一个水稻脆秆突变体bc21的鉴定和基因定位

利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼稻Kasalath获得一个脆秆突变体bc21。表型分析发现,该突变体的茎秆及叶片均易折断,且该脆性表型在苗期开始表现,至成熟期时最显著。茎秆机械强度分析表明, bc21茎秆的抗折力、拉伸力显著下降。树脂切片及扫描电镜观察发现, bc21茎秆的厚壁组织细胞空隙增多,细胞壁明显变薄。茎秆细胞壁组分含量分析表明,与野生型相比, bc21的纤维素含量降低36.60%,半纤维素和木质素含量分别升高23.08%和26.06%。经遗传分析得出,bc21的脆性性状由隐性单基因控制。利用SSR标记和自行设计的STS标记将BC21基因定位于水稻第6号染色体STS标记STS2和STS3之间约52.9kb的范围内,该区间内没有已报道的水稻脆性相关基因,表明BC21可能是1个新的水稻脆秆基因,为进一步揭示水稻茎秆机械强度的调控机制提供了材料支撑。     

一个新的水稻脆秆突变体bc17的鉴定及基因定位

A brim culm mutant bc17 (brittle culm 17) was obtained by irradiating wyj7 (Wuyunjing 7) with heavy ions. The brittle traits of the mutant were only found in the stalks and not in the leaves. The brittleness of the culm began to appear after heading stage, while it became more obvious as rice grew from heading stage to maturity stage. The growth and development of the mutant were affected, the plant height of the mutant was significantly lower than that in the wild type, and tiller number and seed setting rate were also lower than in the wild type. Compared with wild type, the cellulose content in bc17 culms and leaves decreased by 22.7% and 18.67%, while the hemicellulose content increased by 45.76% and 31.36%, respectively. The breaking resistance and tensile force of bc17 were significantly lower than those of wild type, indicating that the mechanical strength of the culm changed. The thick-walled cells of bc17 culms had larger pores, looser structures, and fewer cells. The fragile characteristics of bc17 were controlled by a single recessive nuclear gene. The bc17 gene was located in the 162 kb region of chromosome 7 by map-based cloning. Bioinformatics analysis indicated that it might be a novel gene related to rice brittle culm. These findings provided an important material support for the research on the molecular mechanism of cell wall synthesis in rice.     

脆秆水稻的研究进展

水稻茎秆的机械强度与抗倒伏能力高度相关,茎秆的强度又与细胞壁结构和组成有关,脆秆水稻的出现有利于揭示细胞壁合成和调控机制,对于提高水稻抗倒伏性、抗病虫害、抗逆性等有重要作用。选育谷草兼用型的脆秆水稻,既能保障国家粮食安全和饲草供给平衡,同时也能减少环境污染、节本增效。对脆秆基因的定位克隆及功能研究进行了综述,阐述了脆秆水稻品种选育及其应用情况,为脆秆品种的应用推广提供参考依据。     

一个新的水稻黄绿叶突变体的遗传分析与基因定位

通过化学诱变获得一份稳定遗传的水稻黄绿叶突变体D83。该突变体苗期植株呈黄绿色,分蘖期开始逐渐转为淡绿色。与野生型相比,突变体苗期叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别下降45.03%、53.93%和39.56%,成熟期每穗着粒数减少9.45%,千粒重下降10.76%。对D83与正常绿色品种杂交F₁、F₂代的遗传分析表明,D83的突变性状由一对隐性核基因控制。以D83/浙福802 F₂代作定位群体,应用分子标记将D83所携带的突变基因定位于水稻第2染色体短臂的SSR标记RM110附近,InDel标记Ch2-27和Ch2-32之间,该基因与这2个InDel标记的遗传距离分别为1.2 cM和2.3 cM。认为D83所携带的突变基因是一个新的水稻黄绿叶突变基因,暂命名为chl13(t)。     

一个新的水稻叶绿素缺失黄叶突变体遗传分析及其基因定位

粳稻品种"嘉花1号"经60Coγ射线辐照后,在其后代中筛选到一个黄叶的突变体(yl6),经过表型分析,发现该突变体幼苗期不论在低温(20℃)还是在高温(32℃)培养条件下,与野生型相比叶色均呈现出淡黄色,表明其为一温度不敏感突变体。光合色素含量测定结果显示,yl6突变体的黄叶突变性状主要是由叶绿素含量下降所导致。电镜结果显示,yl6突变体内叶绿素合成受阻且叶绿体的正常发育受到影响。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性核基因(yl6)所控制。利用该突变体与籼稻"培矮64S"杂交产生的F2、F3群体中分离出的608个突变体型单株作为定位群体,结合SSR和CAPS分子标记将yl6基因定位在水稻第6染色体短臂上的CAPS1和RM2353分子标记之间,其物理距离约为271kb,目前该区域内没有发现与水稻叶绿素合成/叶绿体发育相关已知功能基因。本研究结果可为yl6基因的克隆和功能分析奠定了基础。     

水稻早衰突变体es-h的鉴定、遗传分析与基因定位

水稻生殖生长期早衰严重影响水稻产量与品质。本研究利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变粳稻品种花晴稻(Hwacheongbyeo,野生型),获得了水稻生殖生长期叶片早衰突变体,命名为es-h (early senescenceHwacheongbyeo)。表型鉴定结果表明,该突变体从抽穗后开始叶片出现锈斑,随着灌浆进程急剧枯萎,到抽穗第五周整株枯死。农艺性状分析结果表明,与野生型相比,es-h突变体的抽穗期、穗长、穗颈度和有效分蘖数均无显著变化,而株高、每穗粒数、结实率及千粒重则显著降低。光合生理指标测定结果表明,es-h突变体抽穗后,其剑叶的SPAD值、叶绿素含量、Fv/Fm值及可溶性蛋白含量均急剧下降。遗传分析结果发现,es-h突变体的早衰性状受隐性单基因控制。通过基因定位将目标基因定位于第1号染色体长臂的44.2 kb物理区段上。本研究为Es-h基因的克隆及功能解析、早衰分子机制研究提供了依据。     

一个水稻半矮化突变体基因的初步定位

发掘和鉴定控制水稻株高的基因,实现对水稻株高的定向改良,具有重要的理论意义和应用价值。利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变水稻恢复系R30,获得了一个能稳定遗传的半矮化突变体(sd-ch)。将sd-ch作母本,与"泸恢17"进行杂交,构建F2群体,进行遗传分析,并用SSR分子标记对sd-ch进行定位。结果表明,F1表现为正常亲本高度,F2群体株高出现性状分离,正常高度植株和半矮化植株数量分别为401和143,比值为2.8,经卡方检测符合3:1,表明sd-ch受隐性单基因控制;通过SSR分子标记对sd-ch进行定位,第8染色体上SSR标记RM6028从F2群体101个隐性表型单株中检测到2个单交换株,交换率为0.99%。该基因被定位于RM6028附近,遗传距离为0.99 c M。本研究对sd-ch的初步定位,以及对其进行精心定位、克隆和应用奠定了基础。     

一个水稻显性斑点叶突变体的鉴定和基因精细定位

通过EMS (ethane methyl sulfonate)诱变籼稻品种IR64获得一个稳定遗传的显性斑点叶突变体HM113。在大田环境下,突变体褐色斑点在播种后3周的叶片上产生,始穗期扩散至叶鞘。与野生型IR64相比,突变体HM113的株高、结实率和千粒重等农艺性状显著下降,光合色素含量、净光合速率和可溶性蛋白含量显著降低。同时突变体CAT和SOD活性显著降低,POD活性显著上升。组织化学分析显示,突变体叶片中积累了大量活性氧,且斑点处细胞坏死。白叶枯病菌接种结果显示,HM113是一个广谱抗性增强的突变体。实时定量PCR分析表明HM113中防卫反应基因AOS2、PAL4、PR10和PR1b等的表达大幅上调。遗传分析表明,突变体褐斑性状受单显性基因(Spl^HM113)控制,利用图位克隆法将该基因定位在第7染色体长臂RM21605和RM418之间,物理距离约为308 kb。本研究为褐斑基因Spl^HM113的克隆与功能分析奠定了基础。     

水稻茎秆壁增厚突变体的表型鉴定与基因定位

水稻的茎秆强度影响植株的抗倒伏能力。本研究通过60Coγ射线辐射籼稻‘9311’,获得了一个茎秆壁增厚的突变体st1,并对突变体进行了表型鉴定和基因定位分析。结果表明,与野生型‘9311’相比,突变体st1重心高显著降低,基部第四、五节间缩短退化,株高显著变矮。突变体基部第二节间和基部第三节间厚度分别为1.63和1.75 mm,显著高于野生型,倒伏指数显著降低。茎秆解剖结构表明,st1的基部第二节间的大维管束数目、节间表皮和基本组织厚度显著高于野生型。主要农艺性状分析表明,突变体结实率降低,粒宽显著增加,千粒重、垩白粒率和垩白度显著增大。遗传分析表明,突变体st1的突变性状受1对隐性基因控制。利用Mutmap测序定位st1基因。结果表明,st1基因位于第2染色体。本研究为水稻茎秆壁增厚基因的克隆和功能分析提供科学依据,也为水稻抗倒伏研究提供了良好的种质资源。     

一个水稻多柱头突变体的形态特征和基因定位

水稻产量和品质受花器官发育的直接影响, 因此对水稻颖花发育机理的研究将有助于水稻产量和品质的遗传改良。在籼稻C2与2480的杂交后代中发现了一个多柱头突变体, 与野生型相比, 该突变体植株矮化、穗变小、开花延迟和育性降低。颖花解剖发现, 其浆片正常, 柱头和雌蕊数量增加, 雄蕊数目明显减少, 并伴随不同程度的雌雄蕊畸形。以突变体作母本, 构建群体进行遗传分析, 结果显示所有F₁均表现正常, F₂群体出现3∶1性状分离, 证实该突变性状受1对隐性基因控制。利用微卫星标记进行连锁分析, 将该基因定位于水稻第6染色体上标记RM3183和RM3827之间, 遗传距离分别为2.2 cM和12.0 cM, 且与RM11951、RM19953和RM19961共分离。ISM(t)是一个新的水稻花器官发育控制基因, 本研究为该基因的克隆和功能研究奠定了基础。     

水稻短根白化突变体sra1生理生化分析及基因定位

叶色突变体是研究光合作用及叶绿素合成与降解途径的理想材料,有助于了解高等植物叶绿体发育和光合作用的调控机制。利用甲基磺酸乙酯(EMS)处理西农1B,获得一个短根白化突变体sra1 (short radicle and albino 1),从出芽至第三叶期叶片始终为白色,胚根较同时期野生型明显变短。对相同位置的叶片观察发现,西农1B叶肉细胞叶绿体含量丰富且膜系统发育完整,而sra1叶肉细胞液泡化严重,叶绿体数目明显减少或没有,基粒类囊体垛叠松散且稀少。生理生化分析发现sra1叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量接近于零,净光合速率为负值。遗传分析表明该短根白化表型由单个隐性核基因控制,最终将SRA1定位于水稻第3染色体长臂InDel标记Z-20和Z-42间,物理距离约657 kb,是一个未报道的新基因。     

水稻半外卷叶突变体sol1的表型分析与基因定位

适度卷曲有利于提高水稻叶片的光合效率,增加植株光合产物的有效积累量。我们利用甲基磺酸乙酯(EMS)处理籼型水稻保持系西农1B,获得一个稳定遗传的水稻半外卷叶突变体。该突变体从十叶期开始各叶片逐渐向外卷曲直至半卷状,并伴随茎秆半矮化和叶片披垂,暂被命名为semi-outcurved leaf 1 (sol1)。与野生型(WT)相比, sol1的叶片卷曲指数均达到30%以上(P<0.01);倒一、倒二、倒三、倒四节节间长度和穗长极显著缩短,倒一、倒二、倒三叶的叶夹角显著或极显著增加;有效穗数、千粒重、每穗实粒数、结实率显著或极显著下降,一次枝梗数则增加11.3%(P<0.05)。sol1的蒸腾速率、胞间CO2浓度、气孔导度显著高于野生型。石蜡切片显示, sol1倒一叶的泡状细胞体积变小,数量显著增多,表皮细胞体积略微增大。遗传分析表明, sol1的半外卷叶性状受1对隐性核基因调控,定位于6号染色体标记JY6-3和JY6-10之间165kb的物理范围内,共含15个注释基因。qRT-PCR结果表明,与泡状细胞相关的内卷基因和外卷叶基因RL14、Roc5、REL1在突变体sol1中呈...     

一个新的玉米Bt2基因突变体的遗传分析和分子鉴定

玉米籽粒发育调控机制的研究对于玉米产量与品质性状的遗传改良十分重要。本研究鉴定了一个新的转座子插入的籽粒皱缩突变体5601Q,遗传分析表明其籽粒缺陷稳定遗传且为单基因隐性突变。构建其B73背景的F2分离群体,通过图位克隆将该突变定位于玉米4号染色体上60.19～62.58Mb的区间。基因注释分析发现,区间内存在一个已报道参与玉米籽粒发育的基因BRITTLEENDOSPERM2(Bt2),其编码玉米胚乳淀粉合成途径中的一个限速酶——腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-glucose pyrophosphorylase, AGPase)的小亚基。籽粒储藏物质分析表明,该突变体百粒重及淀粉含量显著降低,但可溶性糖含量增加为野生型的4.67倍。利用本实验室已确定的Bt2基因突变体1774与5601Q进行等位测验,确认了5601Q是Bt2的一个新的等位突变体。分子鉴定表明,5601Q突变体中Bt2基因的第2个外显子存在一个Mutator 19转座子的插入。综上, 5601Q籽粒发育缺陷是由Bt2基因的突变导致,本研究为解析玉米Bt2基因在胚乳储藏物质积累中的作用机制提供了新的种质资源。     

水稻圆粒基因RS的鉴定和定位

阐明水稻籽粒大小相关基因的遗传和分子机制对水稻产量形成具有重要意义。利用甲基磺酸乙酯(ethyl methanesulfonate, EMS)诱变粳稻品种宁粳3号筛选获得圆粒突变体round seed (rs)。遗传分析表明,突变体rs圆粒表型由单隐性核基因控制。颖壳扫描电镜观察发现,rs籽粒变圆主要是细胞数目改变导致的。在突变体rs中,细胞周期相关基因的表达较野生型显著升高。将RS定位在第3染色体短臂标记RM3413与N3-5之间,物理距离约589 kb。RS突变影响BR信号途径,改变了粒型相关基因的表达。本研究有助于阐明水稻籽粒发育的分子机制。     

水稻白条纹叶突变体wsl1的遗传分析及基因精细定位

从粳稻日本晴和籼稻R1128杂交衍生的重组自交系群体中获得一个稳定遗传的白条纹叶突变体wsl1(white stripe leaf 1),世代为F10。与亲本R1128相比,突变体wsl1表现出白条纹叶,同时叶脉呈现白化,该性状在苗期就出现并持续整个生育期;突变体的株高、每穗总粒数、剑叶长、生育期显著增加,而结实率显著下降,其他农艺性状没有显著变化。分蘖期突变体wsl1的叶绿素a、叶绿素b和胡萝卜素含量较杂交亲本R1128显著下降;透射电镜观察表明,与野生型相比,突变体的叶绿体形状异常,不规则。遗传分析表明,该突变性状由1对隐性核基因控制。精细定位后发现,目标基因WSL1位于第1染色体短臂上标记M1-54与标记M1-70之间,两者相距89.7kb。生物信息学分析表明候选区间内共有8个开放阅读框,暂未发现已报道的叶色相关基因;其中LOC_Os01g02080编码肽基脯氨酰顺反异构酶,GO(Gene Ontology)分类显示其可能与类囊体形成有关,后续将通过比较测序、qRT-PCR等分子实验来确定候选基因。     

Identification and gene cloning of a male‐sterile mutant Oswbc11 in rice

Commercial application of nuclear genetic male sterility has been improved recently by a novel technique, Seed Production Technology (SPT), which incorporates transgenic maintainer lines capable of propagating non‐transgenic nuclear male‐sterile lines for use as female parents in hybrid production. Here, we identified a rice nuclear male‐sterile mutant, Oswbc11, with abnormal pollen development and lipid transport. We finely mapped the Oswbc11 gene into a 12.5‐kb region on chromosome 10 and found one candidate gene, which had a base substitution (C to T) resulting in a premature stop codon and was functionally confirmed by CRISPR/Cas9 technology. Gene OsWBC11 encodes a sub‐family member of adenosine triphosphate‐binding cassette transporter, which participates in the active transport of a wide range of molecules across membranes. Moreover, the agronomic traits of Oswbc11 mutants showed no significant differences compared to the wild‐type control except for the seed setting rate. These results indicated that Oswbc11 gene could be used in rice hybrid breeding as a recessive nuclear male‐sterile gene combined with CRISPR/Cas9 and the SPT technology and applied in different rice varieties.     

水稻单倍体诱导基因Os MATL突变体的创制与分析

MTL基因是玉米中控制单倍体诱导性状的关键基因,该基因在作物中的功能高度保守。OsMATL是MTL在水稻中的同源基因,已有研究证实该基因的突变可以诱导水稻单倍体产生,但不同遗传背景下,OsMATL基因的突变效应有待明确。本研究以日本晴(粳稻)和华航48(籼稻)为材料,利用CRISPR/Cas9技术对OsMATL基因启动子区和编码区的不同位点进行编辑,成功获得OsMATL基因不同遗传背景系列突变体。分析了不同突变位点对结实率的影响,发现OsMATL基因编码区突变后结实率为2%~15%,且存在不同类型的败育籽粒,而启动子区域的大片段缺失对结实率没有显著影响;此外,籼稻背景突变体的结实率高于粳稻突变体。本研究创制的不同类型OsMATL突变体为进一步研究水稻孤雌生殖单倍体诱导的机制提供了基础材料。