水稻光温敏核不育的分子与表观调控机理

两系法杂交水稻(Oryza sativa)的核心是光温敏核不育系,近年来对光温敏核不育系的研究取得了巨大进展.本文概述了光温敏雄性核不育基因的定位与克隆、育性转换机理、不育分子机制以及光温敏核不育的表观调控新进展,并对光温敏核不育的表观遗传学研究前景进行展望,以期为两系杂交水稻育种提供理论指导.     

水稻辐射白色转绿突变系的遗传及叶绿体超微结构的分析

＾６０Ｃｏγ射线辐射处理籼型温敏核不育水稻２１７７Ｓ，获得了一个白色转绿突变系。对其叶绿素含量，遗传机制，叶绿体超微结构及其对温度的响应进行研究。结果表明：温度不仅影响突变系的叶色表型，转绿快慢，而且决定着转绿与否；转绿过程中，叶绿素含量逐渐增加，光合能力增强，完全转绿后，叶绿体含量，光合能力与正常株不相上下；该突一状的遗传属于细胞核遗传，由一对隐性基因控制，且突变的位点与７个已定位的叶绿素突变体     

携带白化转绿型叶色标记两系杂交水稻不育系NHR111S

NHR111S是利用60Coγ射线离体诱变光温敏核不育系广占63S育成的携带白化转绿型叶色标记两系不育系。该不育系保持了原不育系优良的农艺性状、育性特征和配合力,并便于利用叶色标记在繁、制种生产中辅助去杂。     

利用RAPD技术检测转绿型白化突变系W25基因组的变化

转绿型白化突变系Ｗ２５系γ射线辐照籼型温敏核不育水稻２１７７ｓ获得的一个叶色突变体。在整个生育阶段，其叶色呈现白色－转绿－返白－复绿规律变化。ＲＡＰＤ分析结果表明，７０个随机引物中有３个引物不能扩增出多态性ＤＮＡ，共扩增出４９３条ＤＮＡ条带，平均每个引物７．４条，其中引物Ｈ０５能扩增出Ｗ２５和２１７７ｓ多态性产物，２１７７ｓ表现出缺失２条特异性ＤＮＡ条带。     

一例特异细胞质雄性不育小麦mtDNA特异片段的克隆和测序

以具有同质同核的二角型小麦花药外露不育系与花药不外露突变不育系为试材,对其mtDNA进行了RAPD分析,筛选出特异片段S32-1582、OPAA16-1753,并进行克隆与测序。结果表明:花药外露型不育系与花药不外露型不育系细胞质内mtDNA存在明显差异,而ctDNA之间不存在差异;二角型花药外露型不育系转化为花药不外露型不育系,很可能是由于mtDNA自发的重排引起的。其差异片段S32-1582、OPAA16-1753序列与核基因组上的序列具有同源性;供试线粒体基因组能够在较短的演化时间内发生变异,从而引起二角型花药外露型不育系向花药不外露型不育系的变异,其特异质核互作可能起重要作用。     

长穗颈光温敏核不育系X07eS的选育及其生物学特性

用核辐射诱变方法,育成了水稻光温敏核不育系X07S的长穗颈突变系X07eS。等位性测验表明该突变系含有eui1基因,突变系花粉育性与eui1基因独立遗传,即eui1基因的长穗颈表达不影响花粉育性。在完全不育期,突变系与X07S株高相差不大;在可育期,由于倒1、2节间的伸长而使得X07eS的株高显著增加,且完全解除包穗。X07eS的穗总粒数比X07S有显著性增加,穗长、颖花长及长宽比均有增加的趋势,两者柱头生活力差异不显著,且柱头外露率都较低。此外,X07eS对“920”敏感性提高。     

光敏核不育系育性转换的光温反应特性研究

采用人工光周期处理和自然条件下分期播插等方法，在武昌对１１个不育系育性转换的光温反应类型进行了鉴定。初步探明了影响不育系育性转换的光温因子和临界光温指标。结果表明，大多数不育系的育性转换均受到光周期与温度的共同作用，纯粹的光敏型或温敏型不育材料是不存在的，从而为选育生态适应性较广的光敏核不育系提供了农业气象依据。     

水稻温敏不育系育性与温度关系初探

利用水稻温敏核不育系培矮64S分期播种试验，对在不同的自然温度条件下的育性观察结果，进行育性与温度相关性分析，结合散点图、套袋结实率及自交结实率，可以判定温敏雄性不育系育性转换的温度敏感期及其长短，不育基因表达所需的临界日均温及育性的稳定性。结果表明：温敏不育系的可育性及敏感期与日均温呈显著负相关。     

水稻光温敏不育系gy157S的叶色表型鉴定与候选基因分析

为探明光温敏不育系gy157S黄绿叶基因gy157S(t)调控水稻叶色的分子机制及应用潜力,本研究对水稻光温敏核不育系gy157S进行不同温度处理,观察其表型、叶绿素含量以及叶肉细胞的变化情况,并对其进行遗传分析、基因定位和候选基因分析。表型鉴定结果发现,与对照C815S相比,20℃条件下gy157S叶片呈现黄绿色表型,光合色素含量极显著降低,叶绿体发育缺陷严重;30℃条件下gy157S叶片呈现淡绿色表型,光合色素含量仍然显著降低,仍有部分叶绿体发育畸形。遗传分析结果表明,gy157S的黄绿叶表型受一对隐性核基因控制;群体分离分析（BSA）和连锁分析结果将该基因定位于第3号染色体RM15678和RM15824之间,物理距离为2.4Mb;候选基因功能分析、测序和实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果显示,编码铁氧还蛋白OsFdC2的基因OsR498G0306815500.01在第7外显子上存在单核苷酸多态性（SNP）变异,导致编码氨基酸发生改变,可能是引起黄绿叶突变表型的位点。本研究结果为阐明gy157S(t)基因对叶绿体发育和叶绿素合成的分子调控机制奠定了基础。     

热激对温敏核不育系“安农S-1”花药生理变化的影响

试验研究热激对温敏核不育系“安农S-1”花药生理变化的影响结果表明,温敏核不育系“安农S-1”在花粉母细胞形成至减数分裂期经热激(38℃)处理后,其花药中游离氨基酸总量、天冬氨酸和丙氨酸含量均显著高于低温(23℃)处理;而游离脯氨酸和可溶性蛋白质含量则显著低于低温处理。对照经热激(38℃)处理后,其花药中游离氨基酸和可溶性蛋白质含量与低温处理基本一致,这些生理变化可能影响花粉母细胞正常的形成和减数分裂,以致花粉不能正常发育并最终导致花粉败育。     

水稻短粒和矮秆突变体若干性状的研究

本试验研究了突变体和原品种杂交的F_1代主要性状的表现,以及F_2代主要性状的分离变异的表现。试验表明,利用突变体和原品种进行正反交,在考察的F_1代性状中,绝大多数性状具有超高值亲本的趋势。在正反交的F_2代中,多数性状的变异系数超过了它们的杂交亲本的变异系数,说明这些性状发生了突变,其中,矮秆突变,在正反交的F_2代呈3:1的分离,表明矮秆突变为受单隐性核基因控制,而短粒突变在正反交的F_2代中表现不一致,说明突变体82—350不仅带有单隐性核基因突变,而且细胞质基因也发生了突变。辐射诱发的这种突变,在水稻杂交育种和杂种优势利用中均有学术意义。     

γ射线辐照野生稻与黑糯F_1植株的诱变效应研究

对迟熟中籼ＩＲ１５２９－６８－３－２的５０个早熟突系进行分类,并应用相关和回归分析方法,研究了迟熟品种的早突变系的１１个农艺性状之间的相互关系和遗传参数,以及 些性状对熟期的影响。结果表明．１;早熟突变系可分为早熟中稻和中熟中稻两种生态遗传类型。２．早熟突变体的抽穗与千粒重呈级显负相关。３．与早熟突变体抽穗期关系密切的性状,按直接作用大小顺序排为：千粒重〉株高〉不实率。４．早熟突变体的株高,千粒     

温度对水稻突变体W1叶色及叶绿素生物合成的影响

本文研究了温度对水稻突变体W1叶色及叶绿素 (Chl)生物合成的影响。W1是温敏型叶色突变体 ,叶色转变的临界温度约为 2 3℃。在高温下 ,突变体W1的Chl和类胡萝卜素 (Caro)含量与对照无显著的差异 ,幼苗呈绿色 ;低温 (1 5～ 2 0℃ )下W1的Chl和类胡萝卜素 (Caro)含量明显较低 ,表现白化。突变体W1白化苗中的Chla和Chlb含量同时下降 ,Caro Chl的比值增大 ,说明该突变体属于不是由Caro降低而导致的总叶绿素缺陷型。白化苗中Chl生物合成的中间产物原叶绿素 (酸 ) (Pchl)、镁原卟啉 (Mg proto)、原卟啉IX(ProtoIX)含量减少 ,而δ 氨基酮戊酸 (ALA)和胆色素原(PBG)大量积累 ,证明突变体W1低温下Chl生物合成卟啉原形成部位受阻     

一个新的水稻白化转绿突变体G_9的特性研究

利用60Coγ射线离体诱变籼稻光温敏核不育系广占63S,获得一个新的白化转绿突变体G9。该突变体从出苗到4叶1心期,叶色表现出明显的白化现象,从第4新生叶开始,新老叶片开始转为正常绿色,到6叶1心时秧苗完全转绿;在2叶期,其叶片叶绿素含量极少,随着叶色转绿,叶绿素含量开始显著增加,4叶期约为亲本的1/4,而至6叶期,突变体和亲本的总叶绿素含量无显著差异。遗传分析表明,该突变体的叶色白化转绿变异受一对隐性核基因控制。用144个SSR标记分析了突变体和亲本的SSR组型,未发现两者之间存在差异,说明该突变体确系诱发突变而来,两者存在很好的近等基因特性。对G9/AM6的F4代的农艺性状进行比较,发现突变基因对幼苗总根数、白根数、最长根长度和苗期株高均有显著影响;对植株分蘖能力、成熟期株高、单穗实粒数、结实率、千粒重、单株产量均有显著影响,而对有效穗数无明显影响。     

中二软占空间诱变品系的主要农艺性状及稻瘟病抗性

对经抗性初筛的34个中二软占空间诱变4代（SP4）品系进行主要农艺性状分析及稻瘟病抗性评价,结果表明,诱变品系在株高、有效穗数、穗长、穗粒数等性状的变异都达到了极显著水平,其中变幅最大的是千粒重,其次是结实率,有效穗数的变异幅度最小。除Z34外,其余33个诱变品系的抗谱比原种均有明显拓宽,且田间均抗穗瘟,说明低世代进行抗性初筛是有效的。结合主要农艺性状考查和抗瘟性分析,可从这些诱变品系中选择既抗病又具备较好农艺性状的优良材料,实现抗病种质创新的目的。     

籼稻直立穗突变体的培育、鉴定及其突变性状的遗传分析

采用60Coγ射线辐射诱变技术,首次育成了1个籼稻直立穗突变体。该突变体穗型直立,与亲本品种9311的弯曲穗型显著不同。与9311相比,该突变体的株高显著下降,穗粒数减少、穗子缩短、剑叶变短、谷粒变宽变短,但千粒重没有发生变化。遗传分析表明,直立穗突变性状受1对隐性单基因控制。利用该突变体与培矮64S组配的杂种与原杂交稻品种之间的主要农艺性状和产量构成因素差异不显著。     

籼型温敏核不育水稻转绿型白化突变体的利用价值研究

本试验对２个由＾６０Ｃｏγ射线辐照产生的苗期白化突变体Ｗ２４和Ｗ２７的叶色转换过程及其稳定性、农艺性状和配合力特征进行了研究。结果表明，２个突变体的叶色突变在不同生长温度下均可表达，叶色特征基本相似。第１￣３张叶片在伸出时表现白化，但在随后的生长过程中逐渐转绿，可转绿叶片的面积，第１叶约为４０％，第３叶约为９０％，第４叶开始表现正常绿色。突变体与亲本２１７７Ｓ的柱头外露率及大多数农艺性状无显差异     

野生型水稻及其低硅突变体中植硅体和植硅体碳的含量与分布特征

【目的】水稻是典型的富硅植物,植硅体沉积在水稻体内可封存有机碳。本文分析不同吸硅能力基因型水稻植硅体含量、形态、分布及其固碳特征,探究水稻植硅体固碳机理。【方法】盆栽试验在浙江大学玻璃房内进行。供试材料为水稻低硅突变体Lsi1和Lsi2及其野生型,所有施肥和管理措施一致。于成熟期,取水稻地上部茎、叶、鞘样品,常规方法测定硅、植硅体、植硅体碳含量。【结果】1)不同基因型水稻体内硅含量、植硅体含量、生物量干物质植硅体碳含量存在显著差异,均表现为突变体显著低于其野生型,大小依次为Lsi1野生型> Lsi2野生型> Lsi2突变体> Lsi1突变体,Lsi1和Lsi2突变体水稻植硅体碳含量显著高于其野生型,大小依次为Lsi1突变体> Lsi2突变体> Lsi2野生型> Lsi1野生型。2)野生型水稻硅与植硅体含量为鞘>叶>茎,而突变体水稻硅与植硅体含量为叶>鞘>茎,水稻叶片中的植硅体碳与生物量干物质植硅体碳含量最高,植硅体碳含量整体分布趋势为叶>茎>鞘,生物量干物质植硅体碳含量整体变化趋势为叶>鞘>茎。3)水稻植硅体含量与硅含量之间呈极显著正相关(P <0.01),高吸硅的水稻植硅体含量高,且形成的植硅体比表面积小,表明植硅体含量及其形态受其遗传特性的影响。植硅体含量与生物量干物质植硅体碳含量之间呈极显著正相关(P <0.01),植硅体碳含量与生物量干物质植硅体碳含量之间呈极显著负相关(P <0.01),表明生物量干物质植硅体碳含量除了受植硅体含量影响,还受植硅体所包裹的有机碳浓度影响。4) Lsi1及Lsi2野生型水稻生物量、植硅体储量、植硅体碳储量显著高于其突变体。【结论】具有高吸硅能力的野生型水稻与其突变体相比,生物量、硅、植硅体、生物量干物质植硅体碳含量增加,分布不同,虽然植硅体碳含量降低,但植硅体碳储量增加。Lsi1及Lsi2野生型水稻比低硅突变体水稻具有更高的固碳潜力。     

水稻白转绿突变体的特性、遗传及其育种应用

对通过辐射诱变获得的具有白化转绿特性的水稻光温敏核不育突变体的遗传及其生物学特性进行了研究。结果表明,这些突变体可分为3种类型：白化转绿类型(W2、W3、W4和W10),白化转黄绿类型(W9)和白化转绿后期转白复绿类型(W1和W7)。这些突变体的白转绿特性都是受一对隐性基因控制,具有与原不育系“培矮64S”相似的农艺性状和育性转换特性,它们的杂种具有与原杂交稻相似的株叶形态,分蘖和株高生长动态,但是它们的产量构成因素依不同的突变系而表现不同,其中W1、W2和W3的杂种具有与原杂交稻相似的产量潜力,具有较好的育种应用价值。     

水稻DNA损伤修复同源基因纯合突变系的鉴定

在长期的进化过程中,生物逐步形成了应对各种DNA损伤的修复机制,以保护基因组的完整性,减轻或消除DNA损伤的影响。本研究通过同源搜索找到了与DNA损伤修复相关水稻同源基因,在水稻插入突变体库中搜索出插入突变系,并成功引进了其中的26份T1代突变材料。通过对插入位点的分子鉴定和进一步培育,获得了14份涉及8个水稻DNA损伤修复同源基因的T3代纯合插入突变系,并对其进行了初步的遗传分析和表型考察。这些纯合突变系涉及的水稻基因可能在DNA错配修复(Os02g0592300、Os09g0407600、Os10g0509000)和碱基切除修复(Os02g0465112、Os06g0643600、Os05g0567500、Os04g0673400、Os09g0420300)中发挥重要作用。与亲本相比,除1份材料外,其他纯合突变体系及其野生型姐妹系的结实率均有显著降低;某些纯合突变系的千粒重与亲本相比有显著下降。这些水稻DNA损伤修复基因突变系的育成为开展水稻DNA修复的遗传学和分子生物学研究以及培育抗逆水稻提供了珍贵的实验材料。