水稻粒型调控基因功能研究进展

水稻是世界上的重要谷类粮食作物之一，其产量和品质一直都是育种学家关注的重点，关系到全球粮食安全和人类健康。水稻粒型主要包括粒长、粒宽、粒厚等，是受多基因控制的重要数量性状，不仅直接影响水稻产量，还与水稻品质密切相关。深入了解水稻粒型的形成与调控机理将有助于进一步提升水稻单株产量、改善稻米品质。分子生物学的发展和基因组学的研究为探究水稻内部调控机制带来了新的变革。大量水稻粒型的数量性状遗传位点（Quantitative trait locus，QTL）成功被鉴定与解析，并验证了与之有关的基因功能。目前，已有几条调控粒型的通路得到鉴定，如泛素 - 蛋白酶体降解途径、G 蛋白信号途径、丝裂原活化蛋白激酶途径、转录因子调控途径、植物激素途径以及表观遗传途径等。然而，粒型调控网络极其复杂，多数基因上下游的调控组件作用机制尚不清楚，甚至影响粒型的各条通路间均存在一定的交叉互作。本文综述了影响水稻粒型的不同信号通路相关基因研究进展及关键粒型基因间的互作关系，总结了近年来粒型基因在育种上的应用情况，并提出结合多组学解析水稻粒型的调控机理研究，以期更好地服务于分子设计育种，为开发新的高产优质稻育种提供支撑。     

水稻籽粒大小相关性状QTL定位

【目的】水稻籽粒大小是影响产量和品质的数量性状,籽粒大小相关QTLs的定位是进一步克隆、功能研究以及分子育种的基础。【方法】用1个大粒水稻ZD05321和斯里兰卡的极小粒Suwandel为亲本,创建了1个246个单株的F2群体,用48个SSR标记对控制粒长、粒宽、千粒重和长宽比进行QTLs定位分析。【结果】F2群体粒长、粒宽、千粒重等性状呈现连续分布的数量性状遗传特点,多数植株的表型偏向大粒亲本。粒长、粒宽与千粒重都存在极显著的正相关;随着粒重的增加,粒长对粒重的作用逐渐变小。在第1、4、6、7、8和9号染色体上,共检测到15个与籽粒大小相关的QTL,单个性状QTL为3~5个,可分别解释1.02%~16.52%的相应性状变异。在第9染色体上检测到同时控制粒长、粒宽、千粒重和长宽比等4个性状的4个QTL,它们位于该染色体的RM3609~RM7586和RM6543~RM566区段上。【结论】大粒亲本ZD05321中可能存在控制籽粒大小的效应值较大的QTLs,第9染色体上存在同时控制多个粒形性状区域,为下一步精细定位这些新的粒形相关QTL奠定了基础。     

研究发现新水稻谷粒大小调控开关

正水稻是我国三大主粮之一,其谷粒大小和形状(粒型)决定稻米的产量和外观品质。近十年来,水稻粒型调控机理研究取得了较大的进展,许多重要粒型基因被克隆和研究。但目前已知的多数粒型基因难以归类到已知调控途径,报道的信号通路信息也呈现片断化的特点,极大限制了对粒型调控分子机理的认识,制约了其在作物高产优质分子育种中的应用。     

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。     

利用单片段代换系定位水稻粒形QTL

 【目的】水稻谷粒形状（粒长、粒宽和长宽比）是衡量稻米外观品质的重要指标之一，为更好地开展粒形分子育种，对水稻粒形QTL进行分子定位。【方法】以单片段代换系（SSSL）为材料构建分离群体，利用微卫星标记对控制水稻谷粒长和谷粒宽的2个粒形QTL进行分子定位。【结果】粒宽QTL Gw-8被定位于第8染色体长臂末端微卫星标记RM502与RM447之间, 遗传距离均为0.3 cM。在此基础上构建了覆盖Gw-8的物理图谱，RM502与RM447位于同一克隆AP005529，两者之间的物理距离为55.0 kb。粒长QTL gl-3被定位于第3染色体着丝粒附近的微卫星标记RM6146和PSM377之间，遗传距离分别为1.5 cM和11.0 cM。【结论】利用单片段代换系能准确地定位水稻粒形QTL，这两个粒形QTL的定位为其克隆及稻米外观品质的分子育种奠定了基础。     

水稻粒型调控机制及相关基因在育种中应用研究进展

粒型是影响稻米产量和的品质的重要数量性状之一.其遗传调控网络包括信号通路、泛素-蛋白酶体通路、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路、G蛋白信号通路及转录因子等多个调控通路.目前已经定位到的与粒型相关数量性状位点(QTL)有600多个,并克隆了70多个基因,这些基因间相互作用并于其他调控通路共同构成了水稻粒型调控网络....     

水稻粒长基因的研究进展

粒长是水稻重要的农艺性状之一,既影响水稻产量,又影响稻米品质。水稻的粒长是数量性状,遗传机理复杂。对控制水稻粒长基因的QTL定位、粒长基因的克隆与功能分析、粒长基因的相互作用及粒长基因在分子育种上的应用等方面进行综述,旨在为水稻的粒形育种与品质改良提供参考。     

水稻RIL群体高密度遗传图谱构建及粒型QTL定位

【目的】水稻粒型是与产量直接相关的重要农艺性状,影响稻米的外观品质和商品价值。挖掘新的水稻粒型相关基因,对揭示水稻粒型调控的遗传机理研究有重要意义,同时可为水稻粒型分子育种提供新的基因资源。【方法】以极端粒型差异的粳稻TD70和籼稻Kasalath,以及杂交构建的186个家系的重组自交系群体为研究材料,利用高通量测序技术对亲本和RIL株系进行深度测序。统计186个RIL基因型数据,利用滑动窗法（SNP/InDel数目为15）,将窗口内SNP/InDel信息转换成窗口的基因型,预测染色体上的重组断点构建RIL群体的BinMap遗传图谱,结合2年的粒长、粒宽、粒厚和千粒重的表型数据,运用QTL IciMapping软件,采用复合区间作图法对RIL群体的4个性状进行QTL定位。【结果】构建了一张包含12 328个Bin标记的高密度遗传图谱,该图谱各染色体Bin标记数为763—1 367个,标记间平均物理距离为30.26 kb。粒长、粒宽、粒厚和千粒重4个性状在RIL群体中呈近正态连续分布,且2年间的变化趋势相似,符合QTL作图要求。2018年对粒长、粒宽、粒厚及千粒重进行QTL分析,共检测到40个粒型QTL,其中,粒长12个,粒宽9个,粒厚8个,千粒重11个,2019年对粒长、粒宽、粒厚及千粒重进行QTL分析,检测到56个籽粒相关的QTL,粒长15个,粒宽11个,粒厚13个,千粒重17个。分析定位到的96个粒型QTL位点,连续2年都能检测到的QTL位点有11个,其中7个为已克隆的粒型基因位点,4个为未知的新位点,分别分布于第1、3、4、5染色体上,分别为粒长qGL-1-2和qGL5-2、粒厚qGT-3-2、粒宽qGW-4-1。【结论】构建了一张包含12 328个Bin标记的分子遗传连锁图谱,解析大粒粳稻资源的粒型基因,获得了qGW-4-1、qGL5-2、qGT-3-2、qGL-1-2等4个新的粒型QTL,可用于后续粒型调控基因的精细定位及克隆研究。     

水稻落粒性的分子生物学研究进展

水稻是研究单子叶植物的模式作物,其落粒性的丧失是水稻被人工驯化的最为关键事件,近年来对水稻落粒性的研究取得了一系列进展,4个控制落粒性基因/主效QTL已经被克隆,并初步分析了相关基因的互作效应,为水稻人工驯化提供了重要依据。本文重点综述了水稻落粒性的分子机制研究进展,为水稻落粒性的遗传网络研究提供参考。     

水稻产量性状QTL研究进展

为深入理解水稻产量性状的遗传基础,促进水稻产量性状QTL在分子标记辅助选择育种中的应用。从QTL初定位群体、QTL验证与分解等方面进行总体概述;对当前水稻主要产量性状的QTL定位、验证与克隆等方面的研究进展进行综述,并根据已验证和克隆的水稻产量性状QTL的遗传效应,提出这些QTL在分子标记辅助选择育种中的应用方向。     

水稻粒形性状的QTL分析

为了促进水稻粒形性状分子标记辅助选择育种研究,以籼稻二九南和粳稻龙稻5号杂交衍生的重组自交系群体为材料,对粒长、粒宽和粒厚3个粒形性状进行数量性状基因定位(Quantitative trait loci,QTL)分析。结果表明:采用完备区间作图法(ICIM),共检测到7个控制粒形性状的QTL,包括3个粒宽QTL,4个粒厚QTL,它们分布于第2、3、5、11和12号染色体上,其中4个主效QTL包括1个控制粒宽的qGW5a和3个控制粒厚的qGT2a、qGT11a以及qGT12a,但未检测到控制粒长的QTL位点。进一步分析表明,3个控制粒宽性状的QTL能解释28.44%的表型贡献率,单个表型贡献率为6.61%~13.81%;而4个控制粒厚性状的QTL能解释17.53%的表型贡献率,单个表型贡献率为7.32%~15.30%。     

Identification of QTLs for grain size and characterization of the beneficial alleles of grain size genes in large grain rice variety BL129

Grain size is one of the most important agronomic components of grain yield. Grain length, width and thickness are controlled by multiple quantitative trait loci(QTLs). To understand genetic basis of large grain shape and explore the beneficial alleles for grain size improvement, we perform QTL analysis using an F2 population derived from a cross between the japonica variety Beilu 129(BL129, wide and thick grain) and the elite indica variety Huazhan(HZ, narrow and long grain). A total number of eight major QTLs are detected on three different chromosomes. QTLs for grain width(q GW), grain thickness(q GT), brown grain width(q BGW), and brown grain thickness(q BGT) explained 7 7.67, 36.24, 89.63, and 39.41% of total phenotypic variation, respectively. The large grain rice variety BL129 possesses the beneficial alleles of GW2 and q SW5/GW5, which have been known to control grain width and weight, indicating that the accumulation of the beneficial alleles causes large grain shape in BL129. Further results reveal that the rare gw2 allele from BL129 increases grain width, thickness and weight of the elite indica variety Huazhan, which is used as a parental line in hybrid rice breeding. Thus, our findings will help breeders to carry out molecular design breeding on rice grain size and shape.     

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.     

Validation of qGSIO,a quantitative trait locus for grain size on the long arm of chromosome 10 in rice (Oryza sativa L.)

Grain size is a major determinant of grain weight and a trait having important impact on grain quality in rice.The objective of this study is to detect QTLs for grain size in rice and identify important QTLs that have not been well characterized before.The QTL mapping was first performed using three recombinant inbred line populations derived from indica rice crosses Teqing/IRBB lines,Zhenshan 97/Milyang 46,Xieqingzao/Milyang 46.Fourteen QTLs for grain length and 10 QTLs for grain width were detected,including seven shared by two populations and 17 found in one population.Three of the seven common QTLs were found to coincide in position with those that have been cloned and the four others remained to be clarified.One of them,qGS10 located in the interval RM6100-RM228 on the long arm of chromosome 10,was validated using F_(2:3) populations and near isogenic lines derived from residual heterozygotes for the interval RM6100-RM228.The QTL was found to have a considerable effect on grain size and grain weight,and a small effect on grain number.This region was also previously detected for quality traits in rice in a number of studies,providing a good candidate for functional analysis and breeding utilization.     

水稻粒长遗传及其功能基因研究进展

随着人民生活水平的提高,稻米需求呈现多样化趋势,在产量仍作为重要指标的同时,稻米品质也越来越受到重视.提高产量、改良稻米品质是现代水稻育种的两个主要目标,而水稻粒长不仅是影响水稻产量的重要农艺性状,还与外观品质性状密切相关,细长粒稻米通常表现较好的外观品质,且世界上的大多数地区的消费者更偏爱于长粒型的稻米.因此,改良水...     

水稻粒形的遗传研究进展

粒形不仅是影响水稻产量的要素,还与稻米的外观品质密切相关,是决定稻米品质的重要因素。随着现代遗传学和基因组学相关理论和技术的发展,人们对粒形的遗传研究日趋深入,目前已有数十个控制水稻粒形的基因被克隆。本文概述了水稻粒形遗传研究主要进展,同时也指出了水稻粒形遗传研究中存在的主要问题,分析了粒形遗传研究的前景。     

Comparison and analysis of QTLs for grain and hull thickness related traits in two recombinant inbred line(RIL) populations in rice(Oryza sativa L.)

Grain traits are major constraints in rice production, which are key factors in determining grain yield and market values. This study used two recombinant inbred line(RIL) populations, RIL-JJ(japonica/japonica) and RIL-IJ(indica/japonica) derived from the two crosses Shennong 265/Lijiangxintuanheigu(SN265/LTH) and Shennong 265/Luhui 99(SN265/LH99). Sixty-eight quantitative trait loci(QTLs) associated with 10 grain traits were consistently detected on the 12 chromosomes across different populations and two environments. Although 61.75% of the QTLs clustered together across two populations, only 16.17% could be detected across two populations. Eight major QTLs were detected on the 9, 10 and 12 chromosomes in RIL-JJ under two environments, a novel QTL clustered on the 10 chromosome, q GT10, q BT10 and q TGW10, have a higher percentage of explained phenotypic variation(PVE) and additive effect; 15 major QTLs were detected on the 5, 8, 9, and 11 chromosomes in RIL-IJ under two environments, a novel clustered QTL, q GT8 and q TGW8, on the 8 chromosome have a higher additive effect. Finally, the analysis of major QTL-BSA mapping narrowed the q TGW10 to a 1.47-Mb region flanked by simple sequence repeat markers RM467 and RM6368 on chromosome 10. A comparison of QTLs for grain traits in two different genetic backgrounds recombinant inbred line populations confirmed that genetic background had a significant impact on grain traits. The identified QTLs were stable across different populations and various environments, and 29.42% of QTLs controlling grain traits were reliably detected in different environments. Fewer QTLs were detected for brown rice traits than for paddy rice traits, 7 and 17 QTLs for brown rice out of 25 and 43 QTLs under RIL-JJ and RILIJ populations, respectively. The identification of genes constituting the QTLs will help to further our understanding of the molecular mechanisms underlying grain shape.     

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。