Genome-Wide Survey and Expression Analysis of P1B-ATPases in Rice,Maize and Sorghum

P_1B-type ATPase ion pumps that transport heavy metal ions across cellular membranes are essential for plant growth and development. To date, a genomic comparison overview of the family in rice, maize and sorghum is not yet available. In this study, a total of 31 heavy metal P_1B-type ATPase (HMA) genes were identified, including 9 in rice, 11 each from maize and sorghum. They were classified into two distinct subfamilies based on their sequence composition and phylogenetic relationship. Four pairs of HMA genes were expanded via gene duplication with tandemly duplicated. Comprehensive analyses were performed to investigate the expression profiles of HMA genes in various tissues by using quantitative real-time PCR. Some HMA members exhibited abundant and tissue-specific expression patterns. Moreover, most of the genes were found to be differentially expressed under the Cu/Cd treatment. This study will facilitate further studies on P_1B-type ATPase family and provide valuable hints for the functional validation in rice, maize and sorghum.     

水稻中的磷转运蛋白基因在异源表达系统中的功能分析

为了更好地研究植物在磷素吸收过程中的分子机制以及生物化学过程的变化,将水稻中分离得到的一个磷转运蛋白基因（OsPT6）用于互补实验。互补实验结果表明,OsPT6能够与缺失磷转运功能的酵母突变体实现互补,并在低磷条件下促进酵母突变体对磷的吸收。进一步分析表明OsPT6属于水稻Pht1家族运输蛋白基因,所编码的蛋白对磷酸盐（Pi）的吸收Km值为96 μmol/L,属于高亲和的磷转运蛋白。不同的酵母转化子对不同pH环境的响应实验显示,OsPT6是一个与质子相偶联的磷运输蛋白,其吸收磷素的最佳pH为6.0。对OsPT6在人的胚胎肾细胞（HEK293）中的表达分析表明,该基因能够编码蛋白并定位于细胞膜,证明OsPT6的功能与酵母磷转运子PHO84相似,是一个定位于细胞膜上的具有吸收转运磷素作用的运输蛋白。     

土壤铜含量对水稻生长发育和产量形成的影响

 在盆栽土培条件下，以武香粳14号和汕优63为材料，研究了土壤铜含量对水稻生长发育和产量形成的影响。结果表明：(1) 土壤铜含量100、200 mg/kg处理对水稻株高、主茎总叶数、伸长节间数和抽穗期几乎没有影响，土壤铜含量达到400 mg/kg及其以上时，随着土壤铜含量的增加，水稻株高显著变矮、主茎总叶数和伸长节间数显著变少、抽穗期显著推迟；(2) 土壤铜处理使水稻产量显著低于CK，且随着土壤铜含量的提高水稻产量下降幅度显著增大；(3) 土壤铜含量100、200 mg/kg处理使水稻减产是由于每穗颖花数减少所致，土壤铜含量400 mg/kg及其以上处理使水稻减产是由于穗数和每穗颖花数共同减少所致；(4) 土壤铜处理使穗数减少主要是由于返青活棵慢、分蘖发生迟、高峰苗少所致，每穗颖花数减少主要是由于抽穗期单茎干物质量小和单位干物质量形成的颖花数少所致；(5) 随着土壤铜含量的增加水稻生物产量显著下降，经济系数呈下降趋势，但只有土壤铜含量达到800 mg/kg及其以上时经济系数才显著下降。     

水稻小穗簇生基因OsCL6的定位及候选基因分析

【目的】通过对水稻小穗簇生基因的定位与候选基因分析,为进一步克隆幼穗发育过程中缩短枝梗长度造成小穗簇生的功能基因奠定基础。【方法】以航天诱变育种技术处理常规优质稻品种粤农丝苗获得一个稳定遗传的小穗簇生突变体cl6为试验材料,与粤金银占构建F₁、F₂作图群体,对簇生基因进行定位,结合转录组测序对候选基因进行预测与评价。【结果】遗传分析结果表明,突变体cl6的簇生性状由非完全显性单基因控制,混合分组分析法将该基因定位于第6染色体上约416 kb的区间。进一步通过表达谱分析、转录组测序技术、基因序列差异性分析和qRT-PCR验证等筛选出OsFBK16为最佳候选基因,其5′-UTR区域发生9个碱基的插入突变,暗示该基因可能通过二级结构改变调控转录或翻译水平,参与水稻幼穗发育过程中枝梗的分化。【结论】本研究结果为解析水稻二次枝梗和小穗梗缩短机制奠定一定理论基础。     

Avoidance of Linkage Drag Between Blast Resistance Gene and the QTL Conditioning Spikelet Fertility Based on Genotype Selection Against Heading Date in Rice

Previous study showed that a linkage drag between a blast resistance gene Pi25(t) and QTLs conditioning spikelet fertility (qSF-6) and number of filled grains per panicle (qNFGP-6) was detected on the short arm of chromosome 6. A larger population was used for further verification, and the results confirmed the linkage drag between the blast resistance gene and QTL conditioning spikelet fertility, other than QTL conditioning number of filled grains per panicle. Breakdown or avoidance of the linkage drag could be achieved by selection against the genotype background of a heading-date gene (qHD-7) that resided in the region between RM2 and RM214 on chromosome 7. For further validation, two lines with almost identical genotypes on all chromosomal regions except the Pi25(t) region on chromosome 6 were chosen to develop a new population. The results showed that qSF-6 could be further subdivided into qSF-6-1 and qSF-6-2. When the genotype of the region between RM2 and RM214 was from rice variety Zhong 156, the linkage drag between Pi25(t) and qSF-6-2 was detected and the allele of qSF-6-2 from rice variety Gumei 2 reduced the spikelet fertility. When the genotype of the region between RM2 and RM214 was from Gumei 2, no linkage drag was detected. This indicates that the linkage drag between the blast resistance gene and the QTL conditioning spikelet fertility could be broken down or avoided under a certain background genotype selection against heading-date and provides a marker aided solution for high level of blast resistance and yield breeding in rice and other crops as well.     

镉胁迫对甘蓝型油菜幼苗生长及基因表达的影响

为明晰镉胁迫对甘蓝型油菜幼苗生长的影响，通过盆栽实验，探讨了油菜在不同浓度镉胁迫下表型、生 理响应、镉积累特征及基因表达变化。结果表明油菜对5mg/kg镉处理有一定耐受能力，表型相比对照差异不显著； 但较高浓度的镉胁迫（30，50 mg/kg）会显著抑制油菜幼苗生长，主要表现为株高、鲜重、叶面积、叶绿素、可溶性糖含 量相比对照显著降低，同时SOD、POD酶活性、可溶性蛋白含量相比对照显著升高。油菜幼苗中镉含量随着处理浓 度增大而逐步增加，且镉胁迫会显著影响油菜对Mn、Mg、Zn、Cu等必需金属离子的吸收。比较转录组分析发现镉 胁迫下差异表达基因主要富集在抗氧化活性、光合作用、ATP酶活性、细胞壁形成等途径。对HMA基因家族表达模 式分析表明镉胁迫下油菜根中HMA3 基因上调表达，HMA2 和HMA4 基因下调表达，上述基因的差异协调表达可能 对油菜适应镉胁迫发挥了重要作用。     

水稻耐金属离子胁迫的QTL分析

【目的】 本研究旨在筛选与水稻苗期耐不同金属离子连锁的分子遗传标记,为探讨水稻耐不同金属离子胁迫的遗传研究提供参考。【方法】 以典型籼粳交(春江06/台中本地1号)双单倍体(DH)群体为材料,系统考查该群体及其双亲耐4种金属离子(Fe²⁺、Cd²⁺、Al³⁺、Na⁺)胁迫的情况,利用业已构建并完善的该群体加密的分子连锁图谱,对耐这4种金属离子胁迫的QTL进行检测分析。另外,利用实时定量PCR技术检测处理前后相关基因的表达变化情况。【结果】 发现耐各种金属离子胁迫的QTL共8个,分别位于水稻第1、2、4、6、9、10和11染色体上,其中Fe²⁺处理后检测到的QTL贡献率最大,达到24.47%(阈值为7.78),位于第1染色体上RM1297–RM1061,同时对该区间与耐胁迫相关基因的表达分析发现这些基因在处理前和处理后表达水平存在不同程度的差异;Cd²⁺处理后检测到1个QTL,位于第1染色体上;Al³⁺处理后检测到QTL共5个,分别位于第2、4、6、10、11染色体上;Na⁺处理后检测到QTL有1个,位于第9染色体上。【结论】 根据不同金属离子胁迫处理后DH群体的表型差异进行QTL分析,发现耐各种金属离子胁迫的QTL共8个,并初步定位于各染色体的遗传标记区间,这为精细定位并克隆相应QTL,进而探明水稻耐金属离子胁迫QTL的分子调控机制奠定了基础。     

外源硅减轻高温引起的杂交水稻结实降低

选用硅酸钠(Na2SiO3·9H2O)为硅源,于大田条件下对耐热性不同的2个杂交水稻组合在拔节期连续3次喷施4个浓度水平(T-CK,0mmol/L;T-1.25,1.25mmol/L;T-2.50,2.50mmol/L;T-3.75,3.75mmol/L)的外源硅,研究施硅对花期自然高温和自然常温下杂交水稻柱头授粉性能、花药开裂性能和受精率的影响,并筛选适宜浓度的硅酸钠施用方案。结果表明,在田间高温条件下,与T-CK相比,施硅处理(T-1.25、T-2.50和T-3.75)使热敏感组合金优63和耐热组合汕优63的颖花受精率分别提高10.6和4.7百分点(绝对值);花药基部开裂宽度分别增加19.0%和10.3%(相对值);每柱头花粉萌发数增加16.9%和39.6%;授粉总数分别增加3.4%和30.5%;花粉萌发率上升11.3和7.0百分点;花粉萌发数大于10粒的小花的占比上升9.3和27.6百分点;花粉总数小于20粒的小花占比下降18.8和8.1百分点(相对值)。经对两个组合在常温和高温下施硅的花药发育及授粉特性的解析,初步认为外源硅对水稻授粉性能有综合提高作用,但比较而言,其作用可能主要与提高花粉发育质量有关,而提高授粉总数和改善花药裂药性能也有一定的辅助作用。此外,外源硅施用对高温敏感组合效果更佳,其适宜的喷施浓度为2.50mmol/L。     

施氮量对小麦穗花发育及穗粒数的影响

为了解小麦穗发育与氮素营养的关系,通过田间试验,设置90、180、270kg·hm-2三个施氮量水平(分别用N1、N2和N3表示),选用半冬性小麦品种豫麦49和弱春性品种太空6号为材料,研究了施氮量对小麦主茎幼穗长度、第九小穗小花发育进程、每穗总小穗数、不孕小穗数、小穗结实率、产量及其构成的影响。结果表明,随着时间的推移,小麦主茎幼穗长度对施氮量响应逐渐明显,豫麦49和太空6号分别表现为N3N2N1和N2N3N1。豫麦49第九小穗第4~6朵小花发育进程对施氮量响应差异显著,且分化程度随施氮水平的提高而增加;太空6号第3~6朵小花进程对施氮量响应差异显著,其中第3朵小花在发育进程前期N2处理快于N1、N3处理,中期和后期N2、N3处理快于N1处理,第4~6朵小花分化程度则一直表现为N2N3N1。不同施氮处理间总小穗数、不孕小穗数、小穗结实率、产量、穗粒数等指标差异亦显著,且品种之间对施氮反应存在差异,其中豫麦49的总小穗数、小穗结实率、产量、穗粒数呈N3N2N1,而太空6号呈N2N3N1;豫麦49小穗结实率呈N3N2N1,而太空6号呈N2N3N1。由此可见,施氮量对小麦产量的影响与其对小穗中部小花发育、每穗总小穗数、不孕小穗数和单穗结实率的影响相一致。     

通过生育期基因型选择避免稻瘟病抗性与结实率的遗传累赘

利用重组自交系研究表明,在水稻第6染色体短臂上稻瘟病抗性基因Pi25(t)与控制结实率和每穗实粒数的QTL之间存在遗传累赘。为了验证这种关系,采用了更大的遗传群体进行分析,结果表明稻瘟病抗性与结实率存在遗传累赘,但未检测到稻瘟病抗性与每穗实粒数存在遗传累赘。通过对第7染色体长臂RM2-RM214区间抽穗期基因（qHD 7）型背景进行选择,可以打破或避免稻瘟病抗性与结实率的遗传累赘。为了进一步验证这种关系,选择Pi25(t)区间基因型不同、RM2-RM214区间基因型相同、其他染色体区间基本一致的两个株系发展新群体进行分析,除第6染色体的结实率QTL可以分解成2个效应较小的QTL（qSF 6 1和qSF 6 2）外,当第7染色体RM2-RM214区间基因型为中156背景时,Pi25(t)与结实率QTL（qSF 6 2）存在遗传累赘,且qSF 6 2来自父本谷梅2号的等位基因起减效作用;当第7染色体RM2-RM214区间基因型为谷梅2号背景时,第6染色体上没有检测到结实率QTL。上述结果说明在特定育种材料中对抽穗期基因进行选择可以成功打破或避免稻瘟病抗性与结实率的遗传累赘,为水稻以及其他作物的高产抗病育种提供了一种新途径。     

盐逆境下两个水稻品种根系Na+吸收及质膜ATP酶的作用

 以两个不同耐盐力水稻品种80-85 (耐盐) 和83-51(不耐盐)为材料进行研究。根系Na⁺总吸收随盐胁迫的加重而增高，耐盐品种始终具有较低的Na⁺总吸收和较高的整株K⁺／Na⁺比；在10 mmol／L NaCl浓度下显示出根系具有较低的Na⁺吸收速率和较强的对K⁺选择性，低盐浓度(0.2% NaCl) 对根质膜ATP酶活性略有提高；在高盐浓度(0.5% NaCl以上)下，质膜ATP酶活性受到明显抑制，而耐盐品种受抑程度更大．ATP酶活性的下降与根部Na⁺积累以及K⁺吸收的减少相伴随，推测根系K⁺、Na⁺吸收与质膜ATP酶有关     

MULTI-FLORET SPIKELET 4(MFS4) Regulates Spikelet Development and Grain Size in Rice

In rice, the spikelet is the basic unit of inflorescence, and its development is important for determining the grain yield and quality. We reported a rice spikelet mutant multi-floret spikelet 4(mfs4) which resulted in the production of extra floral organs or a whole extra floret, and elongated sterile lemmas. The results suggested that the mutation of the MFS4 gene interfered with spikelet meristem determinacy and floral organ identity. In addition, the plant height and the grain length and width in the mfs4 mutant were all less than those in the wild type. Using the bulked segregant analysis method, the MFS4 gene was localized in a 557-kb region on the long arm of chromosome 1. Sequence analysis showed that there was a C-base deletion at the open reading frame of LOC_Os01 g67430. Further tests indicated that a wild type copy of LOC_Os01 g67430 was able to reverse the mfs4 defects, which indicated that LOC_Os01 g67430 was the MFS4 gene. The MFS4 gene encodes a lipase located in the mitochondria and is expressed strongly in the young inflorescence. qRT-PCR results showed that the expression of some genes that were known to regulate spikelet meristem determinacy and grain size were decreased in the mfs4 mutant, which indicated that the MFS4 gene regulates spikelet meristem determinacy and grain size by modulating the expression of these genes.     

基于高产示范方的机插水稻群体特征研究

 考查了机插常规粳稻超高产群体产量构成、干物质积累以及氮素积累等群体特征。2008年对江苏武进区邹区（品种为武香粳9号）、漕桥和前黄镇（品种均为武运粳7号）等3个百亩连片超高产示范方,2009年对江苏省如东县(品种为宁粳3号)的百亩连片超高产示范方进行了调查。结果表明,机插稻产量与颖花量的相关达极显著,要达到10.5 t/hm2以上的产量,每1m2颖花量需≥ 45 000;籽粒产量10.5 t/hm2以上高产机插水稻的花后干物质积累占籽粒产量的70%～80%;高产机插稻氮素积累的优势在有效分蘖临界叶龄期前和抽穗后两个阶段。足够的颖花量是机插粳稻高产群体的基本特征;保证后期氮素供应、发挥后期干物质积累优势、促进大穗的形成是提高机插水稻产量的主要技术途径。     

Responses of Yield Characteristics to High Temperature During Flowering Stage in Hybrid Rice Guodao 6

By sowing at different dates during 2005 and 2006 both in paddy fields and greenhouse, a super hybrid rice combination Guodao 6 and a conventional hybrid rice combination Xieyou 46 (as control) were used to analyze the differences in heat injury index, seed setting rate, grain yield and its components. Guodao 6 showed more stable yield and spikelet fertility, and lower heat injury index than Xieyou 46. Further studies indicated that the spikelet sterility is positively correlated with the average daily temperature and the maximum daily temperature, with the coefficients of 0.8604 and 0.9850 (P<0.05) respectively in Guodao 6. The effect of high temperature injury on seed setting caused by maximum daily temperature was lower than that by average daily temperature during the grain filling stage.     

6-BA对低温下水稻幼苗细胞膜系统保护作用的研究

在低温胁迫（3℃, 48 h)）前后用6-苄基腺嘌呤（6-BA）（44 μmol/L）处理水稻幼苗,可增强水稻幼苗的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性,降低电解质渗漏率和丙二醛（MDA）含量,同时也提高不饱和脂肪酸指数（IUFA）和叶绿素含量,但过氧化物酶（POD）活性无明显变化。在黑暗中处理效果优于在光照条件下的处理。亚细胞组分测定表明,SOD活性对低温敏感的顺序是叶绿体＞线粒体＞细胞溶质,6-BA对低温下叶绿体的保护作用最明显。外源抗氧化剂抗坏血酸（Vc）（1 mmol/L ）、苯甲酸钠（SB）（5 mmol/L）和二苯胺（DPA）（5 mmol/L）与6-BA配合,比单独施用对膜系统保护作用的效果更佳。     

Specific Spikelet Fertility as an Indicator of Cold Tolerance Identification at Booting Stage in Rice

Spikelet fertility is an uppermost evaluation indicator of cold tolerance in rice at the booting stage. Though many evaluation indicators have adopted by scientists, the whole spikelet fertility (SF) is one of the most important evaluation indexes under low- temperature stress conditions [1-3], which has practical significance in rice production. However, spikelets at different developmental stages have different sensitivities to low-temperature. Moreover, even within the same panicle the spi…     

西南杂交水稻抽穗开花期耐热性筛选

利用人工气候室,以相对受精率为耐热能力评价指标,对西南地区生产上大面积使用的62个杂交水稻品种进行抽穗开花期耐高温特性鉴定。筛选出相对受精率≥60%的品种9个,并通过聚类分析将62个杂交水稻品种分为耐热能力不同的3类,为水稻生产布局提供科学依据。     

杂交糯稻不育系嘉农wx6A的选育及应用

采用0．35kGy 60Co-γ射线辐照诱变杂交稻保持系中9B干种子约0．5kg，于M2带胚糙米群体获得糯质基因突变体嘉农wx6B，通过与中9A的杂交、回交，育成糯稻不育系嘉农wx6A。除胚乳性状差异显著外，嘉农wx6A与中9A生育期相同，且农艺性状、穗部性状、花器性状、花粉不育特性和配合力均十分相似。嘉农wx6A于2005年9月通过福建省技术成果鉴定，利用其配制的杂交糯稻组合嘉糯6优3号（嘉农wx6A／蜀恢527wxR）具有高产、优质、适应性广等特点。     

梯度减除颖花对水稻弱势粒稻米品质的影响

通过梯度减除上部颖花(减库)处理,研究稻穗下部二次枝梗(弱势粒)籽粒外观和碾磨品质的变化,并分析了logistics方程模拟籽粒灌浆过程的有关参数与稻米品质的相关性,以明确籽粒自身活性对品质的影响。结果表明:自然状态下,稻穗下部弱势粒较各部位强势粒在粒长、粒宽、粒厚、糙米率、精米率及整精米率等性状存在显著差异;仅保留稻穗下部枝梗能使弱势粒的粒长、粒宽、糙米率、精米率、整精米率得到显著改良,但弱势粒的有关性状基本没有达到强势粒水平;简单相关分析表明,粒形与灌浆时间极显著负相关,与灌浆速率极显著正相关,碾磨品质与灌浆中、后期持续期及整个灌浆持续期显著负相关,与灌浆速率相关不显著。可见,稻穗下部弱势粒稻米品质较差与营养物质供应无必然联系,籽粒内部固有的生理活性可能是导致粒间品质差异的主要原因。     

花期高温胁迫对水稻颖花生理特性的影响

以野生型水稻中花11及其耐热型突变体(hst)为材料,于抽穗扬花期高温处理7d(40℃,每天处理6h),探讨开花期水稻颖花生理特性与耐热性之间的关系。研究表明,花期高温导致剑叶叶绿素含量、颖花可溶性蛋白和可溶性糖含量均显著下降,突变体hst的降幅明显小于野生型中花11;同时,高温下颖花中丙二醛(MDA)、过氧化氢(H_2O_2)及游离脯氨酸含量均显著增加,而突变体hst的增幅明显低于野生型中花11。在抗氧化酶活性方面,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)活性对水稻开花期高温胁迫的响应有所不同,其变化与耐热性之间的相关性有待进一步验证。高温胁迫下水稻剑叶中保持较稳定的光合作用,颖花中保持较多的渗透调节物质及较低的MDA和H_2O_2含量,是突变体耐高温的生理基础。