不同来源水稻品种badh2基因的同源性分析

香味基因是香稻育种的关键。本研究采用香味基因Xiang7F/7R对来源于辽宁省农科院和牡丹江市场的9个水稻品种进行序列分析。结果表明:(1)9个水稻品种在近400 bp处均出现一条带。(2)序列同源性分析发现,稼禾1号和龙粳香1号出现8 bp的片段缺失和3 bp的碱基突变。(3)日本晴与NCBI上发布的日本晴在该基因位点上存在5个碱基的插入/缺失,同源相似性达到99%。(4)遗传距离和系统发育树均表明,稼禾1号和龙粳香1号的遗传距离为0,聚为同一分支。以上结果表明,香味基因对不同水稻品种具有较高的灵敏度,可用于香稻品种的筛选,进而为后续的香稻品种选育奠定基础。     

不同香味等位基因粳稻的分子和香味特性研究

利用水稻甜菜碱醛脱氢酶Badh2基因的两个外显子缺失标记引物从60份优质常规粳稻中筛选到11份香稻材料,对其分子基础和香味特性进行分析。追踪香稻系谱,发现外显子7缺失的材料其香味可能与籼稻种质有关。进一步利用第8染色体上37对SSR引物分析11份材料遗传基础,结果有20对呈现多态且检测到64个等位基因变异,平均等位基因数目为3.2个。聚类分析发现苏香粳1号和苏香粳2号归为一类且与其他材料遗传距离较远;对两品种感官评价发现幼苗植株和米饭香味特性均表现突出。利用半定量RT-PCR检测幼苗植株香味基因的表达量,发现不同品种幼苗地上部表达各异,且根部有香味基因不同程度的表达。研究结果为了解粳稻品种的香味特性和香稻育种提供了一定依据。     

广西香稻Badh2基因两种功能标记的开发

水稻的香味是一种重要的食味品质性状,是水稻第8号染色体Badh2基因突变导致其功能缺失,引起芳香活性物质2-乙酰-1-吡咯啉(2AP)的积累从而产生香味。Badh2基因至少存在18个等位突变位点,利用等位突变位点辅助培育香稻被证明是一个有效手段。传统Sanger测序法和SSR分子标记PCR电泳分析进行位点检测效率较低。为了开发效率更高的检测方法,本研究利用了实时荧光PCR检测技术对广西地方常见的水稻突变荧光分子标记。对40份广西地方香稻的Badh2基因进行直接测序,发现这些香稻的Badh2基因主要存在两种突变,第4、5外显子806 bp缺失(badh2-E4-5.1)和第7外显子8 bp缺失(badh2-E7)。针对这两种突变类型设计实时荧光PCR检测方法,并对已测序的40份香稻进行验证,实时荧光PCR检测的准确性达到93.75%。进一步对50份地方品种进行香味基因型分型鉴定,其中24份香稻为badh2-E4-5,22份香稻为badh2-E7。本研究针对广西地方香稻品种的主要两种突变类型,设计开发了这两种等位基因的荧光分子标记,适用于香稻基因型的鉴定筛选,对香稻育种具有重要的现实意义。     

27种香稻品种badh2突变位点序列的分析

水稻甜菜碱醛脱氢酶2基因(Badh2)第7外显子和第2外显子的突变是导致稻米变香的主要原因。本研究分别对包含第7外显子或第2外显子的PCR产物进行测序分析,以明确27种适宜海南省种植的香稻品种的Badh2的突变序列。研究结果表明:海香5701、山栏香糯、海香6309等20个品种Badh2基因的突变类型为第7外显子发生了8 bp的缺失和3个碱基的突变,所有27个水稻香稻品种第2外显子序列都未发生改变。本研究结果可为这些香稻品种的保护与鉴定、及作为香味基因供体改良其他优良品种奠定基础。     

两种筛选水稻badh2-E2类型香味基因分子标记的建立

本研究根据香味基因(badh2-E2)与非香基因(Badh2)在第2外显子7个脱氧核苷酸序列缺失差异,建立了一个新的STS分子标记和检测方法;并根据badh2-E2与Badh2+310 bp位点脱氧核苷酸的差异性,建立一个新的CAPS(EheⅠ)分子标记和检测方法。结果显示:建立的STS分子标记与前人的报道相比扩增的条带更小,只有100 bp左右,能够更加清晰地鉴别出香与非香基因型之间的差异;而建立的CAPS(EheⅠ)分子标记,纯合非香稻可获得长度为292 bp和375 bp两条带,纯合香稻可获得长度为667 bp一条带,杂合F1植株可获得长度为292 bp、375 bp和667 bp3条带,对于不同基因型检测结果的判断效果更明显。采用本研究建立的方法能够提高水稻badh2-E2类型香味基因选择效率。     

香稻种质资源筛选及香味基因遗传研究

本试验采用KOH浸泡法和香味功能标记对144份水稻品种进行香稻种质资源的筛选,同时以2个杂交组合平粳11/黑香稻、吉林日落/黑香稻的F:群体为试验材料,对黑香稻香味基因进行遗传分析。结果表明,用KOH浸泡法筛选时,有20个水稻品种产生香味;用香味基因功能标记GRFM04筛选时,仅有17个含有香味基因。黑香稻,SY-香-7、清香糯用KOH法筛选产生香味,但用功能标记GRFM04检测为不含有香味基因。黑香稻的香味受1对隐性基因控制,在纯合基因型中水稻叶片的香味与米粒的香味呈高度一致性,但在杂合的基因型中,叶片无香的单株,其米粒有无香与有香的分离。     

等位基因特异扩增在水稻香味遗传改良中的应用价值

常规育种方法培育香型水稻除了育种年限长,且在后代材料选择过程中,香味基因往往容易丢失。而通过回交转育手段将香味性状导入优良的非香型水稻品种中,则要寻找出一种高效的分子检测手段加以辅助鉴定。本研究以稻花香2号、金禾香稻、南韩长粒香、黑香米,以及8个非香稻品种(品系)为试验材料,利用等位基因特异扩增方法对水稻香味基因进行鉴定。结果表明,南韩长粒香、黑香米及非香稻获得长度为585bp和355bp的两条带,而稻花香2号、金禾香稻仅获得长度为577bp的一条带,供试材料的分子检测结果与香味基因型不完全一致,这在一定程度上限制了等位基因特异扩增法在水稻香味遗传改良中的应用。     

利用等位基因特异扩增快速检测水稻香味基因

水稻香味受隐性基因控制, 杂合材料不表现出香味, 因此在香稻选育中需要寻找一种快速、简便的香味基因检测方法。本试验通过等位基因特异扩增(ASA)方法对9个香稻和3个非香稻品种 (品系), 以及3个香稻/非香稻组合的F1的香味基因, 进行快速检测。结果显示, 纯合非香稻可获得长度为585和355 bp的两条带, 纯合香稻可获得长度为577和257 bp的两条带, 杂种F1可获得长度为355、257和580 bp左右的3条带。供试材料的分子检测结果与香味基因型完全相符, 所用方法快速有效, 可应用于香稻育种实践。     

‘泰国小香占’香味基因的鉴定和功能分子标记的开发

香稻育种已成为当前杂交水稻育种的一个重要方向,选择和利用株型好、米质优、抗性强等综合性状优良且具有香味的水稻亲本,尤其是香型水稻恢复系亲本的利用,对进一步促进杂交水稻香稻的选育具有重要意义。‘泰国小香占’是目前国内水稻香稻育种中应用较广且综合性状优良的恢复系亲本,其米质优、抗性强、香味浓。为了探究‘泰国小香占’香味产生的原因,本研究鉴定了‘泰国小香占’的香味基因及其突变类型,发现其香味来源于编码甜菜碱脱氢酶基因Badh2的功能缺失突变,且通过对该基因完整基因组序列扩增和测序分析发现其等位突变类型为badh2-E7类型,即在第7外显子处存在8 bp缺失和3个单核苷酸位点多态性突变(SNPs)。通过气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)测定其籽粒中香味物质2-乙酰-1-吡咯啉(2-AP)的含量为0.108 mg/kg,明显高于非香味品种‘日本晴’和‘9311’的含量(0.01 mg/kg)。实验还证明了特异性分子标记FMbadh2-E7、InDel-E7以及自主开发设计的特异性功能标记FMbadh2-E7A和FMbadh2-E7B均可高效、准确鉴别出非香纯合(Badh2/Badh2)、非香杂合(Badh2/badh2)和香味纯合(badh2/badh2) 3种基因型。同时本研究还进一步通过对‘泰国小香占’和非香味水稻品种杂交F2代单株进行了基因型和遗传规律分析,发现其基因型Badh2/Badh2:Badh2/badh2:badh2/badh2的比例为1∶2∶1,符合孟德尔细胞核单基因控制分离比。本研究通过对‘泰国小香占’香味基因的鉴定、遗传特性分析以及特异性功能分子标记的开发和验证,为进一步通过分子标记辅助选择育种技术,应用‘泰国小香占’香味基因培育优质、高产且抗性强的杂交水稻香稻提供了重要的理论基础。     

利用CRISPR/Cas9技术对水稻香味品质进行遗传改良

为了获得经济价值更高的香稻品种,利用成熟的CRISPR/Cas9技术,在水稻Badh2基因上设计sgRNA-E2和sgRNA-E3 2个靶位点,对超级稻品种龙粳31的香味品质进行改良,其中靶位点sgRNA-E2跨第2个内含子和第2个外显子,靶位点sgRNA-E3位于第3外显子区。经检测共获得有碱基突变的转基因植株6株,其中2个单株为纯合突变,4个单株为双等位突变。突变类型包括碱基缺失、插入及碱基变异,其中突变单株Badh2-E2-13有大片段缺失,为双等位突变,分别缺失64,108 bp。在转录水平上发现6个突变株系的Badh2基因表达量均比野生型显著降低(P0.05)。通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术检测T_0突变体种子的香味物质2AP含量,发现5个突变单株的2AP含量相对野生型显著提高(P0.05),2个突变单株达到阳性对照(信香粳1号)水平,其中1个相比阳性对照显著提高。通过对6个突变株系的T_1主要农艺性状的调查发现,3个株系在香味物质含量提高的同时主要农艺性状和野生型没有显著差异。进一步对T_1植株进行筛选,共获得了无转基因序列的突变单株10个。综上,利用CRISPR/Cas9技术成功对超级稻品种龙粳31的香味品质进行了遗传改良,实现了香味物质含量的显著提高,为香稻和超级稻的育种提供了基础材料。     

水稻种质资源香味基因Badh2的分子鉴定及香稻筛选

稻米香味性状是稻米品质的重要评价指标,香稻的培育是提高稻米附加值进而提高农民种粮积极性的有效手段,而香稻育种面临遗传背景来源单一的瓶颈大大制约了香稻的育种进程。发掘和利用香稻种质资源,扩大香稻遗传多样性是解决这一问题的主要途径。本研究利用已知水稻香味基因Badh2的分子标记,分析了来自世界各地的817份水稻种质资源及25份野生稻祖先的Badh2基因型。通过品尝法对具有突变型Badh2的稻米进行了香味性状鉴定,研究结果表明,83份水稻种质资源材料具有突变型Badh2基因,其中包括籼稻52份、粳稻30份、中间型1份;而普通野生稻和尼瓦拉野生稻均为野生型Badh2,表明香味性状是在栽培稻驯化过程中由香味基因Badh2自然突变产生。通过人工咀嚼法对83份具有突变型Badh2的稻米进行了香味性状鉴定,结果表明有28份稻米具有明显的香味,其中籼稻为20份,粳稻7份,中间型1份,并且籼稻香味浓郁程度普遍高于粳稻,推测Badh2受遗传背景影响而导致2-乙酰-1-吡咯啉在籽粒中积累量不同。本研究鉴定的香稻种质资源将为开展稻米香味性状遗传改良提供重要材料支撑。     

优质紫香糯龙晴4号的紫色和香味的基因型分析

特种稻是指具有特殊遗传性状和用途的水稻,因此明确特殊性状的基因型对特种稻的改良和选育具有重要的指导意义。本研究利用遗传分析和基因标记鉴定的方法,分析了优质紫香糯稻品种龙晴4号的香味和紫色种皮基因型。结果表明龙晴4号的香味基因是受fgr基因控制,其第2外显子存在8bp的碱基缺失,而紫色种皮基因是Ra(Pb)基因控制的,其第7外显子末端处存在2bp(GT)缺失。根据2个基因的缺失位点设计了2对功能标记,可以用于香米和紫米的基因标记辅助选择,提高特种稻的选育效率。     

贵州地方稻种Wx基因序列多样性分析

为研究贵州地方稻种资源中水稻食味品质与Wx基因型的相关性，利用特异引物对88份贵州地方稻种Wx基因进行糯/非糯基因型分析及多样性鉴定。结果表明：66份材料为WxⅠ型糯稻基因型，该型品种包含了59份贵州禾类资源；15份材料为WxⅡ型，其中包含11份贵州禾类资源；7份材料为WxⅢ型，其中包含1份贵州禾类资源。贵州禾类资源(CT)n以n=18或20两种类型为主，第一内含子+1位均为T，（AATT）n为5。表明贵州禾类资源以低直链含量品种为主，这与当地居民的饮食习惯密切相关。WxⅡ型禾类资源虽然是非糯品种，但由于CT重复在16个重复以上，第一内含子+1位为T，直链淀粉含量介于Wx I型和WxⅢ型间，可作为水稻育种的优异材料。本研究为对贵州禾资源的进一步利用奠定了基础。     

利用CRISPR/Cas 9基因编辑技术提高贵州禾产量研究

以贵州禾糯稻黎平杂边禾为研究材料,设计水稻产量控制关键基因OsCKX2的CRISPR/Cas 9编辑特异性靶点序列,构建水稻OsCKX2基因的CRISPR/Cas 9定点编辑载体,并利用农杆菌介导法导入黎平杂边禾,通过潮霉素筛选及PCR分子检测,获得20个独立的转基因植株。对筛选获得的转基因T_0代植株基因进行测序比对,获得7株OsCKX2基因靶位点被编辑的突变转基因植株。对纯合的突变体T_1代植株农艺性状进行分析发现,与野生型黎平杂边禾相比,突变体的穗粒数增加16.67%,单株产量增加25.03%。本研究获得了产量增加的黎平杂边禾基因编辑的新种质。     

48份水稻骨干材料香味及Badh2变异类型的鉴定

为促进香稻育种,明确水稻重要种质资源中香味基因的存在情况,本研究将传统香味鉴定方法(KOH浸泡法)与分子标记技术相结合,对48份水稻骨干材料的香味及香味基因Badh2变异类型进行鉴定。结果表明,在48份供试材料中,利用KOH浸泡法检测到具有香味的材料有44份;利用香味基因Badh2的7种等位基因变异类型功能标记检测到含有香味的材料有43份,其中,有41份为纯合香型,2份为杂合型,等位基因Badh2-E2的变异类型有37份,等位基因Badh2-E7的变异类型有6份,未检测到等位基因Badh2-E4-5、Badh2-E12、Badh2-E13、Badh2-UTR和Badh2-Pro的变异类型。通过比较KOH浸泡法与分子标记技术,发现仅有1份材料检测结果不同,明水香稻(X23)用KOH浸泡法检测出具有香味,但本研究所用的Badh2的7种等位基因变异类型功能标记却未检测出含有香味,说明该材料可能属于Badh2其他已报道的或新的等位基因变异类型,也可能是含有新的香味基因。     

苹果矮化砧木GA20氧化酶基因的克隆及其表达分析

为了研究GA20氧化酶基因在苹果矮化砧木中的分子特征和表达特征,利用RT-PCR方法从苹果矮化砧木2号和36号c DNA中克隆了GA20氧化酶基因(GA20ox1),并对该基因及其编码氨基酸序列以及在不同时期砧木及嫁接品种中的表达分别进行了分析。结果表明,GA20ox1基因c DNA编码序列长1 179 bp,推导编码393个氨基酸(包括终止密码子),预测蛋白相对分子质量44.3 k Da,理论等电点5.89,编码的蛋白质包含GA20ox1基因家族所具有的特征保守结构域,系统进化分析表明该蛋白序列与苹果SH40的同源性达到96.9%。实时荧光定量PCR分析显示:36号砧木在6月份GA20ox1基因表达强度显著低于八棱海棠对照,而7-8月份的均显著高于对照,其上嫁接的品种7月份表达强度显著低于对照。在7-8月份2号砧木及嫁接品种GA20ox1基因的表达强度均显著低于对照。     

贵州省优质水稻‘大粒香’香味基因分子标记的开发

‘大粒香’香味形成是由Badh2基因第7个外显子的8 bp缺失和3 bp突变引起。为了建立了‘大粒香’香味基因的快速准确的检测方法,本研究根据‘大粒香’和‘日本晴’Badh2基因序列的差异,设计了7条引物组合成11对功能标记检测引物,通过对引物组合扩增的产物进行电泳检测,筛选出最佳的引物组合。试验结果表明,开发设计的引物能够准确的检测出香味基因,PCR反应的最佳退火温度为60℃,其中BADH2-F1+BADH2-R+badh2-R2引物组合能准确区分非香基因纯合体、香味基因纯合体以及杂合体三种基因型。基于该功能引物引物组合BADH2-F1+BADH2-R+badh2-R2可以快速开展香味基因的MAS育种。本研究结果将有助于利用Badh2基因位点的分子标记培育香型优质水稻品种,为改良贵州省水稻品种的香味品质提供了技术支撑。     

CRISPR/Cas 9基因编辑技术降低贵州禾株高研究

为获得株高降低的贵州禾水稻新种质,以贵州禾高秆糯稻材料黎平杂边禾为研究材料,根据CRISPR/Cas 9靶位点设计原则设计水稻OsGA20ox2基因的特异性靶点sgRNA序列,构建水稻OsGA20ox2基因的CRISPR/Cas 9定点突变载体,利用农杆菌介导的愈伤转化法遗传转化黎平杂边禾,通过潮霉素筛选,以及PCR分子检测,获得16株转基因植株。对筛选获得的转基因植株基因进行测序,获得7株OsGA20ox2基因靶位点被编辑的突变转基因植株。研究表明,T_1代突变体植株株高比黎平杂边禾降低了29.6%。     

水稻香味基因的精细定位

随着现代生物技术的发展,越来越多的报道证明,香稻的香味物质为2-乙酰-1-吡咯啉,水稻的香味性状受位于水稻第8染色体上的1对隐性基因控制。本研究以11个香稻品种和4个非香稻品种为材料,分析了香味基因的遗传;以茉莉花香型的粳稻品种粳香米和非香品种MR63的F2群体为材料,对控制香味性状的基因进行了精细定位。结果表明,水稻香味受1对隐性基因控制,并将香味基因定位在水稻第8染色体上,位于InDeL标记AP05537—17和AP004463—13之间,与标记AP004463—13间的距离为0．4cM,与标记AP05537-17间的距离为1.6cM,在物理图谱上的物理距离大约252kb。分析发现BAC克隆AP004463最有可能包含该基因。最终在该区域内预测有15个基因可能与该香味基因相关。     

几个香稻保持系香味的遗传研究

对四川省新选育的7个香稻保持系和1个引进改良的香稻品种的香味遗传和等位性进行了分析,同时,利用微卫星DNA标记对D香2 B和泸香90的香味基因进行了初步定位.结果显示,所有香稻品系(品种)与非香稻杂交,F1植株的叶片均无香味,显示出香味由隐性基因控制;从香与香杂交F1植株、回交BC1F1和F2群体分析看,D香1 B、D香2 B、内香2 B、内香4 B、绵香2 B、绵香3 B、宜香1 B的香味受单隐性基因所控制;泸香90的香味可能受一对抑制基因和一对香味基因控制.初步将D香2 B和泸香90的香味基因定位在第八染色体上,D香2 B香味基因位点与SSR引物RM 210相距17.3 cM,与RM 515相距5.7 cM;泸香90的香味基因位点与RM 515相距4.3 cM.RM 515可应用于水稻分子育种实践.