水稻白穗突变体wp7的鉴定及基因定位

水稻白穗变体可用于研究穗部叶绿体发育机制及光合作用机理,进而指导产量性状的改良。在水稻育种材料中发现一个白穗突变体wp7 (White panicle 7),对其进行表型观察、光合色素含量与光合指标测定、显微结构观察、遗传分析和基因定位。结果表明:其抽穗期颖壳白化,枝梗和穗轴绿色。wp7的颖壳叶绿素与类胡萝卜素含量均低于正常材料,而叶绿素a差异最显著,说明白穗wp7叶绿素a偏低造成其颜色异常。wp7白穗净光合速率低于正常绿穗而气孔导度、胞间CO2浓度均高于正常绿穗,表明wp7相关基因突变严重损害穗部光合作用。通过透射电镜(TEM)观察发现突变严重影响叶绿体发育,wp7中白色部分质体数量少且结构异常,无正常类囊体片层,绿色部分的叶绿体片层结构稍有异常。遗传分析表明很可能是两对隐性核基因控制wp7的白化表型。采用回交群体结合InDel标记,将其中一个基因WP7-1定位于第2染色体的C02D089和C02D095之间,其遗传距离分别为1.6和15.5 cM。本研究为WP7-1的克隆和功能分析提供基础,丰富了研究水稻颖壳中叶绿体发育机制和光合作用机理的材料。     

水稻斑马叶突变体zebra1349的表型鉴定及基因精细定位

从恢复系育种材料[R128//(R318/R1025)F1]F6中获得一个新的斑马叶突变体zebra1349,突变体秧苗期如果不移栽,与野生型一样表现绿色,移栽后5 d新抽出的叶片包括叶鞘会呈现出与叶脉垂直的黄绿相间的条纹,移栽后30 d抽出的叶片又表现正常绿色,成熟期主要农艺性状与野生型无明显差异。与野生型相比,突变体六叶期斑马叶黄区部位的总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量分别下降了55.86%、61.02%、39.34%和47.03%。透射电镜(TEM)观察表明,突变体斑马叶绿区部位叶绿体发育正常;黄区部位叶肉细胞中叶绿体结构异常,类囊体膜退化和分解严重,类囊体基粒片层数量明显减少,片层间距拉大,排列疏松。对zebra1349与正常叶色品种杂交F1、F2代的遗传分析表明该性状受1对隐性核基因调控。利用1192株zebra1349/02428 F2隐性定位群体,最终把ZEBRA1349基因定位在水稻第12染色体In Del标记indel39和indel44之间,其遗传距离分别为0.04 c M和0.17 c M,根据日本晴基因组序列推测,两标记之间的物理距离约为89 kb。本研究为ZEBRA1349基因的图位克隆和功能研究以及分子标记辅助育种奠定了基础。     

水稻温敏型叶片白化突变体tsa1的表型鉴定和基因定位

一个由甲磺酸乙酯(EMS)诱变宁粳36水稻品种获得的温敏型叶片白化突变体tsa1在低温条件下(20~24°C)表现叶片白化,但在较高温度下(28~32°C)叶色与野生型无显著差异。突变体白化叶片中叶绿素a和类胡萝卜素含量与野生型相比显著下降。显微观察发现突变体白化组织中正常叶绿体数量稀少,包含大量小型的异常叶绿体,进一步用透射电镜观察发现异常叶绿体中无发育完整的类囊体片层结构,表明该突变体中叶绿体发育存在严重缺陷。遗传分析表明该突变性状受单个隐性核基因控制。利用tsa1与南京11杂交所得的F₂群体中的368个隐性极端个体,将该突变基因定位于第5染色体长臂163 kb的范围内。本研究为该基因的图位克隆及功能解析奠定了基础。     

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。     

水稻卷叶基因RL13的遗传分析和分子定位

叶片形态是理想株型的重要指标之一,叶片适度卷曲有利于理想株型的建成,是水稻超高产育种的重要材料。在EMS诱变籼稻缙恢10号群体中发现一个卷叶突变体,表现叶片筒状卷曲,经过多代连续自交,性状稳定,命名为rl₁₃ (rolled leaf 13)。rl₁₃的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均显著高于野生型对照缙恢10号,类胡萝卜素含量在苗期、孕穗期与野生型相比有显著提高,而抽穗期和成熟期则差异不显著。rl₁₃的三片功能叶的卷曲度与野生型相比均达到极显著差异,但rl₁₃的三片功能叶之间差异不显著。通过石蜡切片分析,突变体叶肉细胞层数变薄,野生型含有的一个较大泡状细胞转变为卷叶突变体的两个大小相近的泡状细胞,导致了叶片弯曲。以该突变体为父本,西农1A为母本配制杂交组合构建F₂遗传群体,结果表明,该卷叶性状由一对隐性核基因控制。选用F₂代分离群体中的1 215个隐性单株作为定位群体,将RL₁₃定位在第6染色体短臂上分子标记RM276和SWU6-1之间,遗传距离分别为1.1 cM和0.2 cM。     

水稻条斑花叶突变体生态st(t) 的鉴定与遗传定位

利用EMS诱变育成优良籼型恢复系缙恢10号,从其后代中鉴定出一个白色条斑花叶突变体st(t),在三叶期开始表现白斑,拔节期白斑变为不规则线状,一直保持到成熟。突变体叶绿素含量明显下降,类胡萝卜素含量显著升高。透射电镜观察表明,突变体的绿色叶片部位与野生型相比,在细胞结构上无明显差异,叶绿体发育正常;突变体的白化部位细胞结构异常,质体内多含有积聚在一起的嗜锇小球,不能发育出正常叶绿体所具有的类囊体和基质片层结构。遗传分析表明该性状受一对隐性核基因调控,利用1 500株西农1A/st(t)的F₂隐性定位群体,最终把St(t)基因定位在第6染色体SSR标记RM19745和RM19762之间,遗传距离分别为0.07 cM和0.27 cM,根据9311基因组序列推测,两标记之间的物理距离约为345 kb。这为St(t)基因的图位克隆和分子标记辅助育种奠定了基础。     

水稻叶缘白化突变体mal的遗传分析与基因定位

植物叶色变化对叶绿体发育和叶绿素生物合成等光合系统结构和调控机制的研究有着重要的理论意义。水稻叶缘白化突变体mal (marginal albino leaf),来源于恢复系缙恢10号(Oryza sativa L.ssp. indica)的EMS诱变群体,经过多代自交,其突变性状遗传稳定。与野生型相比,mal突变体整个生育期叶片边缘白化且叶片变窄,抽穗期倒三叶叶片、倒二叶叶边缘以及倒三叶叶边缘的叶绿素含量极显著降低。透射电镜观察发现,mal突变体叶片绿色部位细胞与叶绿体发育完全,白化部分叶肉细胞大部分中空,无明显完整的细胞器,叶绿体内部完全降解。遗传分析表明该突变体受隐性核基因控制,MAL被定位在第8染色体上SSR标记M22和InDel标记ID27之间,物理距离为171 kb。本研究将为MAL基因的图位克隆及功能研究奠定基础。     

芝麻黄化突变体YL1的叶片解剖学及光合特性

表型性状标记在作物遗传育种中具有重要的应用价值。在芝麻地方种质"庙前芝麻"中发现了能够稳定遗传的黄化突变体YL1,对该突变体的叶片解剖特征、光合特性及农艺性状的比较分析表明,突变体YL1黄化心叶和平展叶在各个发育时期的叶绿体结构均与同时期野生型存在明显差异,下表皮气孔保卫细胞数是正常叶的2倍左右。YL1的叶绿素a、总叶绿素、类胡萝卜素含量均只有同时期正常含量的30%~40%,叶绿素b含量只有正常叶的20%;光合速率在初花期及以前均显著低于同期正常叶,但到终花期与正常叶相当;YL1的生育期和初花期显著推迟,株高和单株蒴果数明显降低,每蒴粒数和千粒重略微降低。显微观察表明,YL1的叶绿体形态结构发育不规则,基粒和基粒片层数目明显少于野生型,使得叶绿素含量过低,属于叶绿体发育异常导致的叶绿素缺少型突变体。     

水稻温敏型叶片白化转绿突变体tsa2的表型鉴定与基因定位

水稻温敏型叶色突变体是研究植物光合作用、叶绿体结构和功能以及温度影响叶绿体发育的理想材料。利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼型水稻(OryzasativaL.)三系保持系西农1B,从其后代中筛选到一个突变性状稳定遗传的温敏型叶片白化转绿突变体tsa2 (temperature-sensitive green-revertible albino 2)。与野生型相比, tsa2突变表型受温度影响, 22°C条件下萌发的野生型幼苗表型正常,而tsa2幼苗完全白化,且约40%白化苗死亡,存活白化苗的光合色素含量、光合速率均显著降低,成熟期主要农艺性状均显著变劣;在28°C下萌发的tsa2幼苗叶片呈浅绿色并伴有白条纹,其光合色素含量显著降低,光合速率及主要农艺性状差异较小; 32°C下萌发的tsa2幼苗叶片无明显差异。透射电镜观察显示,与野生型相比,tsa2在22°C下叶肉细胞中无叶绿体或存在异常发育叶绿体(尚未分化出基粒和基层),在28°C下部分叶肉细胞含少量发育完整的叶绿体,在32°C下叶肉细胞数量及形态均正常。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析表明,与野生型相比,tsa2突变体中部分光合色素代谢途径基因、叶绿体发育相关基因及光合作用相关基因的表达水平呈不同程度变化。遗传分析表明, tsa2突变表型受一对隐性核基因控制, TSA2被定位于第5染色体SSR标记S5-57和S5-119之间,物理距离为718 kb。本研究为水稻遗传改良及研究温度影响叶绿体发育机制奠定了基础。     

拟南芥失绿突变体生理特性及其基因定位

通过筛选T-DNA插入突变体库得到一种叶色失绿拟南芥突变体yg (yellow green),为了研究该失绿突变体的性状变化及发生原因,对其表型、光合色素含量、叶绿体超微结构进行观察或测量,并通过染色体步移法定位了突变基因和T-DNA插入位点。研究发现,突变体yg整个生长期均呈浅黄绿色或黄色,植株瘦弱,生长迟缓,干鲜比、植株高度、基部抽薹数均低于野生型;其叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量相对野生型分别减少了90.6%、89.6%、79.7%;透射电镜观察表明,该突变体叶绿体发育异常,类囊体排列松散,基粒片层断裂,淀粉粒较少,嗜锇颗粒数量显著增加;基因定位发现yg的CHLI1基因发生突变,T-DNA插入点位于5’UTR第24 bp后,导致该基因表达量显著降低。本研究明确了该突变体的失绿机制,进一步证实了CHLI1基因在叶绿素合成过程中的重要功能。     

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。     

水稻叶脉白化突变体wpsm的遗传分析与基因定位

叶绿素是植物生长发育必不可缺的元件。叶色突变体的发掘与研究在叶绿体发育、叶绿素代谢、光合作用等研究中具有重要作用。利用化学诱变剂EMS诱变水稻(Oryza sativa L.)籼型恢复系缙恢10号,从其后代中筛选出一份突变性状稳定遗传的叶脉白化突变体wpsm (white primary and secondary midrib)。与野生型相比,该突变体苗期表现正常,孕穗后期剑叶、倒二叶、倒三叶整张叶片的主叶脉和次级叶脉白化,叶肉细胞无显著变化,该性状一直持续到成熟期。抽穗期突变体wpsm的光合色素含量极显著低于野生型,净光合速率(P_n)及表观电子传递速率(ETR)极显著降低,株高、每穗实粒数、千粒重、结实率等农艺性状均显著降低。该突变性状受一对隐性核基因调控,利用892株西农1A/wpsm的F₂隐性定位群体,将该基因定位在第6染色体上引物InDel 10与InDel 4之间,遗传距离分别为0.06 cM和0.12 cM,物理距离约为56 kb。本研究为WPSM基因的克隆和功能研究奠定了基础。     

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。     

水稻新黄绿叶基因YGL9的分子定位

叶色突变体是研究高等植物光合作用、叶绿素代谢途径、叶绿体结构与功能分子机制的理想材料。本研究从EMS(ethyl methane sulfonate)处理的缙恢10号(Oryza sativa L.ssp.indica)诱变群体中发现了一个苗期呈现黄绿色、抽穗期渐变为淡绿色的叶色突变体,命名为yellow green leaf 9(ygl9)。与野生型相比,ygl9苗期和分蘖期光合色素极显著降低,抽穗期光合色素显著降低,气孔长度、气孔导度和蒸腾速率极显著增加,净光合速率无明显变化。透射电镜观察表明,ygl9的嗜锇小体增多、基粒模糊、基质片层减少且疏松,但叶绿体结构基本完整。遗传分析显示该突变性状受1对隐性核基因调控。利用西农1A/ygl9 F2群体中的759株隐性单株,最终将YGL9定位在第3染色体短臂SSR标记S03-1和In Del标记Ind03-19之间,遗传距离分别为0.13 c M和0.07 c M,物理距离为63 kb。本研究为YGL9基因的克隆和功能分析奠定了基础。     

甘蓝BoExo70A1与BoSEC3、BoExo84蛋白相互作用的酵母双杂交检测

Exo70A1是芸薹属作物柱头接受亲和花粉的必需因子,可能参与了干性柱头水分分泌和花粉水合过程。本文从自交不亲和甘蓝A1柱头c DNA中获取了Bo Exo70A1、Bo SEC3、Bo SEC10、Bo SEC15和Bo Exo84基因的编码序列,序列分析表明,Bo Exo70A1、Bo SEC3、Bo SEC10、Bo SEC15和Bo Exo84基因分别与At Exo70A1、At SEC3A、At SEC10、At SEC15B和At Exo84B基因的c DNA序列高度同源,其编码的5个蛋白均没有信号肽,Bo SEC3蛋白含有一个典型的EF-hand钙离子结合结构域。将Bo Exo84蛋白拆分为2个片段(Bo Exo84-N和Bo Exo84-C),并与Bo SEC3、Bo SEC10和Bo SEC15蛋白编码序列一起分别亚克隆至p GADT7质粒,Bo Exo70A1蛋白编码序列亚克隆至p GBKT7质粒,酵母双杂交检测结果表明,Bo Exo70A1蛋白能与Bo SEC3、Bo Exo84-N蛋白互作,但不能与Bo SEC10、Bo SEC15蛋白互作,这为深入探讨Bo Exo70A1蛋白乃至整个胞泌复合体在甘蓝干性柱头接受自花花粉排斥异花花粉过程中的作用机制提供了依据。     

Characterization and fine mapping of thermo-sensitive chlorophyll deficit mutant1 in rice (Oryza sativa L.)

Chlorophyll content is one of the most important traits controlling crop biomass and economic yield in rice. Here, we isolated a spontaneous rice mutant named thermo-sensitive chlorophyll deficit 1 (tscd1) derived from a backcross recombinant inbred line population. tscd1 plants grown normally from the seedling to tiller stages showed yellow leaves with reduced chlorophyll content, but showed no significant differences after the booting stage. At temperatures below 22°C, the tscd1 mutant showed the most obvious yellowish phenotype. With increasing temperature, the yellowish leaves gradually turned green and approached a normal wild type color. Wild type and tscd1 mutant plants had obviously different chloroplast structures and photosynthetic pigment precursor contents, which resulted in underdevelopment of chloroplasts and a yellowish phenotype in tscd1. Genetic analysis indicated that the mutant character was controlled by a recessive nuclear gene. Through map-based cloning, we located the tscd1 gene in a 34.95 kb region on the long arm of chromosome 2, containing two BAC clones and eight predicted candidate genes. Further characterization of the tscd1 gene is underway. Because it has a chlorophyll deficit phenotype before the tiller stage and little influence on growth vigor, it may play a role in ensuring the purity of hybrids.     

北方粳稻产量与品质性状及其相互关系分析

随着稻作科学研究的发展和人民生活水平的提高,我国对粳稻需求持续增加,粳稻面积不断扩大,明确目前不同稻区产量与品质性状现状及其相互关系,对今后北方粳稻育种有重要参考价值。本文利用2011—2013年北方稻区国家水稻新品种试验数据,根据地区和品种(系)特点划分为黄淮粳稻、京津唐粳稻、晚熟中早粳稻、中熟中早粳稻、早熟中早粳稻5种类型,分析了产量水平、产量构成因素、品质现状等类型间差异及其相互关系。结果表明,产量表现为中熟中早粳稻早熟中早粳稻、京津唐粳稻、黄淮粳稻晚熟中早粳稻。5种类型糙米率和整精米率平均值分别为83.66%和66.95%,垩白粒率和垩白度平均值分别为30.26%和3.08%。总体和不同类型产量与糙米率、精米率和整精米率均表现为显著的正相关,结实率与糙米率、精米率和整精米率均表现为显著的正相关,与垩白粒率表现为显著的负相关。籽粒长宽比与产量关系不密切,与糙米率大多显著负相关,而与整精米率的负相关均未达到显著水平。着粒密度与产量的关系也不密切,与穗数基本表现为显著负相关而与每穗粒数均表现为显著正相关,对结实率、千粒重和主要品质性状影响不大。根据上述结果可以认为,我国北方粳稻至少在9 t hm–2以下产量与主要品质性状的矛盾并不突出,可以在保持产量的基础上改进品质,或者在保持品质的基础上提高产量,使产量和品质在更高水平上达成新的平衡。     

微喷带灌溉对小麦灌浆期冠层温湿度变化和粒重的影响

2012—2013和2013—2014年度田间试验中设小麦灌浆初期不灌水(W0)、畦灌(W1)和小麦专用微喷带灌溉(W2)3个处理,并在灌浆中后期设置不同微喷时间和水量处理,以明确微喷带灌溉对小麦灌浆期冠层温、湿度和粒重的影响。灌浆初期10:00进行W2处理,当日中午穗层温度降低6.8~11.3℃,降幅明显大于W1处理;灌水后第2~4天与W1无显著差异,第4天与W0无显著差异。W2处理当日叶片水势显著大于W1处理,当日光合速率和次日叶片水势与光合速率及千粒重和籽粒产量均与W1无显著差异,且显著大于W0处理;W2的灌水利用效率显著大于W1处理。在小麦灌浆后期于10:00、12:00、14:00时采用微喷带喷水5 mm和10 mm均显著降低冠层温度,提高冠层相对湿度、旗叶水势和群体光合速率,且微喷时间越早越有利。本试验结果表明,小麦灌浆初期微喷补灌或中后期在预报高温当天10:00时微喷补水5~10 mm,可显著提高粒重和籽粒产量。