水稻粒重遗传与育种研究进展

水稻粒重是影响产量及品质的重要性状之一。通过对水稻粒重性状的遗传特点,粒重QTL、基因的定位与克隆研究进展,粒重与粒型、品质之间的关系及其在选育中的应用现状进行分析综述,提出水稻粒重性状在早期世代进行选择,易获得目标株系,在适当粒重范围内,提高产量与改善米质可以同步进行,利用和改造控制粒重基因是未来提高水稻产量的有效方法。     

水稻粒重遗传与育种研究进展

水稻粒重是影响产量及品质的重要性状之一。通过对水稻粒重性状的遗传特点,粒重QTL、基因的定位与克隆研究进展,粒重与粒型、品质之间的关系及其在选育中的应用现状进行分析综述,提出水稻粒重性状在早期世代进行选择,易获得目标株系,在适当粒重范围内,提高产量与改善米质可以同步进行,利用和改造控制粒重基因是未来提高水稻产量的有效方法。     

调控水稻产量性状的分子机理研究进展

随着水稻高产相关基因的克隆与功能分析,调控水稻产量的分子机理逐渐被人们了解与解读。株型控制由基因IPA1及4个直接控制分蘖的基因来共同完成。已报道的与穗发育相关的基因有11个,其中3个基因参与穗分化基本生物学过程,6个基因参与调控籽粒分化比率,2个基因参与调控穗分化期。控制水稻粒型和粒重的基因有5个,分别参与籽粒长、籽粒宽和灌浆过程。水稻产量基因的克隆与解读为水稻高产育种提供了理论指导。     

苦荞粒重基因FtGW8的生物信息学分析

种子大小和重量是荞麦产量构成的关键因素.该研究基于水稻粒重基因GW8,对苦荞粒重基因进行了生物信息学分析,结果表明,苦荞粒重FtGW8基因CDS序列长768bp,编码的蛋白质包含255个氨基酸,分子量为27.97kD,等电点为9.5,属于亲水性蛋白,具有跨膜结构,与水稻GW8蛋白相似.预测FtGW8蛋白定位于细胞核内,其二级结构主要由α螺旋和无规则卷曲组成,预测的三级结构与二级结构基本一致.蛋白功能分析发现,FtGW8和水稻GW8蛋白均具有SBP功能域,表明其可能具有控制粒重的功能.该研究为苦荞粒重基因的克隆奠定了基础.     

水稻强分蘖基因MT1的分子定位及候选基因的预测

[目的]定位水稻强分蘖基因MT1并预测候选基因。[方法]通过图位克隆的方法精细定位MT1基因,进而克隆该基因。[结果]克隆出水稻强分蘖基因MT1。[结论]为MT1的功能分析奠定了基础。     

标题新闻

76个国家农业产业化示范基地获首批认定 我国建成6663家农民专业合作社示范社 我国科学家成功克隆出正调控水稻粒重基因     

水稻抗白叶枯病分子育种的研究进展

白叶枯病是水稻主要病害之一。水稻白叶枯病分子育种包括白叶枯病抗性基因定位、克隆,白叶枯病抗生分子标记辅助选择,抗白叶枯病基因工程育种和白叶枯病抗性基因资源创新与改良。目前已发现和鉴定抗白叶病基因22个,其中Xa1、Xa21基因已图位克隆。随着Xa1-xa24(t)基因等分子生物学研究的深入开展,水稻白叶枯病分子育种也开始实现基因资源的定向操作和育种应用。     

水稻矮秆基因定位和克隆的研究进展

介绍了水稻矮秆性状的研究现状,包括水稻矮秆性状的遗传研究,水稻植株矮化机制研究,以及水稻矮化材料的利用情况;综述了水稻矮秆基因定位的常用方法,包括图位克隆法的原理,以及图位克隆法、生物信息学与突变体资源在水稻基因精细定位与克隆方面的应用。     

水稻矮秆基因定位和克隆的研究进展

介绍了水稻矮秆性状的研究现状,包括水稻矮秆性状的遗传研究,水稻植株矮化机制研究,以及水稻矮化材料的利用情况;综述了水稻矮秆基因定位的常用方法,包括图位克隆法的原理,以及图位克隆法、生物信息学与突变体资源在水稻基因精细定位与克隆方面的应用.     

水稻叶片融合基因LF1的图位克隆及功能分析

[目的]克隆并解析水稻叶片融合基因LF1(Leaf Fusion 1)的功能,为阐明水稻叶片发育的分子机制奠定基础.[方法]lf1为水稻品种'02428'组织培养获得的叶片融合突变体.利用水稻叶片融合突变体lf1与籼稻品种'N22'构建遗传分离群体,精细定位lf1;结合突变体重测序分析确定候选基因,经基因敲除克隆LF1...     

水稻遗传图谱构建及粒形相关性状的QTL定位

[目的]构建水稻遗传连锁图谱,并对水稻粒形相关性状进行QTL分析,为水稻高效育种提供理论依据和育种材料.[方法]对具有极端粒形差异的两份水稻材料K1561和G1025进行杂交、自交获得F2分离群体,通过软件Map-maker/Exp 3.0构建水稻遗传连锁图谱,并利用软件QTLNetwork-2.0对2011年F2群体、2012年F2∶3家系群体的粒形相关性状数据进行相关性状的QTL定位.[结果]两个亲本的粒形性状指标差异明显,以千粒重相差最大;F2、F2∶3两个群体的相关粒形指标基本上呈连续分布状态且分布频率范围广.与F2单株相比,F2∶3家系的千粒重、粒长和粒宽的平均值更偏向于大粒亲本K1561.构建了含161对SSR标记的水稻遗传连锁图谱;共检测到18个粒形相关性状的QTL,分别分布于第1、2、3、7、9和12染色体上.其中,控制千粒重、粒长、粒宽和长宽比的QTL分别有7、5、5和1个,除qGL/GW12外,其他增效等位基因均来源于大粒亲本K1561.两个群体均能检测到的QTL有8个,分别为qTGW3、qTGW7、qTGW9.2、qTGW12、qG L1、qGL9、qGW12和qGL/GW12,其平均加性遗传力为6.04％、12.59％、6.29％、22.08％、4.86％、15.39％、22.12％和10.83％.[结论]定位获得3个效应值较大的新QTL位点qTGW12、qGL9和qGW12,为进一步定位并克隆这些粒形相关基因、阐明水稻产量和品质的控制机理提供了较好的遗传材料.     

粳稻粒形性状的数量性状基因座检测

 【目的】通过对粳稻粒形性状的QTL检测,为粳稻粒形性状相关QTL的精细定位和分子标记辅助选择育种提供理论依据。【方法】利用大粒粳稻DL115与小粒粳稻XL005杂交获得的F2代200个个体为作图群体,在北京进行稻谷粒长、粒宽、粒厚、长宽比、千粒重等粒形性状的鉴定。采用复合区间作图法,利用SSR标记对上述粒形性状进行数量性状基因座检测。【结果】上述粒形性状在F2群体均呈正态连续分布,表现为由多基因控制的数量性状。共检测到与粒形性状相关的QTL 16个,分布于第2、3、5和12染色体上。其中qGL3a、qGW2、qGW5、qGT2、qRLW2、qRLW3、qGWT2和qGWT3对表型变异的贡献率分别为15.42%、40.89%、13.54%、33.43%、13.82%、13.61%、12.51%和10.1%,为主效QTL。其中,qGW2、qGT2、qRLW2和qGWT2均位于第2染色体上的RM12776－RM324 区间。在所检测到的16个QTL中,4个QTL的增效等位基因来源于小粒亲本XL005,而其余QTL的增效等位基因均来源于大粒亲本DL115。基因作用方式主要表现为加性或部分显性。【结论】粳稻粒形性状是由多基因控制的数量性状。第2染色体RM12776－RM324区间是分别与粒宽、粒厚、长宽比和千粒重相关的4个主效QTL的共同标记区间,与其相邻的2个标记（RM12776和RM324）应在分子标记辅助选择育种中探讨其利用价值。大粒亲本对稻谷粒长、粒宽、粒厚和千粒重等性状的增效作用显著。     

利用染色体单片段代换系定位水稻粒重QTL

粒重是决定水稻产量的三要素之一,是由多基因控制的数量性状。本研究以广陆矮4号为受体,日本晴为供体的119个染色体单片段代换系群体为试验材料,利用 SPSS软件分析了粒重与粒形性状之间的相关性,通过单因素方差分析和 Dunnett’s多重比较,测验单片段代换系与受体亲本广陆矮4号之间粒重的差异,以2年都能检测到的显著差异位点作为稳定表达的 QTL。结果表明：千粒重与粒长、长宽比呈极显著正相关,与粒宽、粒厚相关性不显著;以 P≤0.001为阈值,2年都能检测到的千粒重相关 QTL 19个,分布在除第10、12染色体以外的10条染色体上。其中,10个QTL的加性效应表现为增效作用,其加性效应值的变化范围为0.49~2.74 g,加性效应百分率的变化范围为2.00%~11.05%;9个 QTL加性效应表现为减效,加性效应值的变化范围为0.60~2.35 g,加性效应百分率的变化范围为2.40%~9.48%。这些QTL的鉴定,为进一步精细定位或克隆相应 QTL奠定了基础。     

Identification of Quantitative Trait Loci for Grain Traits in Japonica Rice

Quantitative trait loci（QTLs） of grain traits were detected to provide theoretical basis for fine mapping and molecular marker-assisted breeding of grain traits in japonica rice.Using an F2 population including 200 individuals derived from a cross combination between two japonica rice DL115 with large grain and XL005 with small grain,the grain length,grain width,grain thickness,ratio of grain length to width and 1 000-grain weight were evaluated in Beijing;and the quantitative trait loci for above five grain traits were identified by composite interval mapping using SSR markers.The results showed that the five grain traits exhibited a normal continuous distribution in F2 population,indicating they were quantitative traits controlled by multiple genes.A total of 16 QTLs conferring the five grain traits were detected on chromosomes 2,3,5 and 12,respectively.Eight QTLs,namely qGL3a,qGW2,qGW5,qGT2,qRLW2,qRLW3,qGWT2 and qGWT3,were major QTLs and explained 15.42,40.89,13.54,33.43,13.82,13.61,12.51 and 10.1% of the observed phenotypic variance,respectively.Among them,qGW2,qGT2,qRLW2 and qGWT2 were mapped in same interval RM12776-RM324 on chromosome 2.The marker interval RM12776-RM324 on chromosome 2 was common marker intervals of four major QTLs,and the two SSR markers RM12776 and RM324 would be used in molecular markerassisted breeding in japonica rice.The modes of gene action were mainly additive and partial dominance.Four QTLs＇ alleles were derived from small grain parent XL005,and other 12 QTLs＇ alleles were derived from large grain parent DL115.The alleles from larger parent were showed significant effects to grain length,grain width,grain thickness and 1 000-grain weight.     

不同年份冷水胁迫下水稻抽穗期和产量性状的QTL分析

【目的】水稻抽穗期、结实率、千粒重和单株粒重跟产量密切相关,且受低温影响较大。在冷水胁迫下检测控制水稻抽穗期、结实率、千粒重和单株粒重的QTL,为水稻孕穗期耐冷遗传机制及分子标记辅助育种提供理论依据。【方法】以粳稻优质品种东农422和耐冷品种空育131为亲本构建的190个重组自交系解析表型变异,构建了覆盖12条染色体,155个SSR标记的遗传连锁图。连续3年在水稻孕穗期进行冷水灌溉处理,考察始穗期、齐穗期、结实率、千粒重和单株粒重5个性状,利用SPSS18.0和GGEbiplot进行表型分析,利用QTLnetwork2.0,采用逐步联合分析法定位和性状相关的QTL,用超几何函数评价QTL间的相关性。【结果】冷水胁迫下,亲本和RIL群体抽穗期推迟,结实率明显降低,千粒重和单株粒重相继降低。始穗期、齐穗期和结实率互为正相关,结实率、千粒重和单株粒重也互为正相关。共有71个加性QTL被检测到,37个跟耐冷性有关,其中单环境分析检测到28个,贡献率大于10%以上的QTL有11个,单处理联合分析共检测到10个和耐冷有关的QTL,贡献率大于10%的QTL有6个。这17个贡献率大于10%且和耐冷性有关的QTL对性状具有增效作用。多环境联合分析检测到12个QTL,平均贡献率仅为3.56%,其中5个QTL参与了环境互作。检测到的20对上位性QTL中,有2个主效QTL区间参与了上位性互作,对性状的遗传起到重要作用。QTL相关性分析表明,控制始穗期,齐穗期和结实率的QTL具有相关性,结实率的QTL也同千粒重、单株粒重的QTL相关。经图谱比较分析,研究发现的部分QTL与前人研究处于相同染色体片段上,其中,q IHD7-2、q FHD7-2、q FHD7-1和q IHD7-1是在多环境下检测到的稳定存在的QTL,同时,q IHD7-1、q IHD7-2、q FHD7-1、q SSR7-1和q SSR7-2和耐冷性有关,这些QTL位点可为水稻抗冷分子育种提供依据。【结论】冷水胁迫下,结实率分别同抽穗期、千粒重和单株粒重存在相似的遗传机制,而抽穗期和千粒重、单株穗重的遗传相互独立。相比而言,冷水胁迫下选择结实率高的品种要比选择其余3个性状困难。     

水稻谷粒外观性状和粒重的遗传研究

谷粒性状与水稻的产量和品质密切相关,阐明其遗传规律,对水稻品种改良有重要意义。利用主基因+多基因混合遗传模型对直立穗水稻品种3012与弯曲穗品种万特大粒杂交组合的P1、P2、F1和F2的粒长、粒宽和粒重进行了遗传分析。结果表明,粒长和粒宽的遗传均受1对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因共同控制。粒重的遗传受2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因共同控制。粒长和粒宽以多基因遗传为主,粒重以主基因遗传为主。控制这3个性状的基因均以加性效应为主,在育种时应采取不同的策略。     

基于染色体片段置换系的野生稻粒长QTL——qGL12的精细定位

【目的】利用野生稻染色体片段置换系以及次级群体,精细定位与水稻粒长相关的QTL,发掘野生稻中影响粒长的新基因,为水稻育种提供遗传材料和基因资源。【方法】利用中国农业科学院作物科学研究所野生稻实验室已构建的野生稻染色体片段置换系群体,定位到一个与粒长相关的QTL——qGL12。在此基础上,选择粒长与受体亲本9311差异显著,且携带qGL12片段的置换系CSSL141与9311回交构建次级分离群体,设计区间内分子标记引物,筛选交换单株,结合粒型表型分析与基因型鉴定,对qGL12进行精细定位。通过扫描电子显微镜检测颖壳细胞,观察细胞的长宽变化,对定位区间内的基因进行基因注释以及测序分析,预测候选基因。【结果】根据整套置换系多个环境下的表型鉴定,qGL12初定位于第12染色体标记RM28621附近;选取携带qGL12的置换系CSSL141作为精细定位的亲本,CSSL141携带4个野生稻导入片段,在多年多点的田间试验中,CSSL141粒长、粒宽、粒重均明显高于9311;利用构建的CSSL141/9311 F2群体将qGL12定位于第12染色体标记RM5479与RM28621之间,影响粒长、粒宽以及粒重,对粒长的贡献率最高,为44.61%。在定位区间内设计了7个多态性分子标记引物,选择目标区间基因型杂合的植株种植F3,通过筛选交换单株,结合交换单株的基因型与表型,将qGL12定位于RM5479与RM28586之间50 kb区间内,为进一步缩短定位区间,在此区间内设计了4个多态性分子标记引物,选择交换单株种植下一代,筛选后得到20株交换单株,结合交换单株基因型与籽粒表型,最终将qGL12定位到第12染色体15.69 kb区间,该区间内有3个候选基因,其中Os12g39650编码一种微管蛋白,Os12g39660编码一种质膜钙转运ATP酶,Os12g39670尚未有明确功能,通过测序分析发现,Os12g39650、Os12g39660在编码区内存在变异;对亲本以及后代交换单株的颖壳细胞进行电镜扫描,发现9311颖壳细胞的长度与宽度均比CSSL141小,CSSL141/9311 F4代群体中,目标区间为野生稻基因型的交换单株颖壳细胞的长度与宽度均比目标区间为9311基因型的交换单株大,表明qGL12通过调控颖壳细胞的大小影响水稻粒长。【结论】利用野生稻染色体片段置换系,将野生稻粒长QTL——qGL12定位于第12染色体15.69 kb区间内,通过调控水稻颖壳细胞的大小影响粒长。该区间内有3个基因。来自野生稻的Os12g39650与Os12g39660与栽培稻等位基因相比,存在自然变异,确定为qGL12的候选基因。     

Association mapping of quantitative trait loci for yield-related agronomic traits in rice(Oryza sativa L.)

High yield in rice mainly depends on large grain weight, ideal plant architecture and proper flowering time adapting to various geographic regions. To help achieve higher yield, phenotype variations of heading date(HD), plant architecture and grain shape in a panel of 416 rice accessions were investigated in this study. A total of 143 markers including 100 simple sequence repeat(SSR) markers and 43 gene-tagged markers were employed in association mapping to detect quantitative trait loci(QTL) responsible for these variations. Among the 7 subpopulations, POP5 in japonica group showed the largest values of HD and grain width(GW), but the smallest values of grain length(GL) and grain length to width ratio(GLW). Among the six indica groups, POP7 had the largest values of HD, GL, GLW, and 1 000-grain weight(TGW). A total of 27 QTLs were detected underlying these phenotypic variations in single year, while 12 of them could be detected in 2006 and 2007. GS3 marker was closely associated with GL, GW and GLW, and widely distributed in different groups. The starch synthesis related gene markers, SSI, SSIIa, SBE1, AGPL4, and ISA1, were linked to plant height(PH), panicle length(PL), flag leaf length(FLL), GW, and GLW. The SSR markers, RM267, RM340 and RM346, were linked to at least two traits. Therefore, these new markers will probably be used to improve rice grain yield or plant architecture when performing marker-assisted selection of proper alleles.