水稻矮化宽叶突变体osdwl1的生理特性和基因定位

株高是影响水稻倒伏的重要因素之一,培育适度矮化水稻品种有利于提高其抗倒性,进而减少产量损失并提高稻米品质,因此研究矮秆形成的分子生理机制具有重要意义。通过辐射诱变籼稻恢复系自选1号获得一个稳定遗传的矮化宽叶突变体osdwl1,本文对其形态与生理特征、细胞结构差异、遗传分析和基因定位等方面进行了研究。大田条件下,osdwl1矮化宽叶性状始于分蘖期后,成熟期穗长和各茎节长度均极显著短于对照,最终导致株高矮化,究其原因,是由于突变体茎节细胞变短所致;而叶片石蜡切片及扫描电镜结果显示,osdwl1的叶片小维管束数及其间距显著增加,从而导致叶片变宽,且其上下表皮的小刺毛数也极显著增加。此外,osdwl1的中上部叶片还表现黄化症状,该性状始于3~4叶期幼苗。生理分析和透射电镜观察表明,与野生型对照相比,孕穗期osdwl1的叶绿体类囊体结构松散,且部分已开始降解,从而导致其倒二叶和倒三叶的叶绿素总含量、净光合速率以及Fv/Fm比值均极显著降低,而其可溶性蛋白、过氧化氢酶及超氧化物歧化酶酶活依次极显著降低,从而导致叶中H2O2及O2-累积,促使丙二醛含量急剧增加。遗传分析表明,osdwl1的矮化宽叶表型受单隐性核基因调控,利用图位克隆技术将该基因定位于6号染色体短臂的SSR标记RM19297与InDel标记ID269-2之间,物理距离为333kb,该结果为进一步克隆OsDWL1基因并研究其功能奠定了基础。     

水稻淡黄叶矮化突变体yld的遗传分析及基因定位

水稻叶色突变体是研究植物光合作用、叶绿素代谢和叶绿体发育的重要材料。本研究从籼稻品种蜀恢527经EMS(甲基磺酸乙酯)诱变处理后代中筛选出一个淡黄叶矮化突变体Yellow leaf and dwarf(yld)。与野生型蜀恢527相比,该突变体全生育期都表现出淡黄叶矮化性状,其剑叶的淡黄色表型最为明显,倒二叶次之,倒三叶最弱,其中剑叶的叶绿素及类胡萝卜素含量降低最为明显;并且伴随着穗粒数、千粒重、结实率、株高等主要农艺性状的显著降低,但有效穗显著增多。透射电镜观察结果显示,与野生型相比,该突变体多数叶绿体结构基本完整,但基粒模糊,基质片层大量减少且排列疏松。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性核基因控制。在yld突变体与粳稻武运粳7号杂交的F2群体中分离出323个突变单株,最终将YLD基因定位在第11染色体的L5和L7两标记之间,物理距离为115.7 kb。本研究为YLD基因的克隆和功能分析奠定了基础。     

水稻矮化大粒突变体sdb1的鉴定与基因定位

适度矮化有利于提高水稻的抗倒伏性, 进而影响产量和品质, 是水稻育种中重要的选择性状之一, 因此研究矮秆形成的分子机制具有重要的意义。为鉴定新的矮秆资源, 探讨株高形成的分子调控机制, 我们对籼型恢复系缙恢10号的EMS (甲基磺酸乙酯)诱变体库进行了鉴定, 从中筛选到1个植株半矮化且籽粒变大的突变体sdb1。本文对其进行了形态鉴定、细胞学观察、遗传分析和基因定位等研究。田间种植条件下, 全生育期sdb1的株高都明显矮于野生型, 成熟期仅76.66 cm, 与野生型的117.43 cm相比, 下降了34.72%, 差异达极显著水平, 进一步分析发现sdb1的穗和各节间长均显著变短。在茎秆石蜡切片中发现, 纵向细胞的长度与野生型相比无显著变化, 横向细胞面积极显著变小、数量则极显著增加, 纵向细胞变少是导致sdb1植株半矮化的主要原因。除植株变矮外, sdb1的另一典型特征是籽粒变大, 千粒重由野生型的24.83 g变为突变体的29.00 g, 差异达极显著水平; 颖壳中薄壁细胞数量增加了22.05%, 致使籽粒的长、宽、厚均极显著变大, 从而提高了sdb1的粒重。此外, sdb1叶肉细胞层数增多, 导致其光合色素含量极显著高于野生型, 叶片呈现深绿色。遗传分析发现, sdb1的突变表型受单隐性核基因调控, 利用中花11/sdb1杂交组合的F₂隐性植株, 最终将调控基因定位在第4染色体SSR标记RM16632和Indel标记J50-7之间约406 kb的物理范围内。这为SDB1的克隆和功能研究奠定了基础, 也有助于水稻株高发育分子机制的进一步阐释。     

一个水稻半矮化突变体基因的初步定位

发掘和鉴定控制水稻株高的基因,实现对水稻株高的定向改良,具有重要的理论意义和应用价值。利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变水稻恢复系R30,获得了一个能稳定遗传的半矮化突变体(sd-ch)。将sd-ch作母本,与"泸恢17"进行杂交,构建F2群体,进行遗传分析,并用SSR分子标记对sd-ch进行定位。结果表明,F1表现为正常亲本高度,F2群体株高出现性状分离,正常高度植株和半矮化植株数量分别为401和143,比值为2.8,经卡方检测符合3:1,表明sd-ch受隐性单基因控制;通过SSR分子标记对sd-ch进行定位,第8染色体上SSR标记RM6028从F2群体101个隐性表型单株中检测到2个单交换株,交换率为0.99%。该基因被定位于RM6028附近,遗传距离为0.99 c M。本研究对sd-ch的初步定位,以及对其进行精心定位、克隆和应用奠定了基础。     

水稻斑点叶突变体spl~(Z97)的生理特性及其基因定位

通过EMS诱变籼稻恢复系珍97获得一个稳定遗传的褐色斑点叶突变体spl~(Z97)(spotted leaf Z97,spl~(Z97))。大田条件下,突变体spl~(Z97)的斑点叶性状始于分蘖期,此后由叶缘向叶中下部迅速扩散,直至整个叶片,严重时叶片部分或整体枯死,从而致使突变体株高、每穗粒数及结实率极显著低于野生型对照。生理分析表明,与野生型珍97相比,孕穗期突变体spl~(Z97)剑叶、倒二叶和倒三叶的叶绿素含量极显著降低,而POD(peroxidase,POD)活性、O_2?~含量及MDA(malondialdehyde,MDA)含量升高;突变体spl~(Z97)倒二叶和倒三叶的CAT(catalase,CAT)活性和可溶性蛋白含量极显著降低,而SOD(superoxide dismutase,SOD)活性则极显著增加。组织化学分析进一步证实,突变体spl~(Z97)的叶片明显累积O_2?~。此外,突变体spl~(Z97)苗期经盐胁迫处理后,其株高及根长明显受到抑制。遗传分析表明,突变体spl~(Z97)的斑点叶性状受一对隐性核基因控制,借助图位克隆技术将该基因定位于第12染色体长臂的RM28466与RM28485两个SSR标记之间,物理距离为189 kb,该结果为进一步克隆SPL~(Z97)基因并研究其功能奠定了基础。     

水稻卷叶突变体rl28的特性与基因定位

叶片是光合作用的主要器官,适度卷曲有利于改善群体光照,提高光能利用率,因此,发掘和研究叶片发育相关基因是改良株型和植物生长发育研究的重要基础工作。本研究报道了一个新的水稻稳定遗传卷叶突变体rolled leaf 28(rl28),与野生型相比,rl28从拔节期起叶片开始沿中轴脉向内侧卷曲,叶片的卷曲度均极显著高于野生型,且叶夹角也不同程度小于野生型。扫描电镜及石蜡切片观察表明,rl28叶片单位面积气孔数、气孔导度显著高于野生型,蒸腾速率极显著高于野生型,rl28中脉增大及临近的2个泡状细胞数量减少。遗传分析表明该突变性状受1对隐性核基因控制,RL28基因被定位在第5染色体标记5-43和5-34之间,物理距离为90 kb。本研究将为RL28基因的图位克隆及功能研究奠定基础。     

一个水稻披叶突变体的遗传分析和基因定位

在杂交育种后代中,发现了一个叶片披垂的突变体,暂命名为dl(t).通过两年观察,表现稳定遗传.以该突变体为父本,Y2B和缙香2B分别为母本配制杂交组合,F2遗传分析表明,该披叶性状由一对隐性基因控制.利用突变体与Y2B杂交得到的F2代群体进行基因定位,发现dl(t)基因位于第3染色体短臂上标记RM6038和RM5347之间,遗传距离分别为3.99 cM和0.94 cM.进一步在两标记之间发展新的分子标记,将该基因定位在RM6038和RM7576之间,分别相距3.99 cM和0.47 cM,且与RM1324共分离.这一结果表明该基因可能与已报道的水稻披叶突变基因dl(drooping leaf)等位.但该披叶突变体除叶片表现披垂外,其他性状与所有已报道的dl等位基因都不同,特别是花器官性状发育正常,这显然与已有报道的dl等位基因不同.     

水稻叶片早衰突变体ospls7的生理特性及其基因定位

衰老是叶片发育的最后阶段,但叶片,尤其是功能叶,早衰将影响作物的产量与品质,因此,研究叶片早衰的分子生理机制对培育耐早衰优良品种具有重要意义。通过60Co-γ辐射诱变旱稻Monolaya获得一个稳定遗传的叶片早衰突变体ospls7,本文对其形态、叶片衰老生理特征、茎节细胞特性以及衰老性状遗传与基因定位等方面进行了研究。大田条件下,突变体ospls7叶片早衰性状始于三至四叶期幼苗,主要表现为:叶尖及中上部叶边缘黄色褐化并最终枯萎,成熟期穗长和各茎节长度均极显著短于野生型对照,最终导致植株矮化。究其原因,可能是由于突变体茎节细胞变短。叶片衰老生理结果表明,与野生型对照相比,孕穗期突变体ospls7倒二叶和倒三叶的叶绿素总含量、净光合速率、可溶性蛋白、过氧化氢酶活性均极显著降低,致使其叶片中H2O2大量累积并引起丙二醛含量急剧增加。同时,孕穗期突变体ospls7剑叶、倒二叶和倒三叶的内源ABA含量均极显著高于野生型对照,qRT-PCR结果证实ABA大量累积的原因在于ABA合成基因OsNCED3和OsAAO3显著上调,而其代谢基因OsABA8ox2和OsABA8ox3则显著下调。遗传分析结果表...     

一个新的水稻窄叶突变体的遗传分析和基因定位

水稻叶片形态相关突变体是水稻功能基因组学研究和株型改良的重要材料.本研究以新的窄叶突变体MR11为研究材料,发现该突变体在整个生育期表现为窄叶、叶长变短和植株矮化.叶片组织结构观察发现由于叶脉数减少和叶脉问宽度减小,导致突变体倒二叶叶片宽度不及野牛型的1/2.F2和BC1F1两个群体分离结果表明该窄叶突变体表型受一对隐...     

水稻剑叶叶宽遗传分析及基因定位

利用亲本宽叶恢复系R189和窄叶鄂晚10号杂交获得的F2群体剑叶宽进行QTL检测和剑叶形态性状相关性分析。结果表明:不同剑叶形态性状间存在极显著正相关。采用基于混合线性模型复合区间作图方法的QTL检测软件进行QTL定位,共定位到3个控制剑叶叶宽的QTL,分布于1号和7号染色体上,贡献率介于2.63%~31.1%,其中位于7号染色体RM346标记位点控制剑叶宽qFLW-7-2的贡献率最大,对改良剑叶宽性状具有重要育种价值。     

水稻类病斑早衰突变体lmps1的表型鉴定与基因定位

经甲基磺酸乙酯(EMS)诱变优良籼型水稻恢复系缙恢10号,获得一个稳定遗传的水稻类病斑早衰突变体lmps1(lesion mimic and premature senescence 1)。该突变体苗期表型正常,分蘖早期出现褐色类病斑,且斑点数目随植株生长而增多,孕穗期叶片开始萎黄衰老。与野生型相比,突变体lmps1的每穗总粒数下降8%(P0.05),株高、穗长、有效穗数、每穗实粒数、结实率以及千粒重分别下降14.3%、24.3%、27.2%、50%、45.7%与14.5%,差异均达极显著水平(P0.01)。遮光处理表明,突变体lmps1的类病斑性状受光照诱导。孕穗期叶片光合色素含量下降且光合效率降低, H2O2含量增加,抗氧化酶SOD和CAT的活性显著降低。透射电镜观察结果显示,突变体lmps1叶肉细胞中叶绿体数目减少,叶绿体的类囊体片层结构损伤降解。qRT-PCR结果显示,突变体lmps1中防卫反应相关基因除POX22.3表达量降低外,POC1、PAL、PBZ1、PR1、NPR1、PR5表达量均极显著高于野生型。遗传分析表明突变体lmps1的类病斑早衰性状受1对隐性核基因控制,利用西农1A与突变体lmps1杂交所得F2群体中的突变株,将目标基因定位于第7染色体长臂端粒附近约167.3 kb的物理区段内。     

水稻半外卷叶突变体sol1的表型分析与基因定位

适度卷曲有利于提高水稻叶片的光合效率,增加植株光合产物的有效积累量。我们利用甲基磺酸乙酯(EMS)处理籼型水稻保持系西农1B,获得一个稳定遗传的水稻半外卷叶突变体。该突变体从十叶期开始各叶片逐渐向外卷曲直至半卷状,并伴随茎秆半矮化和叶片披垂,暂被命名为semi-outcurved leaf 1 (sol1)。与野生型(WT)相比, sol1的叶片卷曲指数均达到30%以上(P<0.01);倒一、倒二、倒三、倒四节节间长度和穗长极显著缩短,倒一、倒二、倒三叶的叶夹角显著或极显著增加;有效穗数、千粒重、每穗实粒数、结实率显著或极显著下降,一次枝梗数则增加11.3%(P<0.05)。sol1的蒸腾速率、胞间CO2浓度、气孔导度显著高于野生型。石蜡切片显示, sol1倒一叶的泡状细胞体积变小,数量显著增多,表皮细胞体积略微增大。遗传分析表明, sol1的半外卷叶性状受1对隐性核基因调控,定位于6号染色体标记JY6-3和JY6-10之间165kb的物理范围内,共含15个注释基因。qRT-PCR结果表明,与泡状细胞相关的内卷基因和外卷叶基因RL14、Roc5、REL1在突变体sol1中呈...     

水稻圆粒基因RS的鉴定和定位

阐明水稻籽粒大小相关基因的遗传和分子机制对水稻产量形成具有重要意义。利用甲基磺酸乙酯(ethyl methanesulfonate, EMS)诱变粳稻品种宁粳3号筛选获得圆粒突变体round seed (rs)。遗传分析表明,突变体rs圆粒表型由单隐性核基因控制。颖壳扫描电镜观察发现,rs籽粒变圆主要是细胞数目改变导致的。在突变体rs中,细胞周期相关基因的表达较野生型显著升高。将RS定位在第3染色体短臂标记RM3413与N3-5之间,物理距离约589 kb。RS突变影响BR信号途径,改变了粒型相关基因的表达。本研究有助于阐明水稻籽粒发育的分子机制。     

水稻温敏型叶片白化转绿突变体tsa2的表型鉴定与基因定位

水稻温敏型叶色突变体是研究植物光合作用、叶绿体结构和功能以及温度影响叶绿体发育的理想材料。利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼型水稻(OryzasativaL.)三系保持系西农1B,从其后代中筛选到一个突变性状稳定遗传的温敏型叶片白化转绿突变体tsa2 (temperature-sensitive green-revertible albino 2)。与野生型相比, tsa2突变表型受温度影响, 22°C条件下萌发的野生型幼苗表型正常,而tsa2幼苗完全白化,且约40%白化苗死亡,存活白化苗的光合色素含量、光合速率均显著降低,成熟期主要农艺性状均显著变劣;在28°C下萌发的tsa2幼苗叶片呈浅绿色并伴有白条纹,其光合色素含量显著降低,光合速率及主要农艺性状差异较小; 32°C下萌发的tsa2幼苗叶片无明显差异。透射电镜观察显示,与野生型相比,tsa2在22°C下叶肉细胞中无叶绿体或存在异常发育叶绿体(尚未分化出基粒和基层),在28°C下部分叶肉细胞含少量发育完整的叶绿体,在32°C下叶肉细胞数量及形态均正常。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析表明,与野生型相比,tsa2突变体中部分光合色素代谢途径基因、叶绿体发育相关基因及光合作用相关基因的表达水平呈不同程度变化。遗传分析表明, tsa2突变表型受一对隐性核基因控制, TSA2被定位于第5染色体SSR标记S5-57和S5-119之间,物理距离为718 kb。本研究为水稻遗传改良及研究温度影响叶绿体发育机制奠定了基础。     

Characterization and fine mapping of thermo-sensitive chlorophyll deficit mutant1 in rice (Oryza sativa L.)

Chlorophyll content is one of the most important traits controlling crop biomass and economic yield in rice. Here, we isolated a spontaneous rice mutant named thermo-sensitive chlorophyll deficit 1 (tscd1) derived from a backcross recombinant inbred line population. tscd1 plants grown normally from the seedling to tiller stages showed yellow leaves with reduced chlorophyll content, but showed no significant differences after the booting stage. At temperatures below 22°C, the tscd1 mutant showed the most obvious yellowish phenotype. With increasing temperature, the yellowish leaves gradually turned green and approached a normal wild type color. Wild type and tscd1 mutant plants had obviously different chloroplast structures and photosynthetic pigment precursor contents, which resulted in underdevelopment of chloroplasts and a yellowish phenotype in tscd1. Genetic analysis indicated that the mutant character was controlled by a recessive nuclear gene. Through map-based cloning, we located the tscd1 gene in a 34.95 kb region on the long arm of chromosome 2, containing two BAC clones and eight predicted candidate genes. Further characterization of the tscd1 gene is underway. Because it has a chlorophyll deficit phenotype before the tiller stage and little influence on growth vigor, it may play a role in ensuring the purity of hybrids.     

Fine mapping and photosynthetic characteristics of the lower chlorophyll b 1 mutant in rice (Oryza sativa L.)

Chlorophylls absorb and transfer light energy to the photosynthetic system. Consequently, chlorophyll content is strongly related to crop biomass and yield. We isolated a rice spontaneous mutant, lower chlorophyll b 1 (lcb1), from a recombinant inbred line population. Under normal growth conditions, lcb1 plants produced yellow leaves with decreased total chlorophyll and chlorophyll b contents, but normal chlorophyll a content. Photosynthetic and fluorescence parameters differed between wild‐type and lcb1 plants. Compared with wild type, lcb1 had a higher electron transfer rate, a lower photochemical quenching coefficient and significantly reduced grain number, biomass and yield. A recessive nuclear gene controlled the mutant trait. Through map‐based cloning, we located the LCB1 gene in a 117.4‐kb region on the short arm of chromosome 3, close to the centromere, in a region containing 15 predicted candidate genes. None of these genes was directly related to chlorophylls or the chloroplast; therefore, lcb1 may be a mutation of a novel gene. These results will be useful for further research on the molecular mechanisms controlling biogenesis and chloroplast biochemical processes.     

水稻包穗突变体sui2的遗传分析和基因精细定位

The elongation and development of rice uppermost internode plays an important role in plant architecture development. In general, the sheathed panicle phenomenon in rice sterility line is caused by the elongation and development hindrance of the uppermost internode. The study on molecular mechanisms underlying sheathed panicle would be helpful for improving plant architecture in sterility line. At the present study, we reported the study on a sheathed panicle mutant, named sui2, originated from a tissue-culture progeny. Its uppermost internode severely shortened, resulted in its pancleen closed by flag leaf sheath, without significantly length alternation at other internodes. The cytological analysis demonstrated that the shorten of the uppermost internode is caused by insufficient elongation of the parenchyma cells. Genetic analysis of the progeny derived from the cross-combination of sui2 and IRAT129 revealed that sui2 is a single gene dominant mutant. Linkage analysis to 608 normal individuals from F₂ generation showed that SUI2 was located in a 110 kb region delimited by InDel marks S4-14.1 and S4-14.2 on the end of chromosome 4 long arm. The annotated genes on this region did not display any difference in genomic sequence, while the expression level of LOC_Os04g39430, encoding a cytochrome P450 protein and an allele of D11, increased by 264 times expression amount in mutant. Analysis of qRT-PCR for several crucial genes on BR (brasssinolide) signaling pathway showed that in mutant the expression level of all these genes increased, indicating that genes in BR signaling pathway may be involved in the regulation to the elongation and development of uppermost internode.     

Trisomic analysis of a strong photoperiod-sensitivity gene E1 in rice (Oryza sativa L.)

Recent genetic analyses on heading-time of rice indicated that almost all the well-adapted varieties in the temperate zone carry a strong photoperiod-sensitivity gene E1, a dominant allele of E1 locus. In order to identify the chromosome on which E1 is located, a trisomic analysis was made using two primary trisomic series originating from the japonica varieties, Nipponbare and Kinmaze, respectively. The Nipponbare and Kinmaze series were crossed with heading-time tester lines, EG0 and EG3, respectively, both of which did not carry the E1. The F2 populations for chromosome 1, 2, and 3 could not be analyzed due to lack of seed. All the other F2 populations showed distinct segregation into early-type and late-type plants caused by the E1 locus segregation, which suggested that the trisomic analysis for E1 locus could be efficiently made. Both disomic and trisomic groups in the F2 population from the cross of the trisomic line for chromosome 7 × EG0 showed a segregation ratio significantly different at the 1% level from a ratio of 1 [e1e1; early]: 3 [E1e1, E1E1; late]. This suggested that E1 was located on chromosome 7. Subsequently, the linkage analysis was made using three morphological marker genes on chromosome 7. It was recognized that E1 was linked to rfs (rolled fine strip gene) and slg (slender glume gene) with recombination values of 16.3 ± 5.88 and 9.1 ± 4.72%, respectively. From these results, it can be concluded that E1 is most likely to be located on chromosome 7. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.