一个具有主效晚抽穗基因的水稻染色体片段代换系的鉴定、形态分析及Ehd4-2定位

抽穗期是决定水稻品种种植地区和季节适应性的重要农艺性状,鉴定抽穗期基因对水稻生产具有重要意义。本研究采用高代回交和SSR标记辅助选择相结合的方法获得了1个以日本晴为受体亲本、西恢18为供体亲本的含有1个控制晚抽穗表型的主效单基因的水稻染色体片段代换系Z315。Z315携带来自西恢18的5个代换片段,分布于第1、第3、第6和第7染色体上,平均代换片段长度为7.39 Mb。Z315的叶绿素含量、株高、穗长、倒一节间长、倒二叶长、倒三叶长、有效穗数、每穗实粒数和总粒数均显著高于受体日本晴,暗示其代换片段可能携带这些性状的QTL。进一步利用日本晴与Z315杂交产生的F1和F2群体对晚抽穗基因进行遗传分析和分子定位。该晚抽穗表型受1对隐性核基因控制,最终将该基因定位于第3染色体RM14283和RM6349之间,物理距离为233 kb。对该区间进行候选基因预测和测序,发现1个与抽穗相关的编码锌指蛋白的基因LOC_Os03g02160在日本晴和Z315间存在差异,该基因可能与Ehd4等位,称作Ehd4-2。由于染色体片段代换系除代换片段外与受体亲本一致,因此本研究无论对进一步分离其他QTL还是进行基因聚合育种均具有较大利用价值。     

增加穗粒数的水稻染色体代换系Z747鉴定及相关性状QTL定位

增加穗粒数对水稻高产品种培育至关重要。其遗传基础复杂,由多基因控制。水稻染色体片段代换系可以将多基因控制的复杂性状分解,因而是理想的遗传研究材料。本研究通过高代回交和自交结合分子标记辅助选择方法,鉴定了一个以日本晴为受体、西恢18为供体亲本的、含有15个代换片段的增加穗粒数的水稻染色体片段代换系Z747,平均代换长度为4.49 Mb。与受体日本晴相比, Z747的每穗总粒数、一次枝梗数、二次枝梗数、穗长和粒长显著增加,粒宽显著变窄、结实率显著降低,但结实率仍为81%。进一步以日本晴和Z747杂交构建的次级F2群体鉴定出46个相关性状的QTL,分布于水稻1号、2号、3号、5号、6号、9号、11号和12号染色体上。其中qGPP12、qPH-3-1、qPH-3-2等12个QTL可能与已克隆的基因等位, qSPP9等34个可能是新鉴定的QTL。Z747的每穗总粒数由2个具有增加粒数效应的QTL (qSPP3和qSPP5)和1个具有减少粒数效应的QTL (qSPP9)控制。研究结果对主效QTL的精细定位和克隆、以及有利基因的单片段代换系培育有重要意义。     

水稻黄绿叶突变体ygl209的遗传分析与目标基因精细定位

水稻叶色突变体是研究高等植物光合作用、叶绿体发育和叶绿素代谢的重要材料。从水稻转基因育种材料中国91与镇稻88的BC4F3后代中分离到稳定遗传的粳型黄绿叶突变体ygl209,与野生型亲本镇稻88相比,突变体ygl209在苗期、分蘖期及抽穗期叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均显著降低,其中叶绿素b降幅最大;其他农艺性状中抽穗期、株高、有效穗数、主茎穗总粒数、结实率和千粒重无显著变化。遗传分析表明,ygl209的黄绿叶突变性状由1对核隐性基因控制。应用(ygl209/9311)F2、F3分离群体,将ygl209的叶色突变基因定位于第1染色体着丝粒附近571.6 kb的染色体区段内。对区段内与叶绿体发育有关的基因LOC_Os01g31110序列测定,ygl209突变体中LOC_Os01g31110基因的编码区1390位(位于第5外显子)上碱基由C转换成G,使编码蛋白序列由丙氨酸(Ala)变成了甘氨酸(Gly),推测LOC_Os01g31110即为ygl209的候选基因。     

水稻高秆染色体片段代换系Z1377的鉴定及重要农艺性状QTL定位

株高是水稻重要的农艺性状, 往往与产量相关性状密切关联, 在水稻育种中有重要利用价值。本研究以日本晴为受体、缙恢35为供体亲本, 经表型和分子标记双重选择, 鉴定了一个水稻高秆染色体片段代换系Z1377。Z1377共含有18个代换片段, 平均代换长度为2.95 Mb。与日本晴相比, Z1377的株高、倒一节间至倒四节间长、穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、粒长、每穗实粒数、总粒数显著增加; 粒宽显著变细, 有效穗数、结实率显著减少, 但仍达86.75%。用日本晴与Z1377杂交构建的次级F₂群体共检测到16个相关QTL, 分布于第2、第3、第4、第5、第6、第7和第9染色体。其中有8个可能与已克隆基因等位, 如GW2、EUI1、ZFP185等, 另8个如qPH3等尚未见报道。Z1377的株高由一个主效QTL (qPH3)和一个微效QTL (qPH5)控制, 其中qPH3的贡献率达28.59%。而且, 在F₂群体中, 高秆和矮秆基本呈现双峰分布, 经卡平方测验, 符合3∶1分离比, 表明高秆对矮秆显性, 并主要由qPH3负责。这将为该主效基因的精细定位和克隆奠定基础, 同时为进一步选育含2~3个代换片段的中高优良染色体片段代换系并应用于育种奠定基础。     

优良水稻染色体片段代换系Z746的鉴定及重要农艺性状QTL定位及其验证

粒型、株高及穗部组成性状与产量形成密切相关,是水稻重要农艺性状,但遗传基础复杂。染色体片段代换系是用于复杂性状遗传研究的良好材料。本研究鉴定了一个以日本晴为受体、西恢18为供体亲本的水稻优良染色体片段代换系Z746。Z746携带来自西恢18的7个代换片段,平均代换长度为3.99 Mb,其株高、粒长和穗部性状均与受体存在显著差异。进一步通过日本晴与Z746杂交构建的次级F2群体共检测到36个相关QTL,分布于2号、3号、4号、6号和11号染色体。其中5个可能与已克隆基因等位,如qPH3-1等,8个可被多次检出,表明这些是遗传稳定的主效QTL。Z746的粒长主要由4个QTL(qGL3、qGL4、qGL2、qGL6)控制,其中qGL3和qGL4对粒长变异的贡献率分别为60.28%和27.47%。株高由5个QTL控制,穗长由4个QTL控制,每穗粒数由2个QTL控制,千粒重由2个QTL控制。然后以MAS在F3共选出8个单片段代换系,并以此在F4进行了相关QTL验证,共有24个QTL可被8个单片段代换系(SSSL)检出,重复检出率为66.7%,表明这些QTL遗传稳定。本研究为目的QTL的进一步遗传机制研究及分子设计育种奠定了良好基础。     

水稻白条纹叶突变体wsl1的遗传分析及基因精细定位

从粳稻日本晴和籼稻R1128杂交衍生的重组自交系群体中获得一个稳定遗传的白条纹叶突变体wsl1(white stripe leaf 1),世代为F10。与亲本R1128相比,突变体wsl1表现出白条纹叶,同时叶脉呈现白化,该性状在苗期就出现并持续整个生育期;突变体的株高、每穗总粒数、剑叶长、生育期显著增加,而结实率显著下降,其他农艺性状没有显著变化。分蘖期突变体wsl1的叶绿素a、叶绿素b和胡萝卜素含量较杂交亲本R1128显著下降;透射电镜观察表明,与野生型相比,突变体的叶绿体形状异常,不规则。遗传分析表明,该突变性状由1对隐性核基因控制。精细定位后发现,目标基因WSL1位于第1染色体短臂上标记M1-54与标记M1-70之间,两者相距89.7 kb。生物信息学分析表明候选区间内共有8个开放阅读框,暂未发现已报道的叶色相关基因;其中LOC_Os01g02080编码肽基脯氨酰顺反异构酶, GO (Gene Ontology)分类显示其可能与类囊体形成有关,后续将通过比较测序、qRT-PCR等分子实验来确定候选基因。     

花椰菜花球中花青素合成相关基因RT-qPCR内参基因的筛选

花椰菜收获过程中花球变紫的现象与花青素含量密切相关,目前针对花椰菜花球里花青素合成途径中相关基因表达分析的内参基因尚未报道。本研究以花椰菜始终不变紫色的白色花球组织和变紫花球中的未变紫、浅紫和深紫花球组织为研究材料,采用RT-qPCR技术测定了6个候选内参基因在不同颜色花椰菜花球组织中的表达水平,用ΔCt法以及GeNorm、NormFinder、BestKeeper和RefFinder软件分析候选内参基因的稳定性。结果表明：花椰菜不同颜色花球组织中,6个候选内参基因的稳定性综合排名为SKIP16>ACT>PP2A>TUB>UBQ>EF1α。SKIP16基因综合稳定性排名第一,其次是ACT基因,均适合作为花椰菜花球组织中花青素合成途径相关基因研究的理想内参基因;geNorm软件通过计算配对变异值分析最适内参基因组合的数量为2个,综合选用SKIP16和ACT基因。本研究结果可作为分析花椰菜花球花青素合成途径中相关基因准确测定的参考依据。     

水稻紫叶基因定位与性状分析

紫叶稻因其直观的颜色表型在水稻育种工作中具有一定的用途,常用作标记性状,受到遗传研究的关注。本研究利用籼稻紫叶材料PZ10分别于粳稻品种日本晴和Sasanishiki杂交,F1后代表现为绿色,F2代绿色和紫色的分离符合3:1比例,表明紫叶表型受一对隐性基因控制。对该基因进行初步的分子标记定位,发现目标基因位于第4染色体分子标记C3175和C0023之间的6.76 c M区域内;进一步设计SSR和STS引物对该基因精细定位,发现1个紧密连锁的标记C1254,该标记位于C3184与C0523之间;结果分析显示,C1254和C0523与目标的紫叶性状表现共分离,表明紫叶目标基因位于C1254~C0523区域,这个区域约0.5 c M遗传距离。研究显示,该紫叶性状表现为全生育期紫色,可作为一个完全的标记性状使用;紫稻表型株系在株高、穗长、剑叶长、千粒重、单株产量等农艺性状指标上与绿色表型植株没有显著差异,而在有效穗数、剑叶宽、每穗粒数性状与绿叶稻有显著差异,表明紫叶虽然导致产量构成因素有所改变,但对产量影响不显著;此外,紫稻和绿稻植株的光合作用没有显著的差异。     

干旱胁迫下过表达和沉默Z257 snoRNA基因对水稻耐旱性及表型的影响

研究旨在分析过表达和基因沉默水稻Z257 SnoRNA对水稻耐旱性、农艺性状和品质性状的影响,以转基因品系和野生型对照日本晴为研究材料,通过苗期干旱和抽穗期干旱处理的方法,分析Z257SnoRNA的作用方式。结果表明:过表达Z257 SnoRNA的转基因水稻品系GB日本晴的耐旱性要高于野生型对照日本晴和Z257 SnoRNA沉默的转基因水稻品系CM日本晴,因此Z257 SnoRNA基因应与水稻耐旱性相关;幼苗期干旱胁迫后GB日本晴的根系较野生型日本晴更为强壮,CM日本晴根系最弱;抽穗期干旱胁迫后GB日本晴的农艺性状要好于野生型对照日本晴,CM日本晴农艺性状最劣;GB日本晴较野生型对照日本晴和基因沉默品系CM日本晴有更好的品质,而沉默该基因的品系品质指标受影响最大,品质最劣。Z257 snoRNA与水稻耐旱性高度相关,可以减少干旱胁迫对水稻根系、农艺性状和品质性状的影响,因此该基因可以作为耐旱候选基因使用。     

利用染色体片段置换系定位低温胁迫下水稻根数QTL

为解析低温胁迫水稻根数的遗传机理,挖掘控制水稻耐冷QTL,以亲本9311(受体)/日本晴(供体)构建的染色体片段置换系群体为材料,15℃处理10 d再在25℃恢复7 d测定其根数并定位和分析其中影响根数的QTL。结果显示,亲本日本晴平均根数为4.50,9311平均根数为7.20,二者存在显著差异;置换系群体平均根数为4.84,存在超亲分离现象。共检测到2个低温胁迫影响水稻根数的主效QTL:qCSRN1.1和qCSRN3。这2个QTL分别分布在水稻的第1号染色体31.75～33.15 Mb区间和第3号染色体32.2～32.7 Mb区间,其LOD值分别为4.91和2.86,分别解释表型变异的16.27%和9.06%,其中qCSRN1.1增效等位基因来自亲本日本晴,qCSRN3增效等位基因来自亲本9311。候选基因分析显示qCSRN1.1区间有138个候选基因,其中68个与蛋白合成相关,42个与酶合成相关,3个为转录因子;qCSRN3区间有88个候选基因,其中62个与蛋白合成相关,9个与酶合成相关,3个为转录因子。此外,还检测到2个上位性QTLs,分布在第1号和第9号染色体上,其上位性效应为-0.34和-0.43,LOD值为5.60和5.75。结果表明,低温胁迫下,水稻根数的发育属于数量性状,同时受基因互作影响。这些根数QTL的定位为后期克隆受低温胁迫影响的根数基因,解析根数遗传机理奠定了基础。     

水稻染色体片段代换系对氮、磷胁迫反应差异及其QTL分析

利用来源于9311(籼稻)与日本晴(粳稻)杂交后代衍生的遗传背景为9311的染色体片段代换系群体,分析其在大田正常、低氮和低磷条件下的单株有效穗和单株产量的差异。结果表明,低磷、低氮胁迫对单株有效穗和单株产量影响较大。代换系对低磷和低氮的反应存在明显差异。在低氮(磷)水平下共检测到26个单株有效穗和单株产量片段或QTL,以及12个相对单株有效穗和相对单株产量QTL。源于日本晴的等位基因均呈减效作用。低磷和低氮下共同检测到5个导入片段影响单株有效穗或单株产量。而大部分(约81%)QTL只在单胁迫处理下被检测到。表明水稻对磷胁迫和氮胁迫的反应既存在不同的遗传基础,也存在共同的遗传机制。     

一份新的水稻斑点叶突变体spl32的鉴定和基因定位

从F2(粤晶丝苗2号/H4)群体中,鉴定出一份显性斑点叶突变体spl32(spotted leaf 32)。其叶片褐色斑点受自然光诱导,在幼穗分化期从叶尖逐渐扩散至叶鞘,台盼蓝染色表明斑点并非由细胞死亡引起。以从F5杂合个体分离出的正常叶色植株为对照,斑点叶植株的穗粒数、结实率显著降低。斑点出现后,spl32的POD活性和MDA含量均显著高于对照;同时,spl32叶片光合色素含量降低,但荧光动力学参数并无显著变化。抽穗期人工接菌表明,spl32对水稻白叶枯病菌抗性较对照显著提高。遗传分析表明spl32斑点性状由一个显性基因Spl32(t)控制,利用F2(02428/spl32)群体将其定位在第11染色体Ind-c和RM206之间,推测该基因为一个新的水稻斑点叶基因。     

水稻早衰突变体psls1的基因定位及克隆

水稻叶片早衰直接影响作物的光合效率,减少产量,降低品质。深入研究早衰的分子机制对控制和延缓衰老具有重要意义。本文报道了一个早衰突变体psls1(premature senescence leaf with spots)的基因定位及克隆结果。突变体在发育到七叶期以后,叶片自下而上叶绿素含量下降,过氧化氢过量积累,突变体叶片逐渐黄化至枯萎;其他农艺性状如株高、分蘖数、主穗长、结实率和穗粒数也相应变差。电镜观察进一步发现,psls1衰老叶片中叶绿体降解、类囊体基粒片层模糊,嗜锇颗粒明显增多。遗传分析表明,psls1受1对隐性基因控制,利用psls1×IRAT129杂交组合F2分离群体中的1690个早衰个体,将基因PSLS1定位在第7染色体分子标记ZS-3和ZS-8之间89 kb的范围内。测序研究发现,区间内一个编码铁氧还依赖的谷氨酸合酶基因LOC_Os07g46460的第2外显子末位的G被替换为A,导致转录本的错误剪切,突变体的c DNA缺失了57 bp碱基片段。在突变体中该基因表达量下降,谷氨酸合酶活性降低,其产物谷氨酸含量显著下降、其他氨基酸代谢紊乱。水培低氮处理下可诱发突变体psls1早衰。研究结果表明,由于PSLS1突变使得谷氨酸合酶失活,氮代谢异常而导致突变体psls1早衰。     

Characterization and fine mapping of <Emphasis Type="Italic">qPE12</Emphasis>, a new locus controlling rice panicle exsertion

Panicle exsertion is an important agronomic trait involved in pollination and hybrid rice seed production. The identification of genes controlling panicle exsertion will play a central role in hybrid rice breeding. C115, a chromosome segment substitution line carrying introgression segments of Nipponbare in genetic background of indica variety 9311, had significantly shortened panicle exsertion, uppermost internode length and plant height. Genetic analysis in F₂ and F₃ populations derived from a cross of C115 and 9311 indicated that the shortened panicle exsertion of C115 was recessive and controlled by a single Medelian factor, and the allele from Nipponbare decreased the phenotypic value. Primary mapping suggested qPE12, the Nipponbare introgression segment locating on the long arm of chromosome 12, was responsible for this phenotypic variation. Based on map-based cloning strategy, fine mapping was carried out with a total of 1130 recessive individuals selected from F₂ and F₃ populations, delimiting qPE12 to a 190-kb region. This result provides important information for isolation of a new gene controlling panicle exsertion in the future.     

Fine mapping and candidate gene analysis of a new mutant gene for panicle apical abortion in rice

The rice panicle architecture depends on the arrangement of branches and spikelets which directly affect grain yield. We identified a mutant for panicle apical abortion (PAA-Hwa) from a japonica cultivar Hwacheongbyeo treated with N-methyl-N-nitrosourea. Under normal growth conditions, the mutant had multiple abnormal phenotypes, such as a slight reduction in plant height, narrow and dark green leaf blades, and small erect panicles with clear PAA compared to the wild-type plants. Genetic analysis revealed that the PAA was controlled by a single recessive gene, which is tentatively designated as paa-h. The paa-h gene was fine mapped at an interval of 71 kb flanked by sequence tagged site markers aptn3 and S6685-1 at the long arm of chromosome 4. Sequence analysis of the candidate genes within the delimited region showed a single base-pair change corresponding to an amino acid substitution from glycine to glutamic acid at the candidate gene, LOC_Os04g56160. We expect that the paa-h gene will be a clue to uncover the molecular mechanism of PAA and to maintain the panicle identity for grain yield in rice breeding programs.     

水稻穗大小决定基因PS1的遗传分析及克隆

穗大小是影响水稻产量的重要农艺性状之一。本研究在水稻粳稻品种"中花11号"T-DNA插入突变体库中鉴定了一个植株略矮、穗长变短25%、一次枝梗和二次枝梗数目分别减少33%和80%、且粒型变异的突变体。T-DNA标签共分离检测表明:该突变体的表型与T-DNA插入无关。通过与籼稻品种"珍汕97"配置杂交组合构建遗传作图群体,F2杂合后代符合经典孟德尔遗传分离比3:1,证明突变性状受一对隐性基因PS1(Panicle Size 1)所控制。采用图位克隆的方法,将基因PS1初步定位在第11号染色体短臂上的IN44和IN50标记之间,两标记物理图距为105 kb。对候选基因进行进一步的表达量分析、比较扩增及测序发现基因LOC_Os11g12740(即SP1)可能是本研究的PS1基因。本研究为进一步分离克隆PS1基因及对水稻穗大小发育的深入研究提供依据。