水稻耐盐性QTL的meta分析及候选基因发掘

为了获得真实有效的水稻耐盐性QTL信息,并缩小QTL的置信区间以及预测区间内的候选基因。以水稻6个遗传图谱的整合结果为公共图谱,并收集344个与水稻耐盐性相关的QTL。利用Bio Mercator V4.2,在图谱整合的基础上,对一致性QTL区间的注释基因进行生物信息学分析。结果表明:共检测到46个和水稻耐盐性相关的一致性QTL,对其中8个物理距离在0.5 Mb附近的一致性QTL区间进行了物理图谱定位和候选基因分析,共有1 489个预测基因被检测到,参与了细胞合成、催化活性、水解酶活性和新陈代谢等主要功能。对一致性QTL区间内已克隆的水稻耐盐基因进行蛋白序列分析后,发现9个候选基因同已知耐盐基因的保守结构域相似,分别为OS01G0813100、OS01G0869900、OS02G0753000、OS03G0282100、OS03G0607700、OS07G0150500、OS09G0369050、OS09G0434500和OS09G0522100。研究发现的遗传距离小于0.1 c M的Mqtl两端的标记可用于分子标记辅助育种,发掘的9个和水稻耐盐基因具有高度蛋白序列相似性的注释基因,可为水稻耐盐性基因的克隆和功能验证奠定基础。     

水稻耐盐基因SKC1等位变异突变体耐盐性评价

SKC1基因是已经克隆的水稻耐盐主效基因,位于水稻1号染色体。为了在水稻育种中高效利用SKC1耐盐基因,前期研究利用TILLING技术检测宁夏水稻主栽品种宁粳28号EMS诱变群体,得到了SKC1基因的SNP突变体。本研究通过芽期、苗期、孕穗期、全生育期耐盐性鉴定,对16份农艺性状优良的水稻耐盐基因SKC1等位变异突变体的耐盐性进行了全面评价,结果表明:耐盐性强的突变材料有:18NY-10、18NY-12、18NY-14,耐盐性较强的突变材料有:18NY-2、18NY-4、18NY-5、18NY-6、18NY-7、18NY-8、18NY-13、18NY-16。结果可为宁夏水稻耐盐育种提供种质资源。     

水稻地方品种苗期耐盐QTL的定位

水稻耐盐遗传位点的发掘可为耐盐遗传机制的研究提供理论基础,为耐盐品种培育提供基因资源。以云南地方籼稻品种扎西玛与江苏著名优质粳稻品种南粳46为亲本构建的水稻重组自交系群体为研究对象,鉴定了各株系的苗期耐盐性,结合该群体的分子连锁图谱对控制水稻苗期耐盐性QTL进行分析,共检测到4个QTLs:qSST-1、qSST-3、qSST-5和qSST-11,分别位于第1,3,5,11号染色体上。4个QTLs的增效等位基因均来自于亲本南粳46。经比较发现有3个QTLs与已克隆水稻耐盐基因不在同一染色体区间,说明为新的耐盐基因候选位点。结果对进一步发掘和利用新的水稻耐盐QTL具有重要意义。     

基于CSSL的水稻芽期耐盐性QTL定位

水稻耐盐遗传位点的发掘可为其耐盐遗传机制的研究提供理论基础,为耐盐品种培育提供基因资源。利用一套以9311为背景亲本导入了日本晴染色体片段的染色体片段置换系(CSSL)为试验材料,对芽期耐盐性进行快速鉴定,并分析了耐盐QTLs。结果表明,9个CSSLs表现出显著耐盐性,经过遗传背景的高密度分子标记检测,利用代换作图方法定位到4个芽期耐盐相关QTLs,分别位于水稻第1,2,4和11号染色体上,命名为q SAT1、q SAT2、q SAT4和q SAT11,其中q SAT1在含4个重叠片段的CSSLs中被检测到,其余3个QTLs均在含2个重叠置换片段的CSSLs中被检测到,经比较发现4个QTLs与已克隆水稻耐盐基因均不在同一染色体区间,说明为新的耐盐基因候选位点。结果对进一步发掘和利用新的水稻耐盐QTL具有重要意义。     

利用双向导入群体检测遗传背景对耐盐QTL定位的影响

以优质粳稻品种Lemont与高产籼稻品种特青为亲本培育的高代双向回交导入系为材料,在温室140 mmol L^-1 NaCl胁迫条件下定位影响苗期叶片盐害级别(SST)、幼苗存活天数(SDS)、地上部K⁺浓度(SKC)和地上部Na⁺浓度(SNC)及人工气候室条件下影响地上部K⁺、Na⁺浓度的QTL。双向导入系的大部分遗传背景与各自的受体亲本相同,其中Lemont背景导入系中轮回亲本Lemont的基因组平均占83.8%,特青背景导入系中轮回亲本特青基因组平均占88.9%。各耐盐相关性状在两个背景群体中均出现超亲分离,多数性状的频率分布呈相互重叠状态,表明双亲作为供体相互导入各耐盐性状基因的效应大致相当。两个背景导入系群体中分别检测到影响上述耐盐相关性状的QTL各18个,同一性状在两个背景导入系中未能检测到任何相同表达的QTL,表明耐盐QTL表达具有很强的遗传背景效应,同时也说明这些耐盐QTL的效应可能较小。温室和人工气候室两种环境下仅在特青背景导入系中检测到1个影响SKC的相同QTL,表明耐盐QTL与环境的互作非常明显。虽然双亲均表现中等感盐,但QTL定位结果表明双亲中都存在一些提高耐盐相关性状的有利等位基因。研究认为,利用分子标记技术挖掘“隐蔽”于育成品种中的耐盐基因,进一步利用分子标记辅助选择技术对这些非等位耐盐基因进行聚合,完全有可能提高育成品种的耐盐水平。     

利用双向导入系群体检测遗传背景对耐盐QTL定位的影响

以优质粳稻品种Lemont与高产籼稻品种特青为亲本培育的高代双向同交导入系为材料,在温室140 mmolL-1 NaCl胁迫条件下定位影响苗期叶片盐害级别(SST)、幼苗存活天数(SDS)、地上部K+浓度(SKC)和地上部Na+浓度(SNC)及人工气候室条件下影响地上部K+、Na+浓度的QTL.双向导入系的大部分遗传背景与各自的受体亲本相同,其中Lemont背景导入系中轮回亲本Lemont的基因组平均占83.8%,特青背景导入系中轮回亲本特青基因组平均占88.9%.各耐盐相关性状在两个背景群体中均出现超亲分离,多数性状的频率分布呈相互重叠状态,表明双亲作为供体相互导入各耐盐性状基因的效应大致相当.两个背景导入系群体中分别检测到影响上述耐盐相火性状的QTL各18个,同一性状在两个背景导入系中未能检测到任何相同表达的QTL,表明耐盐QTL表达具有很强的遗传背景效应,同时也说明这些耐盐QTL的效应可能较小.温室和人工气候室两种环境下仅在特青背景导入系中检测到1个影响SKC的相同QTL,表明耐盐QTL与环境的互作非常明显.虽然双亲均表现中等感盐,但QTL定位结果表明双亲中都存在一些提高耐盐相关性状的有利等佗基因.研究认为,利用分子标记技术挖掘"隐蔽"于育成品种中的耐盐基因,进一步利用分子标记辅助选择技术对这些非等位耐盐基因进行聚合,完全有可能提高育成品种的耐盐水平.     

水稻耐盐基因遗传及耐盐育种研究

水稻是一种对盐浓度中度敏感的作物,耐盐性状是受多基因控制的数量性状,易受环境条件等影响,目前定位的耐盐QTL主要为苗期耐盐相关的,其中以第1、2、6和7染色体上居多.耐盐品种的选育方法主要为系统选育法,将杂交选育和胁迫组织培养、转基因等生物技术相结合,选育耐盐性强且品质优良的品种.本文阐述了国内外开展的关于水稻耐盐基因遗传及耐盐育种研究动态,并对今后耐盐育种的工作提出了展望.     

水稻抽穗期基因研究进展

抽穗期是水稻品种的重要农艺性状之一,它对于水稻适应不同的栽培地区和耕作季节是至关重要的。近年来,在水稻抽穗期基因的发掘、定位、克隆及作用机制等方面,特别是QTL研究方面取得较大进展。在此,回顾了水稻抽穗期基因/QTL的定位和克隆,阐述QTL的互作及与主基因的等位性关系,并通过和拟南芥模式植物的对比进一步阐述了水稻开花的分子机制,为研究禾本科植物的抽穗期基因提供了有意义的启示。旨在为中国水稻抽穗期基因遗传以及在育种上的应用提供理论依据。     

中国作物新基因发掘：现状、挑战与展望

中国作物新基因发掘是实现中国作物种质资源优势向基因资源优势转变和作物分子育种的基础。本文对中国近10年来水稻、小麦、玉米、大豆、棉花和油菜等主要作物基因发掘研究的进展进行了分析和评述。中国作物基因发掘也取得了一系列突破性进展：(1)创制出一批具有特色的基因发掘材料,包括基于中国作物遗传多样性的核心种质、基于优异资源的遗传分离群体和基于人工诱变的突变体等;(2)基因发掘技术和方法有所突破,尤其是在针对基因特点整合各种基因发掘技术、改进基因/QTL的生物统计算法等,提高了基因发掘的效率;(3)作物农艺性状的标记与基因定位已成为常规遗传研究方法,初步定位了一批抗病、抗逆、优质、养分高效、高产相关基因/QTL,其中,有500多个基因已精细定位;(4)以水稻为代表的作物基因克隆及功能研究在国际上受到瞩目,在主要作物中已克隆了300多个基因,其中,在目标作物中验证的基因数超过70个。在国际作物基因发掘高效化、规模化及实用化发展过程中,中国作物基因发掘也取得了重要进展。然而,中国作物基因发掘的数量和质量还远远不能满足作物分子育种的需求,与国际作物基因发掘也存在差距,具体表现为不同作物基因发掘研究进展不平衡、发掘基因的数量还相对有限、已发掘的基因中具有重大利用价值的基因不多。针对中国基因发掘面临的问题和世界各国以及跨国生物技术公司争夺基因的巨大挑战,作者提出了中国作物基因发掘应重点提高基因发掘效率,加强重要基因克隆及基因的价值评估,以生物产业发展需求为导向的基因发掘策略。     

水稻耐盐基因SKC1特异性CAPS标记的开发与验证

SKC1基因是已经成功克隆的水稻耐盐主效基因,位于水稻1号染色体。为在水稻育种中快速与高效利用SKC1耐盐基因,本研究利用经过TILLING技术检测得到的SKC1基因的SNP突变体为材料,分析突变位点的限制性酶切位点,筛选到特异性的内切酶Msc I,通过酶切PCR产物、琼脂糖电泳、酶切片段分析,开发建立了SKC1突变位点的CAPS标记,命名为CAPS/Msc I。并利用该标记对40份突变群体进行了纯合、杂合和野生型酶切分型,筛选出纯合突变体5份,并对选择结果进行了测序验证。结果表明该CAPS标记准确可靠,可用于耐盐分子标记辅助选择育种。     

水稻籼型不育系萌发期和幼苗期的耐盐性评价

为了鉴定水稻籼型不育系在不同生育阶段的耐盐性,筛选出适合耐盐杂交水稻新组合测配的强耐盐不育系,笔者分别在萌发期、幼苗期对8个水稻籼型不育系进行耐盐性鉴定,以耐盐品种FL478、盐敏感品种IR29为对照。结果显示：盐胁迫对水稻种子的萌发起到抑制作用,抑制效应随盐浓度的提高而增强,10 g/L NaCl浓度胁迫能较好反映水稻不育系萌发期耐盐性的差异。‘沪旱7A’、Y58S在萌发期的耐盐性最好,与FL478均属于1级,具极强的耐盐性;‘荃9311A’的盐害级别为3级,具强耐盐性。盐胁迫对水稻幼苗的生长也起到明显的抑制作用,8 g/L NaCl浓度胁迫下的枯叶率性状能较好反映水稻不育系幼苗期耐盐性的差异,‘沪旱11A’与耐盐对照FL478耐盐性相仿。     

不同水稻品种幼苗期耐盐性评价

水稻是盐碱地改良利用的重要作物。水稻幼苗期对盐胁迫敏感,筛选幼苗期高耐盐水稻品种是利用水稻进行盐碱地改良的关键。通过分析收集的15个粳稻品种在盐胁迫下的形态和生理特性,综合评价不同水稻品种幼苗期的耐盐性。形态分析结果表明: 150mmol/L NaCl处理下,所有试验材料的生长均受到抑制,出现植株变矮、根长变短和叶片枯萎等表型,其中盐胁迫对宁粳44、南粳46和盐丰47（对照）生长抑制相对最弱,死叶率最低;200mmol/L NaCl处理下,宁粳44、南粳46和盐丰47的存活率最高。耐盐指数结果表明,盐丰47的综合性状最好,其次是南粳46和宁粳44。生理特性结果表明: 150mmol/L NaCl处理下所有试验材料的超氧化物歧化酶（SOD）活性及丙二醛、脯氨酸和可溶性糖含量均有所增加,其中南粳46的SOD活性较其他参试材料高;南粳46、盐丰47和宁粳44的丙二醛含量增加幅度较小,脯氨酸及可溶性糖含量增加幅度大于其他参试材料。推测南粳46、盐丰47和宁粳44具有较强的过氧化物清除能力和渗透调节能力,这可能是其幼苗期具有较强盐胁迫耐性的生理机制。综上所述,筛选到的幼苗期耐盐性较强的水稻品种为南粳46和宁粳44。     

OsRPK1基因过表达和RNA干涉对水稻苗期耐盐性的影响

水稻OsRPK1基因属于富含亮氨酸重复序列的类受体蛋白激酶,在盐胁迫下其表达量暂时升高后出现明显下降。前期研究表明, OsRPK1基因过表达会造成拟南芥非生物胁迫耐受性明显降低。本研究对OsRPK1基因在水稻中实现过表达和RNA干涉,进而对OsRPK1的抗逆性功能加以探究。结果表明, OsRPK1基因表达量增加时,水稻幼苗表现为耐盐性下降;RNA干涉则使水稻幼苗表现为耐盐性增加。盐胁迫后OsRPK1过表达植株脯氨酸含量低于野生型、MDA含量和相对电导率显著高于野生型,而OsRPK1-RNAi水稻植株的脯氨酸含量显著高于野生型、MDA含量和相对电导率显著低于野生型。因此, OsRPK1基因的表达量对水稻耐盐性具有明显影响,脯氨酸含量及细胞质膜受破损程度的改变可能是造成转基因水稻耐盐性变化的内在原因。本研究为进一步阐明OsRPK1基因的抗逆作用机制奠定了基础,对于通过调整该基因表达改良水稻的耐盐性具有重要意义。     

玉米自交系苗期耐盐性鉴定及筛选研究

旨在加强玉米耐盐性的研究和利用,本研究采用水培法,以NaCl胁迫拟田间盐生条件,在适宜的盐胁迫处理浓度的基础上,以耐盐系数为指标,通过主成分分析、隶属函数分析和聚类分析对242 份玉米自交系苗期的耐盐性进行综合鉴定。结果表明：发芽率、根干重、苗干重、根鲜重、根长和苗鲜重可作为玉米自交系的苗期耐盐性筛选和鉴定指标;通过聚类分析可将242 份玉米自交系苗期的耐盐性划分为5 类,其中B红-2 等12 份玉米自交系的耐盐性较强,NC320 等42 份玉米自交系的耐盐性中等,50K-4-1 等58 份玉米自交系的耐盐性一般,H070480 等77 份玉米自交系的耐盐性敏感,甘1 号等53 份玉米自交系的耐盐性高度敏感。     

盐胁迫及外源Ca2+调控对甘薯生理特性的影响

甘薯耐盐性较强,可作为开发利用盐渍地的作物,对其耐盐机理的研究具有一定的意义。对‘徐薯18’、‘栗子香’、‘胜利百号’3个甘薯品种进行盐胁迫及外源Ca2＋调控试验。盐胁迫下,甘薯叶片的总氮含量、叶绿素含量、DNA含量、RNA含量和RNA/DNA值都降低,游离氨基酸含量增加,脯氨酸迅速累积。外源Ca2＋处理后,同工酶种类和相对活性均较非钙处理有所增加,降低了叶片中的Na＋积累,延缓了质膜的损伤,提高了甘薯的耐盐性,且不同品种表现一致。为深入研究甘薯耐盐机理奠定了基础,同时为耐盐品种甘薯的选育及高产种植提供了理论依据。     

盐胁迫下玉米苗期农艺性状和脯氨酸含量变化的研究

玉米是重要的粮食和饲料作物,但在盐碱地上很难获得高产,盐胁迫是最主要的限制因子。研究玉米在盐胁迫下的性状表现,建立玉米耐盐筛选的技术指标体系,对耐盐机理及分子育种研究有重要意义。本研究采用室内沙培盆栽的方法,对3个不同玉米自交系进行苗期的NaCl梯度胁迫处理,对出苗时间、苗高、地上部鲜重,根系鲜重及游离脯氨酸含量等性状进行考察,分析各性状与盐胁迫处理浓度之间的相关关系。结果表明,3个不同品种中,黄早四和TL94B的耐盐性相对较强,87-1的耐盐性相对较弱;100￣120mM为玉米盐胁迫筛选的下限临界浓度,200￣220mM为玉米盐胁迫筛选的上限临界浓度;出苗时间、苗高、地上部鲜重、根系鲜重、脯氨酸含量等指标与盐浓度的相关性均达到P<0.01的极显著水平,都可作为玉米的耐盐性鉴定的依据;研究还发现,游离脯氨酸含量随盐胁迫浓度升高而升高,但盐浓度超过临界上限后,脯氨酸含量反而下降。     

钙对盐胁迫下油用向日葵幼苗光合生理特性的影响

研究了CaCl2调控对盐胁迫条件下油葵幼苗耐盐性的影响,旨在提高油葵的抗盐性,扩大油葵的种植面积,为综合利用沿海滩涂提供理论依据.以杂交油葵G101(Helianthus annuus L.)为试验材料,采用砂培法培养油葵幼苗至四叶两心期,用不同浓度CaCl2(4,9,19,29 mmol/L)对NaCl(150 mmol/L)的盐胁迫进行调控,对照为1/5 Hoagland营养液和含150 mmol/L NaCl的1/5 Hoagland营养液.研究了钙对盐胁迫下幼苗油葵生长速率、净光合速率、SOD、CAT、POD活性和MDA含量影响.结果显示:150 mmol/L NaCl的盐胁迫下油葵幼苗生长速率明显降低.在5～30 mmol/L钙处理后,能促进盐胁迫下植物的生长,提高油葵幼苗生长速率,幼苗叶片的净光合速率也显著增加,尤其20 mmol/L钙处理后净光合速率高于CK.盐胁迫下10 mmol/L钙离子可明显提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性,降低植株体内丙二醛(MDA)的含量.综合CaCl2调控对NaCl胁迫下的幼苗各项生理指标的情况,初步认为150 mmol/L NaCI胁迫下,10 mmol/L CaCl2可以有效调控油葵幼苗植株生长.     

高粱在盐胁迫下特定蛋白的表达及与耐盐性关系的研究

报道了通过统计学上逐步回归的方法,筛选出对植物耐盐性有显著贡献的蛋白质,并应用方差分析探讨上述蛋白质的最佳诱导条件,以便探明盐胁迫一特定蛋白一耐盐性之间的关系。结果表明: 由NaCl诱导的高粱耐盐性是众多蛋白质综合作用的结果,其中不受盐诱导的15. 5 kD根蛋白、受盐诱导的71. 4 kD叶蛋白对高粱耐盐性具有显著正贡     

文冠果幼苗对盐胁迫的生长策略响应和耐盐性阈值研究

为探讨盐胁迫对文冠果幼苗生长影响,对不同浓度配比(0%、0.2%、0.5%、0.8%) 盐分(NaCl:Na2SO4=9:1)胁迫处理下一年生文冠果幼苗的存活率、苗高、地径、生物量、根冠比、茎叶比进行测定。结果表明：随着盐浓度的增加,幼苗生长指标呈现逐渐下降趋势,生长明显受到抑制,在轻度盐胁迫(0.2%)处理下,地径、根系干重、根冠比高于对照;而中度(0.5%)和重度(0.8%)胁迫处理幼苗各生长指标均显著低于对照。对照、轻度和中度胁迫幼苗存活率为100%,重度胁迫幼苗存活率下降明显。试验表明在盐胁迫条件下,轻度胁迫对幼苗存活和抑制作用弱于中度和重度胁迫,当幼苗受轻度胁迫后通过增粗茎干,增加根系的生长发育,来维持幼苗的正常生长;将总生物量抑制率为50%的盐浓度定义为该幼苗的耐盐性阈值,文冠果幼苗的耐受阈值的盐浓度为0.8%。     

混合盐胁迫对茶花凤仙种子萌发的影响

以茶花凤仙种子为试材,将NaCl、Na_2SO_4、NaHCO_3和Na_2CO_3按1∶1∶1∶1和0∶0∶1∶1两种摩尔配比人工模拟pH值分别为9.56和10.68的盐碱混合胁迫条件,探讨混合盐胁迫对其种子萌发指标的影响,明确种子萌发期对混合盐胁迫的耐受性。结果表明:2种混合盐胁迫处理下,茶花凤仙种子初始萌发时间滞后;与对照相比,种子发芽率呈现"低促高抑"现象,而发芽势、发芽指数和活力指数均随混合盐浓度的升高而逐渐降低。解除混合盐胁迫后,pH值为9.56处理下的茶花凤仙种子仍具有一定的萌发力,而pH值为10.68处理下的种子已完全失活。茶花凤仙种子萌发阶段对2种混合盐胁迫的耐盐适宜浓度分别为68.05 mmol·L^-1,60.53 mmol·L^-1,耐盐半致死浓度分别为119.59 mmol·L^-1,101.18 mmol·L^-1,耐盐极限浓度分别为202.07 mmol·L^-1,166.22 mmol·L^-1。