水稻淀粉合成相关基因分子标记的筛选与利用

利用分子标记检测的方法,对不同水稻品种间的淀粉合成相关基因的基因型进行了系统筛选。结果显示,淀粉合成相关基因在籼粳亚种间表现出较好的多态性,在籼亚种内存在较大变异,在粳亚种内较为保守,籼稻品种9311和明恢63的基因型更接近于粳稻品种;在28个粳稻亲本中检测到6个淀粉合成相关基因存在着2种或3种等位基因型。利用在关东194和武粳13之间具有多态性的可溶性淀粉合成酶基因SSIIa和SSIIIa的分子标记,在其杂交后代88份粳稻品系中检测到2个基因的4种基因型。     

水稻粒形基因GS3的功能标记开发与鉴定

籽粒的大小和形状是影响水稻产量和稻米品质的主要性状。在基因GS3序列分析的基础上,对该基因第2外显子A/C和第5外显子13 bp Indel的2个变异位点分别开发功能标记,并将其用于294份水稻微核心种质和2007—2013年江苏省审定的65份粳稻品种的基因型鉴定。研究结果表明,第2外显子的A/C变异在籼粳亚种中有着相似的分布频率,并且都对粒长、粒厚和长宽比有极显著的影响。相对于基因型C而言,基因型A在籼粳亚种中都有更长的粒长、更薄的粒厚和更大的长宽比。但是第5外显子的13 bp缺失变异只在粳稻中极低频率(0.74%)出现,属于稀有变异类型,比13 bp插入变异有着更短的粒长和更小的长宽比。这些研究结果为水稻产量和品质育种中充分利用基因GS3的优异等位基因奠定了基础。     

水稻淀粉合成相关基因分子标记的筛选与利用（英文）

利用分子标记检测的方法,对不同水稻品种间的淀粉合成相关基因的基因型进行了系统筛选。结果显示,淀粉合成相关基因在籼粳亚种间表现出较好的多态性,在籼稻品种内存在较大变异,但在粳稻品种内较为保守,籼稻品种9311和明恢63的基因型更接近于粳稻品种;在28个粳稻亲本中检测到6个淀粉合成相关基因存在着2种或3种等位基因型。利用在关东194和武粳13之间具有多态性的可溶性淀粉合酶基因SSIIa和SSIIIa的分子标记,在其杂交组合衍生的88份粳稻品系中检测到2个基因的4种基因型。     

思茅地区核心稻种籼粳特异性标记的聚类分析

以云南思茅地区141份核心种质为材料进行程氏籼粳分类及其特异性标记聚类分析,结果表明(1)用程氏籼粳分类法把141份核心种质划为籼(13.5%)、偏籼(26.2%)、偏粳(14.2%)和粳(46.1%)4种类型;以粳稻和中间型为主,籼型较少.(2)用SSR标记聚类法把141份核心种质划为热带粳(Ⅰ)、早粳(Ⅱ)、偏籼(Ⅲ)、籼-中间型(Ⅳ)和粳-中间型(Ⅴ)5大类;Ⅴ类又可划分为籼-中间型-粳(Ⅴ-1)、粳-中间型(Ⅴ-2)和偏籼型(Ⅴ-3)共3个亚类.(3)无论是程氏籼粳分类还是SSR标记聚类均表现为不仅类间存在连续性变异,而且亚类内也呈现复杂的连续性变异;验证了思茅是云南稻种籼粳亚种的分化中心和遗传多样化中心之一,明确了海拔是籼粳分化的驱动力.     

水稻不育系的广亲和基因检测及籼粳型分析

为鉴定部分水稻不育系的广亲和性和籼粳型,根据籼粳亚种间广亲和基因S5-n在第6染色体存在136 bp片段缺失的特征,设计InDel标记S5136,对培矮64S、广占63S等不育系进行广亲和基因鉴定。利用与栽培稻籼、粳遗传分化密切相关的34个InDel标记,对这些不育系PCR产物的电泳结果进行判读和分析,计算其籼型或粳型基因频率(InDel分子指数法)。结果表明:①三系不育系粤泰A具有广亲和基因S5-n。②两系不育系培矮64S、N111S、C815S等11个不育系具有广亲和基因S5-n。③目前广泛应用于生产的不育系培矮64S、广占63S、Y58S等的籼型基因频率均为0.76～0.91,据此认为具有10%～25%左右粳稻血缘的籼型不育系可能更有利于亚种间杂种优势利用。     

水稻品种籼粳属性的鉴定方法研究

水稻籼粳亚种间杂种优势的利用是提高水稻单产的重要途径之一,正确鉴别育种材料的籼粳属性是有效利用亚种间杂种优势的先决条件。多种方法可以检测籼粳分类,目前常用的有依赖于籼粳间形态性状变异的程氏指数法和基于DNA序列差异进行分类的分子标记检测法。程氏指数法具有简便、易于观测和受环境条件影响大等特点,而分子标记检测法具有准确、可定量及对试验条件的要求相对较高等特点。在多数情况下,在籼粳亚种水平上程氏指数和分子标记检测分类结果趋于一致。     

基于InDel分子标记的籼粳杂交稻与粳粳杂交稻的杂种优势比较研究

【目的】随着籼粳杂交稻育种技术的发展与完善,直接利用籼粳亚种间杂种优势培育高产的水稻品种已成为可能。利用InDel分子标记及其成熟的技术,准确地分析品种的籼粳基因型频率、籼粳稻属性、品种类型与竞争优势水平,对籼粳杂交稻的育种与品种类别的甄别具有重要的意义。【方法】征集浙江省多家育种单位培育的24个籼粳杂交组合和粳粳杂交组合,选用18对InDel分子标记引物,采用王林友等报道的方法,检测水稻样品在InDel位点上的粳型基因频率,判别参试品种的籼粳属性。采用Nei的方法求算参试品种的InDel遗传距离,用UPGMA法进行遗传相似性聚类,用SPSS 17.0统计分析软件对InDel条带赋值进行主成分分析,依据第一和第二主成分特征向量的平均分量值作平面散点图。调查或考察全生育期、株高、每穗总粒数、千粒重等10项主要农艺性状,测定小区籽粒产量及产量的竞争优势。测定InDel遗传距离与籼粳杂交组合和粳粳杂交组合竞争优势的相关性。【结果】18对InDel引物可扩增获得每个材料的籼稻特异带、粳稻特异带和籼粳杂合带型,经计算粳型基因频率,所有参试材料准确地判别出籼粳属性,并归为6类,其中12个为籼粳杂交组合,另外13个为粳粳杂交组合。经InDel标记的聚类分析,验证了上述判别的正确性。PCA分析把所有品种归入3个不重叠的区域,即籼稻区、典型粳稻与粳稻区、偏粳型与中间型区。籼粳杂交稻品种的2年小区籽粒产量分别比粳粳杂交稻品种增产12.47%和14.89%,表现十分明显的产量竞争优势。对比2类组合的10项农艺性状,籼粳杂交稻组的每穗总粒数2年分别比粳粳杂交稻品种增加32.0%和37.1,每穗实粒2年分别增加26.8%与34.4%,说明大穗是籼粳杂交稻增产的主要贡献因子。分析参试组合与嘉优2号的遗传距离（GD）及其各性状的竞争优势的相关性,结果粳粳杂交稻组合未发现有相关性,籼粳杂交稻表现为穗长和千粒重极显著呈正相关,着粒密度呈现为显著负相关。【结论】InDel分子标记技术可以有效地测定各种类型品种的粳型基因频率,并判别参试品种的籼粳属性,甄别品种的类型。籼粳杂交稻籽粒产量的竞争优势十分明显,其主要贡献因子是较大的每穗粒数。     

北方粳型超级稻中籼粳杂交优势贡献的分子基础

在“理想株型与优势利用相结合”育种理论指导下,亚种间杂交为中国北方粳型超级稻增产做出了巨大贡献.以中国北方栽培粳稻品种为试材,利用籼粳特异性标记Indel与SSILP分析了不同年代与地区北方粳稻品种的籼型血缘的相对含量,结果表明,20世纪90年代以后育成品种籼型基因型频率显著增加.相关分析表明,籼稻血缘含量与每穗粒数存在显著的正相关性,与有效穗数存在显著的负相关性.进一步对籼粳杂交育成品种的8个产量与品质相关基因进行检测发现,育种家通过“选择”将控制穗粒数与粒重的籼稻增产基因GN1a、GS3部分固定于北方粳稻基因组中,淘汰了适口性差的籼稻高直链淀粉基因Waxy以及不符合北方农民收获习惯的籼稻落粒基因qSH1,同时保留了北方粳稻原有的理想株型基因DEP1,宽粒基因qSW5.本研究进一步明确了“籼粳杂交优势利用理论”的分子基础.     

利用ILP标记分析水稻籼粳杂交亲本和衍生系的籼粳分化

 【目的】揭示水稻籼粳杂交亲本和衍生系的籼粳分化度,为培育实用型籼粳亚种间杂交稻提供理论和实践依据。【方法】以通过不断聚合和累加不同广亲和基因与恢复基因的方法,历时21年,4个育种阶段,涉及18个籼粳杂交亲本和39个衍生系为研究材料,采用籼粳特异ILP分子标记（水稻内含子长度多态性分子标记）和程氏形态指数法进行籼粳分化度检测。【结果】57个供试材料基因组DNA在所检测位点上均存在籼粳分化。18个亲本共检测出4个粳稻、5个偏粳、8个偏籼和1个籼稻类型。在18个亲本中, 明恢63和9308的粳稻成分分别为12.50%和33.33%;粳型恢复系C418的粳稻成分仅有31.25%。39个籼粳杂交衍生系共检测出1个粳稻、11个偏粳、20个偏籼和7个籼稻类型。其中,粳型衍生系明恢502的粳稻成分仅占10.42%。ILP标记法与形态指数法判定籼粳分类结果的吻合度较好,粳稻成分指数、籼稻成分指数与程氏指数综合值的相关系数分别为r=0.794**和r=-0.7662**。【结论】ILP标记具有准确检测籼（粳）成分比例的功能;研究籼粳分化可以合理解释籼粳型恢复系配组的杂交稻表现明显杂种优势的原因,对有效利用籼粳亚种间优良基因具有重要作用。     

杂交水稻干物质累积的基因型差异

采用包括遗传主效和基因型与环境互作的遗传模型和统计方法,以7个籼型不育系与4个籼型、1个籼粳交偏籼型及1个籼粳交偏粳型恢复系按NCⅡ交配设计配制42个组合2个播期资料,分析各类杂交稻不同生育期干物质累积的基因效应,用聚类方法分析基因型间的遗传差异.聚类分析将42组合分为3大类,I类组合干重的遗传由双亲共同控制,Ⅱ类组合干重的遗传主要受不育系控制,Ⅲ类组合干重的遗传主要受恢复系控制.亚种间组合干物质累积特点与品种间组合有较大差异.1103S、珍汕97A及明恢63可作为改良干重性状的优良亲本.     

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。     

杂交水稻干物质累积的基因型差异

采用包括遗传主效和基因型与环境互作的遗传模型和统计方法,以7个籼型不育系与4个籼型、1个籼粳交偏籼型及1个籼粳交偏粳型恢复系按NCⅡ交配设计配制42个组合2个播期资料,分析各类杂交稻不同生育期干物质累积的基因效应,用聚类方法分析基因型间的遗传差异。聚类分析将42组合分为3大类,Ⅰ类组合干重的遗传由双亲共同控制,Ⅱ类组合干重的遗传主要受不育系控制,Ⅱ类组合干重的遗传主要受恢复系控制。亚种间组合干物质累积特点与品种间组合有较大差异。1103S、珍汕97A及明恢63可作为改良干重性状的优良亲本。     

水稻粳型亲籼系的鉴定

培育水稻粳型亲籼系是克服水稻籼粳亚种间杂种不育性,实现籼粳亚种间杂种优势利用,促进水稻产量进一步提高的一条有效地途径.利用88对SSR标记多态性分析的资料,采用Dj值分析法对42个待测粳型亲籼系进行粳型性鉴定,从中筛选出18个偏粳型材料;利用4个籼型和4个粳型测验种对其中13个偏粳型待测粳型亲籼系进行亲和性测定,结果鉴定出5个偏粳型特异亲籼系和6个偏粳型广亲和系.     

籼粳重组自交系亲本籼粳特性与杂种优势的关系

为了提高两系杂交稻亚种间杂种优势利用的预见性,以5个两用核不育系和9个籼粳程度不同的重组自交系为材料,研究了亲本籼粳特性与杂种优势的关系。结果表明,F1杂种产量优势与亲本籼粳特性之间以第1~2穗节长鉴定的籼粳特性较好地表现出籼粳差异与产量优势的关系,父本籼粳特性是以籼性越强的杂种优势越大,母本则以粳性越强的杂种优势越大;粳性的增强是有利于每穗实粒数、有效穗数、结实率和千粒重优势的提高,而籼性的增强是有利于每穗总粒数和着粒密度优势的提高;籼粳亚种杂种优势的利用应以培育粳型亲籼系不育系和优良的籼型恢复系(父本系),采用粳母籼父配组方式的利用途径。     

小麦粒重基因TaGW2-6A编码区等位变异与抗旱性的关系

【目的】小麦籽粒大小及其在水、旱两种生态环境下的稳定性直接影响小麦的产量,研究小麦粒重与抗旱性的关系对品种高产稳产具有重要意义。探究粒重相关基因不同等位变异的抗旱性,进而确定抗旱高产的优异等位变异基因型,为利用该基因型进行小麦抗旱高产品种分子标记辅助选择及性状的遗传改良提供理论依据。【方法】以小麦粒重基因TaGW2-6A编码区不同等位变异的中国春和兰考大粒（977 bp多一个“T”碱基插入）为亲本构建的含有325个株系的RIL群体为研究材料,依据序列“T”碱基插入设计引物,利用高分辨率熔解曲线分析技术（high resolution melting curve,HRM）鉴定RIL群体中TaGW2-6A编码区不同等位变异基因型,并对其PCR产物进行测序分析。在水、旱两种生态环境下,测定小麦开花期、灌浆中期和乳熟期的叶绿素荧光参数、茎秆可溶性糖含量、抗旱指数等与抗旱紧密相关的指标,考察粒长、粒宽、千粒重等粒重相关性状,并研究这些抗旱相关指标及粒重相关性状与小麦粒重基因TaGW2-6A编码区不同等位变异基因型之间的相关性。【结果】高分辨率熔解曲线分析技术可以准确地将小麦RIL群体按TaGW2-6A编码区不同等位变异分为兰考大粒基因型（TT）、中国春基因型（tt）以及杂合基因型（Tt）,且PCR产物测序结果显示高分辨率熔解曲线的差异是由“T”碱基插入引起的。水、旱两种生态环境下,RIL群体中TT、Tt基因型材料与tt基因型材料相比,粒长、粒宽、千粒重等粒重相关性状以及叶绿素荧光参数、茎秆可溶性糖相关性状、抗旱指数等抗旱相关指标的差异普遍达到显著或极显著水平。旱胁迫下,小麦RIL群体不同基因型材料的粒长、粒宽、千粒重等粒重相关性状、叶绿素荧光参数除初始荧光Fo外均有所降低,而茎秆可溶性糖含量则有所增加。但TT、Tt基因型材料的粒长、粒宽、千粒重及叶绿素荧光参数的下降幅度普遍比tt基因型材料小,而茎秆可溶性糖的增加幅度比tt基因型材料大。旱胁迫下,tt基因型的茎秆可溶性糖积累效率（accumulation efficiency of stem soluble sugar content,AESSC）和转运效率（remobilization efficiency of stem soluble sugar content,RESSC）有所降低,而TT、Tt基因型的茎秆可溶性糖积累效率和转运效率则有所提高。【结论】小麦粒重基因TaGW2-6A编码区“T”碱基插入等位变异是大粒的优异等位变异,与此同时,该等位变异也是抗旱的优异等位变异,且抗旱能力与晋麦47相近。     

粳型特殊广亲和品种GC9的特性及其利用价值研究

用粳籼糯多元杂交选育而成的粳稻品种GC9具有下列特点：①早粳型,茎秆粗壮、穗大粒多、大粒,经济性状较好;②对粳型测验种和个别籼型测验种杂交育性正常,亚种间亲和谱窄。故特称之为特殊广亲和品种(Special wide compatibility variety,SWCV);③对培矮64S等部分籼型两用核不育系有专化性的亲和力和强恢复性,配制出的亚种间杂交稻组合表现高而稳定的结实率和充实度以及良好的产量结构和高产潜力,可作为亚种杂交稻的优良粳型恢复系开发利用。此类SWCV拓宽了亚种间杂交稻粳型恢复基因源和选育途径。     

水稻低温发芽力 QTL qLTG3-1 基因内分子标记的开发及其在华南籼稻中的应用评价

【目的】挖掘低温发芽力优异基因并加以应用,将是水稻低温发芽力育种取得突破的关键。找到 功能基因后,利用连锁或基因内的分子标记开展分子标记辅助选择,将极大提高育种过程中性状选择的效率和 准确性。【方法】qLTG3-1（Os03g0103300）是最早被克隆的低温发芽力 QTL,存在丰富的等位基因变异。设 计合适的分子标记对该基因进行分型,并评价其基因型在华南籼稻中与低温发芽力的关系,将有利于在华南稻 区利用该基因开展低温发芽力的分子育种。【结果】依据在 qLTG3-1 中广泛存在的 18 bp 变异,设计了基因内 分子标记 Gltg3-1,该标记能特异区分 qLTG3-1 等位基因之间的 18 bp 差异;利用该标记对 111 份华南籼稻进行 基因型鉴定,扩增结果为 D 带型（有 18 bp 缺失）有 51 份,R 带型（无 18 bp 缺失）有 53 份,还有 7 份为杂合 型。依据带型将水稻品种 / 系分为 2 组,统计 2 组品种 / 系的低温发芽力差异,结果表明组间无显著差异。由于 在籼稻中无法根据 qLTG3-1 的 18 bp 变异判定低温发芽力的强弱,因此在水稻品种改良中需要对不同供体来源 的 qLTG3-1 等位基因的效应进行评价。通过对单片段代换系的低温发芽力鉴定发现,来源于南洋占的 qLTG3-1 能显著提高华粳籼 74 的低温发芽力。【结论】在 qLTG3-1 中广泛存在的 18 bp 变异与低温发芽力无对应关系; 来源于南洋占的 qLTG3-1 可用于提高水稻低温发芽力的改良,用分子标记 Gltg3-1 可以在杂交后代中准确地选 择目标基因。     

籼粳超级杂交稻育种技术创新与品种培育

【目的】针对籼粳亚种间杂种优势利用存在的生育期偏长、结实率偏低、制种产量较低等问题,开展籼粳亚种间超级杂交稻育种技术创新与实践。【方法】通过籼粳渐渗杂交,选育花时早、柱头外露高的粳型保持系,进一步转育高异交率粳型不育系。通过籼粳渐渗杂交、广亲和基因分子标记辅助选择、籼粳成分定向选择等技术手段,选育穗型大、茎秆粗壮、广亲和性好、恢复谱广的籼粳中间型广亲和恢复系,并比较与普通粳稻恢复系在主要农艺性状、程氏指数、广亲和特性、广亲和基因、恢复谱等方面的差异。采用“粳不籼恢”和“籼不粳恢”2种配组方式,比较两者的光温反应类型表现与异交结实率差异。利用粳型不育系春江16A、籼型不育系五丰A与CH58、C84、C927等籼粳中间型广亲和恢复系配组,选育“粳不籼恢”或“籼不粳恢”籼粳亚种间杂交稻。【结果】在高异交率粳型不育系创制方面,转育出早花时粳型不育系春江16A以及春江99A、春江23A等早花时、高柱头外露率粳型不育系,制种产量明显提高;在籼粳中间型广亲和恢复系创新方面,选育出CH58、C84、C927等穗型大、茎秆粗壮、广亲和性好、恢复谱广的籼粳中间型广亲和恢复系。晚粳不育系/籼粳中间型广亲和恢复系的杂种一代表现为较强的感光特性,中粳不育系/籼粳中间型广亲和恢复系的杂种一代表现为感温特性,早籼不育系/籼粳中间型广亲和恢复系的杂种一代光温反应类型则表现不一。无论是“粳不籼恢”还是“籼不粳恢”配组,父母本的花时差小、不育系柱头外露率高,则有利于提高制种的异交结实率。采用“粳不籼恢”和“籼不粳恢”的配组方式,利用粳型不育系春江16A、籼型不育系五丰A与C84等籼粳中间型广亲和恢复系配组,选育出春优84、五优84等籼粳亚种间杂交稻并通过品种审定,表现出穗型大、杂种优势强、增产潜力大、抗倒性强、结实率高、后期耐寒性好等优点。【结论】通过籼粳渐渗杂交,成功转育出花时早、柱头外露率高的高异交率粳型不育系。籼粳中间型广亲和恢复系携带有S5-n,恢复谱广,明显不同于普通粳稻恢复系。中粳不育系/籼粳中间型广亲和恢复系的杂种一代表现为感温特性,有利于缩短全生育期。不育系柱头外露率高、父母本的花时差小,有利于提高籼粳亚种间杂交稻制种的异交结实率;选育出春优84等籼粳超级杂交稻组合。     

两系法籼粳亚种间杂种一代优势与亲本遗传差异关系的研究

以遗传力较高且与产量密切相关的性状，以及反映籼粳稻遗传差异的部分籼粳分类性状，估测亲本间遗传距离。同时研究了代表双亲遗传差异的遗传距离与籼粳亚种间杂种一代优势的关系。结果表明：随着亲本间遗传距离增大，亚种间Ｆ１的株高、播种至抽穗日数、穗长、每穗颖花数、每穗实粒数和单株草重显著增加；在广亲和基因参预下，随着亲本间遗传距离增大，亚种间Ｆ１的千粒重、结实率和充实系数等结实特性变差但并不严重，遗传距离较大的亚种间Ｆ１平均单株粒重优势显著大于品种间Ｆ１，但遗传距离与亚种间Ｆ１，单株粒重优势的相关系数（－０．０１９）不显著。本文还就遗传距离在预测预报籼粳亚种间杂种一代优势方面的应用进行了讨论。     

水稻籼粳亚种间F1抽穗期与RFLPs关系的初步研究

选用5个籼稻和6个广亲和粳稻品种,按5×6不完全双列杂交配制30个组合, 计算杂种F1抽穗期杂种优势;并采用113个RFLP标记,检测11个亲本间的RFLP多态性,计算籼粳亚种间F1的基因型杂合度,分析杂种F1的抽穗期及其杂种优势与基因型杂合度的关系.试验结果表明,水稻籼粳亚种间F1的抽穗期呈负向优势,F1的抽穗期及其杂种优势与基因型的杂合度呈负相关.