水稻叶色白化转绿及多分蘖矮秆基因hw-1(t)的图位克隆

通过增加作图群体的样本量, 将控制水稻白化转绿和多分蘖矮秆的基因hw-1(t)定位在第4染色体长臂2个InDel标记HW36和HW7之间24.9 kb的物理距离内, 该区域含有5个阅读框架。测序及酶切分析表明, 突变体hfa-1仅在LOC_Os04g57320产生一个碱基(G→A)的突变, 导致翻译提取终止, 推断LOC_Os04g57320为hw-1(t)。进一步分析发现hw-1(t)在水稻基因组中为单拷贝, 与拟南芥im和番茄PTOX基因同源性较高, 但在转录子和蛋白质结构上存在一定差异;基因表达分析显示HW-1(t)属组成型表达基因, 表达不受光照影响。     

水稻叶色白化转绿及多分蘖矮秆突变体hfa-1的基因表达谱分析

hfa-1的白化转绿、多分蘖矮秆表型受单隐性核基因hw-1(t)控制。该基因编码含线粒体交替氧化酶AOX结构的叶绿体蛋白,通过参与叶绿体呼吸电子传递链,对类胡萝卜素生物合成途经及其次生代谢途径进行调控。本研究对hfa-1突变体叶色白化转绿过程中的类胡萝卜素生物合成途径、与该途径有关的植物激素代谢途径的相关基因进行表达分析,并分析了hfa-1突变体在白化、转绿两个时期的基因表达谱。结果表明,类胡萝卜素、植物激素(GA、ABA和SL)生物合成相关基因在hfa-1突变体白化期叶片中表达量减低,暗示hw-1(t)基因的突变抑制了苗期类胡萝卜素合成,同时还对涉及该过程相关多个次生代谢途径产生影响。通过基因表达谱芯片和功能分类分析,发现hfa-1叶色白化转绿过程中上调和下调表达基因涉及的生理过程主要在光合作用、应对内源刺激物和胁迫响应等方面;其中电子传递体Cytb6/f复合蛋白合成相关基因上调表达明显,推测Cytb6/f蛋白复合体在电子传递和质醌库还原氧化上对hw-1(t)起一定的补偿功能。     

水稻半矮秆基因iga-1的鉴定及精细定位

在前期通过空间诱变获得半矮秆隐性突变基因iga-1的基础上,进一步对iga-1进行鉴定。农艺性状调查表明携带iga-1的矮秆株系CHA-2、CHA-2N与原种特籼占13相比存在明显变异。节间长度测量显示CHA-2、CHA-2N节间比例正常,属dn型。外源GA₃处理、内源GA₃测定和α-淀粉酶活性检测揭示iga-1与GA₃调控无关。利用CHA-2与粳稻品种02428杂交获得的F₂群体将iga-1定位在水稻第5染色体两个InDel标记DL18和DL19间32.01 kb的物理距离内。该区域有5个阅读框架,其中包括赤霉素信号传导调控基因D1。序列分析表明CHA-2、CHA-2N和特籼占13在D1位点上基因组序列不存在差异,推测D1并非iga-1的候选基因。比较水稻第5染色体上其他矮秆基因发现iga-1可能与半矮秆基因sd-7来自同一位点。     

水稻阶段性温敏白化转绿突变体stgra254的特征和基因定位

为了挖掘和鉴定更多的水稻白化转绿突变体用于基因功能的研究。从粳稻品种秀水09的EMS突变体库中发现了一个阶段性温敏白化转绿突变体stgra254,该突变体在28℃恒温条件下,第6片完全展开叶出现白斑,至分蘖盛期融合成片,最终叶片枯萎死亡;在32℃条件下,第6片叶白斑数目及白化程度明显弱于28℃,且3d后逐渐转绿;而24℃下的叶片表现正常。组织化学分析结果表明,白斑的形成和发展是一个程序性细胞死亡的过程,伴随着H_2O_2的积累。荧光仪分析显示,光系统Ⅱ的最大光能转化效率显著下降。遗传分析表明,该突变体叶色性状受1对隐性核基因控制。利用stgra254与珍汕97杂交得到F_2群体,借助集团分离分析法和SSR分子标记连锁分析,将其定位在4号染色体上的RM17206与RM17277标记之间,遗传距离分别为0.48,5.22cM。     

转苦瓜几丁质酶基因McCHIT1水稻及其稻瘟病抗性

稻瘟病是危害水稻的最严重病害之一,探索利用外源基因提高水稻抗稻瘟病水平对现代育种具有重要意义。本研究从T₂代起逐代增加抗性选择压,采用苗期人工混合接种和病圃田自然诱发等鉴定方法,对转基因水稻后代进行稻瘟病抗性鉴定和筛选,在T₅代获得了7个稻瘟病抗性极显著增强的转McCHIT1基因水稻稳定株系。通过7个生理群26个生理小种的115个稻瘟病有效单孢菌株苗期抗谱测定,这7个株系的抗病频率为52.2%~61.4%,比受体对照缙恢35 (36.8%)高16个百分点以上,主要增加了对ZE群生理小种的抗性,提高了对ZG群、ZF群和优势种群ZB群生理小种的抗性。C36-2-1、C21-6-2、C21-3-1等3个株系的结实率达80%以上,是丰抗结合较好的转McCHIT1基因株系。McCHIT1基因具有广谱抗性,将其遗传转化水稻,采用“逐代增加选择压,抗中选抗”的方法,可筛选出稻瘟病抗性优良、抗谱明显拓宽、产量性状较好的转基因稳定株系。     

水稻白化转绿基因对农艺性状和外观米质的影响

在籼粳交后代中发现一个表现白化转绿(green-revertible albino)的变异材料, 通过连续多代选留杂合株, 最终育成一对白化转绿近等基因系Gra和gra。用120个InDel标记进行的多态性分析表明Gra和gra的近等性良好。通过比较近等基因系间叶绿素含量、农艺性状、外观米质发现, 白化转绿基因gra(t)直接降低4叶1心期叶绿素含量近半, 使苗期叶色失绿, 间接影响移栽期白根数、出叶速度、分蘖能力, 最终使有效穗降低, 单株产量降低过半; 近等基因系间, 叶片长宽差异有的显著有的不显著, 株高、穗实粒数、结实率、千粒重未受明显影响; 白化转绿基因对米粒长、宽和垩白率无显著影响。     

一个水稻长穗颈突变体eui1(t)的鉴定和基因定位

利用EMS(甲基磺酸乙酯)诱变优良恢复系缙恢10号种子,在其后代获得了一个长穗颈高秆突变体,暂命名为eui1(t)。与诱变亲本相比,倒一节间、倒二节间和穗颈显著伸长,其中,顶节间伸长最为明显。遗传分析表明,该性状受一对隐性核基因控制。利用西农1A/eui(t)的F2群体进行基因定位,初步将eui1(t)基因定位在第5染色体长臂末端,位于SSR分子标记RM3321和RM26内侧,分别相距12.3cM和15.8cM。     

水稻斑马叶突变体zebra1349的表型鉴定及基因精细定位

从恢复系育种材料[R128//(R318/R1025)F1]F6中获得一个新的斑马叶突变体zebra1349,突变体秧苗期如果不移栽,与野生型一样表现绿色,移栽后5 d新抽出的叶片包括叶鞘会呈现出与叶脉垂直的黄绿相间的条纹,移栽后30 d抽出的叶片又表现正常绿色,成熟期主要农艺性状与野生型无明显差异。与野生型相比,突变体六叶期斑马叶黄区部位的总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量分别下降了55.86%、61.02%、39.34%和47.03%。透射电镜(TEM)观察表明,突变体斑马叶绿区部位叶绿体发育正常;黄区部位叶肉细胞中叶绿体结构异常,类囊体膜退化和分解严重,类囊体基粒片层数量明显减少,片层间距拉大,排列疏松。对zebra1349与正常叶色品种杂交F1、F2代的遗传分析表明该性状受1对隐性核基因调控。利用1192株zebra1349/02428 F2隐性定位群体,最终把ZEBRA1349基因定位在水稻第12染色体In Del标记indel39和indel44之间,其遗传距离分别为0.04 c M和0.17 c M,根据日本晴基因组序列推测,两标记之间的物理距离约为89 kb。本研究为ZEBRA1349基因的图位克隆和功能研究以及分子标记辅助育种奠定了基础。     

一个棉花纤维伸长期优势表达启动子pGhFLA1的克隆与鉴定

棉花纤维是研究单细胞生长发育的良好模式细胞,寻找在棉花纤维发育时期优势表达的启动子,对于棉花纤维发育的功能基因组研究非常重要。本试验对发掘到的一个在纤维伸长期优势表达基因GhFLA1的启动子进行克隆,并将该启动子融合GUS转化棉花和烟草。转基因棉花的GUS蛋白染色表明,在0~20 DPA(days post anthesis)的纤维中检测到GUS蛋白,同时在柱头、雄蕊、萼片、胚根、子叶和根中也检测到GUS蛋白,但在花瓣、叶片和苞叶中没有检测到。同时GUS定量检测结果显示,pGhFLA1驱动GUS蛋白积累的高峰是在20 DPA的纤维中,其驱动GUS表达的能力是Ca MV 35S::GUS的22倍。转基因烟草组织化学染色显示pGhFLA1可以驱动GUS在叶片及叶片的表皮毛中优势表达,同时在子房、柱头、花药、苞叶、花柄基部、花瓣、种子等生殖器官上也存在GUS蛋白。启动子pGhFLA1在棉花纤维和烟草叶片的表皮毛中优势表达,可用于棉花纤维功能基因组研究,在改良纤维品质育种中具有潜在的应用价值。     

水稻细卷叶突变体nrl2(t)的遗传分析和基因定位

研究调控水稻叶片发育基因对水稻功能基因组学和株型改良有着重要的意义。本研究从籼稻恢复系缙恢10号的EMS突变体库中发现一个水稻新型突变体,命名为nrl2_(t)。该突变体叶片卷曲、变细、伸长,茎秆变细,抽穗期提前,叶绿素含量增高,孕穗期剑叶生长素含量降低,而幼穗中生长素含量有所提高。遗传分析表明该性状受一对隐性基因控制。利用SSR标记将该基因定位于第3染色体SSR标记s3RM1和s3RM3之间,物理距离约为114 kb。研究结果为该基因的克隆及进一步揭示细叶卷曲形成的分子机理奠定了基础。     

水稻内稃扭曲突变体palea distortion 1(pd1)的鉴定与基因定位

在对籼稻缙恢10进行EMS(ethyl methane sulfonate)处理后的群体中,发现一个花器官突变体,主要表现为内稃扭曲并呈现外稃化特征,浆片数目增加且呈现稃状特征,雄蕊数目减少至1～4个,部分雄蕊的花丝呈现浆片化特征,暂将其命名为水稻颖壳扭曲突变体palea distortion 1(pd1)。遗传分析表明该突变性状受一个隐形单基因控制。利用群体分离分析法(bulked segregation analysis,BSA),将PD1基因定位在第2染色体的RM13693和RM13936之间,遗传距离分别为3.25cM和3.90cM。该研究结果为PD1基因的图位克隆奠定了基础。     

水稻条斑花叶突变体生态st(t) 的鉴定与遗传定位

利用EMS诱变育成优良籼型恢复系缙恢10号,从其后代中鉴定出一个白色条斑花叶突变体st(t),在三叶期开始表现白斑,拔节期白斑变为不规则线状,一直保持到成熟。突变体叶绿素含量明显下降,类胡萝卜素含量显著升高。透射电镜观察表明,突变体的绿色叶片部位与野生型相比,在细胞结构上无明显差异,叶绿体发育正常;突变体的白化部位细胞结构异常,质体内多含有积聚在一起的嗜锇小球,不能发育出正常叶绿体所具有的类囊体和基质片层结构。遗传分析表明该性状受一对隐性核基因调控,利用1 500株西农1A/st(t)的F₂隐性定位群体,最终把St(t)基因定位在第6染色体SSR标记RM19745和RM19762之间,遗传距离分别为0.07 cM和0.27 cM,根据9311基因组序列推测,两标记之间的物理距离约为345 kb。这为St(t)基因的图位克隆和分子标记辅助育种奠定了基础。     

水稻窄叶突变体nal7(t)的遗传分析与基因定位

本研究以恢复系缙恢10号为试验材料,经过EMS诱变,对水稻叶突变进行了研究。结果表明,群体中发现一个窄叶突变体,表现为叶片变窄、节间变细、结实率降低等一系列突变表型。成熟期的功能叶片宽度为野生型的74.69%,倒一、二、三节的宽度分别为野生型的45.10%、57.38%、74.63%,总叶脉数为野生型的67.36%。遗传分析表明该突变性状受一对隐性核基因控制,利用SSR标记将其定位在第3染色体长臂RM14379和RM14427之间,遗传距离分别为2.1cM和3.0cM。因与nal7位于相同的染色体区段,暂命名为nal7(t)。     

一个水稻花器官数目突变体的遗传分析与基因定位

水稻颖花突变体是开展鉴定和克隆水稻花器官发育基因研究的重要材料,在水稻重组自交系构建过程中,发现一个水稻花器官数目突变体,暂命名为fon6(floral organ number).首先对突变体的花器官性状进行鉴定,然后利用F2群体进行遗传分析和基因定位.该突变体的特征为浆片颖壳化,内外稃和雌蕊增多,雄蕊减少并外露,雌...     

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...     

水稻短根相关基因OsKSR2的定位

根系是将植物固定于土壤及吸收利用水分和养分的重要器官。本研究从甲基磺酸乙酯(ethyl methane sulfonate,EMS)诱变的籼稻Kasalath突变体库中,筛选到一个水稻根系发育缺陷的突变体,命名为Osksr2 (Oryza sativa kasalath short root 2),该突变体植株整体矮小,主根、不定根和侧根的伸长都受到抑制。遗传分析表明该突变性状由1对隐性核基因控制,将该基因命名为OsKSR2。将Osksr2纯合体与粳稻日本晴杂交构建F₂群体,利用已经公布的水稻SSR标记和自行设计的STS标记进行基因定位,将OsKSR2定位在水稻第8染色体STS标记S27887与S27988之间约101 kb的范围内。通过水稻基因组注释系统共预测到17个开放阅读框(ORF),没有已知的与根系发育相关的基因。对OsKSR2的定位将为进一步克隆该基因和阐明水稻根系伸长的分子机理奠定基础。     

水稻多蘖矮杆突变体htd7(t)的遗传分析与基因定位

分蘖是水稻最重要的农艺性状之一,其决定水稻的最终产量。多蘖矮杆突变体htd7(t)是粳稻品种‘日本晴’经350 Gy 的60Co-γ射线辐射处理后产生的突变体。为了克隆HTD7(t)基因,将htd7(t)与‘9311’配制正反杂交组合进行遗传分析发现,htd7(t)多蘖矮杆性状是受1 对隐性核基因控制。利用SSR分子标记将HTD7(t)初步定位在第11 染色体分子标记RM21 与RM254 之间,遗传距离分别为5.6 cM和3.2 cM。利用已经公布的水稻基因组数据,在该基因附近新发展了13 对InDel 标记,对HTD7(t)进行精细定位。根据定位结果构建覆盖HTD7(t)基因的BAC 重叠群,最终将HTD7(t)定位在InDel11-3 和InDel11-5之间的64.8 kb的物理距离内。