基于PCR/LDR技术的水稻香味等位基因Badh2-E2功能性分子标记

水稻中水稻甜菜碱醛脱氢酶(BADH2)功能缺失导致其酶促反应的底物2-乙酰-1-吡咯啉(2AP)的累积,使得稻米产生香味。水稻香味等位基因badh2-E2在中国的香稻育种中有较广泛的应用。本研究根据badh2-E2香味等位基因在第二外显子处7 bp缺失,设计了一个基于PCR/LDR技术的功能性分子标记。利用PCR/LDR标记对‘申繁24’、‘申恢26’,及其杂交F_1代的基因型进行鉴定,可以准确地鉴定出badh2-E2位点的基因型。用PCR/LDR标记对杂交F_2代群体的基因型进行鉴定,发现badh2-E2阳性纯合型、杂合型和badh2-E2阴性纯合型这3种基因型符合1∶2∶1分离比。本研究结果为标记辅助育种提供了一种新的标记类型,具有一定的应用价值。     

‘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。     

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。     

云南粳稻主栽品种的香味基因鉴定和不同检测方法的比较分析

本研究利用四引物等位基因扩增受阻突变体系PCR技术,结合KOH和咀嚼判定法,分析了86份云南粳稻主栽品种和2份对照粳稻品种的香味特性和香味基因的存在情况和基因型。研究结果表明:三种方法共检测到10个品种具有香味或携带香味基因(badh2),但三种方法的鉴定结果存在差异性。其中5个品种三种方法均能检测到香味并携带香味基因(badh2),2个品种用KOH法检测到香味但不携带香味基因(badh2),1个品种用KOH法检测到香味且携带香味基因(badh2),1个品种用咀嚼法检测到香味并携带香味基因(badh2),1个品种用KOH法和咀嚼法都未检测到香味但携带有香味基因(badh2)。PCR扩增DNA检测结果分析所有材料共出现3种香味基因型,即非香型Badh2/Badh2、杂合型Badh2/badh2和香型badh2/badh2。香味基因(badh2)在所分析云南粳稻主栽品种中出现的频率仅为8.1%,香味性状受badh2等位基因控制,且都为云粳系列的品种。研究发现将四引物等位基因扩增受阻突变体系PCR技术和咀嚼法相结合,可以提高香味性状的选择效率和准确性。     

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。     

不同来源水稻种质资源香味基因badh2位点的鉴定

发掘和利用香稻基因资源是开展优质香稻品质改良的首要条件。本研究利用水稻香味功能基因分子标记,结合传统的味觉和嗅觉鉴定法,分析了不同来源不同类型的323份水稻种质的香味性状。研究结果表明:利用分子标记技术和谷粒咀嚼品尝是快速、准确鉴定水稻香味性状的优选策略;香味基因badh2位点频率在印度尼西亚和泰国的籼稻中达到68.2%以上,在美国、俄罗斯和意大利的粳稻中较低,在云南、缅甸、老挝和尼泊尔的普通野生稻中没发现;在发现的具香味性状的86份种质中,极大部分种质的香味性状受badh2等位基因控制,但有6份的香味性状可能不受badh2等位基因控制。这些香稻基因资源将是下一步开展稻米香味遗传分析以及香米品种改良的重要基础。     

花香A香味基因的鉴定和表达分析

选择和培育综合性状优良、配合力好的香稻亲本,对提高杂交水稻香稻育种至关重要。花香A是四川省农业科学院生物技术核技术研究所通过航天育种技术培育而成的优良香稻不育系,其配制的组合米质优、香味浓。为了探究花香A香味产生的原因,本研究鉴定了花香A香味基因的类型,研究了遗传规律和表达模式等,发现其香味基因类型为Badh2-E7,香味基因Badh2在花香A中表达量较低,在花香A/川恢907的F2代不同纯合单株中表达水平存在明显差异;实验还证明了标记FMbadh2-E7可高效鉴别出不同基因型。本研究为通过分子标记辅助育种技术,应用花香A香味基因培育优质杂交香稻奠定了坚实的基础。花香A在杂交水稻育种中展现出更广阔的应用前景。     

不同时期水稻主要恢复系、不育系的遗传差异变化研究

用AFLP技术分析了我国不同年代广泛应用的野败型杂交水稻19个恢复系和13个不育系的遗传差异,同时基于其农艺性状进行了聚类,结果表明:（1）基于标记和性状两种聚类在不育系和恢复系的区分上一致,而在恢复系内和不育系内的遗传差异检测上有较大差异;（2）我国水稻亲本间的遗传差异较大,且在不育系与恢复系间>恢复系内>不育系内;（3）恢复系内的遗传差异以早期小于中期、近期,其与不育系间的遗传差异也存在同样的关系,这与20世纪80年代中、后期我国杂交水稻产量大幅度提高,90年代后一直徘徊不前的变化趋势一致;（4）不育系内的遗传差异后期大于前期,但它与恢复系间的遗传差异前、后期不显著;（5）不同年代恢复系的分子标记遗传差异变化趋势与杂交水稻产量变化趋势一致,分子标记揭示的遗传差异可为杂交育种中恢复系的选择提供参考。     

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。     

水稻香米基因标记的开发与应用

稻米的香味是稻米食味品质的重要指标,而香味是受隐性核基因控制,杂合基因型不表现出香味,因此在香米育种中需要寻找一种快速、简便、准确的香味基因检测方法。本实验分别设计了水稻香米基因fgr的2个等位基因的基因标记（InDel-E2、InDel-E7）,利用这两个标记对20个香米和2个非香稻品种（品系）,以及2个香米／非香米组合的F1进行快速检测。结果显示,InDel—E2能检测到11个香米品种（品系）,InDel-E7可检测其余9个香米品种（品系）,且2个标记都能检测杂合基因型,说明本研究中的20个香米品种（品系）受2个香米基因控制。供试材料的分子检测结果与香米的基因型完全相符,因此本研究开发的2对标记可应用于香米育种的基因标记辅助选择和新香米基因的筛选。     

基于“多基因聚合-早世代组配”策略的水稻分子改良研究

传统水稻育种技术最主要瓶颈是选择效率低和周期长。为了提高水稻优异材料选育和杂交稻组配效率,创新水稻分子育种策略,利用分子标记辅助选择多基因聚合和早世代杂交组配,展开水稻恢复系分子改良和杂交新组合的调查评价。供体亲本H318与恢复系亲本华占进行杂交,通过选择和设计关键有利基因的分子标记,利用毛细管电泳基因分型技术,将Wxb、fgr、Xa23、Pi2、Pi46以及Pita 6个稻米品质、香味、抗白叶枯病和抗稻瘟病相关功能基因进行聚合利用。通过多世代的田间生物学性状调查,米质、抗性等表型鉴定,获得14份以恢复系华占为遗传背景,目标基因纯合的优质、双抗和香型稳定的水稻株系。依据材料稳定遗传特性,将改良后代株系与生产应用的不育系进行测配和组合的调查评价,筛选获得潜在优良杂交稻。在育种进程中采用"多基因聚合-早世代组配"策略,实现多个有利基因快速聚合,定向改良稻米品质和抗病性等关键性状,并且促进杂交水稻组合的高效选育。     

北方染败类型杂交粳稻高产制种机制研究

通过应用3个染败类型粳稻不育系与3个分子辅助选择的恢复系制种机制比较,研究北方杂交梗稻高产制种关键因素之间的关系,包括不育系与恢复系花时动态和不育系柱头亲和力、柱头外露率、张颖面积等特性及其差异。结果表明:不育系与恢复系花时高峰重叠时间对不育系结实率起决定性作用;不育系柱头亲和力、柱头外露率、张颖面积对不育系结实率起关键性作用。大田制种比较9个组合相同行、不同行结实率与制种产量的差异,得出高产制种机制在于制种父母本各因素之间相互协调。综合各研究结果,认为制种关键因素对结实率所起的作用为不育系与恢复系花时高峰重叠时间>不育系柱头亲和力>柱头外露率>不育系张颖面积。本研究为杂交粳稻高产制种在不育系、恢复系的高异交结实特征特性的选育上提供理论基础,为从根本上解决北方杂交梗稻制种产量偏低的问题和北方杂交粳稻稳步发展提供理论依据。     

甘蓝型油菜Ogu CMS恢复材料1575 R的分子初步鉴定

对甘蓝型油菜萝卜质不育系(Ogu CMS)13个恢复材料(1575R)进行Ogu CMS 恢复基因Rfo及其旁侧特异性标记分子水平鉴定,为鉴定有别于国外恢复系提供依据。用Rfo特异性分子标记、5个Rfo连锁的特异性分子标记、具有缩短的萝卜片段的芸薹属Ogura恢复系(SRF系)特异性标记对1575R的13个恢复材料进行检测,检测以甘蓝型油菜Ogu CMS的4个不育材料和4个保持材料为对照,检测结果与国外同类的恢复材料RRH1、R113、R2000、SRF系和NW1717做比较鉴定。1575R的13个恢复材料都含有Ogu CMS的恢复基因Rfo,而缺少了RRH1、R113、 R2000共有的标记BolJon。同时,1575R含有和NW1717相同的标记。由此初步鉴定出1575R可能和RRH1、R113、 R2000、SRF系是不同的,而和NW1717的同源性最近。     

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。     

印水型细胞质雄性不育粳稻恢复系分子标记辅助选择

本文以广亲和材料晚轮422,野败型恢复系蜀恢527、密阳46、密阳42为亲本,在杂交组合的F2、F4中,采用分子标记RM10353、RM6100辅助选择,结合常规育种方法,选育印水型细胞质雄性不育粳稻恢复系。研究表明,经过分子标记检测,同时含有两个恢复基因的水稻植株,测配子一代的结实率明显提高、杂种优势显著。结果表明基于分子标记辅助选育印水型恢复系是可行的。     

江淮稻区杂交粳稻骨干亲本产量性状配合力的SSR标记位点鉴定

鉴定杂交粳稻亲本产量性状配合力的标记位点有助于利用分子标记辅助选择技术改良亲本配合力、提高杂交粳稻竞争优势水平。利用9个粳稻BT型不育系和10个恢复系, 按照北卡罗林那设计II (North Carolina Design II)配制90个F₁组合,在南京和盱眙两个环境下种植,测定了各亲本产量性状的配合力和SSR分子标记基因型;结合二者数据鉴定了6个产量性状配合力的标记位点。结果表明,在两个环境下综合评价配合力较优的不育系是BT-18A和武羌A,恢复系是C418。与亲本单株有效穗数、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、千粒重和单株日产量性状配合力显著相关的SSR标记位点,南京环境下分别检测到8、13、11、6、6和2个;盱眙环境下分别检测到12、21、8、15、10和7个;2个环境下都检测到的分别有4、11、5、3、5和1个。标记位点杂合基因型显示正向优势的,南京环境下占74% (34/46);盱眙环境下占53% (39/73)。2个环境下都检测到的标记位点中,有3个各自与3个产量性状配合力共相关;另有3个各自与2个产量性状配合力共相关;其余的只与单个产量性状配合力显著相关。数据库检索发现两环境下都检测到的标记位点中,有10个其附近存在控制相应性状的基因/QTL。讨论了利用鉴定出的标记位点改良粳稻恢复系产量性状配合力的策略。     

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。     

利用分子标记辅助选择技术创制抗稻瘟病水稻新恢复系

为了选育出抗病的优良杂交水稻恢复系,本研究以含有抗稻瘟病基因Pi9的水稻材料75-1-127为供体,以杂交水稻强恢复系蜀恢527、明恢86、闽恢3301和X5为受体亲本,运用分子标记辅助选择技术与回交、复合杂交的选育方法,同时连续4年在稻瘟病重发区田间自然诱发鉴定,最终获得了6份含有抗稻瘟病基因Pi9的新株系,其中2份表现抗稻瘟病,4份表现中抗稻瘟病,而不含有Pi9基因的株系材料均表现中感病及以上。结果表明,在相同遗传背景下含有Pi9基因的株系的抗性水平明显优于不含有Pi9基因的株系。本研究利用分子标记辅助选择技术有效地培育了抗稻瘟病的水稻恢复系。     

利用分子标记辅助选择回交转育培育早粳稻空育131(fgr)导入系

为了改良综合性状优良的早粳稻空育131的香味性状,培育水稻空育131(fgr)导入系,以非香米空育131为受体亲本,香米稻花香2号为香味基因fgr供体亲本,利用功能性SNP-fgr标记鉴定选择香味基因,同时利用34个双亲间具有多态性的SSR标记进行背景选择,经过3次回交转育创制了背景恢复率达100%的候选水稻空育131(fgr)导入系。对候选水稻空育131(fgr)导入系的农艺性状、抗稻瘟病性、耐冷性、抗倒伏性及香味性状进行鉴定,培育出了除香味以外其他性状与空育131相似或相同的早粳稻空育131(fgr)导入系。水稻空育131(fgr)导入系可以在黑龙江省香米水稻生产中示范试种。     

以半冬性甘蓝型油菜为亲本增强春性甘蓝型油菜杂种优势

以春性恢复系与半冬性品种(系)杂交后选育的16份新春性恢复系及其4个亲本系[2个半冬性甘蓝型油菜品种(系)和2个春性甘蓝型恢复系]、2个春性甘蓝型不育系为材料, 利用SSR、SRAP和AFLP分子标记技术分析材料间的遗传差异, 同时利用以上2个春性不育系分别与12个新春性恢复系和1个春性亲本恢复系Ag-5进行NCII双列杂交, 测定其杂种优势及杂种表现。16份新恢复系中除931和帐23外, 其余的14份新恢复系与2个不育系的遗传距离均大于其春性亲本恢复系与相应不育系的遗传距离, 说明导入半冬性品种遗传成分能扩大春性恢复系与不育系间的遗传差异; 配制的26个杂交组合中, 其双亲中不育系所对应保持系单株产量为高亲值的组合有15个, 其中13个组合单株产量超亲优势都强于所对应不育系与亲本恢复系Ag-5所配杂交组合, 说明导入半冬性品种遗传成分可增强甘蓝型春油菜杂种优势; 12个新恢复系分别与2个不育系所配24个组合中18个组合的单株产量都分别超过所对应不育系与亲本恢复系Ag-5所配杂交组合, 说明导入半冬性品种遗传成分能提高甘蓝型春油菜杂种的产量; 新恢复系与2个不育系杂交后代的抗病性均强于其亲本恢复系与相应不育系杂交后代的抗病性, 说明导入半冬性品种遗传成分能提高春性甘蓝型油菜杂交种抗菌核病的能力。研究结果表明, 半冬性甘蓝型油菜品种可能为春油菜杂交育种提供有价值的遗传资源。