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%。     

簇毛麦(Dasypyrumvillosum)矮秆突变体的鉴定

为给簇毛麦杂交后代群体中自然突变产生的矮秆突变体在小麦遗传改良中合理有效的利用提供理论依据,对该矮秆突变体的生物学及遗传学特性进行了初步研究。该突变体在苗期与对照植株无明显差异,在成熟期突变体株高30 cm,约为对照株高的1/3。突变株茎的倒一、二节间(最上部的两个茎节)长度分别为对照植株长度的1/9和1/6。细胞学观察表明,突变体的茎节细胞纵向延长受到抑制。此外,该突变株还表现出部分雄性不育,自然结实率低。花粉活力检测发现,突变株可育花粉只有20%,在外施GA3后花粉育性可得到恢复,推测该突变体为赤霉素敏感型矮秆突变体。遗传分析表明,矮秆突变性状受一个隐性基因控制。     

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。     

一个新的水稻小粒矮秆突变基因的遗传鉴定

水稻品系162d是一个新发现的水稻小粒矮秆突变体。通过对221个SSR标记位点的多态性分析证明162d是由蜀恢162突变产生的,162d和蜀恢162是一对近等基因系。对F1和F2代的遗传分析表明162d的矮生性由一对隐性基因控制。该基因的表型特点是株高为正常高度的1/4左右,籽粒为正常大小的1/4左右,结实很差,叶短而宽。该基因对赤霉素GA[sub]3[/sub]敏感,不位于d1基因所在的水稻第5染色体着丝点附近区域。因此,认为162d突变基因是一个新的水稻小粒矮秆基因。     

水稻D1基因新等位突变体的鉴定与功能分析

【目的】株高是作物重要的农艺性状,挖掘株高控制基因并解析其分子功能,可为作物高产育种提供更多有用的基因资源。【方法】利用EMS诱变水稻日本晴获得的矮化突变体d1-11为材料,进行表型和细胞学观察,通过图位克隆的方法鉴定d1-11基因并对基因表达、激素含量和抗旱性进行了分析。【结果】d1-11突变体表现出植株矮化、叶片变短变宽和籽粒形态变圆表型;d1-11突变体叶片中脉萎缩,大脉和小脉数量和面积减少,导致叶片形态变异。d1-11基因被定位到水稻5号染色体R5M15.2和R5M15.8两个分子标记之间;图位克隆结果表明d1-11突变体中D1基因第11外显子和内含子交界处单碱基替换导致基因功能缺失。D1基因在苗期各组织中表达量较高,从分蘖期开始表达量降低;外源脱落酸(ABA)处理24 h后诱导D1基因表达,外源赤霉素(GA)处理抑制D1基因表达,盐胁迫处理24h诱导D1基因剧烈上调表达。d1-11突变体植株GA、油菜素内酯(BR)和生长素(IAA)等激素含量均上升,叶片相对含水量上升、叶片失水速率降低,植株对干旱胁迫抗性显著增强。【结论】鉴定到水稻D1基因新等位突变d1-11,发现d1-11...     

一个新的水稻小粒矫杆突变基因的遗传鉴定

水稻品系162d是一个新发现的小稻小粒矫杆突变体。通过对221个SSR标记位点的多态性分析证明162d是由蜀恢162突变产生的，162d和蜀恢162是一对近等基因系，对F1和F2代的遗传分析表明162d的矮生性由一对隐性基因控制，该基因的表型特点是株高为正常高度的1/4左右，籽粒为正常大小的1/4左右，结实很差，叶短而宽，该基因对赤霉素GA3敏感，不位于d1基因所在的水稻第5染色体着丝点附近区域，因此，认为162d突变基因是一个新的水稻小粒矮杆基因。     

普通小麦品种陕农33矮秆突变体的矮化效应分析

为了解普通小麦品种陕农33矮秆突变体的矮化原因,通过农艺性状调查、茎秆细胞学观察、苗期赤霉素（GA）反应试验、内源激素含量测定和矮秆基因检测,分析了陕农33的13个矮秆突变体植株生长发育、茎秆解剖特征及对GA的敏感性。结果表明,与野生型陕农33相比,矮秆突变体的株高都显著下降,株高的下降与节间数无关,主要是由于节间长度的缩短,其中穗下节和第四节间的降秆效应较大。经进一步细胞学观察,突变体变矮是由茎秆细胞长度减少和细胞变小共同引起的,其中细胞长度减少是主因。从苗期植株对GA₃的反应看,13个矮秆突变体属于赤霉素不敏感型或弱敏感型,说明赤霉素转导途径存在问题,即矮秆突变位点可能在赤霉素转导途径上。从内源激素测定结果看,13个矮秆材料中只有1个材料的茎秆GA₃含量较陕农33略降,其余均增加,而CTK含量均减少,10个材料的IAA含量增加,说明这些材料的株高下降与赤霉素等内源激素代谢变化密切相关。通过矮秆基因检测,13个矮秆突变体和陕农33均含有目前应用范围较广的 Rht-D1b基因,只有两个矮化材料含有 Rht-B1b,因而推测矮秆突变体可能还含有其他致矮相关的基因。     

水稻穗发育基因OsD1功能的初步分析

利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术对一个水稻穗发育相关基因OsD1进行了定点编辑。通过定点编辑载体的构建、水稻愈伤组织的转化、转基因植株的鉴定及突变类型的分析,获得了4株OsD1功能缺失型突变体,其中2株属于纯合突变类型。表型分析发现,OsD1突变体的内外稃出现显著的畸形发育,花粉粒的淀粉充实度降低且颖花不结实,初步推断水稻OsD1基因可能参与花器官的建成和发育。     

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。     

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。     

植物激素及其对水稻植株发育调控的研究进展

随着我国科技力量的飞速发展,科学家们在激素受体基因分离鉴定、激素控制株型以及激素间的相互作用等方面取得了突破性进展,其中生长素(IAA)在协调体内外调节机制中起着不可或缺的作用;细胞分裂素(CTK)可以通过对细胞分裂与分化的调节而参与对水稻生长发育的调控;赤霉素作为植物生长的必需激素之一,调控植物生长发育的各个方面,如:种子萌发,下胚轴的伸长,叶片的生长和水稻开花时间等;脱落酸(ABA)同样也是一种重要的植物激素,受到生物胁迫和非生物胁迫的调控,在水稻对胁迫耐受性和抗性中发挥着重要作用;乙烯(ETH)则是一种多功能的植物激素,它在水稻生长发育和应对生物及非生物胁迫过程中起着重要作用。本文着重阐述了近几年植物激素在生理学研究方面的研究进展,提出了我国在植物激素研究领域的未来发展方向与趋势,同时也展望了植物激素研究对水稻重要农业性状改良的意义。     

Function Analysis of Sucrose Transporter OsSUT4 in Sucrose Transport in Rice

【Objective】The transmembrane transport of sucrose is mainly mediated by sucrose transporters, among which five SUT coding genes have been identified in rice. However, the role of OsSUT4 in the sucrose transport is unclear. 【Method】CRISPR/Cas9 techniques were used to construct ossut4-deleted mutants. The ossut4 mutant was featured by lower plant height and grain yield as well as higher tiller number as compared with wild type plants.【Result】Sucrose and starch accumulation in the leaf of the ossut4 mutants lead to slower net photosynthetic rate; insufficient sugar supply results in the postpone of grain filling. Base on the subcellular and histochemical localization, OsSUT4 was located on the cytoplasmic membrane. Tissue localization showed that OsSUT4 was expressed in the embryo of germinating seed, vascular bundles of coleoptile, glume shell, anthers at flowering stage and aleurone layer of caryopsis at filling stage. 【Conclusion】OsSUT4 plays an important role in sucrose transport.     

Comparison of Effect of Brassinosteroid and Gibberellin Biosynthesis Inhibitors on Growth of Rice Seedlings

Brassinosteroid(BR) and gibberellin(GA) are two predominant plant hormones that regulate plant cell elongation. Mutants disrupt the biosynthesis of these hormones and display different degrees of dwarf phenotypes in rice. Although the role of each plant hormone in promoting the longitudinal growth of plants has been extensively studied using genetic methods, their relationship is still poorly understood. In this study, we used two specific inhibitors targeting BR and GA biosynthesis to investigate the roles of BR and GA in growth of rice seedlings. Yucaizol, a specific inhibitor of BR biosynthesis, and Trinexapac-ethyl, a commercially available inhibitor of GA biosynthesis, were used. The effect of Yucaizol on rice seedlings indicated that Yucaizol significantly retarded stem elongation. The IC_(50) value was found to be approximately 0.8 μmol/L. Yucaizol also induced small leaf angle phenocopy in rice seedlings, similarly to BR-deficient rice, while Trinexapac-ethyl did not. When Yucaizol combined with Trinexapac-ethyl was applied to the rice plants, the mixture of these two inhibitors retarded stem elongation of rice at lower doses. Our results suggest that the use of a BR biosynthesis inhibitor combined with a GA biosynthesis inhibitor may be useful in the development of new technologies for controlling rice plant height.     

Genetic Identification of a New Small Grain Dwarf Gene in Rice

The plant material used in the study was rice line 162d, a new small grain dwarf mutant. Polymorphic analysis of 221 SSR loci demonstrated that 162d derived from a semidwarf variety Shuhui 162 through mutation, and 162d and Shuhui 162 were just a pair of near isogenic lines. Genetic analysis of F1 and F2 populations suggested that dwarfism in 162d was controlled by a single recessive gene. Phenotypic characteristics of the mutant gene were that plant height was about a quarter of normal height, grain size about a quarter of normal size, leaf was short and broad, and seed setting rate was very low,compared with the near isogenic line Shuhui 162. The mutant gene was sensitive to gibberellin (GA3) treatment and did not located on the region near the centromere of rice chromosome 5, where dl gene located. Therefore, it was concluded that the mutant gene of 162d was a new small grain dwarf gene in rice.     

Genetic Identification of a New Small Grain Dwarf Gene in Rice

The plant material used in the study was rice line 162d, a new small grain dwarf mutant. Polymorphic analysis of 221 SSR loci demonstrated that 162d derived from a semidwarf variety Shuhui 162 through mutation, and 162d and Shuhui 162 were just a pair of near isogenic lines. Genetic analysis of Fl and F2 populations suggested that dwarfism in 162d was controlled by a single recessive gene. Phenotypic characteristics of the mutant gene were that plant height was about a quarter of normal height, grain size about a quarter of normal size, leaf was short and broad, and seed setting rate was very low,compared with the near isogenic line Shuhui 162. The mutant gene was sensitive to gibberellin (GA3) treatment and did not located on the region near the centromere of rice chromosome 5, where dl gene located. Therefore, it was concluded that the mutant gene of 162d was a new small grain dwarf gene in rice.     

利用CRISPR/Cas9技术编辑AFP1基因提高水稻耐逆性

目的 为鉴定水稻AFP1在非生物胁迫响应中的作用,创制非生物胁迫抗性的水稻新材料。方法 以优异籼稻恢复系华占为转化受体,利用CRISPR/Cas9技术创制afp1突变体,并对afp1突变体的耐逆性进行初步鉴定。结果 AFP1靶点1和靶点2的编辑效率分别为66.67%和75.00%。所有突变株系中,突变类型仅有插入和缺失突变,90%突变株系的突变长度为小片段突变（<5bp）。获得了6种无转基因成分的afp1纯合突变体。正常条件下,afp1突变体株高和结实率降低,有效分蘖增加,穗长显著升高,单株产量在-4.06%和11.75%之间变化。和野生型相比,afp1突变体的ABA敏感性和叶片水分散失率降低,耐干旱、热和渗透胁迫能力提高。结论 编辑AFP1基因可提高水稻多种非生物胁迫抗性。     

STE20L4促进拟南芥下胚轴伸长的机制研究

下胚轴伸长是高等植物进行正常生命活动的保障,下胚轴的伸长协助植株破土而出并由异养转变为自养生长。本研究通过对一系列拟南芥突变体材料进行下胚轴观察,鉴定到一个具有短下胚轴的突变体ste20l4,并对其调控下胚轴伸长的分子机制进行初步探索。结果表明：STE20L4编码与酵母中STE20同源的丝裂原活化蛋白激酶,在MAPK级联信号通路中作为MAP4K激活下游的MAP3K。基因型鉴定和半定量结果显示,ste20l4-1、ste20l4-2均为功能缺失的突变体。通过表型观察,ste20l4突变体无论在长日照（16 h光照/8 h黑暗）、短日照（8 h光照/16 h黑暗）及黑暗（24 h黑暗）条件下与野生型相比均呈现出短的下胚轴。细胞学结果显示,突变体ste20l4短的下胚轴是由于其细胞长度的变短而不是细胞数目的变化导致的。植物激素赤霉素可促进下胚轴的伸长,对其处理的敏感性可作为是否参与GA信号转导途径的判断方法。在不同梯度浓度的GA处理（0、0.5、1、2、5 µmol/L）下,ste20l4突变体与野生型相比下胚轴伸长作用不明显。多效唑（PAC）是内源GA合成的抑制剂,随着不同梯度浓度的PAC处理（0、0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5 µmol/L）,ste20l4突变体下胚轴伸长的抑制作用相对于野生型不明显。上述生理学结果表明,STE20L4参与到GA信号转导通路中调控拟南芥下胚轴的生长发育。将STE20L4蛋白与荧光标签融合后转染烟草或拟南芥原生质体观察其亚细胞定位,结果表明STE20L4在细胞膜和细胞质中均有表达。对野生型、ste20l4突变体中进行一系列GA下游与下胚轴伸长相关基因的RT-qPCR检测,结果表明XTH17、EXP2、PRE1、PIF4、YUC2和SAUR19基因的转录水平在ste20l4突变体中明显下调,即STE20L4可能通过间接调控这些下游基因的表达参与下胚轴的伸长。综上,STE20L4参与GA信号转导通路,且通过促进GA下游下胚轴伸长相关基因的表达调控下胚轴的伸长。本研究初步阐述了STE20L4调控植物下胚轴伸长的分子机制,为进一步研究MAPK与GA互作调控植物生长发育提供参考。     

印度梨形孢对水稻的促生作用及其机理的初探

印度梨形孢(Piriformospora indica)是一种能与植物建立互惠共生关系的根部内生真菌,能促进植物生长,增加作物产量。为了研究印度梨形孢对水稻生长发育的影响,将印度梨形孢与籼稻苗共培养后,分析印度梨形孢对水稻植株高度、生物量、分蘖数、抽穗期、穗粒性状、叶绿素含量、硝酸还原酶活性、根系活力以及生长相关调控基因表达水平的影响。结果显示,接种印度梨形孢的水稻株高、地上部干鲜质量、分蘖数、硝酸还原酶活性和根系活力显著高于对照;与对照相比,印度梨形孢定殖的水稻植株抽穗期提前4~6d;印度梨形孢处理第3、4周后,叶片叶绿素含量比对照分别增加了19.77%和17.89%。RT-PCR分析表明,印度梨形孢定殖的水稻植株叶片中生长素相关调控基因OsIAA13和YUCCA的上调表达,表达量分别为对照的1.49倍和1.30倍;负调控水稻生长的NRR基因表达量为对照的58%。印度梨形孢促进水稻地上部的生长与叶绿素含量、硝酸还原酶活性、根系活力和生长相关调控基因的表达有关,印度梨形孢可能通过提高光合速率、增强水稻对矿质营养的吸收与利用和诱导生长素的分泌,促进水稻地上部的生长。