水稻颖壳类病斑突变体glmm1的鉴定与基因定位

【目的】鉴定水稻颖壳类病斑突变体，并进行基因定位，为基因克隆及其分子机制研究奠定基础。【方法】对野生型材料LR005和经EMS诱变得到的颖壳类病斑突变体glmm1(glume lesion mimics mutant 1)进行农艺性状分析、扫描电镜分析、DAB染色和全硅含量测定。glmm1与广亲和材料L422杂交获得的F2群体用于遗传分析，利用图位克隆和BSA-seq方法进行基因定位。【结果】突变体glmm1在抽穗10 d后颖壳和叶片逐渐出现褐色斑点，成熟后颖壳完全呈现褐色。与野生型相比，突变体的株高、穗长、每穗总粒数、结实率和千粒重等都极显著降低。DAB染色表明glmm1颖壳和叶片的活性氧含量增多；扫描电镜显示突变体颖壳和叶片表面硅质细胞皱缩。遗传分析结果表明，突变体glmm1的颖壳类病斑表型受到一对隐性基因控制。利用glmm1与L422的F2分离群体，通过图位克隆和BSA-seq等策略将glmm1定位在水稻第2染色体上68 kb的区间内。该区间内有10个候选基因。序列分析发现该区间仅有一个SNP位点，位于基因Lsi1(LOC＿Os02g51110)的第5个外显子上，导致第238位氨...     

水稻裂颖突变体sh1的鉴定及基因定位

【目的】本研究旨在定位和克隆水稻裂颖基因,为解析水稻裂颖性的遗传机制提供依据。【方法】从籼稻品种湘早籼6号突变体库中筛选出一个裂颖突变体(split husk 1, sh1),观察突变体的花器官和浆片形态,利用突变体与02428的F_2群体定位目标基因,进一步通过定量PCR分析相关基因的表达情况。【结果】sh1突变体的颖花形态与野生型基本一致,能正常开花,但不能正常闭颖,裂颖的主要原因是浆片不能在开颖后正常萎蔫。sh1突变体的有效穗数增加,但结实率和千粒重显著下降;遗传分析表明,sh1的裂颖表型受一对隐性核基因控制。将SH1基因定位在ID19827与ID19884两个InDel标记之间,物理距离约为110 kb。定位区间测序发现,突变体中丙二烯氧化合酶编码基因OsAOS1发生单碱基突变,导致氨基酸发生改变;SH1基因的突变显著降低了花器官中的茉莉酸含量,进而影响了茉莉酸合成及信号转导相关基因的表达。【结论】SH1基因通过影响茉莉酸的合成和信号转导调控水稻闭颖,Os AOS1可能是SH1基因的候选基因。     

水稻裂颖突变体sh1的鉴定及基因定位

【目的】本研究旨在定位和克隆水稻裂颖基因，为解析水稻裂颖性的遗传机制提供依据。【方法】从籼稻品种湘早籼6号突变体库中筛选出一个裂颖突变体(split husk 1, sh1)，观察突变体的花器官和浆片形态，利用突变体与02428的F2群体定位目标基因，进一步通过定量PCR分析相关基因的表达情况。【结果】sh1突变体的颖花形态与野生型基本一致，能正常开花，但不能正常闭颖，裂颖的主要原因是浆片不能在开颖后正常萎蔫。sh1突变体的有效穗数增加，但结实率和千粒重显著下降；遗传分析表明，sh1的裂颖表型受一对隐性核基因控制。将SH1基因定位在ID19827与ID19884两个InDel标记之间，物理距离约为110 kb。定位区间测序发现，突变体中丙二烯氧化合酶编码基因OsAOS1发生单碱基突变，导致氨基酸发生改变；SH1基因的突变显著降低了花器官中的茉莉酸含量，进而影响了茉莉酸合成及信号转导相关基因的表达。【结论】SH1基因通过影响茉莉酸的合成和信号转导调控水稻闭颖，OsAOS1可能是SH1基因的候选基因。     

一个水稻低温移栽白条纹突变体wltt的鉴定和基因定位

【目的】叶色突变相关基因的鉴定与克隆为研究叶绿体发育、叶绿素合成和光合作用等分子机制提供理论基础。【方法】从常规粳稻镇糯19杂交后代中分离出一个低温移栽后叶色转成白条纹的自然变异突变体,命名为wltt (white stripe leaf after transplanting at low temperature)。成熟期测定野生型和wltt的主要农艺性状,分别在苗期、移栽后15 d和同时期直播条件下测定新生叶片的色素含量并观察叶绿体的超微结构;将wltt和野生型正反交进行遗传分析;用wltt与籼稻9311杂交产生的F_2作为定位群体进行基因定位;采用RT-qPCR分析叶绿体发育、叶绿素合成和光合作用相关基因在野生型和wltt中的表达水平。【结果】wltt突变体在苗期表现正常绿色,移栽15 d后心叶出现白条纹叶表型,至分蘖末期心叶叶色恢复;而不经移栽,突变体不会出现白条纹叶。人工模拟实验表明该表型是由低温条件下根损伤引起的。与野生型相比,wltt突变体移栽后的新生叶色素含量显著降低,光合速率下降;同时株高变矮,穗长、剑叶长和每穗粒数均显著降低。叶绿体的超微结构显示,突变体的叶肉细胞中,仅少数细胞含有正常的叶绿体,其余大部分叶肉细胞不含叶绿体。进一步研究发现,突变体中部分光合系统相关基因和叶绿体发育相关基因表达下调,叶绿素生物合成相关的14个基因表达也下调。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性核基因控制。利用wltt突变体/9311的F_2群体,将该基因定位于水稻第2染色体着丝粒附近853kb区间内。目前,该区间内没有叶色相关基因的报道。【结论】WLTT是低温条件下移栽调控叶片转色的关键基因,在叶绿体发育过程中发挥重要作用。     

水稻长穗颈性状的一种新遗传行为的发现与分析

在罗沙米的自然群体中发现一种隐性高秆突变体,秆型分析表明,突变体的株高增加主要是倒1节间伸长所致,属最上节间伸长型,是一种长穗颈突变。该突变还引起了剑叶和粒长发生显著变化。突变体/野生型、野生型/突变体的F1代全部为正常穗颈,F2代正常穗颈与长穗颈之比为3∶1;突变体/缙恢10号、缙1B/突变体的F1代全部为正常穗颈,F2代正常穗颈与长穗颈之比为13∶3。遗传分析结果表明,除主要基因外,高秆性状的遗传还受到一对抑制基因的作用,有两种遗传模式可解释该突变体的遗传行为。     

水稻褐色颖壳新等位基因OsFBX310~(bh6)的克隆鉴定

通过EMS诱变获得遗传稳定的水稻褐色颖壳突变体(brown hull 6,简称bh6)。与野生型IR64相比,在自然条件下突变体的颖壳颜色自抽穗期开始逐渐加深直至蜡熟期颖壳呈深褐色,除千粒重和穗长显著降低外,其他农艺性状(株高、每株有效穗数、每穗实粒数、结实率)未发生显著改变。遗传分析表明,该褐色颖壳性状受一对隐性核基因控制。构建突变体bh6与正常色颖壳水稻CPSLO17的F2分离群体作为基因定位群体,将该基因精细定位在第9染色体长臂上106kb的区段内。序列分析发现,突变体中F-box蛋白基因OsFBX310(LOC_Os09g12150)编码区第1013位碱基由G突变为A,致使其所编码的蛋白序列第338位的甘氨酸(Gly)突变成天冬氨酸(Asp)。通过构建OsFBX310功能互补载体进行转化试验,结果表明,突变体转基因植株的谷壳颜色恢复为正常颜色。该基因是已报道的水稻OsFBX310基因的新等位基因,命名为OsFBX310bh6。OsFBX310bh6及其野生型等位基因的克隆对深入研究338位甘氨酸/天冬氨酸在类黄酮代谢过程中的作用,以及丰富水稻特异种质资源具有积极意义。     

一份水稻OsWOX3B基因敲除突变体的鉴定

【目的】水稻OsWOX3B基因调控叶片形态和表皮毛发育,根据表型被命名为LSY1、DEP、NUDA和GLR1等。深入了解OsWOX3B基因对水稻发育调控的功能具有重要意义。【方法】利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对籼稻品种R401的OsWOX3B进行基因敲除。对所获材料进行突变位点分析和表型分析,同时进行相关基因的表达分析。【结果】所获材料的OsWOX3B基因的编码区第341位碱基由T变为C,第395–397位碱基缺失,其叶片和颖壳光滑,与突变体dep、nuda、glr1的表型相同,可确认其为Oswox3b突变体。除了与已报道的OsWOX3B的功能缺失突变表型相关外,Oswox3b突变体也有新表型出现。与野生型R401相比,突变体Oswox3b表现为生育期延长、分蘖数减少、叶片变宽、稻穗变长和每穗粒数增多。同时,突变体Oswox3b的剑叶维管束增多,小维管束间距增大,2个水稻侧生器官发育相关基因在突变体Oswox3b中的表达变化也与其表型变化一致。【结论】鉴定了一个新的水稻OsWOX3B基因突变体,其影响水稻侧生器官发育。     

水稻蜡质稀少突变体wax1的鉴定及基因定位

【目的】蜡质是植物表面的一种重要保护物质，筛选和鉴定水稻蜡质相关突变体有助于解析水稻蜡质形成的遗传机制。【方法】利用EMS诱变籼稻品种湘早籼6号，从突变体库中筛选出一个蜡质稀少的突变体wax1，考查突变体的形态特征和农艺性状，利用突变体与02428杂交的F2群体定位目标基因，并通过荧光定量PCR分析相关基因的表达情况。【结果】与野生型相比，wax1突变体具有叶片短小皱褶、叶表面蜡质晶体减少、穗长变短等形态特征；在农艺性状方面，突变体的株高、每穗总粒数和千粒重显著降低，但有效穗数显著高于野生型；遗传分析表明，wax1的突变表型受一对隐性核基因控制，将WAX1基因定位在第10染色体上SSR标记RM5806与InDel标记P1之间，物理距离约为49.8 kb；定位区间内的测序结果表明，突变体中β-酮脂酰-CoA合酶的编码基因发生单碱基突变，导致催化活性中心的一个氨基酸发生改变。WAX1基因的突变显著提高了同源异型盒基因OSH6的表达，同时引起部分IAA基因的差异表达。【结论】WAX1基因突变引起叶表面蜡质晶体的减少，同时通过影响茎尖分生组织和生长素的信号转导引起植株生长发育等多方面的异常。     

水稻粒宽突变体gw4的鉴定与基因定位

【目的】水稻粒形是影响水稻产量和决定稻米外观品质的主要性状之一。筛选和鉴定新的粒形突变材料,可为研究水稻籽粒发育的调控机制奠定基础。【方法】粳稻品种中花11经1%的EMS处理,在诱变群体中获得一份窄粒突变体gw4(grain width on chromosome 4);分析粒形和其他主要农艺性状,在扫描电镜下观察颖壳细胞变化;利用突变体与籼稻品种台中本地1号配组的F₂分离群体,选择隐性个体完成基因的精细定位;开展生物信息和测序分析,确定定位区间的候选基因;采用RT-PCR分析该基因在根、茎、叶、鞘、穗等组织中的表达模式及其他粒形相关基因的表达水平。【结果】与野生型相比,除了表现窄粒外,gw4的粒长、千粒重、每穗粒数、一次枝梗数和二次枝梗数等显著下降;扫描电镜发现gw4的颖壳内外表皮细胞均小于野生型;遗传分析表明该窄粒表型受一对单隐性核基因控制;通过开发的新标记最终将该基因定位在第4染色体BS6与EX49两个标记之间约31.74 kb的范围内;测序结果发现在LOC_Os04g01590基因编码区发生了一个由G至A的单碱基突变,导致原来编码的甘氨酸变成了天冬氨酸;qRT-PCR结果表明,LOC_Os04g01590主要在幼穗中表达,且在突变体中表达显著下降。【结论】GW4主要调控水稻粒宽的发育,预测LOC_Os04g01590为其候选基因。这为进一步丰富粒形的遗传调控网络打下了基础。     

水稻叶片内卷突变体rl(t)的鉴定与基因定位

【目的】叶片是水稻理想株型的重要内容,叶片适度卷曲可以提高光合效率。对卷叶相关基因进行遗传分析和初步定位,为下一步的基因克隆与功能分析提供研究基础。【方法】利用EMS诱变雄性不育保持系宜香1B获得一份稳定遗传的叶片向内卷曲突变体,暂命名为rl(t)。在成熟期,测定野生型和rl(t)的主要农艺性状;在分蘖期,取野生型和rl(t)叶片用FAA固定液固定进行石蜡切片,同时,用野生型和rl(t)剑叶测定叶绿素含量;在抽穗期,利用Li-6400便携式光合仪测定10株抽穗期的野生型和rl(t)的光合参数;将rl(t)与野生型及日本晴杂交,观察F_1植株表型,对F_2表型分离进行χ~2测验,对突变体进行遗传分析。以rl(t)/日本晴的F_2群体为材料,利用BSA法进行定位。【结果】与野生型相比,突变体叶片向内卷曲明显,叶片更加直立,叶色变深,其他主要农艺性状均有不同程度降低。光合特性分析表明,突变体比野生型具有更高的光合色素含量,但光合效率没有明显差异。叶片组织切片观察表明,突变体中泡状细胞变小可能是导致叶片卷曲的主要原因。遗传分析表明,该突变体受一对隐性核基因控制,利用突变体与日本晴的F_2群体进行基因定位,最终将该基因定位在第7染色体长臂InDel标记Ind3和Ind4间610 kb的物理区间。【结论】rl(t)叶片内卷是由于近轴面泡状细胞面积减小。RL(t)定位区间内未见卷叶相关基因报道,推测RL(t)可能是一对新基因。     

减氮后中日粳稻品种杂交后代株型、产量和米质的变化及其相互关系

【目的】研究氮肥减施后中日粳稻品种杂交构建的重组自交系(RIL)群体株型、产量和米质性状的变化规律及其相互关系。【方法】以中国东北地区典型的直立穗型水稻辽粳5号与日本的优质米水稻秋田小町（弯曲穗型）杂交构建的RIL群体为试材,在高氮和低氮两种施肥模式下,调查株型、产量及米质性状,分析三者间的关系,探讨高产、稳产、高食味值类型株系的共同特征。【结果】氮肥减施后RIL群体齐穗期提前,株高降低,剑叶、倒2叶、倒3叶叶片变窄变短,剑叶基角变小,倒3叶基角变大,结实率、千粒重、经济系数增大,单株穗数减少,产量下降,糙米率和精米率提高,食味值提高。在两种施肥模式下,高产高食味值类型株系与低产低食味类型株系的显著区别是植株较高,叶片长,穗子长,一次枝梗结实率高,着粒密度较小;高产稳产类型株系的共同特征是剑叶较窄、剑叶基角较大;高产稳产高食味值类型株系的共同特征是剑叶和倒2叶较窄。【结论】株型特征可以用来间接选择高产、稳产、高食味值的水稻品种。     

Physiological Characters and Gene Mapping of a Yellow Leaf and Early-senescence Mutant osyes1 in Rice

【Objective】Leaf is a main photosynthetic organ and its color mutants of rice are ideal materials for the study of photosynthesis, chlorophyll biosynthesis and metabolism, and chloroplast development in plants. 【Method】The mutant osyes1 (Oryza sativa yellow-leaf and early senescence 1) was obtained through 60Co γ-radiation treatment of indica cultivar Zixuan 1. The seedlings of osyes1 and its wild type were treated with exogenous H2O2. The SOD and CAT activities, ROS level, MDA content, soluble protein contents, chlorophyll contents, the net photosynthetic rate and chloroplast ultrastructure were analyzed for osyes1 and its wild type leaves at heading stage. The main agronomic traits of osyes1 and its wild type plants were analyzed under field conditions at maturation stage in Hangzhou. The recessive individuals in F2 population derived from osyes1/02428 were used to locate the gene by the map cloning method.【Results】The yellow-leaf and early-senescence symptoms started at 3- or 4-leaf stage, and gradually spread to all of the leaves after heading. Due to the early-senescence of the leaves of the mutant osyes1, its major agronomic traits including plant height, panicle length, grain number per panicle and the seed setting rate were markedly reduced. Moreover, the mutant osyes1 exhibited hyper-sensitivity to exogenous H2O2. The physiological analysis indicated that the contents of chlorophyll and the activities POD and CAT in the third-top leaf was significantly lower than those in the flag leaf and the second-top leaf in wild-type (WT) plants, but all of them in the mutant plants were significantly lower than those in its WT. Compared with the WT plants, the contents of MDA, H2O2 and O2− followed a steady increasing trend in the flag, second-top and third-top leaves of the mutant, while their soluble protein levels were progressively dropping. Genetic analysis confirmed that osyes1 was controlled by a single recessive nuclear gene, which was mapped to a region of 708 kb flanked by two SSR markers (RM21353 and RM21384) on the short arm of chromosome 7. 【Conclusion】In this work, the main agricultural traits were significantly reduced in osyes1 for the yellow leaf and early senescence. OsYES1 was located in a 708 kb range between RM21353 and RM21384 by map-based cloning strategy.     

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。     

磷酸盐转运蛋白OsPT4影响水稻氮磷积累与利用的机理研究

【目的】磷酸盐(Pi)转运蛋白OsPT4是水稻Pht1家族成员之一,负责Pi吸收以及向地上部的转运。探究OsPT4超表达对不同Pi条件下水稻氮(N)和磷(P)积累与利用的影响及其机理具有重要意义。【方法】以日本晴背景的OsPT4超表达株系为研究材料,通过设置正常供Pi与缺Pi的水培与桶培实验,检测生殖生长阶段不同组织中OsPT4的相对表达量,探究不同Pi处理条件下不同组织(叶片、叶鞘、茎秆、稻壳、穗柄和糙米)中的N和P浓度,并计算Pi吸收率及N和P利用效率,同时分析株高、单株产量、千粒重和结实率等产量构成因素。【结果】OsPT4在水稻生殖生长阶段的根系中相对表达丰度较高,OsPT4超表达使水稻剑叶、叶鞘、茎秆、稻壳、穗柄和糙米中的总P浓度不同程度提高,并显著提高了不同Pi处理条件下的Pi吸收与利用效率。同时,OsPT4的超表达可显著提高正常供Pi与缺Pi土壤条件下的单株产量与千粒重,以及缺Pi土壤中生长的结实率。除此之外,OsPT4的超表达使缺Pi条件下瘪壳与糙米中总N浓度平均升高16.8%和19.8%,N利用效率平均升高6.6%。【结论】OsPT4超表达不仅显著提高Pi吸收与利用效率,同时对不同Pi条件下的生理氮素利用率起促进作用。     

一个水稻金黄色颖壳和节间基因的遗传定位

R68是带有金黄色颖壳和节间标记的籼稻恢复系。对来源于组合中9A/R68 的F2群体的遗传分析表明,R68的金黄色颖壳和节间性状由1对隐性基因控制。利用SSR分子标记,采用隐性群体分析法,把金黄色颖壳和节间基因定位在第3染色体上,位于RM1230、RM7000和RM227、RM514之间,遗传距离分别为8.7、3.3、2.7和4.7 cM,暂将该基因命名为 gh 5。     

水稻白化转绿和穗顶端退化突变体vpa1的遗传分析和基因定位

目的 通过对水稻转绿和穗顶端退化等突变体的研究,可以鉴定更多与叶绿体发育和穗发育相关的基因。方法 在常规种植条件下比较突变体vpa1（virescent and panicle abortion 1)表型及主要农艺性状差异,利用分离群体分析和图位克隆法进行相关基因定位。结果 突变体vpa1表现苗期白化,并逐渐转绿恢复成正常叶色,抽穗后可明显观查到穗顶端退化表型。vpa1的主要农艺性状除了结实率以外,株高、穗长、每穗实粒数等均较野生型显著下降。遗传分析表明白化转绿和穗顶端退化表型受独立的两个隐性基因控制。控制白化转绿叶性状的Osv16定位于第3染色体RM3441和RM3029之间约125kb物理区间内,区间内未见白化转绿性状相关基因的报道。控制穗顶端退化性状的Ospaa10定位于第1染色体RM11157和RM5972之间,区间内物理距离约190kb,区间内未见穗顶端退化相关基因的报道。结论 Osv16和Ospaa10两个基因的突变导致vpa1的叶色和穗型同时出现变异,为白化转绿基因Osv16和穗顶端退化基因Ospaa10的克隆和功能研究打下了基础。     

生态环境对籼粳交后代株型特性和产量构成的影响

 以两个籼粳稻杂交F2群体（F2 A：晚轮422/沈农265;F2 B：泸恢99/沈农265）为试材,在四川和辽宁同年种植,研究生态环境对株型特性、产量构成及其相互关系的影响。结果表明,生态环境对株型特性和产量构成因素具有较为明显的影响。从四川到辽宁,株高和穗弯曲度显著提高,而穗长、剑叶长、剑叶宽及剑叶张角则表现出降低趋势。在辽宁,有效穗数、千粒重、结实率以及产量均显著高于四川,每穗粒数则显著低于四川。千粒重、结实率和产量表现为Cw（长剑叶、弯穗）> Cz（长剑叶、直穗） > Dw（短剑叶、弯穗） > Dz（短剑叶、直穗）,穗数和每穗粒数以Dz最低,Cz和Cw较高。剑叶长与产量构成因素间的相关性均未达到显著水平,而剑叶宽与每穗粒数均呈显著或极显著正相关,在辽宁,剑叶宽与结实率呈显著负相关。穗弯曲度只在四川分别与结实率及产量显著或极显著正相关,在辽宁则表现为与大多数产量构成因素相关不显著。     

水稻半矮秆基因sdl对农艺性状的影响

比较了从７份半矮秆品种８／高秆品种的Ｂ７Ｆ２中分离的高矮秆近等基因系，ｓｄｌ基因抑制了节间伸长，从基部到倒第１节及穗长分别为高秆的３８．２％、２６．０％、４０．８％、７１．１％和９２．６％，缩短程度逐步减轻。ｓｄｌ基因还可促进有效穗数、结实率和收获指数的提高而使矮秆类型的产量潜力高于高秆类型，但ｓｄｌ工基因并不影响抽穗天数、每穗粒数和干粒重。对ｓｄｌ基因的多效性以及秆高和穗数的关系进行了讨论。