单片段代换系为材料,共鉴定出了22个与粒形相关的QTL,包括7个粒长QTL,6个粒宽QTL,5个谷粒长宽比QTL和4个粒厚QTL,分布于除第6、91、1和12染色体外的8条染色体上。这些结果为粒形QTL的克隆和分子育种奠定了基础。

水稻不完全隐性卷叶主基因以rl(t)的精细定位

利用奇妙香（QMX）为轮回亲本，与卷叶珍汕97B（JZB）杂交并回交的BC4F2和BC4F3两群体为研究材料，对卷叶性状进行了遗传分析，并对卷叶基因进行精细定位．遗传分析表明，卷叶性状主要受1对不完全隐性主基因的控制，命名为rl（t），并同时受到数量性状基因和或环境的影响．利用500个SSR标记和新开发的15个InDel标记，通过BSA法在卷叶DNA池和平展叶DNA池间筛选到8个多态性标记，并用MAPMAKER／EXP3．0构建遗传连锁图．基因定位方法采用复合区间作图法（CIM）．利用BC4F2分离群体将rl（t）初步定位于第2染色体长臂，位于标记InDel 112-RM3763之间，两标记之间的遗传距离为2．4cM，rl（t）距离InDel 112约1．0cM．为精细定位rl（t），从BC4F2代经标记选择得到1个中度卷叶植株，自交扩繁成855株个体的BC4F3代株系，另发展4个新的InDel标记．连锁分析表明，InDel 112．6和InDel 113位于标记InDel 112和RM3763之间．利用BC4F3株系中分离出的191个卷叶株和185个平展叶株，将rl（t）定位于InDel 112、6-InDel113之间，物理距离为137kb、对该区段进行了初步的侯选基因分析，推测rl（t）可能参与了microRNA（miRNA）系统对叶片发育的调控．

水稻半矮秆基因sd-g的精细定位

矮秆基因的发掘、研究和利用是水稻株型改良育种和植物生长发育分子生物学研究的重要基础.利用新桂矮双矮与02428杂交产生的F2群体对sd-g进行了精细定位.sd-g基因首先被定位在水稻第5染色体上微卫星标记RM440和RM163之间,遗传距离分别是0.5和2.5cM.为了进一步精细定位sd-g基因,利用已经公布的水稻基因组序列,在sd-g基因附近区域寻找微卫星序列并发展新的标记,在RM440和RM163之间发展了9个微卫星标记.sd-g基因被进一步定位在SSR5-1和SSR5-51之间,SSR5-1与sd-g之间相距0.1cM,SSR5-51与sd-g之间相距0.3cM,而SSR418与sd-g表现为共分离.以此为基础,构建覆盖sd-g基因区域的BAC重叠群,sd-g基因被定位在AC105319约85kb的区段上,这为sd-g基因的图位克隆奠定了基础.