水稻叶色突变体及其基因定位、克隆的研究进展

叶片是植物最主要的光合作用器官,叶色变异是高等植物中突变频率较高且易于鉴定的突变性状。叶色突变体是植物光合作用机制、叶绿素生物合成、叶绿体的结构功能和遗传发育调控机理、作物标记性状等研究的理想材料。本文介绍了国内外在水稻叶色突变体的发掘、遗传研究、基因定位、基因克隆以及功能研究和突变机理方面的研究进展。

以标记辅助选择改良江苏主栽粳稻品种“淮稻5号”黑条矮缩病抗性

水稻黑条矮缩病是由灰飞虱传播的一种病毒病,最近在江苏、浙江等省暴发给水稻生产造成严重威胁。本研究在前期对水稻黑条矮缩病抗性基因初步定位的基础上,针对第6染色体短臂上紧密连锁的2个抗性QTL,以抗性亲本"明恢63"为供体,感病亲本"淮稻5号"为轮回亲本,通过标记辅助选择,构建了携带目标抗性QTL的系列近等基因系。自然接种和人工接种鉴定表明新培育的近等基因系其发病率较对照轮回亲本下降25%左右,抗性得到显著改良。农艺性状调查结果显示大多数近等基因系其生育期、株高及产量构成性状等与轮回亲本相似,表明目标区段存在较少的累赘连锁。此外,对有关如何实现目标QTL的精细定位,以及利用标记辅助选择聚合多个抗性QTL培育抗病品种的策略也进行了探讨。

一组水稻卷叶近等基因系的构建及性状研究

以剑叶卷曲度不同的4个水稻卷叶资源5408、卷珍B、YSBR1、培矮64S为供体亲本,平展叶品种奇妙香为受体亲本,通过连续回交再自交,获得BC7F3卷叶株系。随机区组试验结果显示,株系间剑叶卷曲度存在极显著差异,在剑叶叶基角、一次枝梗数、千粒重3个性状上,部分株系与奇妙香之间存在显著差异,而其他所调查的性状,不同的株系与奇妙香表现基本一致,表明已获得剑叶卷曲度为目标性状的近等基因系。不同株系与奇妙香的杂种F1的剑叶卷曲度也存在极显著差异,且卷曲度基本低于对应双亲卷曲度的平均值,推测所研究的卷叶性状由隐性基因控制。对如何利用卷叶近等基因系进一步研究卷叶性状和卷叶基因进行了讨论。

一个水稻损伤诱导型叶色突变体的发现及其特性研究

在育种田间,从迟熟中粳稻品种"淮稻7号"中发现一个天然叶色突变体,该突变体的表型存在绿-白-绿的叶色变化。通过对该突变体的形态观察,以及不同播期、不同移栽期突变体叶色转变特性的研究,发现其叶色转变只在移栽等因素引起的机械损伤信号胁迫下产生,且突变体的叶色表型变化在水稻的整个生育期都可发生。该突变体的叶色表型、叶色转变特性以及诱发突变的机制均未见报道,确认是一种全新的水稻叶色突变体,即损伤诱导型叶色突变体(Injury-induced leaf-color-mutant,iil)。

一个水稻新型叶色突变体的形态结构与遗传定位

所用水稻叶色突变体为自然突变,并命名为白淮稻7号,其叶色表型为绿-白-绿,且突变表型只有在移栽等因素引起的机械损伤信号胁迫下才会产生。研究结果表明,叶色转白前,突变体生长态势、叶色、叶绿素a含量和叶绿体超显微结构与野生型差异不大;叶色转白后,突变体总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量都显著低于野生型和叶色转白前,而叶绿体中的类囊体逐渐降解,基粒片层减少、基粒数量明显减少,且在成熟后突变体叶色黄化、植株变矮小。遗传分析表明,突变性状由1对隐性核基因控制。以该突变体与江西1587的F2群体为定位群体,将突变基因定位于水稻第11染色体分子标记L59.2-7和L64.8-11之间大约740.5kb的区间内。认为该突变基因是一个新的水稻叶色突变基因,暂命名为GWGL。

水稻黑条矮缩病抗性QTL分析

利用珍汕97B/明恢63的重组自交系群体,采用自然发病鉴定的方法,以穴发病率为表型值,对各株系进行黑条矮缩病抗性鉴定。群体的穴发病率偏向于抗病亲本,且呈连续性分布,表明水稻黑条矮缩病抗性受数量性状基因控制。利用WinQTLcart2.5软件对黑条矮缩病抗性QTL进行分析,共检测到6个QTL,其中第6、11染色体上各有2个,第7、9染色体各有1个。第6、7、9染色体上的4个QTL在两个地点都能检测到,是稳定表达的QTL,尤其是第6染色体上的2个QTL,LOD值分别为12.09和9.77,贡献率分别为20.20%和18.68%,是主效QTL,能在分子标记辅助选择育种中加以利用。

利用分子标记辅助选择提高江苏粳稻稻瘟病抗性

以江苏主栽粳稻品种徐稻3号为轮回亲本,通过分子标记辅助选择,分别构建携带Pi1、Pi2单基因和聚合双基因的近等基因系。人工接种结果表明:与轮回亲本接种结果相比,在携带Pi1的情况下,苗瘟抗性频率提高近30%,穗瘟抗性表现为中感或感的水平;在携带Pi2的情况下,苗瘟抗性频率提高40%以上,穗瘟抗性表现为中抗/中感水平;而聚合Pi1/Pi2的情况下,苗瘟抗性频率提高50%以上,穗瘟抗性达到高抗水平;苗瘟抗性和穗瘟抗性表现明显相关性。

水稻基因差异表达与杂种优势的关系分析

【目的】分析水稻强、弱优势组合的基因差异表达模式特征,探讨其与杂种优势之间的关系。【方法】以扬稻6号、明恢63、特青配置的9个杂种F1为材料,利用差异显示PCR技术(differential display polymerase chain reaction,DD-PCR)分别分析分蘖期(叶片)、孕穗期(幼穗)、抽穗期(剑叶)的基因差异表达模式。【结果】同一时期内强优势组G1(父本扬稻6号)、中优势组G3(父本特青)以及弱优势组G2(父本明恢63)在母本特异表达(UNP1)、父本特异表达(UNP2)、F1特异表达(UNF1)、F1特异缺失表达(ABF1)4个基因差异表达模式上存在明显差异;相关分析表明分蘖期叶片UNP2与单株产量呈极显著正相关,来自父本的基因特异表达有利于提高杂种优势;同一优势组在不同时期的表达模式也存在明显差异,反映了基因的时空表达特征;获得19个G1、G2间特异性差异表达的基因片段,分布在除第12染色体以外的其余11条染色体上,主要涉及物质合成与运输、能量代谢、糖类代谢等重要途径。【结论】水稻强、弱优势组合F1在不同生育期基因表达模式存在显著差异,表型性状的差异可以从基因表达模式上得以反映。

籼型杂交水稻黑条矮缩病抗性配合力分析

以6个不育系与18个恢复系配制108个杂交籼稻组合,进行水稻黑条矮缩病抗性的杂种优势、配合力分析和遗传参数估计。结果表明:①93.5%的组合其发病率介于双亲之间,与双亲发病率的中亲值呈极显著相关;69.4%的组合其发病率呈显著或极显著的负向离中优势。②97S发病率的一般配合力和特殊配合力低,对黑条矮缩病抗性育种而言,是一个极有利用价值的两系不育系,而Ⅱ-32A则是相对较好的三系不育系;R533、R814、HR12、R13、R419等则是具有较好抗性育种利用价值的恢复系。③基因的加性效应对杂种抗病性的形成起主导作用,其中,母本的作用显著超过父本;黑条矮缩病抗性的狭义遗传力达到59.45%,是一个遗传力较高的性状。

一个水稻卷叶基因rl_(t)的精细定位

叶片适度卷曲是水稻理想株型塑造的重要组成部分。卷叶基因rl(t)在杂合状态下可使叶片适度卷曲,增加水稻产量,具有较高的育种利用价值。以卷叶珍汕97B[携带rl(t)基因]与平展叶品种奇妙香(轮回亲本)杂交并回交的BC5F3和BC5F4为定位群体,在前人关于rl(t)的定位区间内设计了15对多态性分子标记,将rl(t)精细定位于第2染色体上分子标记P95053和P113.6之间的11kb范围内,遗传间距约0.04cM。区间内只包含1个释义基因,预测编码GL2类同源异型结构域,属于同源异型盒家族中的HD-GL2类(也称为HD-ZIPⅣ)转录因子。卷叶基因rl(t)的精细定位为克隆目标基因和研究其调控机理奠定了基础。

水稻骨干亲本BG90-2在扬稻系列培育中的作用及对白叶枯病抗性

总结了水稻骨干亲本BG90-2在培育扬稻系列品种中的作用,并用来自菲律宾和中国的18个白叶枯病菌菌株对BG90-2和扬稻系列品种以及用扬稻6号为恢复系育成的部分杂交籼稻组合进行白叶枯病人工接种。结果表明,BG90-2在扬稻系列品种育成过程中起到关键性作用;骨干亲本BG90-2对白叶枯病的抗性在扬稻系列常规品种和用扬稻6号作为恢复系所配制的杂交籼稻组合中都获得传承;同时筛选出强致病性菌株JSA06-8、JSA06-39、JSA06-41和YNA37-8等。

水稻光温敏雄性核不育系扬稻6号S不育基因的遗传分析与分子定位

扬稻6号是目前两系杂交籼稻生产中应用面积最大的恢复系，通过“实践八号”育种专用卫星搭载扬稻6号进行航天诱变，筛选出一个光温敏雄性核不育系扬稻6号S。以扬稻6号S与井冈旱稻1号杂交并回交的F2及BC2F2为定位群体进行不育基因的遗传分析。结果表明：扬稻6号S不育性受1对隐性不育基因（暂命名为ptgms2—2）调控，该不育基因被定位于第2染色体标记InDel2-4085和1nDel 2-5846之间，物理距离为200kb。对候选基因进行测序分析，发现在开放阅读框内起始密码子下游70～71bp处存在差异，扬稻6号为GC，扬稻6号S为TA，2个碱基突变导致密码子由GCG变为终止密码子TAG。

优质香粳糯新品种扬粳糯2号选育与应用研究

扬粳糯2号是采用扬粳2010为母本、镇稻19号为父本,通过杂交方法选育而成的早熟晚粳型香糯稻新品种。在江苏省特殊用途品种区域试验和示范试种中表现出高产稳产、糯米品质优良、综合抗性好、香味纯正等优势,适宜在江苏沿江及苏南地区种植,具有较为广阔的应用前景。

作物杂种优势的遗传机理和研究进展

杂种优势是生物界普遍存在的一种现象,在现代农业生产中有非常重要的应用,但是其形成的机理现在仍不十分明确。国内外学者根据农业生产实践和科学研究结果已经提出了多种杂种优势理论假说,但至今没有形成一个较为统一的观点。文中将主要从杂种优势的发现和研究,显性假说和超显性假说、上位性效应、甲基化作用、基因调控与杂种优势等方面介绍了杂种优势的遗传机理和研究进展。

东乡野生稻苗期耐冷性的QTL定位

【目的】研究东乡野生稻苗期耐冷性的QTL和连锁标记,为水稻耐冷种质资源的利用及分子标记辅助选择育种提供理论和实践依据。【方法】以东乡野生稻作为非轮回亲本,南京11号为轮回亲本,构建144株BC2F1分离群体。通过SSR标记以根电导率作为耐冷性指标,以复合区间定位法对东乡野生稻苗期耐冷性进行QTL定位。【结果】检测到2个QTL qRC10-1和qRC10-2均位于第10染色体,对表型的贡献率分别为34.13%和37.02%,是两个主效的QTL。在与2个QTL的连锁标记RM171周围发展分子标记进一步定位,检测到3个QTL位于标记RM171附近。【结论】东乡野生稻第10染色体上的2个QTLqRC10-1,qRC10-2与苗期耐冷性有关,并位于SSR标记RM304-RM1108区间,可用于水稻耐冷性分子标记辅助选择育种。

优质迟熟中粳新品种扬粳805的选育与利用

扬粳805是江苏里下河地区农业科学研究所、江苏金土地种业有限公司以优质中间材料香粳49/盐187//香粳111为母本、抗病材料镇稻99/9363为父本进行杂交,结合米香基因、稻瘟病抗性基因的分子标记辅助选择培育成的优质高产抗病迟熟中粳稻新品种。扬粳805全生育期152 d左右,株高95~102 cm,株型紧凑,分蘖力强,叶色浅绿,叶姿较挺,抗倒性较强,熟期转色较好;一般产量9 200 kg/hm2,有效穗300万/hm2,每穗总粒数110~140粒,结实率90%以上,千粒质量27~28 g。中抗穗颈瘟,抗条纹叶枯病,感纹枯病,中抗白叶枯病;稻米品质达国标二级优质稻谷标准。2013年通过江苏省农作物品种审定委员会审定,适宜在江苏省苏中地区及宁镇扬丘陵地区种植。

分子标记辅助选择培育抗稻瘟病杂交籼稻新品种扬两优316

以生产上广泛使用的光温敏感型核不育系广占63-2S为受体亲本,通过分子标记辅助选择,将广谱抗稻瘟病基因Pigm导入广占63-2S,育成新的抗稻瘟病光温敏感型核不育系扬籼3S,其除了具有广占63-2S开花习性好、配合力强的特点外,稻瘟病抗性明显提高,达到抗苗瘟、穗瘟病级1级的抗性水平。以扬籼3S为母本,以粒重高、品质优、配合力好、抗倒性强的恢复系扬恢916为父本,配组选育成两系杂交中籼新组合扬两优316,因其产量高、优质、抗稻瘟病、抗倒,2017年通过江苏省审定。此外,对利用分子标记辅助选择培育抗稻瘟病品种的策略进行了探讨。

恢复系R6547系谱的籼粳分化与杂种优势关系的分析

利用程氏指数（Cheng’s index,CHI）法、SSR（simple sequence repeats）分子标记法分析杂交稻丰优香占的恢复系R6547系谱材料的籼粳分化。结果表明：亲本的程氏指数变化范围为6~18,偏粳系数（partial japonica coefficient,PJC）为0.13~0.67,2种方法对亲本的籼粳分类结果并不完全一致。相关分析表明,CHI、PJC与亲本及杂种F1的每穗总粒数、实粒数、产量呈正相关,说明亲本粳稻成分的适度增加是实现杂种F1高产的重要因素。在染色体片段水平上,染色体4、9上的粳稻成分有利于产量优势的形成,同一产量构成因素受多条染色体的粳稻遗传因子影响,同一染色体上的粳稻遗传因子作用于多个产量构成因素。因此,R6547中籼、粳遗传因子比例协调以及物理位置的合理分布是实现杂种优势的关键。

运用籼粳特异分子标记划分杂交稻亲本群及杂种优势模式初探

以80份杂交籼稻亲本和部分新育成品系为试验材料,采用24对籼粳特异性分子标记对其进行材料间遗传多态性的划分,计算各材料间遗传距离,并以此为依据,通过UPGMA法进行相关聚类分析。结果表明:按遗传距离值的大小可将试验材料划分为5个大群、12个亚群和28个组群,大面积生产上主要应用的亲本80%以上(保持系、恢复系)均聚集在第Ⅰ大群内,分类结果和系谱分析基本吻合。结合杂交稻育种实践,群间优势普遍大于群内优势,表明利用籼粳特异分子标记在一定程度上区分杂交亲本优势群可行。

扬稻6号差异表达基因与杂种优势关系分析

为探讨扬稻6号的杂种优势分子机理,以扬稻6号、特青和明恢63配制的强、中、弱优势组合及其亲本为材料,利用DD-PCR技术,分析剑叶和幼穗的基因差异表达类型与主要农艺性状的杂种表现及杂种优势的关系。结果表明:千粒重与剑叶的DMP2(F1和父本表达的条带)和幼穗的UNP1(母本特异表达的条带)、UMONO(F1和双亲都沉默的条带)呈显著正相关,而与幼穗的UNF1(F1特异表达的条带)和MONO(F1和双亲都表达的条带)呈显著负相关。在超亲优势方面千粒重与幼穗的UNF1呈显著负相关,推测杂种优势可能受父本基因型影响较大。此外,分别克隆强、弱优势F1间差异表达的条带,反Southern鉴定出40个差异表达基因,涉及光合作用、生物运输、逆境应答、转录调控、信号转导、糖代谢、氨基酸代谢等。