一个与水稻直立穗基因qPE9-1关联的InDel标记的设计与验证

水稻穗型是重要的农艺性状,也是水稻高产的重要决定因素之一。本研究根据水稻弯曲穗品种与直立穗品种在直立穗基因qpe9-1第5外显子处存在的核苷酸差异设计了1对插入-缺失标记(Insert/Delection),InDel-E5。利用该功能标记对24份水稻品种资源材料及直立穗分离群体F2进行标记基因型分析,研究结果表明,直立穗品种均表现为缺失带型,弯曲穗品种均表现为非缺失带型,F2群体中杂合带型和非缺失带型均为弯曲穗,而缺失带型均为直立穗,说明利用该标记可以快速、准确的鉴定出直立穗品种和单株。     

粳稻直立穗型基因效应的研究

利用弯穗型品种丰锦和直穗型品种辽粳5杂交高世代(F14)中分离的一对直立穗型和弯穗型近等基因系(ZF14和WF14)研究了粳稻直立穗型基因对农艺性状的影响。结果发现,直立穗基因(EP)除了使穗型直立外,还具有使植株矮化、穗长变短、叶型直立、叶片变短变宽等作用。它能使一次枝梗上的二次枝梗数增加,从而增加二次枝梗颖花数和着粒密度,达到增加产量的目的。直立穗基因(EP)可能从幼苗开始生长阶段(播种后10 d)就有表达效应,使得幼苗在株高、叶形态和干物质重上表现出差异。内源激素含量上的差异是使近等基因系在形态性状上表现出差异的内在生理原因。     

辽宁水稻穗型分类及其与产量和品质的关系

以辽宁省近年来育成的40个水稻品种为试材,研究了穗部性状的品种间差异、穗型分类方法及其与穗部性状、产量和品质的关系。结果表明,调查的13项穗部性状的品种间差异均达到极显著水平;以单穗重、着粒密度、穗直立程度和穗型指数为指标,分别将试材划分为重、中、轻,密、中、稀,直、半、弯,上、中、下4类各3种穗型;总体看重穗型有与密穗型相对应的趋势,共同特点是穗数少而一次枝梗数和每穗粒数多,着粒密度大,二次枝梗粒数及其占每穗粒数的比率（二次粒率）高,结实性特别是二次枝梗结实性差,因而产量潜力较高但是品质较差;直立穗型与重穗型和密穗型的对应关系不如前两者之间明显,在穗数、一次枝梗数、每穗粒数、着粒密度等方面与重穗型和密穗型相似,但是二次粒率低,结实率高,加工品质、外观品质和食味品质都优于重穗型和密穗型;上部优势型在结实性和品质性状上有明显优势,但是产量较低。因此,直立穗型与上部优势型相结合将有利于北方粳稻产量和品质的协调统一。     

籼粳稻基因组295个InDel标记的开发

插入/缺失(InDel)分子标记具有使用简单,结果清晰可靠的优点。本研究通过比对粳稻品种日本晴和籼稻品种93-11的基因组序列,在全基因组范围内设计了634对InDel候选标记,通过PCR检测比较2种粳稻(日本晴和台中65)和2种籼稻(93-11和黄华占)的多态性,发现295对标记在2种籼稻间及2种粳稻间均带型一致,而在籼、粳亚种间有多态性,因此这套295对标记可以在涉及籼粳亚种的基因定位和分子育种中应用。     

安徽沿江稻区“籼改粳”稻作生态型的确定试验

采用裂区试验,以品种生态类型为主区,品种为副区,选择中熟中粳、迟熟中粳、早熟晚粳计9个粳稻品种为材料,以杂交籼稻为对照,研究不同粳稻生态类型在安徽沿江稻区的表现。结果表明：粳稻的株高显著低于杂交籼稻;粳稻叶片短而挺,稻穗直立且着粒密,表现较强的抗倒能力;粳稻大田期的出叶速度明显快于杂交籼稻,同期抽穗的粳稻主茎叶片数多于杂交籼稻;粳稻的分蘖力明显弱于杂交籼稻,但成穗率显著高于杂交籼稻。在产量构成性状上,粳稻大部分是中穗型品种,有效穗明显多于杂交籼稻,千粒重与杂交籼稻相当,正常情况下结实率高于杂交籼稻,属穗粒兼顾型品种,在精确定量栽培下容易取得高产。产量结果分析是迟熟中粳比杂交籼稻具有产量优势,其次是中熟中粳,早熟晚粳不具产量优势。在现行价格下,试验中的中熟中粳,迟熟中粳和早熟晚粳每667㎡收入分别比杂交籼稻多收入68.57元,313.64元和90.59元,可见,在安徽沿江稻区推广“籼改粳”能增加种植者的收入。     

外源生长调节剂对直立穗型近等系农艺性状的影响

为了更好地调控直立穗型水稻品种的生长发育.在拔节期对直立穗型近等基因系ZF13和WF13喷施不同浓度外源生长调节剂赤霉素(GA3)和生长抑制剂多效唑(PP333),研究外源生长调节剂对其农艺性状的影响.结果表明,ZF13和WF13在喷施GA3后,株高性状改变较大,显著增加,主要是第3、4、5节间增长导致的,尤其是第4节间增长最多,而叶部性状变化幅度较小.直立穗品系ZF13喷施GA3对穗部性状和解剖性状有所改善,增加了它的每穗粒数、穗颈节和倒2节间大小维管束数目.近等基因ZF13和WE13系喷施PP333后,株高比对照明显降低,降低原因主要是各节间长度都缩短导致的;对叶部性状、穗部性状和稳颈解剖性状也有一定负面影响.外源生长调节剂除对直立穗型近等系的株高性状影响显著外,还对与产量相关的穗部性状、叶部性状和穗颈解剖性状有一定的调控作用.     

东北地区水稻主要株型性状比较分析

以2006年和2007年辽宁、吉林、黑龙江3省水稻区域试验品种(系)为材料,分别在辽宁沈阳、吉林公主岭和黑龙江五常研究了水稻的株型特征及其与产量的关系。结果表明东北地区多数品种是穗型直到半直立(82.6%)、着粒密度中到稀(80.2%)、穗重轻到中(72.8%)、二次枝梗分布下部优势型(98.8%)。黑龙江主要是弯、半直立穗型品种,吉林以半直立穗型品种为主,辽宁则以直立穗型品种为主。吉林和黑龙江品种多数是中、稀穗型和中、轻穗型,辽宁主要是中、密穗型和中、重穗型。穗颈大、小维管束数和第2节间大、小维管束数平均值表现为辽宁＞吉林＞黑龙江。辽宁上三叶长、宽大于吉林和黑龙江,但叶基角较小。穗颈大、小维管束数和第2节间大、小维管束数与一、二次枝梗数和一、二次枝梗粒数及二次枝梗粒率呈极显著正相关,与一、二次枝梗结实率和千粒重呈负相关。聚类分析结果表明,东北地区育种单位选育的品种多数处于中、高产量水平,总体上有穗型直立、着粒密度大、重穗型、穗颈维管束数多、上三叶长且宽而角度小、株高和生物产量高有利于高产的趋势。     

大麦密直穗型矮秆遗传资源及其育种应用

本文介绍了青藏高原大麦密穗直立型矮秆遗传资源的发现及其在育种上的应用成就和研究前景。     

粳稻直立穗型基因对稻米品质的影响

选用直立穗型近等基因系作为材料,研究了粳稻直立穗型基因对米质性状的影响。结果表明,直立穗型基因对碾米品质和外观品质有负面影响,它使整精米率明显下降,垩白粒率和垩白度明显增加,外观品质变劣;但直立穗型基因对蒸煮食味品质有正面影响,虽然一定程度上降低了直链淀粉含量和胶稠度,但却显著增加了食味值;对营养品质的影响主要表现在显著降低了总蛋白和谷蛋白含量,增加了清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白含量;对淀粉RVA谱特征值的影响不大,只是使冷胶黏度和消减值有所增加,峰值黏度、热浆黏度和崩解值变化不大。整精米率、直链淀粉含量、谷蛋白含量、总蛋白含量和淀粉冷胶黏度等米质指标在直立穗型内不同粒位间变异较大,而垩白粒率、垩白度、食味值、胶稠度和淀粉消减值等米质指标在弯曲穗型内不同粒位间变异较大。直立穗型品种着粒密度大和二次粒率高可能是近等系间某些米质指标相差较大的主要原因。     

优质、高产新株型谷子新品种朝谷14号的选育

朝谷14号株高115cm，株型上冲，穗半直立或直立，抗倒耐密，适口性好，是引用夏谷矮秆基因与引进的日本神奇谷杂交选育出的一个新株型。综合性状好的新品种。2006年通过辽宁省杂粮品种审定委员会审定。     

粳稻直立穗与弯曲穗3个杂交组合6个世代穗角和每穗颖花数的遗传分析

调查了3个粳稻杂交组合镇稻88×C堡、丙8979×C堡和丙8979×77302-1的P₁、P₂、F₁、B₁、B₂和F₂ 6个世代的穗角和每穗颖花数性状的表型分布。运用主基因+多基因混合遗传模型和6个世代联合分析的方法,对这两个性状进行了遗传分析。结果表明,穗角和每穗颖花数性状均受2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因共同控制;穗角性状以加性效应为主,每穗颖花数性状以上位性效应为主;穗角和每穗颖花数都以主基因遗传为主。     

四引物分子标记鉴定水稻光合效率基因TAC1的不同基因型

水稻(Oryza sativa)的株型含株高、分蘖、穗型和叶型等性状,其表现与光合效率直接相关。一般地,籼稻(Oryza sativa ssp.xian)株型松散,而粳稻(Oryza sativa ssp.geng)更为紧凑。松散型的籼稻自身遮蔽少,通风好,植株光合效率高;紧凑株型的粳稻适应密植,通过提高单位面积植株数量提高总体光合效率。控制籼粳稻分蘖角度差异的主效基因是TAC1基因。相比TAC1xian,发生在tac1geng的3'非翻译区(3'UTR)的A→G突变导致mRNA稳定性下降,从而影响了粳稻的株型。2个等位基因分别属于单株高光效基因型和整体高光效基因型,处于杂合状态下还可互补,因此建立可精确选择TAC1等位基因的分子标记在育种实践中意义重大。本研究利用扩增受阻突变系统(amplification refractory mutation system,ARMS)的原理,开发出包含4条引物的共显性分子标记,鉴定TAC1的功能单核苷酸多态性(functional nucleotide polymorphism,FNP)。该分子标记命名为tac1fnp,同TAC1完全连锁,一次PCR反应即可精确区分2种等位基因及杂合基因,有助于水稻的高光效分子标记辅助选择育种。     

普通小麦TaDep1基因克隆与特异性标记开发

OsDep1 (dense and erect panicle 1)控制水稻产量性状,影响穗长、直立性和着粒密度。根据水稻OsDep1基因序列,采用同源克隆技术克隆了普通小麦第5同源群染色体上的TaDep1基因,它包含5个外显子和4个内含子,与水稻OsDep1基因结构相似。TaDep1-A1、TaDep1-B1和TaDep1-D1的编码序列长度分别为918、888和900 bp,编码305、295和299个氨基酸残基。在普通小麦品种中检测到5个TaDep1-A1等位变异、4个TaDep1-B1等位变异和2个TaDep1-D1等位变异。根据TaDep1-A1和TaDep1-B1位点不同等位变异间的SNP和InDel,开发了3对显性互补标记和1个共显性标记,可以准确鉴别不同等位基因。共显性标记dep19是根据TaDep1-B1第5外显子一个30 bp的InDel开发的,可准确区分TaDep1-B1c与TaDep1-B1a、TaDep1-B1b和TaDep1-B1d。用这些标记对406份小麦品种进行检测,不同基因型的千粒重、株高、穗长、小穗数和穗节间均差异不显著,说明TaDep1基因与我国现有小麦品种的产量性状相关不显著。     

Effects of DEP1 on grain yield and grain quality in the background of two japonica rice (Oryza sativa) cultivars

Plant architecture is an accessible approach to achieving high-yield potential. The DENSE AND ERECT PANICLE 1 (DEP1) gene regulating panicle morphology, grain number per panicle, and nitrogen uptake and metabolism has been widely used for the breeding of high-yield rice in northern Chinese japonica varieties. However, there has been no consensus on the genetic effects of dep1 on grain yield and quality under different genetic backgrounds and growing environments. In the present study, we developed two sets of near-isogenic lines (NILs) of DEP1 (AKI-dep1, AKI-DEP1, LG5-dep1 and LG5-DEP1), each carrying the DEP1 region from either 'Liaogeng5' (LG5) or 'Akitakomachi' (AKI) in the AKI and LG5 backgrounds. Our results demonstrated that AKI-dep1/LG5-dep1 exhibited erect panicle and enhanced grain number per panicle, thereby consequently increasing grain yield, whereas they possessed inferior grain appearance compared with AKI-DEP1/LG5-DEP1 in the same background. However, the effects of dep1 on grain processing quality and eating and cooking quality varied with the background. These results provide useful information for high-yield erect panicle rice breeding by marker-assisted selection.     

单季晚粳稻高产株型的探讨

依株高、剑叶长和穗形3个形态指标,把产量达到500公斤左右的育成品系分为6种株型。各型的特点:1型是大穗,优势穗平均实粒数超过或将近200粒;2型是短叶密穗;3型是中间型;4型是稀长穗;5型是大粒;6型是矮秆多穗。认为大穗是高产株型的突破口,1型的高产潜力最大。但株型上还需改良。     

几个不同穗型水稻品种籽粒灌浆特性的研究

为了揭示直立大穗型水稻品种穗上不同粒位籽粒的灌浆特性,以沈农265等5个不同穗型水稻品种为材料进行田间试验,用Richards方程W=A/(1+Be^-bt)^1/N对不同粒位籽粒的灌浆过程进行统计回归分析。结果表明,不同穗型品种不同粒位籽粒灌浆特性存在较大差异,直立穗型品种沈农265差异最大,相对一次枝梗籽粒和上部二次枝梗籽粒而言,中下部二次枝梗籽粒灌浆峰值低且达到峰值的时间晚,但是达到峰值后下降缓慢,因此籽粒增重曲线接近直线,最终粒重也与其他粒位接近。可见尽管供试的直立大穗型品种不同粒位籽粒灌浆存在比较激烈的竞争,但是中部和下部二次枝梗籽粒完全可以正常充实。     

氮素水平对不同穗型品种产量性状的影响

以不同穗型水稻品种为试材，研究不同氮素水平下水稻产量性状的结果表明：直立穗品种的生物产量高于弯曲型品种，经济系数低于弯曲型品种。在低氮条件下，两品种的经济系数均提高，且弯穗型品种的经济产量略高于直穗型品种，在高氮条件下则相反。在相同肥力下，抽穗前两品种的物质生产差异不大，但抽穗后直穗型品种的物质生产明显高于弯穗型品种。同时发现在低氮条件下，两品种的穗数明显减少，但穗粒数增多，结实率提高，一、二次枝梗的千粒重均高于高氮处理。     

不同穗型水稻品种剑叶光合速率、产量及品质的差异

旨在探明穗型对水稻产量和品质的影响。以半直立穗型‘新稻22’和弯曲穗型‘黄金晴’水稻品种为材料,在不同氮肥处理下研究其叶片光合、产量和品质的差异。结果表明,不同氮肥处理下水稻剑叶光合速率随生育进程均呈先降低后升高再下降的变化趋势,灌浆初期,两穗型品种光合速率均显著下降,弯曲穗型下降幅度明显高于半直立穗型穗型,平均下降幅度分别为54.93%、19.37%;最大光合速率表现为半直立穗型高于弯曲穗型,平均高7.46%。半直立穗型产量高于弯曲穗型,且达到最高产量生产力的氮素水平不同,半直立穗型在225 kg/hm²氮素处理达最大,弯曲穗型在262.5 kg/hm²氮素处理达最大。糙米率和精米率,半直立穗型高于弯曲穗型,而同一类型不同氮肥处理间差异较小;垩白粒率和垩白度,弯曲穗型显著高于半直立穗型;食味值,弯曲穗型低于半直立穗型。说明弯曲穗型水稻外观和口感均劣于半直立穗型。以上结果综合表明,半直立穗型需氮量低、及产量和品质优于弯曲穗型,半直立穗型可以作为水稻株型育种的主要形态指标,并通过减氮栽培可以实现产量和品质的协同提高。     

Integrating marker assisted background analysis with foreground selection for identification of superior bacterial blight resistant recombinants in Basmati rice

Basmati rice is highly susceptible to bacterial blight (BB) caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae. Transfer of BB resistance genes from non‐Basmati sources to Basmati through cross‐hybridization requires strict monitoring for recovery of the desirable Basmati quality traits in the recombinants, which show complex inheritance pattern. We integrated background analysis using mapped microsatellite markers with foreground selection to identify superior lines that combine useful genes from a non‐Basmati BB resistance donor line IRBB55 with grain and cooking quality characteristics of the popular Basmati rice variety ‘Pusa Basmati 1’ (PB 1) employing backcross pedigree strategy. Foreground selection using linked markers ensured presence of two genes, xa13 and Xa21 for BB resistance from IRBB55, and the recurrent parent PB 1 allele for the waxy locus giving intermediate amylose content and maintainer allele at fertility restorer locus in the BC₁F₅ recombinants. Background analysis enabled selection of recombinants with recurrent parent genome to the extent of 86.3% along with the quality traits. The extent of introgression of non‐Basmati donor chromosome segments in the superior selections was estimated to be < 7.8 Mb and < 6.7 Mb in the xa13 and Xa21 linked genomic regions, respectively. Association mapping identified three quantitative trait loci, one each for 1000‐grain weight, fertile grains/panicle and cooked kernel length. The backcross‐pedigree breeding strategy facilitated recovery of additional desirable characteristics from the donor in some of the selections. The elite selection Pusa 1460‐01‐32‐6‐7‐67 with maximum genomic background and quality characteristics of the recurrent Basmati parent gave resistance reaction against BB, similar to that of the non‐Basmati resistant check variety and recorded an yield advantage of 11.9% over the best check in the multiplication agronomic trial in the Basmati growing region of India. This line, which has been released as a new variety in the name of ‘Improved Pusa Basmati 1’ for commercial cultivation in India, is an example of successful application of marker assisted selection to variety development.