导入反义Wx基因改良杂交籼稻保持系直链淀粉含量

水稻胚乳中的直链淀粉含量是影响稻米蒸煮和食味品质的重要性状。试验了适合水稻冈46B和Ⅱ-32B品种进行遗传转化的外植体、培养基及光温条件，采用遗传转化技术将反义Wx基因导入生产上大面积应用的籼稻保持系冈46B和Ⅱ-32B，获得了转基因植株。PCR检测证明外源基因已整合进水稻的基因组。分析结果表明，纯合转基因水稻植株成     

运用农杆菌介导法将PTA和反义Wx双基因导入水稻的研究

利用根癌农杆菌将含多基因(hyg选择标记基因、反义Wx 基因、PTA基因、GFP和GUS报告基因)的pCAMBIA1304载体导入水稻品种(501R、中花9号和日本晴)的幼胚愈伤组织,分别在含35mg/L、45mg/L和65mg/L潮霉素浓度的筛选培养基上筛选获得抗性愈伤。后经PCR检测,从415株T0代再生植株中选出92株(其中501R、中花9号和日本晴分别为4株、43株和45株)。对这些转基因后代植株进行Southern blotting分析表明：hpt、反义Wx 和 PTA基因已经整合进植物基因组中,绝大多数转基因植株后代的表型正常。成熟种子直链淀粉含量分析表明,部分转基因植株的T1代种子中的直链淀粉含量有部分程度的下降,最低的已下降至6.3%,与对照相比下降了9.8%。     

利用农杆菌介导法将反义Wx基因导入水稻的研究

利用根癌农杆菌将含多基因(hpt选择标记基因、反义Wx基因、GFP和GUS报告基因)的pCAMBIA1304载体导入水稻品种(501R、中花9号和日本晴)的幼胚愈伤组织,分别在含35mg/L、45mg/L和65mg/L潮霉素浓度的筛选培养基上筛选获得抗性愈伤。后经PCR检测,从415株T0代再生植株中选出92株(其中501R、中花9号和日本晴分别为4株、43株和45株)。对这些转基因后代植株进行Southern blotting分析表明：hpt、反义Wx基因已经整合进植物基因组中。绝大多数转基因植株后代的表型正常。成熟种子直链淀粉含量分析表明,部分转基因植株的T1代种子中的直链淀粉含量有不同程度的下降,最低的已下降至6．3％,与对照相比下降了9．8％。     

分子标记辅助选择改良特青及其杂交稻米的蒸煮与食味品质

特青是我国育成的一个超高产籼稻常规品种，同时也可作为两系杂交稻的重要亲本，但其直链淀粉含量较高，蒸煮与食味品质较差。采用水稻蜡质基因内的一个分子标记（称为PCR-AccⅠ）进行辅助选择育种，经回交转育向特青品种导入来自中等直链淀粉含量优质籼稻的Wx基因，选育了仍保持原有亲本主要农艺性状的3个优质品系特青TT-1、特青TT-2和特青TT-3。改良品系胚乳中Wx基因表达量较改良前明显下降，直链淀粉合成大幅减少，由改良前的28.5%成功下调至15%左右的中等偏低水平。用改良品系与培矮64S所配两系杂交组合仍能保持较高的结实率及其他优异农艺性状，而杂交稻米的直链淀粉含量明显改善。直链淀粉含量降低后对亲本及杂种稻米中胶稠度等其他蒸煮食味品质的改善也有明显作用。     

利用基因编辑技术培育糯性水稻

为建立糯稻品种培育新体系,本试验研究了利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对Waxy(Wx)基因定向突变进而培育糯稻的效果。在Wx基因的第2、第7、第8、第10、第11和12外显子区域设计6个靶位点,构建CRISPR/Cas9基因编辑表达载体,采用农杆菌介导法将基因编辑载体转入粳稻品种哈勃601,获得11~88株转基因再生植株。突变分析表明,转基因株突变率总体偏低(0%~30.77%),仅在第2、第7和第11外显子上发生突变,以1~2 bp的插入缺失为主,都为纯合或双等位突变。5份纯合T2突变体的稻米呈蜡质状,直链淀粉含量为由亲本的15.5%降至2.0%~2.6%,接近或达到糯稻水平,其RVA谱与糯稻对照相仿,淀粉粘滞性较亲本哈勃601显著下降。上述结果表明,通过利用CRISPR/Cas9可对Wx基因进行定向突变从而获得糯性材料,但在利用该技术培育新品种时,需要选择适当的靶位点并培育较多的突变体,才能从中选到符合国家标准的糯稻品种。本研究对利用基因编辑技术培育水稻新品种提供了科学依据。     

水稻不同生态型品种间直链淀粉含量的变异及其遗传分析

以250个代表性水稻品种和一个籼粳交（巴利拉/南京11）DH群体为材料，研究了直链淀粉含量在不同生态型品种间的变异，以及不同品种Wx基因座不同基因型与直链淀粉含量之间的关系。结果表明，在供试的250个水稻品种中直链淀粉含量存在着明显差异，分布在9.2%~29.2%之间；用AccⅠ-PCR标记对这些品种和DH群体Wx位点基因型的检测表     

水稻Wx复等位基因基于PCR的功能标记开发与利用

直链淀粉含量是影响稻米食味品质的重要因素,主要由蜡质基因(Wx)调控,Wx基因座存在Wxa、Wxb、Wxin、Wxmw等多个复等位基因,通过分子标记辅助选择(marker-assisted selection,MAS)培育中低直链淀粉含量的水稻品种是提高稻米适口性的重要途径。Wx复等位基因的功能由单碱基核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNP)决定,其检测依赖于测序或酶切,存在耗时多、费用昂贵等缺点。为提高选择效率,本文利用Wx复等位基因的SNP差异和四引物扩增受阻突变(tetra-primer ARMS-PCR)原理,进行PCR功能标记的开发。引物设计过程中,针对扩增效率低和非匹配的延伸2个技术难题,提出了调整错配位点的解决方案,成功开发了基于PCR技术的两对功能性标记Waxygt-ARMS2和Waxyac-ARMS2,可以准确区分上述复等位基因型,且具有操作简单、耗费较低的特点。利用新开发标记对辽宁省育成的部分水稻品种进行Wx基因型检测的结果表明,40份辽宁育成品种均携带Wxb基因,遗传基础单一。上述结果为利用Wx基因位点的分子标记培育中低直链淀粉含量的水稻品种,改良辽宁省水稻品种的食味品质提供了技术支撑。     

水稻低直链淀粉资源筛选

为了在水稻外观品质改良的同时提高食味品质,通过对引自IRRI及中国水稻种质资源库的1000多份材料测定直链淀粉含量,并对IRRI资源测定外观品质。研究发现：目前水稻优良食味品种多数外观品质差,且“软米”标准欠缺。水稻直链淀粉含量分布十分宽,其中软米范围品种数量少,糯米品种较软米品种多,且分为优质糯稻与劣质糯稻两类。其他类型品种数量最多,直链淀粉含量变异最大,软米类型品种蛋白质含量显著高于糯稻及较高直链淀粉含量品种。本试验通过筛选获得12份软米资源,为软米选育提供了多样化资源,并给出了一个软米判定标准。     

Wx蛋白缺失对水稻颖果和剑叶生理活性的影响

以转反义Wx基因粳稻和籼稻为材料的研究结果表明，直链淀粉含量降低后的转基因水稻颖果的光合和呼吸活性在发育前期显著高于亲本，但下降较快，到了发育中期(花后15~18 d)以后，就低于同期的亲本。但其SOD和CAT活性比其亲本下降得慢，从花后9 d开始一直保持着比亲本高的水平。花后转基因水稻剑叶的叶绿素含量、光合速率和SOD     

稻米直链淀粉研究综述

直链淀粉含量是稻米品质的中心性状,直接影响稻米品质。稻米品质取决于稻米中直链淀粉与枝链淀粉的比例。籼米中直链淀粉含量的最大值,约为总淀粉含量的35%,其余为     

结实期水分胁迫对水稻反义Wx基因转化系主要米质性状及米饭质地的影响

以反义Wx基因的转化系及其受体亲本武运粳7号(9522)为材料,研究了结实期水分胁迫对主要品质性状及米饭质地的影响。结果表明,与水层灌溉处理相比,结实期水分胁迫使整精米率和垩白粒率提高;崩解值明显降低,而最终黏度和消减值却明显提高;米饭的硬性增加,黏附性减小,稻米的蒸煮食味品质有着变劣的趋势。     

利用基因编辑技术改良水稻直链淀粉含量与香味

直链淀粉含量是稻米品质的理化指标之一,理想的稻米直链淀粉含量是13%~18%,有香味的稻米特别受消费者欢迎。本研究利用CRISPR/Cas9系统对Wx、Badh2(fgr)2个基因进行定突变,分别在Wx的5’UTR内含子剪切点和编码区序列(CDS)的第13外显子处设计靶点,Badh2的编码区序列(CDS)的第3和第9外显子处设计靶点,构建2个双靶点CRISPR/Cas9载体,通过遗传转化导入受体‘中早35’中,2个独立的转化事件分别得到14株和13株T0代转化苗,对T0突变情况分析表明,突变频率分别为57.1%,46.2%;对Wx基因编辑后产生的4个无转基因标记的T2代稳定株系进行直链淀粉含量测定,结果分别为12.2%、11.3%、7.4%、4.9%,比未编辑的对照‘中早35’(24.6%)大幅降低;同时对Badh2编辑后产生3个无转基因标记T2代稳定株系进行香气物质2-乙酰-1-吡咯啉(2-AP)含量测定,结果分别为228.16μg/kg,198.31μg/kg,2095.24μg/kg通过口嚼判断这3个株系确实有不同程度的香味,而没有香味的对照‘中早35’为0.000001μg/kg,以上所有株系的农艺性状与对照‘中早35’一致。综合结果表明,利用CRISPR/Cas9系统成功编辑水稻Wx、Badh2基因,获得了稳定遗传、较低直链淀粉含量且带有香味的突变体,为优质稻育种提供了新的种质资源和创建方法。     

小麦Wx基因近等基因系的创制及其对直链淀粉含量、面条感官品质的影响

为明确不同Wx基因对小麦直链淀粉含量的影响以及筛选面条品质优异的基因型,以糯小麦品系Caiwx (aabbdd)为3个Wx基因隐性突变供体亲本,以扬麦01-2 (AABBDD)为轮回亲本,利用连续回交结合花粉碘染、STS标记和同工酶标记检测方法,创制了8种Wx基因纯合基因型的近等基因系,其基因型分别为AABBDD、AABBdd、AAbbDD、AAbbdd、aaBBDD、aaBBdd、aabbDD和aabbdd。利用这些基因型探讨了不同Wx基因对直链淀粉含量及面条感官品质的影响。结果表明,各系的直链淀粉含量为0.9%~24.8%,系间差异显著;糯小麦型(aabbdd)直链淀粉含量最低,双缺失型和单缺失型其次,双缺失型中aaBBdd型含量最高,单缺失型中AAbbDD型含量最低,表明Wx-B1对直链淀粉的合成作用最大。糯小麦型面条的色泽、表观、软硬度、黏性、韧性得分以及总分显著低于其他类型及轮回亲本扬麦01-2;单缺失型面条的色泽、表观得分、总分显著高于轮回亲本扬麦01-2,其中aaBBDD型面条品质表现突出,与市售优质面条粉“雪花粉”制作的面条得分相当,而其他7种基因型及轮回亲本扬麦01-2的面条评分均显著低于雪花粉。说明可以通过遗传操作Wx基因培育优质面条小麦品种。     

Evaluation of the waxy endosperm trait in proso millet (Panicum miliaceum)*

The entire USDA‐ARS maintained collection of 650 accessions of proso millet (Panicum miliaceum L.) was evaluated for the presence of accessions with waxy (amylose‐free) endosperm starch. Six accessions, five of which derived from mainland China, were identified. Segregation ratios for waxy endosperm were evaluated in F₂ and F₃ populations derived from crosses between two waxy accessions, PI 436625 (Lung Shu 16) and PI 436626 (Lung Shu 18), and several wild‐type accessions. The waxy trait was found to be under the control of duplicate recessive alleles at two loci, herein designated wx‐1 and wx‐2. Wild‐type alleles at these loci were designated Wx‐1 and Wx‐2. Iodine‐binding revealed a mean grain‐starch amylose concentration of 3.5% in waxy lines and 25.3% in wild‐type proso. Expression of the granule‐bound starch synthase (waxy protein) in waxy lines was reduced to approximately one‐tenth that of wild‐type accessions. The waxy accessions identified now are available for the introgression of this trait into breeding lines adapted to the Great Plains of North America.     

中国糯玉米wx基因种质资源遗传多样性

Waxy(Wx)基因是众多作物导致糯性突变的关键基因,在玉米作物群体内深入研究Wx基因对中国糯玉米品质育种和种质创新具有重要意义。本研究利用325份(309份来自中国,11份来自泰国和5份来自韩国)糯玉米种质材料做了wx基因突变类型的调查和表观直链淀粉含量(AAC)测定。结果表明, 中国糯玉米的wx基因的遗传多样性很低,主要存在wx-D7和wx-D10两种突变类型,占96.9%;中国北方及韩国的糯玉米wx基因突变类型都是wx-D7类型,南方及泰国糯玉米wx基因突变类型都是wx-D10类型;糯玉米地方品种的wx基因型以wx-D10为主,占78.9%,而商业杂交种和自交系的wx基因型以wx-D7为主,分别占88.7%和86.6%。分析表明,中国糯玉米商业杂交种和自交系的AAC均值较低(小于2.2%)且无显著差异,但地方品种的AAC均值较高;wx-D7基因型糯玉米的AAC均值低且变化幅度较小,而wx-D10基因型糯玉米的AAC均值最高且变化幅度较大。本文还讨论了中国糯玉米主要wx基因型的地理分布、起源以及其他的wx基因突变类型。     

不同生态环境下铁蛋白转基因水稻稻米矿质积累及其品质特性

在获得大量豌豆铁蛋白基因（Fer）水稻转化体的基础上,经过连续自交纯化和结合GUS标记辅助选择,得到了一批独立转基因纯系。选取2份富铁种质（Fer34和Fer65）及其原始对照（秀水11）为试材,开展不同生态环境下（杭州和海南）其稻米矿质元素积累、外观品质、食用品质、淀粉结构等特性研究。结果表明,与CK相比,转基因富铁稻（Fer34和Fer65）确有更强的稻米积累铁含量功能,但这种富铁程度与所处土壤、气候等生态环境有关;而不同环境对稻米品质性状和RVA谱参数等性状影响程度,在转基因材料和CK之间并无明显差别。     

Altered tissue-specific expression at the Wx gene of the opaque mutants in rice

Amylose content is a major determinant of the eating quality in rice. To elucidate the allelic diversity at the Waxy (Wx) gene which controls the amylose synthesis, two cultivated strains having opaque endosperms were studied. The gene responsible for opaque endosperms was introduced into the genetic background of the Japonica type of rice by successive backcrosses, and the two near-isogenic lines (NILs) were selected from the B5 generation. The genetic experiments revealed that an allele, Wx^op, controls opaque endosperms which show chalky as wx endosperms in spite of the production of amylose. Immunoblotting analysis was carried out to compare the gene expression by using the NILs with 4 different alleles (Wx^a, Wx^b, Wx^op and wx). The level of the gene product bound to starch granules was slightly lower in the NILs with Wx^op than that with Wx^b, showing a positive correlation with amylose content in the endosperm. Extracts from mature anthers indicated that the gene product was markedly reduced in the NILs with Wx^op as well as that with wx, showing an altered expression in the tissue specificity in the Wxop lines. Sequence analysis suggested that the Wx^op had been derived from Wx^a, independently of the origin of Wx^b. The importance of the gene regulation was discussed in relation to diversified phenotypes established during the domestication process.     

小麦Wx基因突变体的建立及其淀粉特性的研究

以小麦品种藁城8901为母本,糯麦1号为父本,用“单粒传”法构建了一个含有8种Wx基因突变类型的重组自交系群体 (RIL) 。应用改良的SDS-PAGE方法对RIL-7的Wx基因突变类型进行检测,发现在228个株系中,正常类型的株系有34个,Wx-A1突变体为26个,Wx-B1突变体为32个,Wx-D1突变体30个,Wx-A1和Wx-B1位点同时突变的有28个,Wx-A1和Wx-D1位点同时突变的有20个,Wx-B1和Wx-D1位点同时突变的为28个,3个Wx基因位点均突变的为16个。卡方测验证明,3个Wx基因位点的突变符合孟德尔遗传规律,属于质量性状遗传。田间试验表明,8种类型之间在初花期、株高和穗粒数上无显著差异,但在穗长、每穗小穗数和千粒重上Wx-A1突变型显著低于其他7种类型,而7种类型间无显著差异。淀粉特性研究表明,不同Wx蛋白缺失显著影响直链淀粉含量、淀粉糊化特性和淀粉凝胶的质构剖面分析 (TPA) 特性。正常类型的直链淀粉含量最高(20.8%),糯麦的最低(1.1%)。糯麦淀粉的峰值黏度和稀澥值较高,但其低谷黏度、最终黏度和反弹值较低,与其他缺失类型间差异达5%显著水平。凝胶的TPA测试表明,随着直链淀粉含量的降低,凝胶的硬度、黏着性、弹性、胶着性和咀嚼性显著降低,而黏聚性和回复性显著升高。直链淀粉含量与糊化特性的低谷黏度、最终黏度、反弹值、峰值时间和糊化温度之间正相关达1%显著水平(r=0.892~0.965),与峰值黏度、稀澥值呈1%水平负相关( r=－0.892, r=－0.945);直链淀粉含量与凝胶TPA参数的黏聚性、回复性呈极显著负相关(r=－0.928, r=－0.829),与凝胶的硬度、黏着性、弹性、胶着性和咀嚼性呈极显著正相关( r=0.869~0.979)。