辐射诱变水稻雄性不育突变体tda的遗传与细胞学分析

为了挖掘更多与水稻花药发育相关的基因,利用60Co-γ射线辐照粳稻品种松香早粳,获得1个水稻雄性不育突变体tda,并对其细胞学和遗传学进行分析。结果表明,tda突变体在营养生长期无明显的表型缺陷,花序和花器官能正常发育,但其花药较小且呈白色。组织切片研究发现,tda突变体在小孢子发育时期开始出现异常,绒毡层提前降解,小孢子呈畸形状,随后小孢子萎缩不能形成正常的花粉粒。遗传学分析表明,tda是一个单基因控制的隐性核突变体。该研究结果为TDA基因的克隆、功能分析及水稻花药发育的分子机制奠定了基础。     

水稻淡黄叶突变体pyl3的鉴定和基因定位

利用⁶⁰Co-γ辐射诱变籼稻骨干恢复系川恢907(R907),从突变体库中筛选获得一份淡黄叶突变体pyl3 (pale yellow leaf mutant 3)。为揭示pyl3突变体淡黄叶表型的调控机制,本研究对该突变体和野生型进行表型鉴定、主要农艺性状和基因定位分析。结果表明,从苗期开始pyl3突变体整个生育期表现淡黄叶表型;与野生型相比,pyl3在苗期叶片中的叶绿素和类胡萝卜素含量显著降低;成熟期pyl3的株高、穗长、穗粒数和结实率等农艺性状指标均显著下降。遗传分析结果表明,pyl3突变体的表型由一对隐性核基因控制。利用分子标记连锁分析的方法将该基因初步定位于第3号染色体上InDel标记M4和M6之间,物理距离约为3.2 Mb。进一步基于BSA全基因组重测序和Sanger测序分析发现,pyl3突变体在定位区间内编码Mg-原卟啉Ⅸ螯合酶CHLI亚基的基因编码区第1 034位碱基C突变为碱基T,导致编码的第345位的半胱氨酸(Cys)突变为酪氨酸(Tyr)。pyl3突变体中携带的CHLI^pyl3是已报道黄绿叶基因chl9/chli的新等位基因。qRT-PCR分析结果显示,pyl3突变体中叶绿素合成和光合作用相关基因的表达发生变化。本研究为进一步解析CHLI基因调控水稻叶色的分子机制提供了新的遗传材料和理论依据。     

水稻叶早衰突变体es33的鉴定和基因定位

利用甲基磺酸乙酯(EMS)化学诱变单季常规晚粳稻浙粳99,获得叶早衰突变体es33。为揭示es33突变体早衰的分子调控机制,以野生型浙粳99为对照,对突变体进行表型鉴定,统计农艺性状和测定光合性能,并对早衰基因ES33进行定位。结果表明,突变体es33幼苗在播种后第10天,第2和第3叶的叶尖出现明显干枯早衰现象,与野生型相比,分蘖盛期叶片光合色素含量降低、叶绿体结构疏松、光合作用减弱、部分酶活性降低,成熟期植株矮小、分蘖少、衰老严重。遗传分析结果表明,突变体es33早衰性状受一对隐性核基因控制,利用基因定位和重测序技术,将控制该性状的基因定位在水稻第3号染色体上的SSR标记STS-15和G24之间,物理距离为977.8 kb,经测序确定LOC_Os03g31550为候选基因;ES33基因第11个外显子发生4个碱基的缺失,造成移码突变,导致蛋白(黄嘌呤脱氢酶)翻译提前终止;通过系统发育树分析和氨基酸序列比对得知,ES33蛋白在禾本科作物中高度保守。本研究结果为进一步探究早衰基因ES33的功能奠定了基础。     

水稻窄叶突变体zy103突变基因鉴定

为通过叶形相关基因定位与克隆解析水稻叶形变异的分子机制,本研究以籼稻品种9311与粳稻品种豫粳6号的杂交F₇株系中发现的窄叶突变体zy103为试验材料,应用(zy103/9311)F₂、F₃分离群体对窄叶基因进行精细定位及候选基因预测。表型分析表明,突变体zy103出现全生育期叶片变窄微卷、株高及结实率降低、成熟种子弯曲变形等变异表型。遗传分析和基因定位结果表明,突变体zy103受1对隐性核基因控制,该基因被定位于第12号染色体195.4 kb的区间内,此区间内共预测了28个编码基因。对区间内与水稻叶形态建成相关的OsCSLD4(LOC_Os12g36890.1)基因进行测序,结果表明,突变体中OsCSLD4基因的编码区第2外显子第3 472~第3 479处有8个核苷酸(TGTGCCAC)缺失,造成移码突变,导致原编码蛋白第Ⅶ和第Ⅷ跨膜区保守功能结构域丢失,推测OsCSLD4是引起突变体zy103窄叶突变的目的基因。本研究结果为解析水稻窄叶形成的分子机理和水稻理想株型育种奠定了一定的理论基础。     

水稻淡黄叶突变体xws的光合特性与基因定位

为了解析水稻叶绿体发育和高光效育种中光合作用的机理,本研究以不育系P88S群体中发现的一株淡黄叶自然突变体xws为试验材料,对该突变体进行表型鉴定和光合特征分析,并对其进行精细定位和候选基因分析。结果表明,xws在整个生育期叶片、茎和穗均呈淡黄色。与野生型相比,xws叶片、茎和穗的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均显著下降。透射电镜观察结果发现,与野生型相比,xws嗜锇小体消失,类囊体数量减少。xws的净光合效率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO₂浓度和叶绿素荧光参数与野生型相比均降低。以xws与R032杂交的F₂群体作为定位群体,将基因精细定位至水稻第3号染色体分子标记WY242和WY119之间,其物理距离为51.7 kb。本研究结果为进一步研究水稻叶绿体发育,从而提高水稻光合作用和分子调控网络途径提供了理论支撑。     

三个棉花雄性不育株花药发育的过程

利用20Gy的60Co射线对陆地棉品种苏棉22号的花粉进行辐照处理,处理后的花粉给雌蕊授粉,并收获种子。从M1群体中选取3个雄性不育株,采用石蜡切片技术对花药发育过程进行研究。通过与对照比较,3个雄性不育株各个时期的败育特征有一定差异,但它们的主要败育特征是一致的：从小孢子母细胞时期至小孢子发育阶段都有败育,小孢子母细胞、绒毡层和中层细胞以及花药的形态都受到不同程度的影响,包括小孢子母细胞有微核及双核现象、减数分裂阶段小孢子母细胞的细胞质膨胀、绒毡层及中层细胞异常等。     

水稻秃穗突变体nsp1的遗传分析和精细定位

开展穗相关突变基因的定位与克隆有利于解析穗发育的分子调控机理,对水稻超高产分子设计育种具有重要理论价值。为探究水稻穗发育分子机理,在甲基磺酸乙酯(EMS)诱变的水稻突变体库中鉴定到了一个能稳定遗传的秃穗突变体nsp1。遗传分析表明,该突变性状是由一对单隐性核基因控制。通过SSR和STS分子标记对F2分离群体进行遗传定位,最终将NSP1精细定位在4号染色体分子标记zd38和zd30之间约41.6 Kb的区间内,发现该区间共有7个预测基因,其中LOC_Os04g56780为一个与分生组织发育相关的WUSCHEL的同源基因,可能为NSP1的候选基因。本研究结果为进一步克隆该基因和功能分析奠定了基础。     

基于BSA-seq的拟南芥辐射诱变突变体的基因定位

辐射诱变极易导致染色体结构变异，目前鲜有采用BSA-seq方法定位辐射诱变突变体基因的研究报道。为探索BSA-seq用于辐射诱变突变体的基因定位的可行性，本研究通过辐射诱变筛选得到一个拟南芥突变体，将其与亲本杂交，在F2代分离群体中根据表型筛选单株，构建两个极端表型的子代混池；将两个子代混池与亲本混池进行全基因组测序，使用MutMap、QTL-seq和GPS等多种BSA-seq定位策略对其进行定位分析。结果表明，多种BSA-seq定位策略均取得了一致的结果，在2号染色体上获得7 Mb的初步定位区间；使用IGV软件对该区间内的基因组进行可视化，发现该区间内存在25 189 bp的大片段缺失，缺失区段包含6个基因；通过SnpEff进行突变位点注释，经基因注释信息推测AT2G28610为候选基因；通过遗传学试验验证了该候选基因为突变基因。本研究结果为应用BSA-seq技术定位辐射诱变得到的突变位点提供了参考。     

三个棉花雄性不育株花药发育过程的研究

利用20Cy的~(60)Co γ射线对陆地棉品种苏棉22号的花粉进行辐照处理,处理后的花粉给雌蕊授粉,并收获种子.从M_1群体中选取3个雄性不育株,采用石蜡切片技术对花药发育过程进行研究.通过与对照比较,3个雄性不育株各个时期的败育特征有一定差异,但它们的主要败育特征是一致的:从小孢子母细胞时期至小孢子发育阶段都有败育,小孢子母细胞、绒毡层和中层细胞以及花药的形态都受到不同程度的影响,包括小孢子母细胞有微核及双核现象、减数分裂阶段小孢子母细胞的细胞质膨胀、绒毡层及中层细胞异常等.     

UDT1/TDR基因过表达对水稻育性的影响

研究水稻颖花的育性机理对于水稻生产具有重要意义。UDT1和TDR基因编码参与水稻花药绒毡层发育的bHLH转录因子,其功能缺陷会导致雄性不育,本研究的主要目的是分析UDT1/TDR过表达在花药发育中的作用。构建了UDT1/TDR的过表达载体,利用农杆菌介导方法转化粳稻品种“龙粳11”,对T_(1)代转基因植株进行I_(2)-KI染色、花药形态观察及结实率统计,明确了其表型。qRT-PCR技术检测获得4个UDT1-OE株系和3个TDR-OE株系,UDT1/TDR基因过表达植株的可育花粉粒显著下降,花药发育不正常,结实率显著下降。UDT1/TDR过表达会影响水稻花药的发育,降低可育花粉比例从而造成雄性不育。本研究进一步揭示了UDT1/TDR对水稻育性的影响,为解析雄性不育分子机理提供理论支撑。     

水稻矮杆突变体del1的生理特性及遗传分析

利用60Coγ射线辐照粳稻品种Kitaake,获得一个性状稳定遗传的水稻矮杆突变体del1,本研究对其形态学、矮化性状遗传、叶片超微结构及生理特性进行了分析。结果表明该突变体田间表现为植株矮化,叶片直立,叶色浓绿和不结实;矮化突变性状由单隐性基因控制;突变体的叶肉细胞超微结构正常,但体积明显小于野生型;突变体幼苗株高对...     

~(60)Coγ射线对印度谷螟的辐射遗传效应

用~(60)Coγ射线1、3、5、7、10 krad辐照4～5日龄的印度谷螟雄蛹,当辐照剂量为1～7krad时,被辐照蛹都能羽化,但10krad辐照的,羽化率仅40％。用1、3 krad辐照,成虫畸形率低,且对雄成虫交配能力影响较小,但用7、10 krad辐照,成虫畸形率分别为60％、100％,只有30％～50％的成虫能进行交配。1、3、5 Krad辐照雄蛹,F_1代卵孵化率分别比对照降低25.5％、21.1％、39.4％,F_2代卵的孵化率分别比对照降低56.6％、80.8％、74.0％。这可能是遗传不育现象。1、5、7 krad辐照的,诱导出了成虫翅透明的突变品系(透明型)。该突变品系对研究印度谷螟的部分遗传学及遗传防治有重要意义。     

辐射亚洲百合‘pollyanna’雄性不育突变体的RAPD分析

利用 8 0个 1 0bp随机引物对亚洲百合‘pollyanna’及辐射种球诱导出的 2 0个表现型雄性不育突变体进行了RAPD分析。其中有 31个引物对所有材料都能扩增出理想的带型 ,有 4个随机引物扩增出的带型显示其中的‘P1G0 3’、‘P2G0 4’等 9个突变体与‘pollyanna’基因组 (可育系 )之间具有稳定的多态性差异。它们表现出与‘pollyanna’差异的多态性位点有 7～ 1 8个 ,表明它们为‘pollyanna’的基因型突变体。     

水稻白条纹转绿突变体wsl887的鉴定和基因定位

温敏型水稻叶色突变基因的挖掘可以丰富水稻遗传资源,且为研究低温调控叶绿体发育机制的材料。本研究利用⁶⁰Co射线辐射诱变贵州地方稻种资源桥港珍珠米,获得一个新的白条纹转绿突变体wsl887。通过表型鉴定和主要农艺性状调查可知,在自然条件下wsl887叶幼苗呈现白条纹表型,成熟后主要农艺性状与野生型相比均无显著差异;在20℃条件下wsl887叶片呈现白化,光合色素含量显著降低;在25℃条件下wsl887叶片呈现白色条纹,光合色素含量显著升高;在30℃条件下wsl887叶色与野生型无明显差异,光合色素含量无显著差异。透射电镜观察显示,在20℃条件下,wsl887叶肉细胞中无叶绿体或者叶绿体发育畸形;在30℃条件下,wsl887叶绿体数量和形态均恢复正常。qRT-PCR分析表明,wsl887在20℃和30℃条件下,与野生型相比,部分光合色素代谢途径基因、光合作用及线粒体电子传递相关基因的表达水平呈现不同程度的变化。遗传分析表明,wsl887突变体的表型受一对隐性核基因WSL887控制,该基因被定位于2号染色体上的SSR标记RM262和RM5427之间,物理距离为743.6 kb。该白条纹转绿突变体wsl887是一个新的温敏型叶色突变体,在自然条件下其主要农艺性状没有发生显著变化,未对植株产量造成影响,因此在杂交水稻上具有较大的应用价值。在不同温度条件下,由细胞质编码的基因表达量均显著减少,由此推测该突变基因可能与细胞质中叶绿体的发育有关。本研究结果为进一步克隆wsl887突变基因和研究基因功能奠定了一定的理论基础。     

重离子辐射诱导玉米雄性不育突变系的遗传研究

利用30Gy7Li离子辐射玉米杂交种农大108的种子,从M3代材料中获得雄性不育突变材料39I3-2,并通过套袋杂交获得了不育材料的杂交组合。调查不育突变植株性状及其杂交组合和F2代雄花育性,结果表明,不育材料39I3-2花粉败育彻底,不育性状表现稳定,呈现出由隐性单基因控制的核不育的遗传特点。雄性不育突变体的出现与重离子辐射诱导有关,为基因突变的结果。     

水稻无叶枕基因克隆及应用研究

本研究报道由早籼品种"广陆矮4号"经60Coγ射线辐射诱变产生的水稻无叶枕突变体Oslg1-3。该水稻无叶枕性状受单隐性基因控制,通过图位克隆的方法将基因定位在第4号染色体,并最终克隆出该基因。除了无叶枕以外,Oslg1-3突变体的叶角即叶片与叶鞘之间的夹角也很小,因而叶片直立,可以用来培育叶片直立型水稻新品种。田间试验分析表明,经过遗传改良的Oslg1-3品系在合理密植的条件下能够显著提高水稻的产量,显示出该突变体材料在水稻育种实践中具有重要的应用价值。     

利用花培与辐照诱变培育粳型两系不育系江79S

为创制新的两系不育系,并将其应用于强优势杂交水稻品种培育,综合利用花培和诱变技术培育了粳稻两系不育系江79S。取培矮64S/粳稻H179的F₁幼穗,利用花药培养技术培育获得一个粳型光温敏不育系S79;后采用高能碳离子束处理S79干种子,在其后代中选育了一个熟期突变体GS79(江79S),其在长日照和短日照条件下始穗表现不同,分别较S79早7 d左右和迟5 d左右。观察江79S的育性转换特性,发现其在嘉兴种植时,每年9月8日左右开始出现可育花粉并开始结实;在陵水种植时,植株正常结实且结实率达80%以上。人工气候箱光温敏特性鉴定结果表明,江79S在长日照条件下育性转换温度低于23.5℃。稻米品质和抗性鉴定结果为江79S米质达农业部(现农业农村部)部颁三级优质米标准,苗叶期抗稻瘟病。对江79S进行全基因组测序,分析发现其携带源自农垦58S的光敏不育基因pms1和pms3,且含携带抗稻瘟病基因pi21、Pia、Pid3和Pita,与其高抗苗瘟的特性相一致。以江79S配制的亚种间杂交水稻品种江两优7901通过了国家主要农作物品种审定。本研究结果为综合运用花培和辐照诱变技术培育新两系不育系材料提供了研究方法。     

环割对葡萄VvNCED基因的表达和果实成熟的影响

9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)为脱落酸(ABA)合成途径的关键基因,参与果实生长发育。为明确NCED基因家族对葡萄果实成熟的调控功能,以鄞红葡萄为材料,在开花后50 d进行环割处理,以不环割为对照,分析其果实成熟期、内源脱落酸含量和NCED家族中6个成员表达的变化;通过克隆这6条基因编码区目的片段,构建了pCambia1302过表达植物载体,在花蕾期用农杆菌侵染液浸泡花序,以空载和野生型为对照,分析农杆菌侵染后的果肉中ABA含量和基因表达变化。结果表明,环割后鄞红葡萄果实较对照提前成熟13 d左右;实时荧光定量PCR分析结果显示,环割处理7 d后的果肉中VvNCED1、VvNCED3、VvNCED4和VvNCED7表达量显著上调,与葡萄果肉中内源ABA变化相关;农杆菌侵染花穗后阳性转基因果肉中VvNCED1、VvNCED3、VvNCED4和VvNCED7基因表达量和ABA含量显著高于野生型。综上可知,VvNCED1、VvNCED3、VvNCED4和VvNCED7的表达具有调控葡萄果实成熟的作用。本研究结果为葡萄成熟期的分子调控提供了理论基础。     

一种医用消毒擦片的辐照灭菌剂量确定

根据ISO11137-2:2006方法一、ISO11737-1:1995、ISO11737-2:1998,采用薄膜过滤法系统研究了一种医用消毒擦片的辐照灭菌剂量,内容包括初始污染菌数测定、验证剂量（无菌保证水平为10-2所要求的剂量）辐照、辐照后产品无菌检验等。结果表明,医用消毒擦片具有较强的抑菌活性,稀释液用量为400ml/片时抑菌活性可被消除。本试验条件下,医用消毒擦片的平均初始污染菌数为5.36CFU/片,查对ISO11137-2:2006表5得到验证剂量为4.6kGy,无菌剂量为16.8kGy（无菌保证水平为10-6所要求的剂量）。消毒擦片经验证剂量4.6kGy辐照后,100件单元产品的无菌检验的阳性个数小于2,达到ISO11137-2:2006要求,无菌剂量16.8kGy成立。研究还根据中国药典（2005）规定,对所建立的初始污染菌数测定方法和无菌检验方法进行了可行性验证。结果表明,无菌消毒擦片接种枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌后,利用初始污染菌数测定方法检测到的回收率均高于70%,初始污染菌数测定方法可行;接种枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单孢菌、生孢梭菌、白色念珠菌、黑曲霉后,利用无菌检验方法均检测到良好微生物生长,无菌检验方法可行。     

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。