基于“华占”的强优势杂交组合的株高与主穗长遗传分析

株高与穗长是水稻品种的关键性状,有效利用水稻性状间的杂种优势是培育高产品种的关键技术手段。以“华占”配制的‘天优华占’‘恒丰优华占’‘五丰优华占’3个杂交组合为供试材料,构建了包含P₁、P₂、F₁、F₂、BC_1-1、BC_1-2等6个遗传世代群体。采用植物数量性状“主基因+多基因”混合模型分析了株高和主穗长的遗传方式。结果表明：3个杂交组合的株高和主穗长遗传均符合MX2-ADI-ADI遗传模型。在“华占”为遗传背景中,3个群体F₂、BC_1-1、BC_1-2的株高均以多基因控制为主,多基因遗传率变幅分别为72.11%~75.42%、76.92%~86.28%和68.13%~75.13%,育种后代中应在高世代选择。3个群体F₂代中的主穗长主基因遗传率分别为81.99%、68.95%和90.01%,多基因遗传率分别为12.16%、23.78%和3.52%;在回交群体中,3个组合的主穗长主基因和多基因遗传率与回交亲本密切相关,育种上应根据群体遗传特性进行相应的选择策略。     

一个新的水稻半矮化小穗突变体的遗传分析与基因定位

 从粳稻中花 11转基因后代中发现了一个半矮化小穗突变体,表现为植株半矮化、生长势弱、半包茎穗、穗型变小等特点,将其命名为sd sp2(semi dwarf and small panicle 2)。遗传分析显示,该突变体表型受1对隐性核基因控制。以sd sp2突变体为母本与龙特甫B杂交构建F2分离群体,将该基因定位在水稻第6染色体的RH6 32和RH6 40之间的116 kb的物理距离内。通过水稻基因组注释系统在此区域预测到14个开放阅读框,未发现与已报道穗型发育相关基因的同源基因。     

黄淮麦区小麦种质资源矮秆基因分布及其与农艺性状的关系

为了进一步阐明多个矮秆基因的分布及其与小麦农艺性状的关系,运用分子标记对来自我国黄淮麦区的246份小麦种质资源中6个矮秆基因位点(Rht1、Rht2、Rht4、Rht8、Rht9及Rht12)分别进行了检测,同时连续3年调查参试材料株高、穗长、穗下节长、小穗数、旗叶长、旗叶宽、穗粒数、粒长、粒宽和千粒重共10个农艺性状,分析了不同矮秆基因位点对小麦农艺性状的影响。结果表明,6个矮秆基因在黄淮麦区小麦中均具有广泛分布,其中含有Rht1和Rht2基因的小麦品种分布最广。分析矮秆基因位点对小麦农艺性状的影响发现,在Rht1位点,Rht1-B1a和Rht1-B1b两种基因型间的株高没有显著差异;在Rht2位点,拥有Rht2-D1b类型的小麦品种所有年份间的株高和穗下节长较低,但千粒重较高,为相对优良的基因型。排除Rht1和Rht2基因效应后,Rht4、Rht8、Rht9和Rht12位点对黄淮麦区小麦品种不同农艺性状均具有重要影响,其中,Rht4基因位点主要对小麦株高和千粒重具有重要影响,且Rht4-B1b类型为相对优良的基因型;Rht8基因位点主要对小麦穗下节长、穗长和千粒重具有重要影响,且Rht8-D1b类型为相对优良的基因型;Rht9基因位点主要对小麦株高和千粒重具有重要影响,且Rht9-A1a类型为相对优良的基因型;Rht12基因位点主要对小麦千粒重和穗长具有重要影响,且Rht12-A1a类型为相对优良的基因型。进一步分析发现,6个位点中对株高影响最大的是Rht2基因,其次是Rht4基因;有4个位点(Rht1、Rht2、Rht8、Rht12)对千粒重有显著影响,其中Rht2基因的影响最大。分析除Rht1外其他5个位点优良基因型在不同时期小麦品种中的分布发现,从早期历史品种、近期历史品种到现代品种,不同位点优良基因型分布比例总体呈现上升趋势,表明优良矮秆基因型在黄淮麦区小麦品种选育中的利用逐渐增加,尤其是82.9%的现代小麦品种已含有Rht2-D1b类型。     

水稻穗整齐生长关键基因获揭示

正近日,国际重要期刊PLOSGENETICS上在线发表了上海交通大学生命科学技术学院梁婉琪研究员领导的研究小组的研究文章,首次报道了基因DWT1在控制现代栽培水稻穗整齐生长中的关键作用。水稻的生长形态如株型、穗型、种子粒型等都对水稻产量具有重要影响。水稻植株由主茎和多个分蘖构成,主茎和分蘖之间的穗整齐度是影响水稻产量的另一重要因素。不同于野生稻,现代栽培水稻在人类驯化过程中形成了穗整齐生长的特征,株内主穗和各分蘖穗在成熟时期高度较为一致,穗大小也更为接近。这一特征     

水稻穗型的遗传和育种改良

 穗型是与水稻株型和产量密切相关的重要农艺性状,大穗型理想株型的创新已经成为今后水稻超高产育种的重要内容。简要介绍了水稻穗型的“穗直立程度、单穗粒数、单穗重和着粒密度”等六大类和19个亚类的分类;至少200多种水稻穗型突变体被创制、1386个水稻穗部QTL（涉及穗长、穗数、穗重、粒宽、每穗粒数、每穗结实率等多个性状）被定位,Dep1、Ghd7、Gn1a、Ipa1和GW2等16个穗型QTL已被成功克隆;综合评述了直立穗型、大穗型、重穗型和后期功能型的四个水稻穗型育种改良方向,及利用新克隆的穗型基因进行Gn1/sd1或Gn1/DEP1双基因聚合的分子育种策略。穗型研究的不断深入,将为今后大穗型的理想株型水稻、直立大穗型超级稻的高产分子育种提供更多的方法与思路。     

分蘖肥不同施用时期对水稻产量和品质的影响

通过对分蘖肥不同施用时期对水稻产量和品质的影响研究,结果表明,随着分蘖肥施用时期的后移,水稻生育期延迟;株高和空瘪率逐渐增加,穗长和褐变穗发病率逐渐降低,穗颈瘟逐渐增加,倒伏程度没有明显变化;水稻平方米穗数逐渐增加,而穗实粒数、结实率、千粒重和产量逐渐降低;水稻的垩白率和垩白度没有明显变化,精米率和整精米率逐渐降低。     

复合微生物肥应用对水稻产量及效益的影响

以中浙优1号、Y两优900、甬优538和甬优12为材料,研究复合微生物肥对水稻生长及产量的影响。结果表明,在相同施肥成本下,施用复合微生物肥比传统施肥平均增产331.41 kg/hm~2,增3.58%,主要是通过增加每穗粒数和每穗实粒数来实现;施用复合微生物肥能提高水稻株高和收获指数,并通过增产实现增效。因此,在水稻生产过程中可通过施用复合微生物肥实现化肥减量目标。     

氮肥用量和栽插密度对杂交粳稻辽优5206生长与产量性状的影响

采用裂区设计,研究了氮肥用量和插植密度对杂交粳稻辽优5206生长和产量性状的影响,为北方粳稻高产高效栽培提供依据。结果表明,随着施氮量增加,水稻分蘖数、抽穗期干物质量、拔节期SPAD值、株高和穗长显著增加,有效穗数、穗粒数和产量虽增加但不显著;随着栽插密度的增加,水稻分蘖数、干物质量、有效穗数明显增加,灌浆期SPAD值、株高、穗长、穗粒数显著降低,抽穗期SPAD值、结实率和产量则先增后降;氮肥用量和密度在产量等多数性状上互作效应不显著;取得高产的最佳肥密组合是240 kg/hm²和16.7万丛/hm²。     

四倍体小麦株高和穗长性状的QTL定位及其遗传效应分析

株高和穗长是影响小麦高产稳产的重要农艺性状。为进一步发掘控制株高和穗长的主效QTL,以硬粒小麦矮兰麦和野生二粒小麦LM001构建的F₈代重组自交系（RIL）群体为材料,基于小麦55K SNP芯片构建的遗传连锁图谱,并结合5年8个生态环境的株高和穗长表型数据,进行QTL定位和遗传解析。结果表明,在RIL群体中,株高和穗长均呈现正态分布,符合数量性状遗传特征。共检测到24个QTL,其中7个与株高相关,分布在2A、2B、4B、5A、6A和7A染色体上,可解释7.46%~20.03%的表型变异;17个与穗长相关,分布在2A、2B、3A、4A、4B、5A和6B染色体上,可解释6.52%~17.10%的表型变异。控制株高的 QPh.sicau-AM-4B和 QPh.sicau-AM-7A以及控制穗长的 QSl.sicau-AM-2B.2和 QSl.sicau-AM-4B.4能够同时在单环境和多环境分析中检测到,为稳定的主效QTL,分别解释了9.17%~20.03%、10.44%~ 14.48%、10.41%~16.29%和7.54%~11.70%的表型变异。此外,在RIL群体子代中存在超亲分离现象,进一步的QTL聚合效应分析表明,株高位点 QPh.sicau-AM-4B和 QPh.sicau-AM-7A的聚合或者穗长位点 QSl.sicau-AM-2B.2和 QSl.sicau-AM-4B.4的聚合均能极显著地提高株高和穗长表型,表明鉴定到的控制株高和穗长的QTL位点具有累加效应。     

宁麦9号×镇麦168小麦F2群体产量相关性状的遗传模型分析

为给小麦遗传育种中产量性状改良提供参考,利用相关性分析和植物数量性状主效基因与微效多基因混合遗传模型对(宁麦9号×镇麦168)F₂代162个单株的有效穗数、株高、穗长、总小穗数、穗粒数以及单株粒重进行了联合分离分析。结果表明,该群体农艺性状均属于受多基因控制的数量性状,其中有效穗数和单株粒重仅受微效多基因调控,株高和总小穗数符合“两对加性-显性-上位性主基因”+“加性-显性多基因”混合遗传,而穗长和穗粒数则符合“两对加性主基因”+“加性-显性多基因”混合遗传。株高、穗长和总小穗数3个性状的主基因遗传力分别为64.98%、51.22%和47.12%,可能存在效应较大的QTL。     

水稻白化转绿和穗顶端退化突变体vpa1的遗传分析和基因定位

目的 通过对水稻转绿和穗顶端退化等突变体的研究,可以鉴定更多与叶绿体发育和穗发育相关的基因。方法 在常规种植条件下比较突变体vpa1（virescent and panicle abortion 1)表型及主要农艺性状差异,利用分离群体分析和图位克隆法进行相关基因定位。结果 突变体vpa1表现苗期白化,并逐渐转绿恢复成正常叶色,抽穗后可明显观查到穗顶端退化表型。vpa1的主要农艺性状除了结实率以外,株高、穗长、每穗实粒数等均较野生型显著下降。遗传分析表明白化转绿和穗顶端退化表型受独立的两个隐性基因控制。控制白化转绿叶性状的Osv16定位于第3染色体RM3441和RM3029之间约125kb物理区间内,区间内未见白化转绿性状相关基因的报道。控制穗顶端退化性状的Ospaa10定位于第1染色体RM11157和RM5972之间,区间内物理距离约190kb,区间内未见穗顶端退化相关基因的报道。结论 Osv16和Ospaa10两个基因的突变导致vpa1的叶色和穗型同时出现变异,为白化转绿基因Osv16和穗顶端退化基因Ospaa10的克隆和功能研究打下了基础。     

水稻蜡质稀少突变体wax1的鉴定及基因定位

【目的】蜡质是植物表面的一种重要保护物质，筛选和鉴定水稻蜡质相关突变体有助于解析水稻蜡质形成的遗传机制。【方法】利用EMS诱变籼稻品种湘早籼6号，从突变体库中筛选出一个蜡质稀少的突变体wax1，考查突变体的形态特征和农艺性状，利用突变体与02428杂交的F2群体定位目标基因，并通过荧光定量PCR分析相关基因的表达情况。【结果】与野生型相比，wax1突变体具有叶片短小皱褶、叶表面蜡质晶体减少、穗长变短等形态特征；在农艺性状方面，突变体的株高、每穗总粒数和千粒重显著降低，但有效穗数显著高于野生型；遗传分析表明，wax1的突变表型受一对隐性核基因控制，将WAX1基因定位在第10染色体上SSR标记RM5806与InDel标记P1之间，物理距离约为49.8 kb；定位区间内的测序结果表明，突变体中β-酮脂酰-CoA合酶的编码基因发生单碱基突变，导致催化活性中心的一个氨基酸发生改变。WAX1基因的突变显著提高了同源异型盒基因OSH6的表达，同时引起部分IAA基因的差异表达。【结论】WAX1基因突变引起叶表面蜡质晶体的减少，同时通过影响茎尖分生组织和生长素的信号转导引起植株生长发育等多方面的异常。     

水稻蜡质稀少突变体wax1的鉴定及基因定位

【目的】 蜡质是植物表面的一种重要保护物质,筛选和鉴定水稻蜡质相关突变体有助于解析水稻蜡质形成的遗传机制。【方法】利用EMS诱变籼稻品种湘早籼6号,从突变体库中筛选出一个蜡质稀少的突变体wax1,考查突变体的形态特征和农艺性状,利用突变体与02428杂交的F₂群体定位目标基因,并通过荧光定量PCR分析相关基因的表达情况。【结果】与野生型相比,wax1突变体具有叶片短小皱褶、叶表面蜡质晶体减少、穗长变短等形态特征;在农艺性状方面,突变体的株高、每穗总粒数和千粒重显著降低,但有效穗数显著高于野生型;遗传分析表明,wax1的突变表型受一对隐性核基因控制,将WAX1基因定位在第10染色体上SSR标记RM5806与InDel标记P1之间,物理距离约为49.8 kb;定位区间内的测序结果表明,突变体中β-酮脂酰-CoA合酶的编码基因发生单碱基突变,导致催化活性中心的一个氨基酸发生改变。WAX1基因的突变显著提高了同源异型盒基因OSH6的表达,同时引起部分IAA基因的差异表达。【结论】WAX1基因突变引起叶表面蜡质晶体的减少,同时通过影响茎尖分生组织和生长素的信号转导引起植株生长发育等多方面的异常。     

水稻小穗簇生基因OsCL6的定位及候选基因分析

【目的】通过对水稻小穗簇生基因的定位与候选基因分析,为进一步克隆幼穗发育过程中缩短枝梗长度造成小穗簇生的功能基因奠定基础。【方法】以航天诱变育种技术处理常规优质稻品种粤农丝苗获得一个稳定遗传的小穗簇生突变体cl6为试验材料,与粤金银占构建F₁、F₂作图群体,对簇生基因进行定位,结合转录组测序对候选基因进行预测与评价。【结果】遗传分析结果表明,突变体cl6的簇生性状由非完全显性单基因控制,混合分组分析法将该基因定位于第6染色体上约416 kb的区间。进一步通过表达谱分析、转录组测序技术、基因序列差异性分析和qRT-PCR验证等筛选出OsFBK16为最佳候选基因,其5′-UTR区域发生9个碱基的插入突变,暗示该基因可能通过二级结构改变调控转录或翻译水平,参与水稻幼穗发育过程中枝梗的分化。【结论】本研究结果为解析水稻二次枝梗和小穗梗缩短机制奠定一定理论基础。     

利用CRISPR/Cas9技术编辑AFP1基因提高水稻耐逆性

目的 为鉴定水稻AFP1在非生物胁迫响应中的作用,创制非生物胁迫抗性的水稻新材料。方法 以优异籼稻恢复系华占为转化受体,利用CRISPR/Cas9技术创制afp1突变体,并对afp1突变体的耐逆性进行初步鉴定。结果 AFP1靶点1和靶点2的编辑效率分别为66.67%和75.00%。所有突变株系中,突变类型仅有插入和缺失突变,90%突变株系的突变长度为小片段突变（<5bp）。获得了6种无转基因成分的afp1纯合突变体。正常条件下,afp1突变体株高和结实率降低,有效分蘖增加,穗长显著升高,单株产量在-4.06%和11.75%之间变化。和野生型相比,afp1突变体的ABA敏感性和叶片水分散失率降低,耐干旱、热和渗透胁迫能力提高。结论 编辑AFP1基因可提高水稻多种非生物胁迫抗性。     

Physiological Characters and Gene Mapping of a Yellow Leaf and Early-senescence Mutant osyes1 in Rice

【Objective】Leaf is a main photosynthetic organ and its color mutants of rice are ideal materials for the study of photosynthesis, chlorophyll biosynthesis and metabolism, and chloroplast development in plants. 【Method】The mutant osyes1 (Oryza sativa yellow-leaf and early senescence 1) was obtained through 60Co γ-radiation treatment of indica cultivar Zixuan 1. The seedlings of osyes1 and its wild type were treated with exogenous H2O2. The SOD and CAT activities, ROS level, MDA content, soluble protein contents, chlorophyll contents, the net photosynthetic rate and chloroplast ultrastructure were analyzed for osyes1 and its wild type leaves at heading stage. The main agronomic traits of osyes1 and its wild type plants were analyzed under field conditions at maturation stage in Hangzhou. The recessive individuals in F2 population derived from osyes1/02428 were used to locate the gene by the map cloning method.【Results】The yellow-leaf and early-senescence symptoms started at 3- or 4-leaf stage, and gradually spread to all of the leaves after heading. Due to the early-senescence of the leaves of the mutant osyes1, its major agronomic traits including plant height, panicle length, grain number per panicle and the seed setting rate were markedly reduced. Moreover, the mutant osyes1 exhibited hyper-sensitivity to exogenous H2O2. The physiological analysis indicated that the contents of chlorophyll and the activities POD and CAT in the third-top leaf was significantly lower than those in the flag leaf and the second-top leaf in wild-type (WT) plants, but all of them in the mutant plants were significantly lower than those in its WT. Compared with the WT plants, the contents of MDA, H2O2 and O2− followed a steady increasing trend in the flag, second-top and third-top leaves of the mutant, while their soluble protein levels were progressively dropping. Genetic analysis confirmed that osyes1 was controlled by a single recessive nuclear gene, which was mapped to a region of 708 kb flanked by two SSR markers (RM21353 and RM21384) on the short arm of chromosome 7. 【Conclusion】In this work, the main agricultural traits were significantly reduced in osyes1 for the yellow leaf and early senescence. OsYES1 was located in a 708 kb range between RM21353 and RM21384 by map-based cloning strategy.     

磷酸盐转运蛋白OsPT4影响水稻氮磷积累与利用的机理研究

【目的】磷酸盐(Pi)转运蛋白OsPT4是水稻Pht1家族成员之一,负责Pi吸收以及向地上部的转运。探究OsPT4超表达对不同Pi条件下水稻氮(N)和磷(P)积累与利用的影响及其机理具有重要意义。【方法】以日本晴背景的OsPT4超表达株系为研究材料,通过设置正常供Pi与缺Pi的水培与桶培实验,检测生殖生长阶段不同组织中OsPT4的相对表达量,探究不同Pi处理条件下不同组织(叶片、叶鞘、茎秆、稻壳、穗柄和糙米)中的N和P浓度,并计算Pi吸收率及N和P利用效率,同时分析株高、单株产量、千粒重和结实率等产量构成因素。【结果】OsPT4在水稻生殖生长阶段的根系中相对表达丰度较高,OsPT4超表达使水稻剑叶、叶鞘、茎秆、稻壳、穗柄和糙米中的总P浓度不同程度提高,并显著提高了不同Pi处理条件下的Pi吸收与利用效率。同时,OsPT4的超表达可显著提高正常供Pi与缺Pi土壤条件下的单株产量与千粒重,以及缺Pi土壤中生长的结实率。除此之外,OsPT4的超表达使缺Pi条件下瘪壳与糙米中总N浓度平均升高16.8%和19.8%,N利用效率平均升高6.6%。【结论】OsPT4超表达不仅显著提高Pi吸收与利用效率,同时对不同Pi条件下的生理氮素利用率起促进作用。     

水稻雄性核不育突变体ms7的遗传分析及基因定位

【目的】通过对水稻雄性不育突变体的研究,可以鉴定更多与育性或花粉发育相关的基因,有助于解析水稻雄性生殖发育的整个调控网络。【方法】常规种植条件下,突变体ms7 (male sterile 7)与对照种植于浙江富阳和海南陵水,比较它们的育性及主要农艺性状差异,利用混池关联分析和图位克隆方法进行目标基因定位。【结果】整个生育期,突变体ms7生长速率与野生型一致,成熟期的株高、分蘖数、叶数、叶大小、穗长和每穗颖花数等性状与野生型相比也没有显著差异,但ms7结实率为0,表现为完全雄性不育,花药瘦小且颜色发白,半薄切片显示绒毡层降解推迟,花粉镜检呈染败。遗传分析表明花粉败育受单个隐性基因控制,定位于第7染色体上BSA11与YD7045之间1.17 Mb的范围内。【结论】本研究为水稻雄性不育基因ms7的克隆和功能研究打下了基础。     

OsESV1基因对水稻淀粉合成的影响

【目的】 研究水稻EARLY STARVATION1 (OsESV1)基因对水稻淀粉代谢的影响。【方法】 通过CRISPR-Cas9技术获得osesv1突变体,考查osesv1的表型及胚乳淀粉的理化特性,分析OsESV1的表达特性及相关功能。【结果】 OsESV1蛋白在植物界中十分保守。osesv1突变体株高、穗长、每穗粒数低于野生型,分蘖数显著多于野生型,叶片中淀粉含量显著下降,籽粒中的直链淀粉含量上升,而总淀粉含量无明显变化。OsESV1呈组成型表达,并且具有昼夜节律表达的特征。OsESV1蛋白定位在叶绿体内且呈点状分布。酵母双杂交和双分子荧光互补实验结果表明OsESV1蛋白可以与ADP-葡萄糖焦磷酸化酶小亚基(OsAGPS) 2a和OsAGPS1互作。【结论】 OsESV1基因影响水稻叶片的淀粉合成途径,而对胚乳淀粉合成的影响不明显。     

水稻光温敏雄性不育突变体tms3650的鉴定和基因定位

【目的】雄性不育是水稻杂种优势利用的基础。为进一步解析其调控机制,对一个雄性不育突变体进行了鉴定。【方法】利用⁶⁰Co-γ对籼稻品种93-11进行辐射诱变,从其后代中鉴定到一个雄性不育突变体tms3650。将籼稻明恢63作父本同突变体tms3650杂交构建F₂和F₃群体,采用图位克隆的方法对目的基因进行精细定位。【结果】tms3650突变体其他农艺性状与野生型一致,但花药白绿且瘦小,花粉不能被1%碘-碘化钾溶液染成蓝黑色,穗子包颈,抽穗期延迟。遗传分析表明该突变体表型受一对隐性核基因控制。精细定位结果表明基因位于第3染色体长臂SSR标记RM15927和RM15934之间135.25 kb距离内,且与RM15931标记共分离。陵水冬季南繁鉴定发现,该突变体育性受光温环境影响,说明tms3650突变体的雄性育性在短日低温条件下发生了转育,是一个光温敏雄性不育突变体。【结论】通过将定位位点与已报道的雄性不育基因比较,发现tms3650是一个新的基因位点,暂命名为TMS3650。