水稻抽穗期基因研究进展

抽穗期是水稻品种的重要农艺性状之一,它对于水稻适应不同的栽培地区和耕作季节是至关重要的。近年来,在水稻抽穗期基因的发掘、定位、克隆及作用机制等方面,特别是QTL研究方面取得较大进展。在此,回顾了水稻抽穗期基因/QTL的定位和克隆,阐述QTL的互作及与主基因的等位性关系,并通过和拟南芥模式植物的对比进一步阐述了水稻开花的分子机制,为研究禾本科植物的抽穗期基因提供了有意义的启示。旨在为中国水稻抽穗期基因遗传以及在育种上的应用提供理论依据。     

水稻抽穗期的遗传学研究

该文阐述了水稻抽穗期的遗传研究进展。水稻抽穗期的多样性是由于感光性与基本营养生长特性的多样组合形成的 ,其复杂的遗传表现是由多个感光基因及其修饰基因、基本营养生长性基因及其修饰基因综合作用的结果 ,并概述了水稻抽穗期基因的定位及QTL定位的现状 ,讨论了水稻抽穗期遗传研究中存在的问题及未来研究的方向。     

利用2个相关群体定位和比较水稻株高与抽穗期QTL

利用一个共同亲本构建的2个重组自交系群体对控制水稻株高和抽穗期进行基因定位和比较分析。结果表明:2个群体共定位到11个控制抽穗期的数量性状位点(QTLs)和11个株高QTLs。控制抽穗期的主效QTL在珍汕97/南洋占群体内位于第7染色体RM500-RM445标记之间;在珍汕97/德陇208群体内定位于第7染色体RMRG4499-RM445标记之间。而控制株高的主效QTL在2个群体中分别定位于第1染色体RM472-RM104之间和第7染色体MRG4499-RM445之间。比较定位结果发现,抽穗期主效QTL在2个群体内都被定位于第7染色体中部位置并且有共同标记RM445,很有可能是同一个基因。说明抽穗期是由主效QTL控制的数量性状,遗传稳定。株高主效QTL在珍汕97/南洋占群体内被定位于第1染色体接近末端标记RM104附近。在珍汕97/德陇208群体内则定位于第7染色体,与该群体控制抽穗期QTL共享RM445标记。     

利用单片段代换系定位水稻抽穗期QTL

 抽穗期是水稻品种的重要农艺性状之一，对抽穗期QTL进行定位并研究其遗传效应在水稻育种中是至关重要的。本研究利用以6个水稻品种为供体的52个单片段代换系为试验材料，通过t测验比较单片段代换系与受体亲本华粳籼74之间抽穗期的差异，对代换片段上的抽穗期QTL进行了鉴定。以P≤0.001为阈值共鉴定出20个抽穗期QTL，这些QTL分布于水稻的10条染色体。QTL加性效应值为-5.9～1.1，加性效应百分率为-7.4%～1.4%。有8个QTL被定位在小于10.0 cM的区段内。利用1个单片段代换系与华粳籼74杂交发展的F2群体对qHD-3-1进行了定位。在作图群体中，早抽穗和迟抽穗植株数符合3:1的分离比，早抽穗表现为显性。利用微卫星标记将qHD-3-1定位于3号染色体短臂，PSM304和RM569分别位于其两侧，遗传距离分别为2.4 cM和5.1 cM。     

利用水稻F_2群体对其抽穗期和株高的QTL定位

利用遗传作图群体对水稻抽穗期和株高进行QTL定位,以明确控制性状的基因,揭示性状的遗传机制。将粳型品种月之光与籼型品种明恢63杂交(月之光×明恢63),获得一个含189个家系的F2遗传作图群体;利用该群体建立含127个SSR标记的遗传连锁图谱,图谱覆盖12条染色体,连锁群总长度2 123cM,标记间平均距离16.7cM。F2群体抽穗期和株高均表现为连续的数量变异,呈正态分布,且出现明显的双向超亲分离,抽穗期和株高之间呈现极显著的正相关。以QTL作图软件Cartgrapher 2.5对F2群体抽穗期和株高性状进行了QTL定位分析,共定位到4个与抽穗期相关的QTLs,分别分布于第1、6、8、12号染色体上,第8号染色体上的qHD8 LOD值为10.70,贡献率达48.0%,是主效基因,与已克隆的DTH8在相近位置,可能是DTH8。定位到4个与株高相关的QTLs,分别位于第1、3、8、12号染色体上,表型贡献率为6.3%～21.1%,第1号染色体上检测到的qPH1能解析21.1%的表型变异,是主效基因,位于矮秆基因sd1附近,可能是sd1。定位到的这些QTLs是进行分子标记辅助选择改良相应性状的候选基因位点。     

水稻RZ54/南京11 F_2群体抽穗期QTL分析

[目的]挖掘新的控制早熟性的QTL,为早熟性的遗传机制研究和分子育种提供新的基因资源。[方法]选择熟期差异明显的2个品种(早熟品种‘RZ54’和相对迟熟品种‘南京11’)进行杂交,构建F_2群体,利用分子标记构建遗传连锁图谱,进行抽穗期QTL定位。[结果]利用141个具有多态性的SSR和Indel标记对由184个株系组成的RZ54/南京11的F_2群体进行基因型检测,构建了全长为1 741.4 c M、平均图距为12.35 c M、覆盖水稻12条染色体的遗传图谱。在南京自然光温(高温长日照)环境下检测该群体的抽穗期QTL,结果在第6、7、8及11染色体上发现5个与抽穗期有关的QTL位点,分别命名为q Hd-6、q Hd-7、q Hd-8-1、q Hd-8-2和q Hd-11。其中在q Hd-8-1效应区段内存在已报道的基因DTH8,在其他效应区段内未发现已报道的抽穗期基因。但已报道的Hd1和Ghd7基因分别位于q Hd-6和q Hd-7位点附近,在第6、7染色体检测到的QTL可能来自这2个基因的效应。因此,q Hd-8-2和q Hd-11可能是新的抽穗期QTL位点。[结论]通过遗传图谱构建和QTL位点分析,检测到了新的QTL位点,为下一步精细定位和图位克隆奠定了基础,也为抽穗期的分子标记辅助育种提供了新的基因资源。     

基于单片段代换系的水稻抽穗期QTL上位性互作分析

抽穗期是水稻(Oryza sativa)重要的农艺性状,它决定着水稻品种的地区和季节适应性。本试验利用以华粳籼74为受体亲本发展的带有抽穗期基因的15个单片段代换系为试验材料,通过两两杂交,筛选出15个不同亲本组合的双片段聚合系,结合分子标记辅助选择进行水稻抽穗期QTL鉴定,并研究QTL的聚合及其互作关系。     

利用重组自交系群体在长日照和短日照条件下进行水稻抽穗期QTL分析

在海南岛冬季短日照条件下,分2次种植珍汕97和明恢63构建的重组自交系群体,利用超高密度SNP遗传连锁图检测抽穗期QTL,将结果与武汉夏季长日照条件下7组抽穗期QTL定位结果进行比较,探究长日照和短日照条件下QTL的差异。两地结果的主要差别在于:武汉长日照条件下抽穗期的主效QTL定位在第7染色体着丝粒附近,但该QTL在海南短日照条件下无显著效应;在海南条件下检测到第6染色体物理位置9.12~9.65 Mb处一个效应很大的QTL,在武汉条件下效应不显著。本研究结果进一步完善了该群体抽穗期的遗传研究,增进了对水稻长短日照条件下抽穗期遗传基础的理解。     

水稻数量性状研究进展

分子生物技术的迅速发展和QTL定位方法的日趋完善 ,为水稻数量性状基因 (QTL)的研究提供了基础。大量研究充分地揭示了QTL的基本特征 ,剖析了重要农艺性状的遗传基础 ,从而给水稻品种的遗传改良带来了新的方法。笔者从QTL的定位群体、定位方法、研究现状 ,以及QTL利用等方面 ,对作物数量性状基因的研究进行了综述 ,并对今后的研究提出了一些见解。     

利用BIL群体定位水稻抽穗期QTL及主效位点遗传效应分析

以南粳35和早抽穗品种N22构建的回交重组自交系(BIL)群体为研究材料,对控制水稻抽穗期的QTL进行定位,并利用高代回交群体对检测到的主效位点进行验证。结果表明:利用Win QTLcart 2.5软件共检测到4个控制抽穗期的QTL,分别位于第2、3、10和12染色体上,贡献率为8.25%~21.62%,其中qHd-2的效应值最高,可以解释21.62%的表型变异,随后用N22/南粳35//南粳35高代回交群体对qHd-2功能进行验证,在南粳35背景下qHd-2可以缩短抽穗4.2d,说明qHd-2是N22中控制抽穗期的主效QTL。     

A Process-Based Model for Simulating Phasic Development and Phenology in Rice

A simulation model for phasic and phenological development of rice was developed using the scale of physiological development time, based on the ecophysiological development processes. The interaction of daily thermal effectiveness, photoperiod effectiveness and intrinsic earliness (before heading), and basic filling duration factor (after heading) determined the daily physiological effectiveness, which accumulated to get physiological development time. The Beta and quadratic functions were used to describe daily thermal and photoperiod effectiveness, respectively. Five specific genetic parameters were added to adjust the genotypic differences in rice development so that all different varieties could reach the same physiological development time at a given development stage. The stages of seedling emergence, panicle initiation, heading, and maturity were validated using sowing dates under different ecological environments, with the RMSE of 1.47, 5.10,4.58 and 3.37 days, respectively. The results showed that the model was not only explanatory and systematic but also accurate and applicable.     

小麦抽穗期基因研究进展

抽穗期是小麦品种的重要农艺性状之一,它对于小麦适应不同生态地区和不同环境条件具有至关重要的作用。春化反应、光周期反应和早熟性基因是影响小麦抽穗期的3种重要因素。综述了小麦抽穗期相关基因的定位和克隆,分析了控制小麦抽穗的3类基因性状以便为研究小麦的抽穗期基因提供参考。     

水稻H14显性早熟性的遗传分析

水稻籼粳中间型材料H14具有显性早熟特性,以H14与明恢63、蜀恢881等多个不同类型的中、迟熟品种杂交后代为材料进行早熟性遗传分析。结果显示,各组合F1的抽穗期均与早熟亲本H14相近或更早,H14与明恢63和蜀恢881等的杂交F2和B1F1抽穗期呈双峰分布,从峰谷处进行分组,早熟植株与迟熟植株分离比经χ2测验分别符合3∶1和1∶1,表明H14的早熟性主要受一对显性基因控制。     

Identification and Gene Mapping of Completely Dominant Earliness in Rice

The completely dominant earliness was identified in a genic male-sterile and early maturing indica line 6442S-7. F1 progenies from 6442S-7 crossed with thirteen various types of medium- or latematuring varieties, shared the same heading date as 6442S-7. The segregation of heading date in the F2 and B1F1 populations showed that the earliness of 6442S-7 is mainly controlled by two dominant major genes. The local linkage map of one dominant earliness gene harbored in 6442S-7 was constructed with F2 population and four kinds of molecular marker techniques. The results showed that the gene was located between a RFLPmarker C515 and a RAPD marker OPI 11. 557 on the terminal region of short arm of rice chromosome 3,10.9cM and 1.5 cM from C515 and OPI11. 557, respectively. The genetic distances from the target gene to twoSSR markers, RM22 and RM231, and one AFLP marker, PT671, were 3.0, 6.7 and 12.4 cM, respectively. This gene, being identified and mapped first, is designated tentatively as Ef-cd (t). As a new genetic resource of completely dominant earliness, 6442S-7 has splendid future in rice improvement.     

利用分子标记定位籼稻落粒性QTL

利用2个籼稻品种H359和Acc8558杂交产生的重组自交系群体及相应的分子标记连锁图,采用复合区间定位方法,对籼稻落粒性进行了QTL定位分析.共检测到7个QTL,分别位于第1、2、4、6、7染色体上.这些QTL对表型变异的贡献率在2.49%-9.81%之间,总体可解释39.2%的表型方差.未检测到主效基因.在7个QTL中,有6个来自H359的等位基因均使落粒率降低,这与两亲本间落粒性的差异相吻合.     

基于生长过程的水稻阶段发育与物候期模拟模型

 以水稻发育生理生态过程为基础 ,采用生理发育时间作为定量发育进程的尺度 ,构建了预测水稻顶端发育阶段与物候期的模拟模型。每日热效应、光周期效应及品种的基本早熟性 (抽穗前 )或基本灌浆期因子 (抽穗后 )互作共同决定每日生理效应的大小 ,其累积形成每日的生理发育时间。每日热效应和光周期效应分别选用Beta函数和二次曲线函数来描述 ,并引入 5个遗传参数调节水稻发育的遗传差异 ,使不同类型品种到达特定发育阶段所需的生理发育时间保持恒定。利用不同环境下的播期试验数据对不同类型品种的出苗期、穗分化期、抽穗期和成熟期进行了预测检验。不同类型品种 4个生育期的预测误差RMSE (根均方差 )平均分别为 1.4 7、5 .10、4 .5 8和3.37d ,表明模型不仅具有较强的解释性与系统性 ,且具有较好的预测性和实用性     

水稻完全显性早熟性的发现和基因定位

研究发现早籼核不育系6442S-7具有完全显性早熟特性，它与13个不同类型的中、迟熟品种杂交，F1抽穗期与6442S-7完全相同或十分相近，对F2和B1F1遗传分析表明该早熟性主要受2对显性基因控制，利用F2群体和4种分子标记技术，将6442S-7携带的1个显性早熟基因定位于水稻第3染色体短臂造近端问一侧，该基因与RAPD标记OPI11.557、SSR标记RM22、RM231、RFLP标记C515和AFＬＰ标记ＰＴ６７１的遗传距离分别为１.5、３.0、６.7、１０.9和１２.4cM，该基因系首次发现并定位，暂命名为Ｅf-cd(t).6442S-7作为完全显性早熟性种质资源，对水稻遗传改良具有重要的应用价值。