水稻白化突变体遗传机理与发掘利用研究进展

在自然界中存在大量的叶色突变体,对叶色突变体的研究可以探索叶绿体发育进程、光合色素代谢及核质互作信号通路等。随着分子生物学的发展,越来越多的水稻叶色突变基因被挖掘利用。本研究从水稻白化突变体类型、产生原因及作用机理等方面进行论述,并介绍了白化突变体在水稻杂交育种及基础研究中的应用价值,为深入发掘利用水稻白化突变基因提供一些建议。     

水稻紫叶突变体PLM的表型与遗传研究

从爪哇稻香大粒中发现一紫叶突变体PLM,通过与绿叶水稻C181杂交,对PLM及其后代进行遗传、色素和品质的分析.结果显示:PLM紫叶突变体为隐性单基因遗传.与绿叶植株相比,PLM及其后代紫叶群体的花青素含量显著增加,叶绿素总量也有一定的增加;PLM子粒的长宽比为3.09,达到国标一级;其垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量和胶稠度均低于国标三级,表现较差;在其杂交后代中,品质性状得到了一定改善.PLM是一优良的标记供体材料.     

水稻早衰突变体esl6的鉴定与基因定位

自然衰老提高了植物对环境的适应性,是其生长发育的重要生命历程,但在农业生产中,叶片一旦早衰,将极大影响作物的产量和品质。为探索水稻叶片衰老的分子机理,我们对EMS诱变获得的一个早衰突变体esl6进行了研究。田间种植情况下,四叶期之前,esl6与野生型无明显差异,之后心叶发育成完整叶后叶尖黄化,叶基部保持正常绿色,一直持续到开花期;在灌浆期,esl6的所有叶片均不同程度地黄化早衰,且叶片上部的衰老程度明显严重于叶片基部。衰老部位细胞结构异常,主要表现为细胞膜破裂、液泡变大和细胞器不完整等,叶绿体中基质类囊体破裂,含有较多的淀粉粒。与野生型相比,esl6叶尖衰老部位的SOD、CAT和POD活性以及超氧阴离子O₂^?、H₂O₂和羟自由基·OH含量均极显著升高。早衰不仅导致esl6叶片光合色素含量和净光合速率极显著降低,还引起esl6的植株变矮和叶片变短,倒一和倒二节间极显著变短是导致esl6植株矮化的主要原因。遗传分析表明该性状受一对隐性核基因调控,利用西大1A/esl6的F₂分离群体,最终将调控基因定位在第9染色体203 kb的物理范围内,为下一步基因的克隆和功能研究奠定了基础,有利于水稻叶片衰老分子机理的阐释。     

EPA和DHA合成表达载体构建及对水稻的遗传转化

二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid, EPA)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid, DHA)是最具有营养价值的ω-3超长链多不饱和脂肪酸(very long-chain polyunsaturated fatty acids, VLPUFAs),其主要来源是某些深海鱼油、藻类和微生物。由于过度捕捞、重金属污染及提取产生的高昂价格等问题,已难以满足市场的需求,而高等植物中不存在ω-3 VLPUFAs途径。因此,开发富含EPA和DHA新植物资源具有广阔的应用前景。本研究将7个与ω-3 VLPUFAs合成相关的酶基因共同导入水稻中,创建ω-3 VLPUFAs合成通路,以期获得种子中富含EPA和DHA的水稻新材料。人工合成优化后的EPA和DHA合成相关的7个基因,利用不同的水稻胚乳特异性高强度启动子,以及不依赖启动子的3’-非翻译区(untranslated regions, UTRs),分别与这些目的基因组合,利用高效多转基因堆叠系统II (transgene stacking II, TGS II)构建到植物表达载体中,通过农杆菌介导法进行遗传...     

水稻OsSUTs基因对弱光胁迫的应答分析

光照对植物的生长发育十分重要,弱光胁迫对水稻生长发育会产生不良的影响。为研究弱光对水稻蔗糖转运蛋白基因(OsSUTs)表达的影响,本研究对水稻品种‘日本晴’进行遮光和不遮光(对照)栽培,检测不同光处理的2组材料OsSUTs基因家族的mRNA相对表达情况、农艺性状和生育期长短。结果显示,弱光胁迫可抑制水稻生长发育进程,导致水稻生育期延长,灌浆受阻;OsSUTs基因家族不同的OsSUTs基因的mRNA表达量对弱光胁迫的应答并不相同。OsSUT1、OsSUT2和Os SUT4对弱光胁迫响应明显,在遮光条件下这3个OsSUTs基因在几个生育期都出现表达量明显上升的情况,这个可能是其上游序列中顺式元件G-box和ACE参与了弱光胁迫响应。本试验结果可为耐荫性水稻品种的分子选育及弱光胁迫下水稻的分子调控机理提供参考。     

转录因子OsHOX4过量表达及T1代转基因植株中纯合系鉴定

OsHOX4基因是属于水稻植物同源结构域(HD-Zip)转录因子家族的一个成员。本研究利用农杆菌介导法将OsHOX4基因转入籼稻(Oryza sativa ssp.indica)IR64中,获得54株过量表达植株。我们利用southern杂交分析确定了各个株系的拷贝数后,利用TAIL-PCR方法对4个不同的单拷贝株系进行了研究,并在其中找出T-DNA在3个单拷贝株系染色体上的插入位点(分别为染色体5,8,10)。根据T-DNA在各个株系的插入位点分别设计特异性引物,从T1代转基因株系里鉴定出纯合的植株。我们观察到OsHOX4过量表达植株的分蘖数明显高于野生型,株高比野生型明显的变矮,在同一个株系的纯合和杂合的转基因植株表型也有很大的差异。在TAIL-PCR分析基础上,为从T1代转基因作物中鉴定出纯合的植株提供了方法和理论依据。     

水稻叶脉白化突变体wpsm的遗传分析与基因定位

叶绿素是植物生长发育必不可缺的元件。叶色突变体的发掘与研究在叶绿体发育、叶绿素代谢、光合作用等研究中具有重要作用。利用化学诱变剂EMS诱变水稻(Oryza sativa L.)籼型恢复系缙恢10号,从其后代中筛选出一份突变性状稳定遗传的叶脉白化突变体wpsm (white primary and secondary midrib)。与野生型相比,该突变体苗期表现正常,孕穗后期剑叶、倒二叶、倒三叶整张叶片的主叶脉和次级叶脉白化,叶肉细胞无显著变化,该性状一直持续到成熟期。抽穗期突变体wpsm的光合色素含量极显著低于野生型,净光合速率(P_n)及表观电子传递速率(ETR)极显著降低,株高、每穗实粒数、千粒重、结实率等农艺性状均显著降低。该突变性状受一对隐性核基因调控,利用892株西农1A/wpsm的F₂隐性定位群体,将该基因定位在第6染色体上引物InDel 10与InDel 4之间,遗传距离分别为0.06 cM和0.12 cM,物理距离约为56 kb。本研究为WPSM基因的克隆和功能研究奠定了基础。     

OsWRKY67负向调控水稻耐旱性的功能分析

WRKY转录因子在水稻生物胁迫及非生物胁迫中均发挥重要作用。本实验室前期发现OsWRKY67正向调控水稻应答病害胁迫,为研究OsWRKY67在水稻非生物胁迫中的作用,本研究对低温、干旱、高盐、ABA、高渗透压和活性氧等多种非生物胁迫处理下的OsWRKY67基因的表达量进行测定,结果表明该基因的表达受上述非生物胁迫的影响。此外,本研究对OsWRKY67基因的过表达株系(OX5-2和OX6-5)、基因沉默株系(R9-4, R11-2和R14-2)和野生型‘日本晴’进行模拟干旱胁迫处理,结果表明沉默OsWRKY67基因可显著增强水稻的耐旱性,过表达OsWRKY67基因会显著降低水稻的耐旱性。进一步研究发现OsWRKY67能够调控部分耐旱相关基因(DREB1A, DREB1B, DREB2A和DREB2B)、ABA合成相关基因(NCED3和NCED4)及ABA通路相关基因(RaB16A, LIP9和LEA3)的表达。综合以上研究表明,OsWRKY67参与调控水稻响应多种非生物胁迫,通过ABA信号通路介导负向调控水稻苗期耐旱性。本研究揭示了OsWRKY67在水稻耐旱性中的调控作用,为利用该基因进...     

粳稻杂种劣势的遗传及表型特性分析

杂种优势是自然界的一种普遍现象,但在杂交水稻育种实践中也时常发现杂种劣势现象,为了更好地阐明杂交育种理论和揭示品种本质有必要对杂种劣势的遗传机理进行更深层次的研究。本研究旨在通过两个韩国粳稻品种(Aranghyangchalbyeo和Sanghaehyangheolua)及其正反交后代(F1,F2)特性的比较,解析水稻杂种劣势的表型、类别及其遗传模式。形态学分析表明,正反交F1植株的劣势表现均明显、稳定且不受环境影响,主要农艺性状的中亲劣势值均为负值,其中F1的株高、分蘖数和结实率与亲本相比显著降低(P<0.01);F1劣势表现从发芽后第5d开始,地下部的劣势表现比地上部更为明显。细胞组织结构观察表明,分蘖盛期F1劣势植株叶片发育正常,而其根部气腔发育较亲本迟缓,从而阻碍了地上部与地下部的通气情况,因此也影响了整个植株的正常生长。遗传学分析发现,该劣势组合成熟期F2群体中正常与劣势植株呈现7:9的分离,结合分蘖盛期该F2群体株高的分离模式,推断该杂种劣势的表型是由两个互补的显性基因控制。该研究结果为揭示杂种劣势的多样性及分子遗传机制提供了新思路。     

水稻航天衰老突变体基因psl2的表型和遗传分析

叶片是植物最主要的光合作用器官,是水稻的源器官。其生长、发育和衰老的分子机理的研究对水稻经济产量和生物产量具有重要的意义。2006年我单位在参加农业部实践8号卫星航天育种工程的空间辐射诱变籼稻(Oryza sativa L.indica)泸恢H103中得到一叶片早衰突变体。初步研究结果表明,该早衰叶突变体表现的特点是:抽穗期前心叶抽出时,先前抽出的倒4叶片就开始变黄衰老,抽穗初期时先前抽出的倒3叶表现衰老,抽穗后期先前抽出的倒2叶表现衰老,灌浆期剑叶表现衰老,完全成熟时剑叶完全衰老死亡。利用该突变体分别与其野生型泸恢H103、R527、R602杂交,获得F1及其衍生的F2群体,对早衰叶突变体进行遗传分析。遗传分析表明由一隐性核基因psl2控制。本研究为最终定位和克隆目标基因奠定了基础。     

美国水稻品种对稻瘟病小种IE-1k、IB-33、IB-49和IC-17的抗性遗传

1994年10月至1995年5月，在美国阿肯色大学水稻研究推广中心的温室，对5个美国水稻品种Katy、Lemont、L202、RA73和Bond、其F1、F2和部分组合的F3随机选系，用4个主要美国稻瘟病菌小种IE-1k、IB-33、IB-49和IC-17进行接种鉴定，通过完全双列杂交进行遗传分析的研究。结果表明：所有的亲本对IB-33感病；除RA73外，其他亲本对IE     

水稻抗除草剂基因bar的转育研究

本研究以转bar基因水稻"HR"为供体,两系法亚种间杂交稻优势组合"两优培九"的恢复系"9311"为受体,经过3次回交转育成了对Basta除草剂具有抗性的9311近等基因系"9311HR",经PCR分析确认已导入bar基因.比较试验表明,9311HR及其与"培矮64S"配制的杂种的产量、米质、抗性等主要农艺性状分别与9311和两优培九十分相似.表明通过回交将     

水稻收获指数遗传及其与主要农艺性状的相关研究

应用完全双列杂交的遗传设计,以5个各具特性的水稻品种为材料,对收获指数的遗传进行研究。结果表明,收获指数的一般配合力（GCA）效应、特殊配合力（SCA）效应和反交（R）效应均达极显著水平,其方差比为2.595∶1.232∶1;F₂群体收获指数从低到高呈连续的近正态分布,表现数量性状的遗传特点;在加性显性模型中加性效应和显性效应达极显著值,狭义遗传力和广义遗传力分别为40.17%、67.94%。遗传相关分析表明,收获指数与结实率显著正相关,与穗长、千粒重和生物量显著负相关,由于穗长、千粒重有较高的遗传力,因此在早代对穗长、千粒重进行选择能间接改良收获指数。初步明确水稻收获指数是一个由多基因控制的数量性状,符合加性显性模型,遗传以加性效应为主,显性效应和其它效应（如反交效应）也起一定的作用,遗传力较高,可在早期分离世代进行选择。上述的结果将为水稻新品种选育提供理论依据。     

不同锌离子活度下水稻锌高效基因型农艺特性的遗传分析

本试验以耐低锌基因型和锌敏感基因型水稻为材料, 采用双列杂交, 选择耐低锌基因型和锌敏感基因型水稻在缺锌条件下反应差异较明显的总干重、地下部干重、地上部干重、叶龄、株高、根长等性状在不同锌离子活度下的相对值研究了水稻锌高效基因型农艺性状的遗传特性, 结果表明: 研究性状的显性方差都达显著和极显著水平, 在总方     

水稻株高的遗传控制及其在育种上的应用

株高是水稻品种的重要农艺性状之一,矮秆水稻品种的选育和推广是20世纪水稻育种工作的重大成就,因此矮秆基因的发掘研究和利用备受重视。本文综述了水稻株高基因的遗传、定位、作用机理及其在水稻育种中的利用情况等方面的研究进展,分析了水稻株高基因在水稻育种应用中所存在的问题,并对其发展前景作了展望。     

水稻悬浮培养研究进展

悬浮细胞培养是现代植物生物技术和植物细胞的分子机理研究的最重要方法之一.其中水稻悬浮培养足近年来的研究热点.本文从水稻悬浮培养外植体的选取、基因型的选择、愈伤组织的诱导、悬浮培养方法的优化、悬浮细胞的彤态特征和生理生化变化以及其在生命科学研究中的应用等方面进行了概述,并提出了目前水稻悬浮培养中尚待加强研究的问题.     

利用“02428h”的eui基因选育长穗颈不育系

为研究隐性长穗颈水稻“02428h”的长穗颈基因eui在减轻不育系包颈度中的利用价值,以02428h为父本,培矮64S为母本和轮回亲本,经过连续3次回交将02428h的eui基因导入培矮64S,转育成了具有长穗颈基因的“P8hS”。与培矮64S相比,P8hS的株高增加35.6 cm,主要是穗颈节和倒2节间长度增加所致。eui基因的导入不仅可使培矮64S的穗包颈得到彻底改善,而且对培矮64S及其杂种的主要经济性状具有改进作用。     

水稻移栽后苗期茎叶光合产物运转与分配特性研究

采用³H核素示踪方法,研究了水稻移栽后苗期茎叶光合产物的运转分配特性。结果表明,栽后4 d标记的茎鞘3H同化物在标记后10 d,有7.6%~9.8%运往新根,6.7%~15.6%运往主茎新叶,6.9%~9.9%运往分蘖茎叶;标记后30 d,约12%分配至新根,10%~14%分配至分蘖茎叶。标记后10~30 d参与再分配的同化物主要来自主茎茎鞘,输入器官主要为分蘖和新根。移栽后20 d标记叶片的3H同化物在标记后10 d,19%~28%分配至主茎新叶,4.6%~13.4%分配至分蘖,3%~5%运往新根。3个品种中,冈优22茎、叶光合产物分配到主茎中的比例较高,K优047分配到分蘖的比例较高,Ⅱ优162输送到新叶中的比例最大。