新形势下湖北省水稻育种创新的思考

随着农业供给侧结构性改革的推进,水稻(Oryza sativa L.)种植业由数量增长型向质量增长型转变,新的高效种植模式快速发展,给湖北省水稻育种创新带来了新的挑战和机遇。针对新形势下湖北省水稻产业发展需求,应加强水稻科研团队整合和分工协作,重点开展以适宜机械化生产的杂交中稻、优质常规稻、再生稻、优质两系杂交中粳稻、节水抗旱稻等为主要方向的育种创新,为湖北省水稻产业高质量发展提供品种支撑。

拔节期杂交中稻对淹水胁迫的响应及指示性指标探讨

长江中下游地区夏季强降水频发,杂交中稻在拔节期易受涝害影响。为定量揭示淹水胁迫对水稻的影响和科学评估灾损,提供形态学、生理特性和产量结构的数据基础,同时筛选拔节期水稻淹水胁迫后受涝及减产程度的指示性指标,在丰两优香1号拔节期设计了不同淹深(1/4PH、1/2PH、3/4PH和全淹)及不同淹水持续时间(3 d、6d和9 d)交互试验。结果表明,拔节期杂交中稻受淹后,株高、节间显著伸长,且第2节间伸长速度快于第1节,植株黄叶数显著增多,最长叶片长度显著增长,且株高增长量(Y_(PH))、节间长度(Y_(IL))、黄叶数(Y_(YL))、最长叶片长度(Y_(LL))均与淹涝天数(D)和淹深(H)呈显著的二元一次关系;同一淹水持续时间处理,随着淹水深度的增加,水稻叶片中叶绿素a、叶绿素b含量和可溶性蛋白含量逐渐降低,而可溶性糖含量呈先增高后降低的趋势;剑叶中MDA含量均随淹水历时和淹水深度的增加而升高,在根系中,当淹水持续时间为3 d和6 d时,其MDA含量随淹水深度的增加而升高,但在淹水持续时间为9 d时,表现为先升高后降低,其拐点在1/2 PH淹水深度;同时,在同一淹水持续时间下,随着淹水深度的增加,叶片和根系中SOD活性先升高后降低,而剑叶中POD活性持续升高,且水稻受淹越深,其增加幅度愈大,但在根系中的变化趋势是先升高后降低,拐点出现在淹水第6 d的1/2 PH淹深;拔节期水稻受到不同程度涝害后,结实率和千粒重显著下降,当淹水深度达到株高的1/4且持续6 d,其结实率降低20%以上,产量减少19%以上。灰色关联度和聚类分析表明,叶绿素b、可溶性蛋白和叶绿素a可作为拔节期水稻受涝后的关键性生理指标,用于指示、监测水稻受涝及减产程度。

江汉平原高档优质米品种适应性筛选

缺乏高品质品种是湖北省优质稻生产的瓶颈问题。本研究征集了全国26个高档优质稻品种作为试验材料,在大田条件下,采用分期播种的方法,从产量、关键品质指标、食味、抗逆性等方面进行评价,试图选出在本地区适应性良好的高档优质稻品种。结果表明,有14个品种综合表现优异,关键品质指标达到国标1级优质稻标准、食味分85分以上;参试品种整体平均产量为519.7 kg/667 m~2;部分品种抗逆性表现良好,但占总数约50%左右的品种在抗倒伏性和在高温下的品质表现较差,部分品种对主要病害的耐性较弱。由此可见,我国已培育一批在江汉平原适应性良好的高品质水稻品种,有望在采取配套技术条件下达到水稻生产的品质和产量"双优"的目的。

优质水稻新品种泰优鄂香丝苗稳产保优栽培技术

水稻生产上优质稻对环境条件的要求更为苛刻,明确其主要栽培参数,对优质稻的推广至关重要。本研究以优质水稻新品种泰优鄂香丝苗为材料,研究其在江汉平原的关键稳产保优栽培技术。试验设计了4种施氮量、4种栽插密度处理;2种播种期、2种栽插苗数处理;2种抗倒伏的化学调控剂及其组合处理。结果表明:(1)综合权衡各栽培技术对该品种产量、品质和抗倒伏性的影响,其适宜施氮量为150~180 kg/hm^(2)、栽插密度为30万穴/hm^(2);(2)与第1播种期相比,第2播种期水稻的产量与品质得到协同提高;(3)化学调控可有效提高水稻的抗倒伏能力,不同喷施效果表现为多效唑+立丰灵处理>立丰灵处理>多效唑处理>CK。研究结果表明,保证泰优鄂香丝苗稳产保优的技术组合为5月20日左右播种,一次性基施氮肥150~180 kg/hm^(2),栽插密度为30万穴/hm^(2)(4~5株/穴),并分别在水稻1叶1心期喷施多效唑(浓度为0.03%)、拔节后7 d喷施立丰灵(浓度为0.1%)以提高水稻抗倒伏能力。

特优水稻品种鄂香2号的农艺特征及标准化栽培技术

在总结前期试验和生产实践结果的基础上,从直播和机械移栽2种主要栽培方式出发,探讨了鄂香2号的高产保优标准化栽培技术规程,包括目标产量、合理移栽期及移栽密度、施肥除草病虫防治技术,以及收获储藏技术等。

活性氧诱发的植物亚细胞间通讯

在正常发育和应激条件下,活性氧(reactive oxygen species,ROS)均会在植物细胞的不同细胞器中产生,如线粒体呼吸作用和叶绿体光合作用都是ROS的重要来源。ROS虽然对细胞存在潜在的毒害,但是适量的ROS可以作为信号分子激活信号传导通路引起细胞器内多种生理反应,从而协调亚细胞器的代谢功能及相互作用。尽管这些过程已被广泛研究,但ROS在植物亚细胞器间的通讯过程所发挥的作用则相对零散。综述了ROS的种类及其产生途径,重点介绍了植物细胞如何感知并响应ROS以及细胞器间的ROS信号传递过程。这些结果将有助于理解ROS作为信号分子在线粒体、叶绿体和细胞核信号交流中的作用。

木薯NOX基因家族成员的生物信息学及其表达分析

【目的】搜索鉴定木薯还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NOX)基因家族成员,分析其生物学信息及在不同组织和非生物胁迫下的表达模式,为深入研究该家族基因对木薯块根发育的调控机理及提高木薯抗逆性提供理论参考。【方法】从JGI数据库下载木薯的基因组序列,由pfam数据库下载4个NOX蛋白结构域相关的HMM文件,通过HMMER程序筛选NOX基因家族成员,利用生物信息学分析软件对该家族蛋白的理化性质、氨基酸序列和结构特征进行分析。基于GEO数据库的转录组测序(RNA-Seq)数据,对木薯NOX基因家族成员在不同组织和干旱胁迫下的表达模式进行分析。【结果】从木薯基因组中共鉴定到15个NOX基因家族成员,包括9个NOX基因和6个FRO基因(NOX祖先基因)。FRO基因的外显子数(6~9个)明显少于NOX基因的外显子数(11~14个),且FRO基因的内含子序列较NOX基因短,NOX基因的第一个外显子相对保守。15个NOX基因家族成员分布在木薯的9条染色体和1个结构支架上,且均被定位在染色体末端,除6号染色体有4个基因、8号和14号染色体有2个基因外,其他染色体均只有1个基因。木薯NOX蛋白的分子量和氨基酸数明显高于FRO蛋白,而理论等电点(pI)差异不明显。FRO蛋白含6~9个保守跨膜结构域,而NOX蛋白均只含4个跨膜螺旋区,且均位于第350~750位氨基酸残基。木薯NOX家族蛋白有10个保守结构域,其中Motif1和Motif8存在于所有的NOX和FRO蛋白中,Motif6为NOX蛋白所特有,Motif3只独立存在于FRO蛋白中。NOX蛋白均具有典型的保守结构域和相似的蛋白质结构,其脱氢酶结构域明显折叠成催化域裂缝结构,且C末端氨基酸极度保守。由RNA-Seq数据的基因表达谱可知,NOX基因家族成员在不同木薯叶片、中静脉、叶柄、茎、侧芽、茎尖分生组织、根尖分生组织、易碎胚性愈伤组织、胚性愈伤组织(OES)和贮藏根中均有表达,但呈不同的表达模式,其中,Manes.14G042600和Manes.S089900在储藏根中高表达,Manes.06G128700和Manes.09G172500在须根和根尖分生组织中高表达。在木薯品种KU50和新选048的叶片中,Manes.14G042600基因在干旱胁迫下呈上调表达,推测NOX基因在特定组织及响应非生物胁迫过程中扮演重要角色。【结论】木薯NOX基因家族成员具有保守基因结构,其编码蛋白具有保守的功能域,尤其是C端氨基酸序列;NOX基因表达具有组织特异性,部分成员的表达受非生物胁迫的影响。FRO蛋白和NOX蛋白具有较明显的共进化关系。

基于sfGFP系统的嫁接体接口处的细胞质融合检测

为了探究接穗和砧木间的细胞如何相互作用而形成功能性嫁接体,利用自组装拆分的超折叠绿色荧光蛋白(sfGFP)系统来监测嫁接体接口处的细胞质融合发生事件。通过花侵染转化得到在细胞质中单独表达sfGFP1-10和mCherry-11的转基因拟南芥植株以及通过叶盘法转化得到在细胞质中单独表达sfGFP1-10和mCherry-11的转基因烟草植株。T1转基因拟南芥和T1转基因烟草在含相应抗生素的培养基中生长,培养8 d后选取生长健壮的幼苗用于嫁接,构建远缘嫁接体(At-1-10/Nb-11)、自体嫁接体(At-1-10/At-11、Nb-1-10/Nb-11)以及对照嫁接体(At-11/Nb-11、At-11/At-11、Nb-11/Nb-11)。嫁接后第4天,利用激光共聚焦显微镜观察接口处GFP信号并统计嫁接体接口处的GFP荧光强度。结果显示:在嫁接后第4天,远缘嫁接体和自体嫁接体接口处均监测到GFP信号,且远缘嫁接体的GFP荧光强度显著高于自体嫁接。在细胞质中单独表达sfGFP1-10和mCherry-11的转基因拟南芥未嫁接幼苗、细胞质中单独表达sfGFP1-10和mCherry-11的转基因烟草未嫁接幼苗以及对照嫁接体中均未检测到GFP信号。结果表明:嫁接体接口处细胞质在嫁接后第4天已经发生融合,拆分的sfGFP片段在砧穗的连接下重组并发出荧光,定位于细胞质中,且远缘嫁接体和自体嫁接体在细胞质融合上存在差异;自组装拆分的sfGFP系统可用于检测嫁接体接口处细胞质的融合,为研究嫁接体接口处细胞学事件发生提供了新的视角。

基于MS2蛋白系统的可移动性RNA鉴定方法

为了方便快速地鉴定RNA的移动性,研究RNA参与植物生长发育以及生理响应过程的胞间运输机制,减少试验成本,将含有24个茎环串联重复的RNA结构(SL24)连入双元载体pUbiK成功构建了表达载体pSL24UbiK,再利用同源重组的方法将可移动性RNA FT和不可移动性RNA GUS片段分别连入表达载体pSL24UbiK成功构建了重组载体pSL24UbiK-FT、pSL24UbiK-GUS。利用农杆菌介导法,将pSL24UbiK-FT、pSL24UbiK-GUS分别与p1390-35S-MS2FD-GFP共同在烟草叶片中瞬时表达。在Ubiquitin启动子驱动下,SL24和目标RNA形成融合片段。MS2/SL24系统的另一组分MS2蛋白与绿色荧光蛋白融合形成MS2-GFP,噬菌体外壳蛋白MS2可识别SL24 RNA结构,在共聚焦显微镜下观察烟草叶片中GFP的细胞定位情况。结果显示,可移动RNA FT在细胞质附近显示出点状信号,不可移动RNA GUS在细胞质附近没有检测到荧光信号,只在细胞核位置有荧光信号的出现。结果表明,利用该系统将目标RNA连接到表达载体pSL24UbiK上,通过与p1390-35S-MS2FD-GFP共侵染烟草叶片,在共聚焦显微镜下观察GFP的细胞定位情况就能够确定RNA在细胞内是否可以移动,为研究RNA的移动性提供了新的技术方法。

拟南芥/本生烟远缘嫁接体中移动性mRNA分子检测

以拟南芥和本生烟草为试材,采用微嫁接技术和转录组测序的方法,研究了拟南芥/本生烟烟草远缘嫁接体中可移动的mRNA分子,以期进一步了解根茎间的信息交流机制。结果表明:在本生烟砧木中检测出824个向下移动的拟南芥mRNA分子,挑选其中30个高丰度的拟南芥mRNA靶分子进行RT-PCR扩增验证,未发现可以移动的mRNA分子。进一步验证其中psbW和RBCS1A基因均未发生移动。利用克隆测序,检测出AT1G26630(elF5A2)的序列来自于本生烟草,而非接穗部分移动而来。深度测序得到的可移动mRNAs并未能够被RT-PCR技术所验证,上述结果表明mRNA可能并非担当根茎间长距离运输的角色。

优质高产两系杂交早稻新组合两优2

两优27是湖北荆楚种业股份有限公司用HD9802S与自育恢复系R27配组育成的杂交早稻新组合,具有米质优良、稳产性好、熟期早等特点,2014年12月通过湖北省审定。介绍了该品种的选育过程、产量表现、主要特征特性及栽培技术要点和制种技术要点等内容。

藜麦嫁接体中嫁接口部位的导管分子形态分析

本研究旨在探讨藜麦(Chenopodium quinoa Willd.)同源嫁接体在嫁接界面附近的导管分子形态特征变化。为此,本研究用扫描电子显微镜观察了两个藜麦品种(‘白藜’和‘红藜’)嫁接16 d后嫁接接口、砧木和接穗的导管分子形态特征变化。结果表明:嫁接口的导管分子形态各异,导管形态类型包括梯纹、网纹和孔纹等成熟短导管分子;接穗和砧木的导管分子与同时期未嫁接的对照相比,长度明显缩短,分别缩短43.31%和48.15%,直径明显变窄,分别变窄9.81%和13.04%,长度和直径的比值明显变小,分别减小37.06%和40.88%。综上所述,嫁接导致藜麦嫁接体导管分子产生一系列变化,这样的变化可能会降低空穴和栓塞的形成,从而提高导管分子的水分运输效率。

利用可视化CRISPR/Cas9系统获得拟南芥Cas9-free突变体

CRISPR/Cas9是实现基因精准突变的有效工具而被广泛应用到功能基因组学研究中。通常需要在已编辑后代的基因组中剔除此编辑体系,以防Cas9进一步编辑导致复杂的脱靶效应。本研究利用可视化的CRISPR/Cas9基因编辑系统敲除拟南芥AtPAE4基因,测序结果显示AtPAE4在第一个外显子的第478号碱基前面插入了一个碱基A,导致氨基酸的移码突变而提前终止。利用种皮特异启动子控制表达的m Cherry荧光蛋白,可以在T_(1)代纯合突变体种子群体中分别鉴定出发荧光和不发荧光的种子家系,抗性筛选及分子检测发现不发荧光家系为Cas9-free的AtPAE4突变家系。对AtPAE4突变体的根、茎、叶进行qPCR分析发现AtPAE4在根、茎、叶上的转录水平均显著下调。这些结果表明可视化CRISPR/Cas9系统在基因编辑后代中可快速鉴定到Cas9-free突变体植株,这有助于为进一步研究靶基因功能而获得背景清晰的编辑材料。