水稻广亲和基因S5-n的功能标记开发及其应用

广亲和基因S5-n是能够恢复籼、粳杂种育性的基因,利用常规育种方法回交转育广亲和基因需要通过配组杂种F₁,根据F₁的育性判断和选择S5-n,选育周期长,方法繁琐。因此,在广亲和遗传改良和聚合育种中需要寻找一种快速、简便的广亲和基因检测方法。本研究根据水稻广亲和基因和籼粳S-5等位基因序列存在136 bp缺失的特征,设计了InDel标记S5136。前人研究已经明确02428、Dualr、CPSLO17具有S5-n,分子标记S5136 PCR扩增这3个材料的带型为缺失带型,而不携带广亲和基因S5-n的材料的带型为非缺失带型。利用该标记对3037与02428的F₂群体分析表明,该标记能准确区分S5-n、S5-i纯合及杂合基因型,标记基因型符合1∶2∶1比例,没有发生偏分离现象。利用该标记从554份水稻品种资源(O. sativa L.)和27份普通野生稻(O. rufipogen Griff.)以及24份江淮流域杂草稻资源中筛选出具有缺失带型的资源材料13份,并对其PCR产物测序证实为S5-n,对Kasalath的广亲和性进行了初步验证;从20份02428的高世代育种材料中,筛选到携带广亲和基因S5-n的恢复系2份。该标记可以用于S5-n基因资源筛选、分子标记辅助选择育种和培矮64S为母本的杂交种种子纯度鉴定。     

水稻特异亲和基因S-e的分子定位

水稻籼粳亚种间杂种具有强大的优势，但亚种间杂种的不育性限制了这一优势的利用。开展杂种不育基因的定位工作，对于进一步了解杂种不育性的遗传基础，克服亚种间杂种的不育性具有重要的意义。本研究选用粳型品种台中65的近等基因系E47-1和籼型品种广陆矮4号为材料，利用74个SSR标记对杂种F2群体进行偏态分离标记的筛选，同时根据F2和F3群体花粉育性和具有偏态分离的SSR标记之间的连锁关系，对特异亲和基因(F1花粉不育基因)S-e座位进行了分子定位，取得了以下主要结果：1、利用116个均匀分布在水稻12条染色体上的SSR标记对籼粳两亲本进行多态性筛选。结果有101个SSR标记在亲本间具有多态性，15个SSR标记在亲本间无多态性，SSR标记在亲本间的多态率高达87．07％。2、选用74个亲本间具有多态性的SSR标记对E47-1／广陆矮4号组合F2群体的偏态分离进行了初步的筛选和分析。发现有6个染色体区段的9个SSR标记在F2群体中存在偏态分离，它们分别位于第3、第6、第7、第10、第11和第12染色体上，卡方值均达到显著或极显著水平。6个染色体区段中有2个严重偏态分离区段，分别位于第6和第12染色体。3、通过对F2群体的花粉育性和偏态分离区段的SSR标记基因型的相关关系分析，表明位于第12染色体上的SSR标记RMl9附近存在一个F1花粉不育基因。继而在该标记附近设计位置特异性微卫星标记PSM401、PSMl80、PSMl82，利用F3作图群体，将特异亲和基因S-e座位定位在分子标记PSM401、PSMl80和PSMl82、RMl9之间，该基因与各标记的遗传距离分别为2．3cM、1．3cM、3．7cM和4．3cM。4、选取在S-a、s-b、S-c、S-d、S-e五个座位均纯合、花粉表现为部分不育的F2单株，发展了另一R群体，表明该群体存在另一特异亲和基因座s-f。本研究利用SSR标记，对特异亲和基因S-e进行了分子定位。S-e座位的分子定位，进一步丰富和完善了特异亲和性的学术观点，并为分子标记辅助选育水稻的粳型亲籼系奠定了基础。     

分子标记辅助选择Xa23基因改良杂交稻亲本的白叶枯病抗性

白叶枯病是世界上影响水稻产量最严重的病害之一,本研究利用携有目前已知的、抗谱最广和抗性最强的显性基因Xa23的水稻材料CBB23作为基因供体,以感白叶枯病的杂交水稻的3个骨干亲本培矮64S、明恢86和C418作为受体,采用杂交和复交,在分离群体中利用与Xa23紧密连锁的SSR标记RM206进行分子标记辅助选择。通过分子标记检测、田间抗性鉴定和农艺性状选择,BC3F3株系中获得Xa23基因纯合且农艺性状稳定的培矮64S、明恢86和C418。获得的恢复系或不育系及配制的杂交组合在田间对我国7个以及菲律宾P1和P6白叶枯病生理小种都具有抗性。     

利用分子标记辅助选择改良培矮64S的稻瘟病抗性

培矮64S是广泛应用于我国两系杂交水稻的光温敏核不育系,但稻瘟病抗性较差,高感叶瘟和穗颈瘟。本研究通过分子标记辅助选择的方法将稻瘟病抗性基因Pi-1、Pi-2从供体BL6中回交聚合到培矮64S中,并筛选得到的10株改良株系。改良株系对稻瘟病叶瘟和穗颈瘟的抗性明显增强。其中1752S-1,1752S-2,1783S和1789S花粉育性整体表现良好,在长日低温条件下的花粉不育率均达到99.5%以上,且与对照培矮64S在0.05水平没有显著差异。另外,1752S在各农艺性状的综合考察上呈现出明显优势,尤其是产量相关性状优势明显。     

不育临界温度值不同的培矮64S近等基因系选育

采用人工控制的系列温度条件,对光温敏核不育水稻培矮64S-5株系的高世代自交(近交)群体进行单株雄性育性鉴定与系统选择,再经10代自交纯化,获得一套不育临界温度分别为23℃、24℃、26℃和28℃的培矮64S近等基因系。这套材料对研究水稻两用核不育系不育临界温度高低的遗传规律和花粉的育性温度控制机理有重要意义,其中不育     

水稻光温敏核不育基因tms5与pms3的互作效应

tms5与pms3是水稻的光温敏核不育基因,其功能位点已经明确,然而它们在两系不育系中的效应尚不清楚。本研究针对tms5与pms3基因功能位点,分别设计了功能标记AS-TMS5和CAPS-PMS3。经鉴定发现,这2个功能标记能准确区分不育、可育性状对应的隐性纯合、杂合和显性纯合3种基因型。利用AS-TMS5和CAPS-PMS3对培矮64S/9311、广占63S/湘恢47和粤光S/宁恢108的F_2群体单株的基因型及育性的关系分析发现,tms5基因是广占63S和粤光S控制光温敏不育性状的主效基因,而pms3基因在培矮64S和粤光S中并不能独立起作用,还需要与其他基因共同调控。进一步分析粤光S/宁恢108的F_(2:3)群体基因型与育性的关系,发现在粤光S/宁恢108背景下,携带pms3基因的株系几乎都表现可育,而携带tms5基因的株系在较高气温条件下表现不育,但育性转换温度可能较高;而携带tms5与pms3基因的株系育性转换温度比仅携带tms5基因的株系低,这为聚合2个基因选育不育性状稳定的光温敏不育系提供了思路和方法。     

水稻显性早熟基因Ehd的SSR标记定位

以籼稻品种广陆矮4和粳稻品种台中65为亲本构建高世代回交分离群体,选用分布于水稻全基因组的145个SSR标记对亲本及抽穗期早熟基因进行分析.结果表明,114个标记在亲本间具有多态性,多态率78.6%;在BC3F1群体中,检测到10个标记的基因型来源于供体亲本广陆矮4号;在BC3F2定位群体中,早熟植株数与晚熟植株数的分离比例为3:1,早熟植株平均比晚熟植株提早抽穗21 d;通过SSR标记与抽穗期共分离分析将显性早熟基因Ehd界定在分子标记RM271和RM258之间;Ehd与标记RM184和RM271紧密连锁,遗传距离分别为2.6 cM和2.1 cM,此结果为该基因分子标记辅助选择奠定了基础.     

水稻广亲和恢复系的筛选鉴定与利用

１９８８～１９９２年对１１个水稻广亲和品种与不育系测交，鉴定其对育性的恢复能力。结果表明：培矮６４、Ｃｐｓｌｏ１７具有细胞质雄性不育系恢复基因；０２４２８、晚轮４２２、Ｃｐｓｌｏ、ＭＣＰ２３１对粳型不育系具有恢复能力；Ｌ－２０１、８５４４、Ｌｅｍｏｎｔ、Ｄｕｌａｒ对粳型不育系具有部分恢复能力。具有恢复基因的广亲和品种，可用于选配强优势籼粳亚种间杂交稻和选育新的广亲和恢复系。     

不育临界温度值不同的增矮64S近等基因系选育

采用人工控制的系列温度条件，对光温敏核不育水稻培矮64S－5株系的高世代自交（近交）群体进行单株雄性育性鉴定与系统选择，再经10代自交纯化，获得一套不育临界温度分别为23℃、24℃、26℃和28℃的培矮64S近等基因系。这套材料对研究水稻两用核不育系不育临界温度高低的遗传规律和花粉的育性温度控制机理有重要意义，其中不育临界温度为23℃的培矮64S具有较好的不育稳定性和遗传纯合性，可直接应用于两系杂交水稻生产。     

水稻籼粳亚种间杂种不育性的研究进展

克服杂种不育性是利用籼粳亚种间杂种优势的关键。由此对水稻亚种间杂种不育性的原因、细胞学基础及两种主要基因遗传模式进行了总结,并详细综述了利用“亲和基因”克服籼粳杂种不育性的两种有代表性的学说-广亲和基因和特异亲和基因分子定位的最新研究进展,并提出了两“亲和基因”共同利用的初步设想:将聚合了Si等位基因的粳型亲籼系与聚合了不同广亲和基因(中性亲和基因的广亲和力强、亲和谱广泛的粳型品种进行杂交和回交,选育出聚合不同广亲和基因和Si等位基因的粳型亲籼系,再与籼稻品种杂交,真正实现直接利用籼粳亚种间杂种优势。     

水稻SSR标记在RI群体的偏分离分析

以完成了部分测序的培矮64s和全基因组测序已经完成了的粳稻日本晴（Nipponbare）为亲本杂交得到的F6群体作为构图群体,共330个单株,构建了一张含92个微卫星标记的水稻分子遗传图谱。结果发现该F6群体有较高的偏分离现象,有63个分子标记表现偏分离（P〈0．05）,占总标记数的68．47％,在这些偏分离标记中,有60个标记偏向母本培矮64s,我们对这种偏分离现象和原因进行了分析讨论。     

YM型小麦温敏雄性不育系不育基因的QTL定位

YM型小麦温敏雄性不育系的不育基因被定位在1Bs染色体片段上, 但已发现的相邻分子标记与该基因的遗传距离较大, 达10 cM以上。为寻找与该基因连锁更紧密的分子标记, 以YM型温敏雄性不育系ATM3314与恢复系中国春杂交的F₂代200株为作图群体, 从1Bs的22个SSR引物中筛选出5个在亲本和F₂代中分离的SSR引物, 构建了1个包含5个标记的1Bs局部遗传连锁图谱。结合F₂代个体的育性调查, 采用复合区间作图法在YM型温敏雄性不育系的1Bs染色体上检测到不育基因的1个主效QTLrfv1-1和1个微效QTLrfv1-2。rfv1-1位于SSR标记Xgwm18和Xwmc406之间, 与两标记的遗传距离分别为6.0 cM和4.6 cM, LOD值为8.80, 加性效应23.87, 显性效应10.44, 可解释表型变异的23.91%; rfv1-2位于Xwmc406和Xbarc8之间, 与两标记的遗传距离分别为4.0 cM和3.4 cM, LOD值为3.10, 加性效应17.59, 显性效应5.99, 可解释表型变异的7.78%。本研究初步定位了YM型小麦温敏雄性不育系1Bs染色体片段上不育基因的QTL, 为进一步准确定位该基因奠定了基础。     

Molecular mapping of the fertility-restoration gene Rf4 for WA-cytoplasmic male sterility in rice

The wild abortive cytoplasmic male sterility (CMS‐WA) system, an ideal type of sporophytic CMS in indica rice, is used for the large‐scale commercial production of hybrid rice. Searching for restorer genes is a good approach when phenotyping is very time‐consuming and requires the determination of spikelet sterility in testcross progeny. To establish more precisely the genetical and physical maps of the Rf4 gene, high‐resolution mapping of this locus was carried out using simple sequence repeat (SSR) markers and newly designed markers in a F₂ population. The genetic linkage analysis indicated that five SSR markers (RM6737, RM304, RM171, RM5841 and RM228) on the long arm of chromosome 10 were linked with the Rf4 gene. Rf4 was flanked by two SSR markers RM171 and RM6737 at distances of 3.2 and 1.6 cM, respectively. Also, within the region between Rf4 gene and RM171, a newly designed primer pair, AB443, produced two sterile‐specific markers, AB443‐400 and AB443‐500, 0.5 and 1.03 cM from the gene. The flanking markers identified give promise for their application in molecular marker‐assisted selection (MAS) and they are also suitable for starting chromosome walking to clone Rf4 gene in the near future.     

DH群体内株系对籼、粳亚种的亲和性

以窄叶青8号（ZYQ8）/京系17(JX17)的13个花培DH株系和培矮64／02428的11个花培DH株系为材料,分析了它们的籼粳分化及其对籼、粳亚种杂交的亲和性。结果表明,无论亲本是否具有广亲和性亲缘,两个DH群体均出现广亲和性良好的株系,且多数株系属籼粳中间类型。这说明虽然广亲和性是遗传的,但是籼粳基因的重组确实可以产生广     

绿豆遗传连锁图谱的整合

利用绿豆及其近缘种的701对SSR引物,对现有绿豆遗传连锁图谱进行补充,结果在高感豆象绿豆栽培种Berken和高抗豆象绿豆野生种ACC41两亲本间筛选到多态性SSR引物104对。群体分析后,结合其他分子数据,使用作图软件Mapmaker/Exp 3.0b,获得一张含有179个遗传标记和12个连锁群,总长1831.8cM、平均图距10.2cM的新遗传连锁图谱,包括97个SSR标记,91个来自绿豆近缘种;RFLP标记76个;RAPD标记4个;STS标记2个。对32个绿豆、小豆共用SSR标记在遗传连锁图谱的分布分析发现,二个基因组间有一定程度的同源性,共用标记在连锁群上的排列顺序基本上一致,只有部分标记显示绿豆和小豆基因组在进化过程中发生了染色体重排;利用新图谱对ACC41的抗绿豆象主效基因重新定位,仍定位于I(9)连锁群,与其相邻分子标记的距离均小于8cM,其中与右翼SSR标记C220的距离约2.7cM。与原图谱比较,新定位的抗性基因与其相邻标记的连锁更加紧密。     

大豆灰斑病1号生理小种抗性基因的SSR标记

针对中国大豆灰斑病1号生理小种,以抗所有生理小种的品系东农40566为母本,以感所有生理小种的品种东农410为父本配制杂交组合,杂交得到F2代后连续自交3代得到F5代群体。该群体经人工接种灰斑病1号生理小种后,利用BSA法对500个SSR标记进行筛选,其中3个标记Satt565、SOYGPATR和Satt396在抗、感池间表现出稳定的多态性,并且在F2代个体中表现出抗性与多态性协同分离的趋势。3个标记与抗性基因的连锁顺序为Satt565—SOYGPATR—Hrcs1—Satt396,它们与抗性基因的连锁距离分别为12.7cM、6.5cM、14.7cM。推测抗大豆灰斑病1号生理小种的基因可能位于C1连锁群上。     

Identification of informative SSR markers capable of distinguishing hybrid rice parental lines and their utilization in seed purity assessment

With the objective of identifying SSR markers that can distinguish parental lines of rice hybrids, we characterized 10 each of cytoplasmic male sterile (CMS) and restorer (R) lines along with 10 popular Indian rice varieties using a set of 48 hyperpolymorphic SSRs distributed uniformly across the rice genome. All the SSR markers were polymorphic, amplifying a total of 163 alleles, with an average of 3.36 ± 1.3 allelic variants per locus. Twenty-seven SSR markers showed amplification of an allele, which was very specific and unique to a particular parental line and not amplified in any other rice genotype tested. Through multiplex PCR, SSR marker combinations that were unique to a particular parental line or hybrid were also identified. With a set of 10 SSR markers, all the public bred Indian rice hybrids along with their parental lines could be clearly distinguished. To utilize these SSR markers effectively for detection of impurities in parental lines, a two dimensional bulked DNA sampling strategy involving a 20 × 20 grow-out matrix has been designed and used for detection of contaminants in a seed-lot of the popular CMS line IR58025A. We have also designed a multiplex PCR strategy involving single tube analysis using 2–3 markers for hybrid seed purity assessments and demonstrate its superiority over single marker analysis in accurate detection of impurities in hybrids. Implications of parental and hybrid specific SSR markers and strategies to utilize the informative SSR markers for detection of contaminants in a cost effective manner are discussed.     

A new rice gall midge resistance gene in the breeding line CR57-MR1523, mapping with flanking markers and development of NILs

Gall midge is the third most destructive insect pests of rice after stem borers and planthoppers. Host plant resistance has been recognized as the most effective and economic, means for gall midge management. With the characterization of a new gall midge biotype (GMB) 4M, unique feature of gall midge resistance in the breeding line CR57-MR1523 was highlighted. Multi-location evaluation of F₃ families derived from the cross TN1 × CR57-MR1523 against different gall midge biotypes helped to identify a new dominant gene conferring resistance against GMB4. This gene has been designated as Gm11t. Though CR57-MR1523 has been extensively used in breeding gall midge resistant rice varieties like Suraksha, neither the genetics of resistance nor chromosomal location of the resistance gene(s) is known. In the present study we have tagged and mapped the new gall midge resistance gene, Gm11t, on chromosome 12, using SSR markers. To map the gene locus, 466 F₁₀ generation Recurrent Inbred Lines (RILs), from the cross of TN1 × CR57-MR1523 were used. Of the 471 SSR markers spread across the rice genome, 56 markers showed polymorphism and were used to screen a subset of the mapping population consisting of 10 resistant (R) and 10 susceptible (S) F₁₀ RILs. Six SSR markers, RM28706, RM235, RM17, RM28784, RM28574 and RM28564 on chromosome 12 were initially found to be associated with resistance and susceptibility. Based on the linkage analysis in selected 158 RILs, we were able to map the locus between two flanking SSR markers, RM28574 and RM28706, on chromosome 12 within 4.4 and 3.8 cM, respectively. Further, two NILs with 99% genetic similarity, were identified from the RILs which differed in gall midge resistance. The tightly linked flanking SSR markers will facilitate marker-assisted gene pyramiding and map-based cloning of the resistant gene. NILs would be valuable materials for functional analysis of the identified candidate gene.     

水稻‘陆18S’核不育基因连锁的分子标记

为了研究水稻不育基因的遗传机理和连锁情况,利用‘陆18S’与3个父本杂交,并对F2进行花粉育性和结实率观察和遗传分析,同时对F2后代进行RAPD分子标记。通过遗传分析得知,‘陆18S’不育系由1对隐性核基因控制。通过分子标记的筛选,找到了与‘陆18S’雄性不育紧密连锁的RAPD标记S490,片段大小为850 bp。获得与不育基因紧密连锁的RAPD标记。为不育基因克隆、定位奠定了坚实的基础。