OsWRKY67负向调控水稻耐旱性的功能分析

WRKY转录因子在水稻生物胁迫及非生物胁迫中均发挥重要作用。本实验室前期发现OsWRKY67正向调控水稻应答病害胁迫,为研究OsWRKY67在水稻非生物胁迫中的作用,本研究对低温、干旱、高盐、ABA、高渗透压和活性氧等多种非生物胁迫处理下的OsWRKY67基因的表达量进行测定,结果表明该基因的表达受上述非生物胁迫的影响。此外,本研究对OsWRKY67基因的过表达株系(OX5-2和OX6-5)、基因沉默株系(R9-4, R11-2和R14-2)和野生型‘日本晴’进行模拟干旱胁迫处理,结果表明沉默OsWRKY67基因可显著增强水稻的耐旱性,过表达OsWRKY67基因会显著降低水稻的耐旱性。进一步研究发现OsWRKY67能够调控部分耐旱相关基因(DREB1A, DREB1B, DREB2A和DREB2B)、ABA合成相关基因(NCED3和NCED4)及ABA通路相关基因(RaB16A, LIP9和LEA3)的表达。综合以上研究表明,OsWRKY67参与调控水稻响应多种非生物胁迫,通过ABA信号通路介导负向调控水稻苗期耐旱性。本研究揭示了OsWRKY67在水稻耐旱性中的调控作用,为利用该基因进...     

LAZY1通过油菜素内酯途径调控水稻叶夹角的发育

叶夹角的大小直接影响水稻叶面积指数,进而调控群体光合作用,是水稻株型育种中重要的指标,研究其发育机制对水稻株型育种具有重要的意义。利用EMS诱变籼型水稻保持系西大1B,获得一个植株散生且叶夹角变大的突变体s524。田间种植条件下,苗期s524的叶夹角极显著大于野生型;分蘖期s524的分蘖角极显著增大,株型松散;成熟期s524整个植株呈匍匐状生长。而野生型株型在整个生育期均保持相对紧凑,叶夹角较小。石蜡切片分析显示,s524叶夹角增大是由叶枕近轴面细胞变大造成的。s524的主要农艺性状与野生型相比无明显变化。遗传分析表明该性状受1对隐性核基因控制,利用SSR标记进行基因定位,最终将S524定位在第11染色体标记RM4746和RM26742之间324 kb的物理范围内,包含散生基因LAZY1。测序结果显示s524突变体在LAZY1第3外显子上发生了一个T到C的碱基替换,导致第143位氨基酸由野生型的缬氨酸突变为丙氨酸,表明s524是一个新的LAZY1等位突变体。s524对外源油菜素内酯(BR)的敏感性降低,BR信号传导途径关键基因BU1在s524中的表达上调了近10倍,早期研究表明BU1基因的过表达可导致叶夹角变大。推测LAZY1/S524可能通过BR信号传导途径调控水稻叶夹角的发育。     

LAZY1通过BR途径调控水稻叶夹角的发育

叶夹角的大小直接影响水稻叶面积指数,进而调控群体光合作用,是水稻株型育种中重要的指标,研究其发育机制对水稻株型育种具有重要的意义。利用EMS诱变籼型水稻保持系西大1B,获得一个植株散生且叶夹角变大的突变体s524。田间种植条件下,苗期s524的叶夹角极显著大于野生型;分蘖期s524的分蘖角极显著增大,株型松散;成熟期s524整个植株呈匍匐状生长。而野生型株型在整个生育期均保持相对紧凑,叶夹角较小。石蜡切片分析显示,s524叶夹角增大是由叶枕近轴面细胞变大造成的。s524的主要农艺性状与野生型相比无明显变化。遗传分析表明该性状受1对隐性核基因控制,利用SSR标记进行基因定位,最终将S524定位在第11染色体标记RM4746和RM26742之间324 kb的物理范围内,包含散生基因LAZY1。测序结果显示s524突变体在LAZY1第3外显子上发生了一个T到C的碱基替换,导致第143位氨基酸由野生型的缬氨酸突变为丙氨酸,表明s524是一个新的LAZY1等位突变体。s524对外源油菜素内酯(BR)的敏感性降低,BR信号传导途径关键基因BU1在s524中的表达上调了近10倍,早期研究表明BU1基因的过表达可导致叶夹角变大。推测LAZY1/S524可能通过BR信号传导途径调控水稻叶夹角的发育。     

水稻WRKY转录因子OsWRKY76 RNA干扰载体的构建及表达分析

为研究水稻WRKY蛋白在应对各种生物以及非生物胁迫中发挥的作用,探明OsWRKY76是否参与调控水稻系统获得抗性,明确OsWRKY在植物抗病及耐逆反应过程中的作用机理,对OsWRKY76进行了氨基酸序列分析,发现OsWRKY76具有典型的WRKY结构域,属于WRKY-GCM1锌指WRKY超家族。克隆了OsWRKY76中300 bp的cDNA片段OsWRKY76-300,并扩增GUS基因中500 bp的片段作为连接物,通过片段末端人为增加的酶切位点将上述片段与Gateway系统的入门载体pENTR L16连接,形成中间由GUS 500连接、两端是OsWRKY76-300反向重复的发夹结构的载体,利用LR反应将dsWRKY76 pENTR L16中发夹结构的插入片段分别重组到诱导型双元载体GVG-TA7002和组成型双元载体Ubi-C1300中,获得RNA干扰载体。利用农杆菌介导的转化方法将诱导型双元表达载体转化水稻,获得7个转化株系。利用实时定量RT-qPCR检测转化株系中OsWRKY76的表达量,获得了2个沉默株系。     

薛红卫研究组发现水稻LC3调控生长素信号和叶倾角

<正>2018年11月29日,PLo S Genetics在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所薛红卫研究组发表研究论文。该研究发现水稻中的一个含有SPOC结构域的蛋白Leaf inclination3 (LC3)通过结合转录因子LIP1共同调控生长素信号,从而调控水稻叶倾角。水稻是重要的单子叶模式植物,也是我国乃至世界上最主要的粮食作物     

储成才研究组和童红宁研究组合作在水稻油菜素内酯信号调控机制研究中取得进展

正油菜素内酯(简称BR)是一类重要的植物激素,调控着水稻株高、叶夹角、籽粒大小等诸多重要农艺性状。近年来BR信号传导研究进展迅速,但其精细调控机制还不清楚。中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室储成才研究组和中国农业科学院作物科     

科学家揭示水稻粒宽与粒重调控新机制

正日前,中国农业科学院作物科学研究所万建民院士领衔的水稻功能基因组学创新研究组,在水稻粒宽与粒重调控机制研究中取得重要进展,揭示了控制水稻粒宽与粒重关键基因GW5通过调节油菜素内酯(brassionsteroids,BR)信号途径调控水稻籽粒发育的新机制,初步阐述了其功能作用模式与遗传调控网     

中国科学院东北地理所水稻BR信号和株型调控取得进展

<正>BR是一种重要的甾醇类植物激素,参与调控植物生长发育的各个方面,包括调控植物的株型、细胞的分裂、细胞的伸长、维管束的分化、光形态的建成以及响应各种生物和非生物胁迫。BR信号元件及信号转导通路在双子叶模式植物拟南芥中已被研究的较为清楚,而在单子叶模式植物水稻中研究的相对较少,水稻BR信号元件及调控网络有待挖掘和阐明。     

水稻叶片形态建成分子调控机制研究进展

叶片形态是水稻“理想株型”的重要组成部分,是当前水稻高产育种关注的重点。本文通过对已克隆多个叶形相关调控基因综述了水稻叶片形态(叶片卷曲度、倾角、披散程度以及叶片宽度)建成的分子遗传学研究进展。综合分析认为,水稻叶片的卷曲主要是通过卷叶基因调控叶片近轴/远轴间的发育、泡状细胞的发育及其膨胀和渗透压、厚壁组织的形成以及叶片角质层的发育等来实现。影响植株空间伸展姿态的叶倾角主要通过叶角基因调控油菜素内酯的信号传导来影响叶枕细胞的生长发育;唯一被克隆的影响叶片披垂度的披叶基因DL1是通过控制叶片中脉发育而改变叶片形态的;而窄叶基因则主要通过调控生长素的合成与极性运输、维管组织的发育和分布,影响叶片维管束数目及宽度。但到目前为止,所有已克隆的叶形调控基因间相互调控关系的研究还不够深入,还不能完整清晰地勾勒水稻叶形建成和发育的分子调控网络。因此,在已有的研究基础上更深入地探索水稻叶片形态建成的分子调控机制,对进一步构建相关的调控网络,塑造水稻理想株型具有重要意义。     

一个新的水稻D1基因等位突变体的遗传鉴定与基因功能分析

株高是影响水稻产量的一个重要性状。本研究从水稻稻瘟病普感品种丽江新团黑谷(LTH)经甲基磺酸乙酯(EMS)诱变群体中分离出一个遗传稳定的小粒矮化突变体LTH-m3。该突变体是赤霉素(GA)和油菜素内酯(BR)相关突变体,它对外源GA(GA₃)不敏感,对外源BR(eBL)的敏感性较野生型显著降低。遗传分析、基因克隆和转基因互补实验确认,该突变体是一个新的d1基因等位突变体,其D1基因在第6个外显子与内含子接合处发生单碱基突变(G²⁵²² →A²⁵²²),导致第6外显子被选择性剪切及Gα蛋白翻译提前终止,从而造成LTH-m3小粒矮化突变表型。进一步的研究表明,该突变体D1基因突变引起SD1和SLR1等基因表达的显著改变,因而影响植株细胞内GA和BR反馈调节功能和信号传递。突变体LTH-m3弥补了LTH植株过高、茎秆软和极易倒伏等缺陷,可作为LTH的改良系在今后水稻稻瘟病研究中加以利用,其功能突变基因的鉴定为深入研究水稻Gα蛋白的功能及激素信号途径提供了新的材料。     

高产小麦灌浆期灌层光辐射特征与产量各因素相关研究

对不同类型的高产品种灌浆期灌层结构光辐射特征进行研究,并对灌层结构与产量各因素进行相关分析。结果表明:各高产品种在开花期也就是灌浆前期叶面积指数(LAI)最高,之后逐渐下降;平均叶倾角(MFIA)总趋势是先增大后减少;叶片分布(LD)灌浆前期单位面积上叶片分布最多;透光系数(TR)随着灌浆生育进程逐渐增大;消光系数(K)在灌浆期随着角度的增大而增大;灌浆中期和末期的叶面积指数与产量和每穗粒数呈显著正相关,灌浆前期的平均叶倾角与千粒重呈显著负相关,因此,在今后的小麦高产育种中提高灌浆中期和末期的叶面积指数,适当降低灌浆前期的平均叶倾角对小麦高产和超高产具有重要的意义。     

利用高世代回交群体定位水稻广谱抗稻瘟病QTL

稻瘟病是水稻(Oryza sativa L.)三大病害之一,对水稻产量和品质造成了严重的影响。本研究利用优良恢复系R287与广谱抗稻瘟品种细麻线的BC3F1回交群体构建的分子标记遗传连锁图谱,并通过全生育期自然诱发稻瘟病进行抗性鉴定。结果显示,全基因组分析共定位到16个抗叶瘟和13个抗穗颈瘟相关的QTLs,所有抗性QTL均来源于细麻线。其中q BR3是位于第3染色体上同时控制水稻叶瘟和穗颈瘟抗性效应的QTL,其能够提高叶瘟抗性2个数量级和降低穗颈瘟发病率40%左右。q BR3对叶瘟和穗颈瘟的抗性LOD值分别为18.63和22.77,解释的表型变异率分别为21.20%和26.10%。通过对水稻已有稻瘟病抗性位点的定位结果分析,发现q BR3可能是一个新的广谱抗性QTL位点。本研究结果为稻瘟病抗性育种提供了新的基因资源。     

水稻群丛结构和辐射传输分析

为以遥感信息更精确地反演水稻冠层更丰富的结构参数,建立水稻多组分双向反射模型,本文计算并详细分析了水稻群丛结构特征和太阳辐射在水稻群丛内的辐射传输特性.研究表明:其叶倾角分布可用双参数椭圆函数模拟,影响太阳辐射在水稻群丛内传输的重要特征量:水稻各组分的投影函数和消光系数通过叶倾角分布函数计算是可行的;太阳     

中科院遗传发育所在拟南芥独脚金内酯信号研究中取得新进展

<正>独脚金内酯(Strigolactones,SLs)是一类新的植物激素,调控侧芽伸长、株高、叶片形状、衰老、种子萌发、侧根生长等发育过程,在单子叶植物和双子叶植物中具有功能保守性。在水稻独脚金内酯信号途径中F-box蛋白DWARF3(D3)与独脚金内酯的受体DWARF4(D14)形成SCF复合体,参与泛素介导的蛋白降解。DWARF53(D53)基因编码独脚金内酯信号途径中的关键抑制因子,该抑制因子在独脚金内酯作用下,与D14、D3形成复合体,并被泛素化修饰和降解,从而解除了对下游基因表达的抑制。但是拟南芥     

外源6-BA和BR对干旱胁迫下水稻分蘖期光合色素含量及抗氧化系统的影响

为明确6-苄氨基嘌呤(6-BA)和油菜素内酯(BR)对干旱胁迫下水稻分蘖期生理特性的调控机制,本研究以三系杂交中熟晚稻品种‘H优518’为试验材料,通过喷施25 mg/L 6-BA和BR溶液,研究其对干旱胁迫下水稻分蘖期光合色素含量、抗氧化酶活性、丙二醛含量及可溶性蛋白含量等的影响。结果表明,随着干旱胁迫加剧,水稻分蘖期生长受到明显抑制。喷施6-BA和BR溶液后,在干旱胁迫第9天的水稻分蘖期叶片总叶绿素含量和类胡萝卜素含量相比对照分别显著增加28.1%～32.66%和25.27%～27.47%,而抗氧化酶活性也受到不同程度的促进,丙二醛含量降低了19.99%～34.53%,可溶性蛋白含量增加了13.72%～23.04%,并且喷施6-BA溶液的整体效果要好于BR溶液。由此可见,叶面喷施6-BA和BR能有效缓解干旱胁迫对水稻分蘖期生理特性的影响,对水稻抗旱栽培具有重要意义。     

不同叶龄移栽对四倍体水稻T569农艺性状和产量的影响

为了探究不同叶龄四倍体水稻移栽对其产量构成因素和农艺性状的影响,选择3种叶龄(5.5、6.5、7.5叶龄)于2017年在海南省对四倍体水稻T569进行移栽试验。结果表明,移栽时叶龄对四倍体水稻T569产量的影响较大,表现为5.5叶龄移栽水稻7.5叶龄移栽水稻6.5叶龄移栽水稻。与此同时,随着移栽叶龄增大,四倍体水稻T569的播始历期和全生育期延迟。3个处理T569四倍体水稻的产量构成因素呈曲线波动趋势,每穗粒数、每穗实粒数、结实率、千粒质量的波动趋势一致,均表现为5.5叶龄移栽水稻7.5叶龄移栽水稻6.5叶龄移栽水稻;有效穗数表现为7.5叶龄移栽水稻5.5叶龄移栽水稻6.5叶龄移栽水稻。     

油菜素内酯对春玉米灌浆期叶片光合功能与产量的调控效应

以玉米品种"郑单958"为材料,在大田条件下,采用植物生长调节物质油菜素内酯(brassinolide,BR)对苞叶和穗位叶喷施处理,研究了BR对玉米穗位叶功能、籽粒灌浆及产量的调控作用。结果表明,灌浆期随生育进程,玉米穗位叶叶绿素含量、光合速率、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Ru BPCase)以及蔗糖磷酸合酶和蔗糖合酶的活性均显著下降。同时,籽粒蔗糖含量显著降低,但淀粉含量和粒重均显著增加。与对照相比,BR处理显著增加玉米穗位叶叶绿素含量,提高光合速率,增强PEPCase、Ru BPCase、蔗糖磷酸合酶和蔗糖合酶的活性。BR处理显著增加籽粒蔗糖和淀粉积累,提高玉米籽粒干物质积累。在产量构成上,BR显著缩短秃尖长度,增加穗粒数和千粒重,显著提高产量。本研究说明,灌浆期喷施BR可提高玉米叶源的活性,延长叶片光合功能持续期,促进籽粒灌浆和物质积累,从而实现增产。     

高温诱导叶用莴苣抽薹过程中内源激素含量变化分析

为探讨高温诱导叶用莴苣抽薹过程中内源激素的变化规律,进而揭示内源激素与抽薹的相互关系,以易抽薹叶用莴苣品种‘G-B30’为试材,利用植物生长箱模拟夏季高温,分析了高温诱导叶用莴苣抽薹过程中茎和叶的赤霉素(GA)、生长素(IAA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、脱落酸(ABA)、玉米素核苷(ZR)、油菜素内酯(BR)含量的动态变化。结果表明,高温处理下,茎和叶在抽薹期（高温处理7天后）GA含量均显著高于抽薹前（高温处理前5天）。与对照相比,高温组茎中GA含量显著高于对照。高温处理组茎和叶中IAA、ABA、ZR含量抽薹期显著高于抽薹前,且高温组进入抽薹期时IAA、ABA含量也显著高于对照组。茎和叶BR含量表现为抽薹期显著低于抽薹前。与对照相比,高温组中抽薹期茎中BR含量明显降低而叶的BR含量无明显变化。高温处理组中茎和叶的MeJA含量均显著高于对照,且抽薹期显著低于抽薹前。综上所述,推测高水平的内源GA、IAA、ABA和ZR含量,低水平的BR可能促进叶用莴苣抽薹,而MeJA与叶用莴苣抽薹的关系不大。     

外源6-BA和BR对不同灌溉方式下水稻光合特性及产量的影响

为探讨外源6-BA和BR对水稻不同生育时期耐旱性的影响,以‘H优518’为试验材料,研究其分蘖期、孕穗期、灌浆期喷施外源6-BA溶液和BR溶液对不同灌溉方式下水稻光合色素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO₂浓度、产量及产量构成的影响。结果表明,外源喷施6-BA溶液和BR溶液在短期(0～12 d)可以提高不同灌溉方式下光合色素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率,并降低胞间CO₂浓度,同时能够提高穗粒数、结实率与千粒重等。此外,喷施外源6-BA溶液效果优于BR溶液,其在分蘖期对光合色素含量的影响较为明显;而在孕穗期和灌浆期对水稻光合作用促进效果更佳,因此,在水稻孕穗期喷施6-BA溶液能够有效提高光合作用及产量。本研究为水稻水分高效利用提供了理论指导。     

水稻叶形相关调控基因研究进展

叶形是塑造水稻“理想株型”的重要组成部分,主要包括叶长、叶宽、叶色、叶厚、卷曲度、叶倾角、披垂度等性状,对于水稻光合作用、抗逆性、优质高产具有重要意义。本研究综述了水稻不同叶片形态特征及其生理状态对植株生长和产量的影响,分析了近年来叶片形态建成相关分子机制研究进展,可促进水稻叶形种质资源收集、创制和利用,为水稻叶形分子机理研究和“理想株型”育种提供思路,有助于更好地开展叶形分子标记辅助选择,提高育种效率。