籼型水稻新半矮秆基因的发现与初步研究

从中籼品种9311中发现了1个矮秆突变体矮93,遗传分析表明,其矮秆突变性状受1对不完全隐性基因控制,野生型对突变型的显性度为0.31,将该基因暂定名为sd-m。对野生型与突变型配制的4对杂交组合进行对比,发现突变型对杂种一代的株高有明显矮化作用(平均矮8.8 cm),粒重降低,有效穗增加,对产量和其它农艺性状没有显著影响,具有较大的育种利用价值。     

玉米矮秆突变体Hii-015的鉴定及主要性状配合力分析

以新的玉米矮秆突变体Hii-015、野生型W015和16个玉米自交系为材料,分析矮秆突变体Hii-015的表型特征、遗传方式和主要性状的配合力,探讨玉米矮秆基因的发掘与利用。结果表明,细胞长度缩短导致突变体Hii-015植株矮化,突变体Hii-015除植株矮化外,其经济性状与野生型W015比无明显变化;单隐性基因控制突变体Hii-015的矮秆突变性状,突变体Hii-015是能稳定遗传的矮生型;矮秆突变体Hii-015的株高、穗位高、节间长度和节间数的一般配合力呈现最大的负效应,主要经济性状行粒数、百粒重和单株产量的一般配合力呈现正效应。突变体Hii-015是优良的玉米矮秆育种材料。     

水稻矮秆小粒突变体潇湘矮的特征特性及其遗传鉴定

潇湘矮是在杂交籼稻组合93d72//湘/晚籼1号//桂朝2号/鉴7-4后代分离群体中发现的水稻矮秆小粒新突变体,株高55 cm左右,千粒重11 g左右,每穗总粒数198粒,结实正常,苗期对外源赤霉素(GA3)敏感,抽穗期不敏感。遗传分析表明,潇湘矮的矮生性由2对独立遗传的隐性半矮秆基因控制,其中1对为已知的半矮秆基因sd-1,另1对为未知的sd-t4。sd-t4单独存在时植株表现为半矮秆小粒,与sd-1共同存在时植株表现为矮秆小粒。     

粳型水稻显性半矮秆突变体的发现与初步研究

 在中粳杂交组合“M9056 × R8018选”的F6 选种圃中，发现半矮秆突变单株。以纯合半矮秆单株为父、母本， 与稳定野生型高秆单株进行正、反杂交。种植 P1 、P2 、F1、F2 世代群体。结果表明F1 植株与半矮秆亲本基本相同， 仍然表现半矮秆。 说明该半矮秆突变材料的矮生性表达为显性， 无细胞质效应。F2 群体植株株高性状发生分离，其分离比符合一对等位基因的遗传模式，说明该半矮秆材料的矮生性表达受一对核基因控制。     

水稻半显性矮秆基因Si-dd1的表型分析和精细定位

以粳稻品种日本晴在组织培养过程中分离出来的一个半显性矮秆突变体Si-dd1为研究对象,通过形态学分析,发现与野生型日本晴相比,矮秆Si-dd1(AA)和半矮秆Si-dd1(Aa)植株的株高降低。结实率下降,生育期延长,一次枝梗和二次枝梗增加。激素处理结果表明突变体Si-dd1(AA)与野生型对油菜素内酯反应基本相同,而在高浓度赤霉素处理下,突变体Si-dd1(AA)表现为一定程度上的钝感。Western blot对GID2表达量分析也确定这一结果。组织切片实验表明,突变体Si-dd1(AA)相对于野生型叶片主脉气孔变小,叶肉细胞增多,茎维管束数目增加。遗传分析结果表明该突变体基因受一对核基因控制。进一步利用分子标记将该基因定位在水稻第6染色体约244 kb区间内,目前该区段并未发现已报道的矮秆相关基因。     

新的玉米显性矮秆基因的发现及初步分析

玉米杂交种CL1077中的矮秆突变体52333与5个高秆自交系进行杂交,对P1、P2、F1、F2、BC1和BC2群体株高变异进行分析。结果表明,正反交杂种F1均表现为矮秆,没有显著差异;F2代矮株与高株的分离比为3∶1,杂种F1与高株自交系回交后代的分离比为1∶1,与矮秆突变体回交的后代全为矮株,证明该矮秆材料的矮秆性状受一对显性矮秆基因控制,且不受细胞质的影响。对纯合矮秆植株及杂种F1芽期和苗期进行赤霉素处理,结果表明,此矮秆基因对赤霉素敏感,表明与以前报道的所有矮秆基因不同,此矮秆基因可能是一新的矮秆基因,并将此矮秆基因初步定名为D(t)。     

水稻花器官数目突变体fon6的研究初报

fon6是在籼稻恢复系乐恢188/明恢62杂交F3代发现的花器官数目突变体,表型分析结果表明:该突变体小花颖壳畸形扭曲、内颖长于外颖不闭合;每朵小花内外颖壳总数目2～4片;雄蕊数目为1～14枚;雌蕊数目增加,子房数目2～6个,胚囊畸形。突变体套袋自交结实率为14.06%,花粉活力较高,平均花粉可染率为91.86%。自交种子能正常萌发成苗,突变性状表现稳定的遗传特性。以突变体为父本分别与蜀恢527、明恢63杂交,F2代群体中正常株与突变株的分离均符合3∶1的比例,F3代及BC1F2代进一步的观察与统计结果均表明,该突变性状受1对隐性核基因控制,将该突变基因暂定名为fon6(floral organ number6)。     

水稻显性半矮秆基因对株高表达的影响及其对GA3的敏感性

对具有显性半矮秆基因的6对高矮秆近等基因系的株高表达特性进行了比较。水稻显性半矮秆基因抑制了茎秆节间的伸长,矮秆系倒4～5、3、2、1节及穗长分别为高秆系的97.2%、53.3%、65.1%、61.9%和94.7%。通过对Y98149（突变体）和Y98148（野生型）在苗期和成株期对GA3反应的研究,发现Y98149较Y98148对外源赤霉素更敏感;内源赤霉素测定结果显示显性半矮秆突变体内源赤霉素含量较低,是野生型的78%。     

矮秆小粒水稻潇湘矮的形态学与分子遗传学分析

【目的】研究揭示潇湘矮矮秆小粒的遗传机制,为潇湘矮的育种利用提供理论基础。【方法】利用水稻育种过程中自然突变而得到的稳定遗传的矮秆小粒水稻材料潇湘矮,对其进行农艺性状考查、赤霉素(GA_3)和油菜素内酯(BR)敏感性分析、遗传学分析,并利用潇湘矮与其近等基因系NIL(NIP)衍生的F_2群体对控制矮秆小粒的基因xxa进行图位克隆,最终利用转基因互补试验验证候选基因。【结果】潇湘矮除表现为矮秆小粒外,其穗长变短,穗型紧凑,千粒重极显著下降。不同浓度梯度的赤霉素(GA_3)和油菜素内酯(BR)处理,发现潇湘矮对GA_3部分敏感,而对BR不敏感。遗传分析发现其符合孟德尔3∶1分离规律。图位克隆将xxa基因定位于第5染色体In Del标记F81和F82之间约70 kb区间的物理距离内。该区间包含8个开放阅读框(ORF)。其中,第5个ORF(LOC_Os05g26890)被注释为水稻株高基因D1。序列分析发现,潇湘矮的D1基因在第5和12外显子分别有1个碱基的无义替换和3个碱基的缺失,其中第12外显子3个碱基的缺失导致1个赖氨酸的缺失。转基因互补显示D1可以恢复潇湘矮的表型。【结论】潇湘矮控制株高的途径可能与GA_3代谢有关;潇湘矮矮秆小粒表型符合单隐性核基因控制的遗传规律;潇湘矮矮秆小粒性状是由D1基因突变所致。     

一个水稻分蘖角度突变体tac2的遗传分析和基因初步定位

  水稻散生突变体tac2是以恢复系缙恢10号为材料经甲基磺酸乙酯（EMS）化学诱变所得。该突变体苗期表型正常,分蘖期株型松散,分蘖角度较野生型显著增大,株高明显降低。外源赤霉素处理可以使该突变体株高恢复,但分蘖角度不受影响。遗传分析表明该突变性状受1对隐性主效基因控制。利用分子标记将该基因初步定位于第9染色体上的RM3320与RM201之间,遗传距离分别为19.2和16.7 cM。     

一个新的水稻半矮化小穗突变体的遗传分析与基因定位

 从粳稻中花 11转基因后代中发现了一个半矮化小穗突变体,表现为植株半矮化、生长势弱、半包茎穗、穗型变小等特点,将其命名为sd sp2(semi dwarf and small panicle 2)。遗传分析显示,该突变体表型受1对隐性核基因控制。以sd sp2突变体为母本与龙特甫B杂交构建F2分离群体,将该基因定位在水稻第6染色体的RH6 32和RH6 40之间的116 kb的物理距离内。通过水稻基因组注释系统在此区域预测到14个开放阅读框,未发现与已报道穗型发育相关基因的同源基因。     

水稻白条纹突变体st13的表型分析及基因定位

【目的】叶色突变相关基因鉴定和克隆有助于研究光合作用,补充并完善叶绿体发育机理和色素合成代谢途径,为开展水稻的高光效育种提供理论依据。【方法】从粳稻品种Dongjin的组培后代中分离出一个白条纹突变体st13,成熟期测定野生型和st13的主要农艺性状,苗期测定色素含量并观察叶绿体的超微结构;将st13和Dongjin进行正反交,观察F_1植株表型,并对F_2表型分离进行卡方检验,对st13进行遗传分析;利用st13×南京11(籼稻品种)的F_2和F_(2:3)群体,对st13突变基因定位;采用qPCR分析叶绿体发育和叶绿素合成相关基因在st13与野生型相对表达量。【结果】与野生型Dongjin相比,该突变体的株高、单株有效穗数、穗长、结实率和千粒重等主要农艺性状显著下降。苗期的色素含量降低,分蘖期无差异。突变体的叶绿体中既有含丰富的类囊体膜结构的正常叶绿体,也存在无类囊体结构的叶绿体。遗传分析和基因定位结果表明,st13的突变表型受1对隐性核基因控制,突变基因位于第3条染色体长臂InDel(Insertion-Deletion)标记I3-21和I3-22之间。进一步在这两个标记之间设计了6对InDel标记,最终将基因定位在94kb区间内,此区间共有8个候选基因。【结论】这8个候选基因中,有5个假定的蛋白,其他三个都是有功能注释的蛋白,而这三个蛋白在水稻中均未见报道,因此,st13突变是由一个新的叶色基因突变引起的;同时st13中叶绿体发育、叶绿素合成和光合系统相关基因的表达也发生了显著改变,推测ST13可能是调控叶绿体发育的关键基因。     

黑麦染色体1R和5R单体附加诱导的小麦和黑麦染色体的变异和易位

利用普通小麦品种绵阳11作母本,抗病的威宁黑麦(Sceale cereale L.)作父本,在其杂交和回交后代中分别鉴定出一个1R和5R单体附加系。为获得新的1BL·1RS初级易位系以及小麦-黑麦5R染色体易位,采用基因组原位杂交和荧光原位杂交相结合的方法,对1R和5R单体附加系的自交后代进行了鉴定。在1R单体附加系的后代中,筛选到一个纯合1R(1B)染色体代换系和一个新的纯合1BL·1RS初级易位系。该1R(1B)代换系表现出比小麦亲本较差的农艺性状;新1BL·1RS初级易位系表现出比其小麦亲本更好的农艺性状以及条锈病和白粉病抗性,而且穗粒数显著增加,是高产抗病小麦育种的新资源。在5R单体附加系的后代中,筛选出一个涉及3BS染色体片段与5RL的易位,发生易位的植株占分析植株总数的1.89%。5R染色体单体附加极其不稳定,在一个世代交替中完整的5R染色体传递率仅有28.3%。除自身的不稳定外,5R染色体单体附加同时导致小麦染色体7B、3B和4D的断裂和丢失,总变异频率达到15.09%;尤其对7B染色体影响较大,含7B染色体变异的植株占分析植株总数的11.32%。5R染色体单体附加诱导的小麦和黑麦染色体的高度不稳定现象值得进一步研究。     

甘蓝型油菜与诸葛菜属间杂交F12群体的品质及遗传分析

以甘蓝型油菜（AACC,2n=38）品种Oro与诸葛菜（OO,2n=24）属间杂交F4世代中出现的五倍体单株（AACCO,2n=50）为起始材料连续自交选育、鉴定,直至获得F12群体。各F12株系间表现一定的形态差异, 但株系内植株形态特征一致。细胞学观察表明85.3%的F12单株具有与甘蓝型油菜相同的染色体数目,花粉母细胞(PMCs) 减数分裂中正常配对和分离;其余植株的染色体数目分别为37、39和40;红紫色植株在减数分裂中有落后染色体,四分体时期会出现微核。基因组原位杂交(Genomic in situ hybridization,GISH)分析未检测出整条的诸葛菜染色体;但AFLP分析表明存在渗入的诸葛菜DNA片段。F12植株的脂肪酸组成及硫苷含量表现较大的变异, 有的植株油酸含量高于Oro而硫苷降低。     

水稻白条纹叶突变体st11的遗传分析与基因定位

白条纹叶突变体st11是从粳稻品种Kitaake组培过程中获得的。该突变体在分蘖前叶色表现为正常,从分蘖期开始新生叶表现为白条纹直至成熟期。与野生型相比,该突变体的分蘖、株高、结实率和千粒重等农艺性状没有发生明显变化。遗传分析表明该突变体白条纹叶性状受一对隐性核基因控制。利用该突变体分别与水稻02428、Jodan杂交构建了两个F2群体用于基因定位。通过集群分离分析(bulked segregant analysis)发现该基因位于第1染色体端粒附近,并与分子标记RM151和RM10080连锁。进一步利用更多分子标记分析F2群体,我们将该基因定位于I10和I26两个标记之间大约270kb的区间内。     

水稻矮化少蘖突变体dlt3的基因定位和蛋白质组学分析

目的 株高是农作物的重要农艺性状之一。导致株高变矮的原因很多,最受关注的是赤霉素(GA)和油菜素内酯(BR)对株高的影响,其调控机制的阐明对于植物科学基础研究及遗传育种研究均具有重要意义。方法 利用γ射线诱变水稻材料9311,获得一个矮化少蘖突变体,命名为dlt3 (dwarf and low-tillering 3),通过形态学调查手段分析dlt3突变体的株高、分蘖数、叶夹角、叶形态和结实率等性状,通过叶枕部位的伸直情况和α-淀粉酶活性检测分析其对外源BR和GA应答的敏感性,通过构建遗传群体和筛选分子标记对其进行基因定位,并利用基于iTRAQ的定量蛋白质组学技术分析dlt3突变体的蛋白质组表达谱。结果 表型分析显示dlt3突变体具有半矮化、少分蘖、叶夹角减小、叶表面皱褶、叶形变短变宽和结实率降低等多个突变表型;突变体对GA正常应答,而对BR处理表现为不应答。遗传分析显示dlt3突变因单个基因隐性突变导致;利用分子标记将dlt3基因定位在第6染色体标记RM2615和R6M14之间。定量蛋白质组学分析在dlt3突变体中鉴定到330个差异表达蛋白,包括222个上调和108个下调表达蛋白。其中,4个差异表达蛋白与BR信号途径直接相关;多个差异表达蛋白与水稻株高或生长发育调控直接相关;此外,多个差异表达蛋白,如丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、Ca²⁺结合蛋白和锌指结构域蛋白等在dlt3突变体中大量富集。结论 dlt3是一个BR不敏感的矮化少蘖突变体,DLT3基因突变引起BR信号途径的异常,进而可能导致胞内蛋白磷酸化信号转导和转录激活途径受到广泛影响,从而引起植株生长发育等多方面性状异常。     

普通小麦-华山新麦草衍生后代的细胞学特点及GISH分析

为了研究华山新麦草染色体在小麦-华山新麦草各衍生世代中的遗传规律并建立一套小麦-华山新麦草异源附加系,对小麦-华山新麦草BC1F2到BC1F5共315个植株进行细胞学检测和GISH分析,结果表明,染色体数目分布范围为40～54,2n≥43的植株有223株,占总观察株数的70.79%;早代植株携带华山新麦草染色体的概率较高,植株染色体数目多大于44,随着自交代数的增加,外源染色体丢失的概率也在增大.因而在选育小麦-华山新麦草异附加系时,在BC1F4和BC1F5世代选择效果较好;通过对染色体数目2n=44的42个植株进行GISH分析,筛选出39个二体附加植株.     

小麦单细胞再生植株后代染色体与DNA变异的初步研究

为了使体细胞无性系变异更好地应用于作物品种改良,以小麦单细胞培养再生植株后代为材料,研究了其染色体和DNA的变异.结果表明,再生植株后代与未经培养的亲本相比,花粉母细胞减数分裂染色体行为发生异常,终变期染色体数目和体细胞染色体数目发生变化,而且早期世代变异幅度大.但随着繁殖世代的增加,花粉母细胞减数分裂染色体行为和体细胞染色体数目的变化渐趋稳定,至第五代基本稳定.对农艺性状已稳定的再生植株第九代不同株系总DNA进行RAPD-PCR扩增,结果表明,不同株系与未经培养的亲本相比在DNA水平上存在变异,出现亲本特异性谱带缺失,该类株系表现为矮秆、早熟.     

水稻淡绿叶基因PGL11的鉴定与精细定位

【目的】叶片是水稻进行光合作用的主要场所,叶片颜色的变化与水稻的生长发育直接相关。发掘水稻叶色突变体,是水稻功能基因组学研究的重要遗传基础。【方法】利用EMS诱变日本晴获得一个能稳定遗传的淡绿叶突变体,暂命名为pgl11(pale green leaf 11)。在不同生育期测定野生型与突变体的叶绿素含量。在苗期,取野生型与突变体叶片进行叶绿体结构的透射电镜观察。在分蘖期,测定野生型与突变体的光合参数并观察气孔结构。在成熟期,测定野生型和pgl11的主要农艺性状。以pgl11为母本,南京6号为父本构建相应的F2群体,采用图位克隆的方法,对该基因进行定位。【结果】从苗期开始,突变体pgl11的每一片新叶均表现为淡绿色,叶绿素含量显著降低,叶绿体发育异常。随着叶片的生长,叶色由淡绿逐渐转绿,至抽穗期时叶绿素含量亦无明显差异。pgl11还表现光合速率、气孔导度明显下降,胞间CO_2浓度上升。扫描电镜观察发现,突变体pgl11的气孔发育异常。与野生型相比,突变体的农艺性状如株高、剑叶宽、二次枝梗数、每穗粒数、粒长、粒宽、千粒重以及结实率等均显著降低。对叶绿素合成、光合作用以及质体发育相关基因的表达量测定表明,突变体pgl11中参与叶绿体转录和翻译相关基因的表达量显著升高,而叶绿素合成和光合作用相关基因的表达量显著下降。遗传分析表明,该突变表型受一对隐性核基因控制。通过图位克隆的方法将该基因定位于第1染色体上的C6和C8标记之间,物理距离约为110 kb。【结论】该定位区间内未见有叶色相关基因报道,推测PGL11基因可能是一个新的水稻叶色基因。     

水稻矮秆多分蘖突变体mz3的遗传分析和基因定位

通过EMS诱变粳稻品种中花11获得一个稳定遗传的矮秆多分蘖突变体mz3。遗传分析表明该突变性状受一对隐性基因控制,并利用mz3与籼稻品种南京11杂交建立的F2群体,将该基因定位在水稻第6染色体长臂上的SSR标记RM19353与RM510之间约747kb范围内。由于该区间包含控制水稻株高和分蘖的D3基因,结合表型分析,推测突变基因与D3可能为一对等位基因。设计7对引物分别对中花11与突变体mz3的基因进行测序,结果显示,与中花11相比,D3基因在mz3中第636位核苷酸由G突变为A,使得编码色氨酸的密码子TGG突变为终止密码子TGA,导致翻译提前终止。进一步对定位群体中10个隐性极端个体测序,结果显示所有极端个体都带有该突变位点。亚细胞定位结果表明,突变体编码的D3蛋白与野生型一样定位在细胞核中,荧光双分子互补试验结果表明,突变体D3蛋白不能与D14蛋白发生互作,推测突变体编码的D3截短蛋白缺少了与D14互作的氨基酸序列,从而阻碍了独脚金内酯信号传递。因此,mz3表型很可能由D3基因突变引起。