利用Wx基因分子标记辅助选择技术培育中等直链淀粉含量的恢复系

为培育中等直链淀粉含量的水稻恢复系,以HC086为供体亲本(其Wx基因来自美国水稻品种Francis),以优良的水稻恢复系R898、R476、R838、R6547为受体亲本,利用PCR-AccI分子标记检测技术在回交世代进行辅助选择,将供体材料控制直链淀粉的Wx基因导入到不同恢复系中。对后代株系的基因型及其直链淀粉含量的分析结果表明,直链淀粉含量普遍有了显著提高,受体亲本的直链淀粉含量由10.6-14.4%提高到了18.0-21.4%。改良株系与广占63S和Y58S的配组实验表明,F1代杂交种的直链淀粉含量较原组合有显著提高,并达到适中直链淀粉含量水平,且主要农艺性状没有发生显著改变。说明分子标记辅助选择是改良水稻品种直链淀粉含量的快速有效的方法。     

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。     

糜子GBSSI基因功能标记的开发与验证

根据糜子胚乳直链淀粉合成调控基因Waxy(GBSSI)上已知功能位点的核苷酸差异设计功能分子标记,并对山西省270份糜子资源进行基因型检测和基因分型。通过对粳糯性状的鉴定,将表型与基因型结合对分子标记进行验证。对46份不同基因型糜子资源进行直链淀粉含量测定,分析该基因的遗传效应,评估其育种利用价值。GBSSI基因在糜子中以2种形式(L和S)存在,针对S型基因15 bp的InDel位点设计了一个功能标记(RYW214),该标记能有效区分126 bp、141 bp和杂合(126/141 bp) 3种带型,粳糯性鉴定显示该标记结果与表型鉴定结果吻合度高,达93.30%,Pearson相关性指数r为0.745。针对L型基因上的一个单核苷酸插入位点和一个SNP位点,设计了2个CAPS标记(RYW215、RYW216),该标记可对L基因准确分型。270份资源中,共有11种基因型。其中,基因型S_-15/L_F最多,有84份(31.10%),其次是S₀/S_-15/L_F (22.96%),S     

分子标记辅助选择改良早籼稻1701的稻瘟病抗性

利用广谱持久抗瘟基因Pigm的紧密连锁标记S29742,通过分子标记辅助选择和连续回交育种实践,定向改良早籼稻1701的稻瘟病抗性。获得以下主要结果:Pigm基因供体亲本谷梅4号与受体亲本1701对23份供试稻瘟菌菌株的抗性表现及抗菌谱差异显著,两亲本的抗性频率分别为95.7%和39.1%。S29742是一个基于PCR的共显性DNA标记,在谷梅4号和1701之间多态性明显且稳定,在两亲本中分别扩增出一条约550 bp和一条约900 bp的条带;S29742标记基因型对稻瘟病抗性表型的选择效率可达100%。通过连续回交、选择和自交,获得含Pigm基因的BC5F2群体,在此基础上通过基因型和表型分析鉴定出3个高抗稻瘟病的BC5F3株系,并通过田间主要农艺及产量性状分析,育成一个遗传背景与受体亲本相似的抗瘟水稻新品系"1701-Pigm"。     

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。     

杂交旱稻主要米质性状的配合力及遗传力分析

为研究两系杂交旱稻优质育种中最佳的亲本选配。以两系不育系‘绿102S’、‘绿旱1S’为母本,耐旱中籼稻鉴定材料‘13NJ103’、‘13NJ108’、‘13NJ113’和‘13NJ114’为父本,采用不完全双列设计研究8个杂交旱稻组合的长宽比、垩白度、垩白粒率、直链淀粉、糊化温度、胶稠度6个主要米质性状的差异性、配合力和遗传力。结果表明,以长宽比为评判标准,母本‘绿旱1S’的米质达到1级标准,‘绿102S’达到2级标准,父本均为2级标准,杂交后代除了A1B3外,其他组合均为2级标准;以垩白度和垩白率比为评判标准,亲本只有‘绿旱1S’、‘13NJ103’和‘13NJ114’米质达到2级标准,且它们的杂交后代米质也达到2级标准;以直链淀粉为评判标准,所有亲本米质本均达到2级标准,并且后代A1B3达到1级标准。以相同母本与不同父本进行杂交,得到后代的长宽比绝大多数介于双亲之间,以相同父本‘13NJ108’与不同母本分进行杂交,得到后代的垩白粒率均达到100%,表现出超低亲分离现象,其他米质性状表现规律不一致;各米质性状的配合力方差均达到极显著水平;‘绿旱1S’、‘13NJ113’和‘13NJ114’在改良米质外观品质上具有一定的价值,‘绿102S’、‘13NJ113’和‘13NJ114’在改良米质蒸煮品质上具有一定的价值。遗传力结果表明,长宽比、直链淀粉含量和碱消值受基因型效应影响较大,受环境影响较小,而垩白度、垩白粒率和胶稠度受基因型效应影响较小,受环境影响较大。     

利用分子标记辅助选育大白菜核基因雄性不育系

本研究以含不育基因Ms的大白菜细胞核复等位基因型雄性不育两用系"AB01"的可育株(MsfMs)为供体亲本,以高代自交系‘a20’(msms)为轮回亲本,采用杂交和连续回交转育方法,利用与不育基因Ms连锁的SCAR标记syau_scr01辅助不育基因Ms选择,成功地将不育基因转育到可育品系‘a20’中,育成了不育度和不育株率均为100%,植物学性状与自交系‘a20’相近的新核不育系GMS4。选择结果表明syau_scr01选择的准确率为100%,验证了该标记可以用于大白菜核不育系转育辅助选择。     

重离子辐照创建水稻直链淀粉、蛋白质突变系的研究

利用重离子辐照‘武运粳7号’创建农艺性状突变体库,用化学方法筛选直链淀粉、蛋白质突变材料,并研究籽粒品质性状与农艺性状的相关性。研究结果显示：202份‘武运粳7号’突变体的直链淀粉含量变幅范围是11.50%~21.70%,其中高含量直链淀粉突变体材料有23份,低含量直链淀粉突变体材料有29份;蛋白质含量变幅范围是7.91%~13.97%,其中高蛋白突变体有29份,低蛋白突变体有24份。进一步在品质性状与农艺性状之间进行相关性分析和主成分分析,相关性分析结果表明：蛋白质含量和每穗实粒数、株高、结实率、千粒重、穗长都呈极显著负相关,相关系数分别为-0.540、-0.593、-0.387、-0.581、-0.563;直链淀粉含量和单穗长呈显著正相关,相关系数为0.294。在主成分分析中将6个农艺性状综合为3个主成分,累积贡献率达89.118%。‘武运粳7号’直链淀粉、蛋白质突变系的获得可为品质性状相关合成途径以及基因调控研究提供基础材料,也为品质育种提供选择依据。     

水稻抗性淀粉相关SSR标记的初步研究

将高抗性淀粉（resistantstarch,RS）突变体RS111与中等和低直链淀粉含量水稻品种II-32B和宜香B杂交,构建F2群体,发现位于第8染色体上的RM72和RM547和位于第6染色体上的RM217和RM225与RS相关。在杂交组合II-32/RS111的F2群体中,RM72和RM547与抗性淀粉和直链淀粉含量关系密切,出现了低亲本、杂合及高亲本3种基因型,且不同基因型间RS和AAC达1%显差异;在杂交组合宜香B/RS111的F2群体中,按标记RM217和RM225基因型可区分低与中高RS含量,其中RM225杂合型和高亲本类型间RS含量达5%差异水平。     

无抗性选择标记转基因软米和糯稻新品系的选育及中间试验

直链淀粉含量是影响稻米品质的最重要因素之一。为培育直链淀粉含量较低的软米和糯稻新品系,在经共转化法获得的转反义Wx基因水稻自交后代中筛选获得国不含抗性选择标记基因的纯合体.对这些纯合转基因水稻的分析表明,其未成熟种子胚乳中Wx基因表达水平和成熟种子中Wx蛋白量较未转化对照有不同程度的降低。转基因水稻成熟种子中直链淀粉含量较未转化对照有不同程度的下降,2个转基因系降低至10%左右,相当于软米的直链淀粉含量,1个转基因系降到了2%以下,形成了糯稻新品系。转基因稻米中直链淀粉含量降低后,其胶稠度相应变软,而糊化温度未发生明显改变。田间试验结果表明,转基因水稻的大部分农艺性状与受体品种武香粳9号无显著差异。因此,本研究成功培育了无抗性选择标记且淀粉品质改良的转反义Wx基因水稻新品系。     

水稻耐盐性基因SKC1的KASP标记的开发与利用

籼稻品种‘Nona Bokra’中携带的SKC1^NB等位基因水稻耐盐性的主效QTL (Quantitative trait locus)位点。为了提高对水稻SKC1基因型鉴定效率,根据SKC1^NB基因中的功能性SNP位点开发了一个KASP分子标记SKC1^NB-KASP,利用该标记对‘Nona Bokra’与粳稻品种‘繁14’、‘花B’和‘武1B’的回交BC₃F₂群体进行SKC1等位基因的分型,发现在BC₃F₂群体受测的65个单株的DNA样品中,有16份样品的基因型与供体亲本‘Nona Bokra’相同,31份样品显示杂合基因型,18份样品与轮回亲本基因型相同。对这65份DNA样品的,SKC1基因进行测序以检验KASP标记基因分型结果的准确性,发现测序结果与KASP标记分型的结果完全一致。以上结果说明SKC1^NB-KASP标记可以高效、准确地鉴定,SKC1位点的基因型,大大提高了耐盐性水稻分子标记辅助选择育种的效率...     

杂交水稻制种过程中谷粒内源激素含量的动态变化

穗发芽对粮食生产造成巨大的经济损失,为研究穗发芽前杂交水稻制种中谷粒内源激素含量变化,采用HPLC等方法,以2个杂交水稻组合‘Y两优1号’(亲本为Y58S×R9311)和‘II优416’(亲本为Ⅱ-32A×R416)为材料,在水稻制种过程中进行穗发芽试验。发现组合‘Y两优1号’种子比‘II优416’易于穗发芽。同时测定了两组合在授粉15~27天期间种子内源激素(IAA、GA1、ZR和ABA)含量的变化,易穗发芽的‘Y两优1号’内源激素ZR、IAA和GA1含量高于‘II优416’,ABA含量低于‘II优416’,且‘Y两优1号’籽粒内源GA1/ABA比值在整个过程中均大于‘II优416’。由此可见,杂交水稻制种过程中出现穗发芽现象的主要原因是穗发芽前期种子内GA1的含量高于ABA,且在发生穗发芽时GA1/ABA比值比较大。     

水稻稻米不同直链淀粉含量的特异引物分析

水稻直链淀粉含量直接影响了稻米的食味和加工品质,所以该含量性状已成为水稻品质育种研究的一个重要方向。目前关于水稻直链淀粉基因以及相关合成酶的研究报道虽很多,但可用于直链淀粉含量检测的标记的报道却很少。本研究选取不同直链淀粉含量的2个特异引物,用不同来源的302份水稻品种(系)进行检验分析,结果表明标记RMamc10-3能鉴定出约51%的低直链淀粉含量的水稻种质,标记Pul-t3鉴定高直链淀粉含量水稻种质的可靠性仅为38.9%。此外,发现云南的水稻品种(系)稻米的直链淀粉含量较低,有70%以上种质的稻米直链淀粉含量在5%~20%之间。在来自国际水稻所、缅甸和斯里兰卡的水稻种质中发现10份直链淀粉含量高于25%的材料。本研究得到的2个高和低直链淀粉含量标记,以及筛选获得的高和低直链淀粉含量的种质基因资源,都将为下一步开展水稻优质米研究和品质改良提供重要的材料。     

春小麦田间盐胁迫下的农艺性状表现研究

盐害是制约小麦生产的主要因素,为研究小麦重组自交系后代在田间盐环境的耐盐性。本研究以2个小麦品种‘宁春27号’、‘宁春4号’以及2个亲本杂交后代中8个小麦品系‘R9’、‘R32’、‘R39’、‘R75’、‘R88’、‘R89’、‘R103’、‘R108’、‘R117’、‘R129’、‘R130’为研究对象,在田间盐环境下通过对全生育期的农艺性状进行调查分析对其耐盐性进行评价。试验结果表明:在全盐含量为0.35%的田间盐环境下,通过对试验材料进行株高、穗长、穗重、穗粒数、小区产量进行调查分析,‘R32’株高最高,明显高于亲本,‘R75’的穗长、穗重、穗粒数都明显高于其亲本,‘R88’、‘R108’的小区产量最高,明显高于其亲本。因此,通过田间表现及农艺性状比较,‘R75’、‘R88’、‘R108’田间耐盐性较强。     

高粱籽粒直链淀粉和支链淀粉含量的基因效应分析

1990和1991年以Hayman4×4完全双列杂交方法对高粱籽粒直链淀粉含量和支链淀粉含量的基因效应进行了研究。结果表明,直链淀粉和支链淀粉含量的遗传符合加性-显性模型。基因的加性效应和显性效应对两个品质性状均有重要作用,但相对而言前者较后者更重要,属部分显性。直链淀粉含量基因的显性方向指向增效,支链淀粉含量基因的显性方向指向减效。亲本中与两性状有关的隐性基因频率高于显性基因的频率。两性状的狭义遗传力均较高。 亲本高杆牛心红和小粘白高粱含显性基因较少,认为此两品种是提高支链淀粉含量育种的优良亲本材料。     

大白菜抗根肿病近等基因系的选育及其评价

本研究以具有抗根肿病基因CRb的大白菜‘CR Shinki DH’系为供体亲本,大白菜自交系‘91-12B’为轮回亲本,通过回交和4个阶段的分子标记辅助选择,选育出7个携带CRb基因的抗根肿病近等基因系.通过CRb基因所在大白菜A3染色体的分子标记检测和抗病性鉴定,筛选出抗根肿病、并插入有供体亲本最短染色体片段的3个近等基因系B1S1、B2S2和B3S1.表型分析表明这3个近等基因系的结球相关性状与轮回亲本无显著差异,而且保持了‘91-12B’的配合力.所选育的近等基因系不仅能应用于育种实践,也为通过转录组分析研究根肿病的抗病机理提供了材料.     

粳稻直链淀粉含量选择对杂种后代品质和产量性状及遗传多样性的影响

本研究选用4个稻米直链淀粉含量有显著差异的粳稻品种配制2个杂交组合,研究其粳稻籽粒直链淀粉含量选择对杂种后代品质和产量性状及遗传多样性的影响。结果表明,连续定向选择籽粒直链淀粉含量对杂种后代蒸煮食味品质和产量性状产生不同程度的影响,在蒸煮食味品质性状中下降粘度值、粘滞峰消减值、食味值,在产量性状中单株粒重、单株穗数、每穗粒数所受的影响较大,直链淀粉含量降低到13%以下时,稻米蛋白质含量和食味值及淀粉谱特性均发生明显的变化,而且直链淀粉含量过低将导致每穗粒数和单株粒重的显著下降;直链淀粉含量高的后代株系遗传背景基本来自于高直链淀粉含量亲本,反之直链淀粉含量低的后代株系遗传背景基本来自于低直链淀粉含量亲本,直链淀粉含量的连续定向选择使后代的遗传背景趋于双亲之一。     

杂交水稻制种过程中籽粒内源激素含量的动态变化

穗发芽对粮食生产造成巨大的经济损失,为研究穗发芽前杂交水稻制种中杂交种子籽粒内源激素含量变化关系。采用HPLC等方法,以2个杂交水稻组合‘Y两优1号’（亲本为Y58S× R9311×）和‘II优416’（ Ⅱ-32A×R416）为材料,在水稻制种过程中进行穗发芽实验。发现组合‘Y两优1’号种子比‘II优416’易于穗发芽。同时测定了两组合在授粉15 ~27 天期间种子内源激素（IAA﹑GA1﹑ZR和ABA）含量的变化,易穗发芽的‘Y两优1号’内源激素ZR﹑IAA和GA1含量高于‘II优416’,ABA含量低于‘II优416’,且‘Y两优1号’籽粒内源GA1/ABA比值在整个过程中均大于‘II优416’。由此可见,杂交水稻制种过程中出现穗发芽现象的最主要原因是穗发芽前期种子内GA1的含量高于ABA且在发生穗发芽时GA1/ABA比值比较大。     

结球甘蓝抗霜霉病基因连锁的SCAR标记开发

结球甘蓝霜霉病是由十字花科寄生霜霉菌引发的严重病害。本研究利用高代自交系‘R103’抗病亲本和‘S101’感病亲本及其F2分离群体,于霜霉病病发高峰期田间自然诱发抗性鉴定,由单基因显性控制。运用AFLP分子标记技术,结合BSA法,对双亲和2对抗、感基因池的筛选和验证,获得2个与结球甘蓝抗霜霉病基因相关的AFLP标记。204 bp BoRAAC/CAC标记转化为SCAR标记,发现在抗病亲本和抗病池中与感病亲本和感病池中条带只存在量上的差异,在抗性选择起中只能起辅助作用;191 bp BoRAAG/CTC标记(EU-635443.1),转化为SCAR标记,仅在抗病亲本和2个抗病池中获得目的条带,经F2群体单株验证后,与抗性位点的遗传距离为5.7cM。利用BoRAAG/CTC113标记对F1和BC1群体与多年苗期霜霉病抗性鉴定的20份结球甘蓝种质资源进行验证和筛选,该标记与品种(系)的霜霉病抗性吻合率达到95%,初步表明该标记可应用于早期结球甘蓝抗霜霉病抗性辅助选择。     

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。