CRISPR/Cas9系统编辑水稻Wx基因

【目的】 直链淀粉含量与稻米品质密切相关。Wx基因是控制水稻直链淀粉合成的主效基因,通过对Wx基因定点编辑以获得稳定遗传、直链淀粉含量适宜的突变体。【方法】 构建CRISPR/Cas9表达载体pGK03-Wx-gRNA (靶点1和2分别在Wx基因第1和第2外显子),利用工程菌EHA105遗传转化超级稻楚粳27,潮霉素筛选获得转化株系,对转化株系及其后代进行分子检测、测序、基因表达和遗传稳定性分析以及直链淀粉含量测定。【结果】 获得9个独立的T₀代转化株系,靶点1(L1~L5) 5个株系,突变频率100%,靶点2(L6~L9) 4个株系,突变频率75%。由T₀代突变体衍生出T₁和T₂代株系,测序发现T₀、T₁和T₂代株系出现缺失(单、双、多碱基缺失)和单碱基插入两种突变类型;T₀至T₁代部分株系(L1、L2、L3和L6)发生再编辑,T₁至T₂代遗传稳定。与野生型相比,突变株系RNA水平Wx基因表达量显著下降(P<0.01),稻米直链淀粉含量显著降低(P<0.01),从17.5%降到1.93%。【结论】 利用CRISPR/Cas9系统成功编辑水稻Wx基因,获得了稳定遗传、低直链淀粉含量的突变体,为稻米品质改良提供了材料。     

一个用甲基磺酸乙酯诱导的低直链淀粉含量的面包小麦突变体

用甲基磺酸乙酯(EMS)处理诱导出具低表观直链淀粉含量的面包小麦(Triticum aestivum)突变体。此突变体的表观直链淀粉含量范围为14.0％—16.7％,约为农林61(26.5％)的一半,这个突变体的低直链淀粉含量的特性是可以遗传的。     

云南软米在四川的品质特征研究

引进云南软米品种（系）毫目吕、F4—67在四川的4个不同生态点种植,通过对稻米品质进行分析,结果表明,软米米质与不同直链淀粉含量的粘稻和糯稻有着较大差别,软米外观多表现为半透明,碱消值较高（7级）,直链淀粉含量较低（11．1％）,胶稠度较低（41．5％）,蛋白质含量较高（11．0％）。对软米淀粉RVA谱分析表明,软米峰值RVU低于粘稻高直链淀粉含量类型品种（系）,部分品种低于低直链淀粉含量粘稻品种（系）,高于糯稻;谷值RVU低于粘稻品种（系）,高于糯稻;崩解值RVU高于糯稻,低于粘稻低直链淀粉含量类型品种（系）,部分品种高于粘稻高直链淀粉含量类型品种（系）;终值RVU介于粘稻和糯稻之间;回冷值RVU介于粘稻和糯稻之间。软米与高、低直链淀粉含量的粘稻进行判别分析,结果表明,透明度、胶稠度、直链淀粉含量和淀粉粘滞性终值RVU四个指标可以作为软米、低直链淀粉含量粘稻和高直链淀粉含量粘稻的判别因子,判别正确率达100％。     

部分亚洲稻品种胚乳直链淀粉含量分析

本研究分析了来自印度、斯里兰卡、中国云南、孟加拉、缅甸和印度尼西亚的204个水稻品种胚乳直链淀粉含量。结果表明:(1)大部分来自印度、斯里兰卡和孟加拉的水稻品种胚乳直链淀粉的含量较高,而来自中国云南、印度尼西亚和缅甸的水稻品种,胚乳直链淀粉的含量变化较大;(2)大部分粳稻品种胚乳直链淀粉含量较低,部分为糯性胚乳;虽然部分籼稻品种为糯性胚乳或低直链淀粉含量,但大部分籼稻品种直链淀粉的含量较高。     

高压诱变小麦突变体籽粒淀粉积累的动态变化

为了解高压诱变小麦突变体籽粒灌浆过程中的淀粉积累特性,以未经高压处理的偃展4110纯系为对照,对经过高压诱变处理(120MPa,8h)获得的偃展4110突变株系高压2、高压3、高压5、高压9和高压11的籽粒形成过程中淀粉含量的动态变化进行了分析。结果表明,突变株系籽粒总淀粉、直链淀粉、支链淀粉含量均呈"S"型曲线变化;总淀粉、直链淀粉、支链淀粉积累速率表现为"抛物线"型曲线变化,花后15~20d为籽粒总淀粉、直链淀粉、支链淀粉含量增加最快的时期;高压2、高压5的总淀粉、直链淀粉、支链淀粉含量高于对照,高压9低于对照;成熟期高压2和高压9的总淀粉含量分别为80.99%和73.05%,与对照(77.38%)差异显著(P0.05),说明高压诱变对淀粉积累有影响。不同样品之间总淀粉、直链淀粉、支链淀粉含量变化速率存在显著差异(P0.05),对照的总淀粉、支链淀粉峰值速率高于其他突变株系;高压2和高压5的直链淀粉峰值速率明显高于对照。     

早籼稻品质分析及其遗传初探

本文按照国家规定的优质食用稻米的标准和测定方法,分析了11个早籼稻品种(品系)的稻米外观品质、蒸煮品质和营养品质。结果表明,本组培育的乌珍1号、乌珍5号的多数品质性状和711、713的全部品质性状都达到了农牧渔业部优质食用稻米标准。在性状遗传方面胶稠度可能受一对主基因控制,硬对软为显性。粒长、粒型、直链淀粉、蛋白质含量受多基因控制属于数量性状遗传,并与环境互作。高、低直链淀粉含量的品种间杂交,可以得到中等直链淀粉的后代。     

富含抗性淀粉水稻突变体的淀粉特性

 从杂交水稻优异恢复系R7954诱变筛选了1个富含抗性淀粉的突变体RS111。该突变体热米饭中抗性淀粉的含量高达7.0%，是其野生型的2.4倍。突变体的淀粉颗粒形态、DSC和多晶衍射的曲线和参数与野生型明显不同，表现为淀粉颗粒大小较为一致，圆形和卵形淀粉颗粒所占比率较高，溶晶起始温度(TO)、最高温度(TP)、回落温度(TC)、焓变(ΔHGEL)及结晶度更低。突变体的表观直链淀粉、粗脂肪和粗纤维的含量显著提高。     

高直链淀粉突变体Goamy2的淀粉糊化特性及淀粉结构分析

以高直链淀粉及突变体材料Goamy2及其野生型亲本Ilpumbyeo米粉为材料,比较了它们在理化性质和糊化特性上的差别,并通过体积排阻色谱(Size Exclusion Chromatography,SEC)分析其水溶性和不溶性淀粉组成结构差别。从冷水溶性成分来看,Goamy2主要以小分子DP141～DP2(DP为聚合度)为主,而Ilpumbyeo中带分支的链DP4100～DP64也就是相对大分子所占的比例较高,达到33.3%。从热水溶性淀粉成分来看,突变体Goamy2直链淀粉和支链淀粉的比例大致为4∶1,而Ilpumbyeo直链淀粉和支链淀粉比例大致为1∶1。至于两个材料的热水溶性支链淀粉链长分布,长短链比例差别较大,Goamy2长短链比率为0.67,而Ilpumbyeo为0.32。从热水不溶性成分来看,两个材料均以支链淀粉为主,直链淀粉所占的比例很低,均不到5%。热水不溶性支链成分的链长分布中,野生型亲本Ilpumbyeo以短链为主,短链所占的比例高达72.5%,而突变体Goamy2短链和长链几乎各占一半。     

小麦籽粒淀粉含量的QTL定位及效应分析

为深入了解小麦籽粒淀粉含量的遗传特性和QTL效应,选择淀粉含量差异较大的小麦品种M344和武春3号杂交,创制F2∶3群体,并利用973对SSR引物对小麦籽粒总淀粉、直链淀粉和抗性淀粉含量进行基于混合线性模型的QTL定位及效应分析。构建了包含有163个标记的遗传连锁图谱,分布于18条染色体,连锁图谱总长度为1 622.5cM,标记间平均距离为9.95cM。QTL分析表明,共检测到4个主效QTL和12对上位性QTL,涉及1B、2B、2D、4A、5D、6A和7A等16条染色体。其中,抗性淀粉含量上位性QTL3对,总淀粉含量上位性QTL 4对,直链淀粉含量上位性QTL 5对,总贡献率分别为8.34%、17.50%和8.13%。总淀粉和直链淀粉含量各检测到1个加性QTL,抗性淀粉含量检测到2个加性QTL,贡献率分别为5.34%、8.49%、11.47%、12.53%。研究发现,2B染色体Xwmc453.3~Xcfd44.2标记区间的QTL位点同时影响抗性淀粉和总淀粉含量,2D染色体Xgwm296~Xgwm455.2标记区间的QTL位点同时影响抗性淀粉和直链淀粉含量,7A染色体Xwmc488.1~Xwmc488.2标记区间的QTL位点同时影响直链淀粉和总淀粉含量。     

水稻粉质皱缩胚乳突变体fse4的表型分析与基因克隆

【目的】水稻种子主要以淀粉形式储藏能量。淀粉合成需要多种酶类和调控因子参与，机制较为复杂。本研究利用水稻胚乳发育缺陷突变体，克隆和鉴定新的调控淀粉合成相关基因，旨在为研究淀粉合成及其调控提供理论依据。【方法】从化学诱变剂甲基亚硝基脲（1-methyl-1-nitroso-urea, MNU）处理的宁粳3号(Ningjing 3, WT)突变体库中筛选到一个能稳定遗传的胚乳粉质皱缩突变体，命名为fse4 (floury and shrunken 4 )。与籼稻品种Dular杂交获得F1种子（F2），通过图位克隆的策略确定FSE4候选基因。利用杂合植株（FSE4fse4）分离出的粉质种子，观察形态学特征，分析其理化性质。使用扫描电镜和半薄切片技术观察胚乳结构。使用qRT-PCR和免疫印迹分析淀粉合成相关基因表达模式和淀粉合成相关酶类的蛋白积累量。利用全自动氨基酸分析仪测定成熟胚乳各氨基酸含量。【结果】突变体fse4籽粒宽度、厚度以及千粒重显著下降，同时胚乳中总淀粉、总蛋白、直链淀粉含量亦显著下降，而脂肪含量显著上升；淀粉黏度、崩解值和消减值显著低于野生型。突变体fse4中多为单粒型淀粉颗粒，且排列分散。FSE4定位于第5染色体长臂约252 kb的区间内，测序发现编码Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶基因 （Delta 1-pyrroline-5-carboxylate synthetase, P5CS）第1外显子上发生单碱基替换，导致一保守的氨基酸发生变异。突变体fse4中大部分淀粉合成相关基因表达量下调，多种淀粉合成相关蛋白积累量减少。突变体fse4米粉中多种氨基酸含量发生显著变化，游离氨基酸含量是其野生型的3.6倍。此外，外源喷施脯氨酸能部分恢复突变体fse4种子萌发缺陷表型。【结论】FSE4编码脯氨酸合成关键限速酶P5CS，该基因对胚乳中氨基酸的合成及代谢起重要的调控作用，并影响淀粉的合成与积累。     

中国大麦种质资源Wx蛋白分析及糯大麦分子标记验证

利用1D-SDS-PAGE分析了中国167份不同直链淀粉含量类型的大麦种质资源Waxy 蛋白类型,发现在低直糯大麦和无直糯大麦两种类型中,可能存在四种生化遗传变异类型。其中有两种与无直糯大麦有关,一种是Wx基因可以正常转录,但转录产生的Wx蛋白无活性,不能催化直链淀粉合成;另一种是Wx基因不能正常转录,既无Wx蛋白产生,也无直链淀粉合成。另外两种与低直糯大麦有关,一种是Wx基因可以正常转录,但转录产生的Wx蛋白活性有限,催化直链淀粉合成的功能降低;另一种是Wx基因不完全正常转录,产生的Wx蛋白数量有限,影响直链淀粉合成。利用4个大麦与小麦的STS标记和2个大麦与小麦的SSR标记对不同Wx蛋白类型进行糯性鉴定,结果表明,迄今利用的Wx基因的STS引物P1可能只适合用于CDC Candle遗传类型相同的糯大麦品种或基因型的鉴定。其它标记均不能用于鉴定大麦糯性胚乳表型,因此当前对于糯大麦育种及Wx分子鉴定研究而言,还有待于开发新的分子标记。     

青海高原春小麦糯性新品系的筛选及其直链淀粉含量

为了培育适合青海高原种植的春小麦糯性新品系,利用DNA分子标记技术检测了80株青春533×糯麦1号F2代材料的Wx基因缺失情况,同时测定了不同Wx基因缺失类型F2代材料的小麦籽粒直链淀粉含量。结果表明,在80株F2代分离群体材料中,单缺失WxA1或WxB1或WxD1基因的材料分别为8份、11份、9份;同时缺失WxA1和WxD1基因的材料为10份,同时缺失WxB1和WxD1基因的材料为12份,同时缺失WxA1和WxB1基因的材料为9份;WxA1、WxB1和WxD1基因全部缺失的材料为8份。Wx基因的缺失数量与直链淀粉含量的高低有密切关系,缺失1个Wx基因（部分糯小麦）,直链淀粉含量比对照（青春533）降低5.28%~11.35%;缺失2个Wx基因（部分糯小麦）,直链淀粉含量比对照降低10.73%~19.81%;缺失3个基因（糯小麦）的直链淀粉含量为0.97%,比对照降低30.53%。高原春小麦与糯性小麦杂交的F2代直链淀粉含量下降幅度要比前人所研究的材料下降幅度大,并且WxB1单缺失引起直链淀粉含量下降（11.35%）比WxA1和WxD1双缺失所引起的下降幅度要大（10.73%）。     

Variation in physicochemical properties and nutritional quality in chalky mutants derived from an indica rice

The physicochemical and nutritional quality of four chalky mutants (JM1-4) rice and their parent 93-11 were investigated. JM1 and JM4 are white-belly mutants, and JM2 is white-core mutant, while JM3 is floury mutant. JM2 is also a high amylose mutant with AAC of 29%. JM3 had the lipid content nearly three times of the parent, so it is also a high lipid mutant. JM1 had similar pasting viscosities with the parent, while JM2 and JM3 had smaller breakdown and setback than 93-11. JM2 had lower enthalpy of gelatinization, but higher enthalpy of retrogradation, so it had highest retrogradation percentage. JM3 had the highest accumulation of amino acids, fatty acids, and some major mineral elements such as P, K, Mg and Ca. The amino acids and fatty acids had negative correlation with PV, HPV and CPV. The pleiotropic effects caused by the mutations on starch and lipid metabolism deserve further investigation.     

A Cleaved Amplified Polymorphic Sequence Marker to Detect Variation in Wx Locus Conditioning Translucent Endosperm in Rice

The translucent endosperm trait in a japonica rice variety‘Kantou 194’is controlled by a Wx-mq gene which is allelic to Wx locus by genetic analysis and allelic test.The amylose content analysis showed that an intermediate amylose content between those of glutinous and non-glutinous rice existed in endosperm of homozygous Wx-mq genotype.The slight changes of amylose content in different varieties and F1 grains with an identical Wx-mq genotype might be influenced by dissimilar genetic background.To identify ...     

粳稻杂种后代胚乳可溶性淀粉合成酶及同工型基因表达特性分析

以籽粒直链淀粉含量为选择指标,从东农423×藤系180F2代起连续定向选择培育成的籽粒直链淀粉含量有显著差异的F10后代东农1006(直链淀粉含量为18.82%)、东农1012(直链淀粉含量为7.70%),同样,从系选1号×通769后代中选出东农1001(直链淀粉含量为17.51%)、东农1024(直链淀粉含量为7.40%)比较分析了灌浆过程中籽粒直链淀粉含量和可溶性淀粉合成酶活性及同工型基因表达量等变化特征。结果表明,灌浆不同时期籽粒直链淀粉含量低的后代及亲本直链淀粉量始终低于直链淀粉含量高的后代及亲本;成熟期籽粒直链淀粉含量低的亲本和后代籽粒支链淀粉含量均显著高于籽粒直链淀粉含量高的亲本和后代,抽穗后10d、17d、24d的籽粒直链淀粉含量与支链淀粉含量间均呈负相关,但相关未达显著水平;抽穗后10d、17d、24d的可溶性淀粉合成酶活性与籽粒直链淀粉含量的相关系数分别为0.8115**,-0.7554*,-0.5957,与支链淀粉含量的相关系数分别为-0.0694,0.5453,-0.0207;在灌浆过程中亲本及后代的胚乳OsSSSⅠ、OsSSSⅡ-1、OsSSSⅡ-3、OsSSSⅢ-1和OsSSSⅢ-2基因随籽粒灌浆进程其mRNA转录表达量逐渐增加,达到峰值后又逐渐下降,呈单峰曲线变化;而OsSSSⅢ-2和OsSSSⅣ-2基因mRNA转录表达量在灌浆各时期都比其他基因大;灌浆不同时期直链淀粉含量高的后代与高亲相比、直链淀粉含量低的后代与低亲相比,既有转录表达量增加的基因,也有降低的基因;可溶性淀粉合成酶活性与OsSSSⅠ、OsSSSⅡ-3、OsSSSⅢ-2的mRNA转录表达量正相关,相关达显著水平;与OsSSSⅡ-1、OsSSSⅣ-2的mRNA转录表达量正相关,但相关未达显著水平,与OsSSSⅢ-1的mRNA转录表达量呈负相关,但相关未达显著水平。     

7株根瘤菌菌株与热研2号柱花草共生最适磷浓度研究

采用水培的方法,设3个磷水平,7个菌株,通过对株高、茎叶鲜重、茎叶干重、固氮酶活性、茎叶氮含量、茎叶磷含量的测定及综合分析,确定使热研2号柱花草接种不同根瘤菌菌株达到最佳促生性能的磷浓度。结果表明:7个菌株在中磷时鲜重和含氮量最大,低磷不利于鲜重和含氮量的增加;经主因子综合分析,菌株YM11-1、RJS9-2、PN13-3在高磷时对热研2号柱花草有最好的固氮促生效果,菌株LZ3-2、BS1-1、PN13-3在中等磷条件下有最好的固氮促生效果,菌株FS3-1-1在高磷和中磷都有最好的固氮促生效果。     

水稻抗性淀粉含量的研究

抗性淀粉是近年来发展起来的一个新概念,在代谢特性上类似于膳食纤维,具有非常重要的生理功能,可降低糖尿病患者饭后血糖值、控制体重、有效防止肠道疾病及降血脂等功效。开发大米抗性淀粉产品,具有广阔的市场前景。抗性淀粉具有较小的分子结构,是白色无异味的多孔性粉末。抗性淀粉分为四类:RS1(物理包埋淀粉)、RS2(抗性淀粉颗粒)、RS3(回生淀粉)和RS4(化学改性淀粉)。直链淀粉、支链淀粉和基因类型影响着抗性淀粉的含量。通过筛选突变体,可以培育出RS含量较高的水稻新品种(系)。     

Variation in Yield and Physicochemical Quality Traits among Mutants of Japonica Rice Cultivar Wuyujing 3

To select elite germplasms, 112 mutants derived from japonica rice cultivar Wuyujing 3 were evaluated. The yield components such as panicle number per square meter, grain number per panicle, and grain weight were measured. The quality traits such as percentage of chalky grains(PCG), brown rice yield(BRY), milled rice yield(MRY), degree of milling(DM), amylose content(AC), protein content(PC), and relationships among traits were inverstigated. Results showed that grain yield ranged from 2.15 to 12.49 t/hm~2 with a mean of 6.4 t/hm~2 and number of grains per square meter contributed for 94.64% in grain yield variation. For quality traits, all rice mutants had short size(grain length ≤ 5.5 mm) and bold shape(grain length to width ratio = 1.10–2.00). Most of rice mutants(87.5%) had PCG values below 20%. All mutants had MRY values above 50%, AC values below 20%, and PC values below 10%. Percentage of chalky grains was significantly negatively correlated with MRY and positively correlated with DM. BRY and MRY were significantly negatively correlated with DM. PC was significantly and positively correlated with MRY and negatively correlated with DM, while AC had no significant correlation with these quality traits. It was concluded that there were 25 rice mutants which fulfilled the major requirements of Jiangsu standard japonica rice such as low percentage of chalky grains, low amylose content, optimal protein content, and which could be used as elite germplasms. Thus the mutants identified may lead to significant progress in improvement of rice quality.     

水稻杂种后代籽粒直链淀粉含量选择与品质和产量性状的关系

 选用4个稻米直链淀粉含量有显著差异的粳稻品种配制两个杂交组合（系选1号×通769和东农423×藤系180）,研究其杂交后代籽粒直链淀粉含量选择对品质和产量性状的影响。结果表明,籽粒直链淀粉含量选择对杂种后代蒸煮食味品质和产量相关性状有不同程度的影响,其影响程度因杂交组合及性状不同而异;在蒸煮食味品质性状中,淀粉黏滞性谱的崩解值和消减值受直链淀粉含量选择的影响较大,而在产量相关性状中抽穗期、单株有效穗数、结实率、单株粒重等受直链淀粉含量选择的影响相对较大;通过直链淀粉含量的连续定向选择可以从杂种后代中分出直链淀粉含量不同的后代,粳稻杂种后代低直链淀粉含量的定向选择效果优于高直链淀粉含量的选择效果,更容易得到超低亲的变异类型;直链淀粉含量的选择对杂种后代产量性状的影响较复杂,存在有利或不利的影响,低直链淀粉含量的选择将会导致单株粒重的下降。