水稻氮高效利用基因NRT1.1B InDel分子标记的开发与应用

水稻NRT1.1B基因是已经克隆并进行功能验证的氮高效利用基因,具有很高的应用价值。根据籼粳稻NRT1.1B基因的基因组序列比对发现,籼型NRT1.1B基因及粳型NRT1.1B基因内含子序列中存在插入/缺失位点。对30个常规籼粳稻的NRT1.1B基因内含子序列进行PCR扩增、测序及序列比对,发现NRT1.1B基因内含子存在6个In Del位点,籼型NRT1.1B基因比粳型NRT1.1B基因缺失55 bp。根据插入/缺失位点设计出In Del分子标记,对15个籼稻常规稻品种、15个粳稻常规稻品种、3个籼粳杂交稻品种及20个F2代育种材料进行NRT1.1B籼粳基因型鉴定。检测实验表明与通过NRT1.1B基因的SNP位点开发的功能标记的检测完全一致。通过该标记可以准确鉴定NRT1.1B基因的纯合籼型、纯合粳型及杂合基因型,该方法成本低、简单、可靠,可用于NRT1.1B基因的鉴定和分子标记辅助育种。     

基于四引物扩增受阻突变体系PCR快速鉴定水稻 S5基因的籼粳属性

四引物扩增受阻突变体系PCR是一种快速简便检测SNP的方法。基于该技术原理,结合籼型S5i与粳型S5j基因存在的单核苷酸差异设计特异性引物,并用8个籼稻,8个粳稻及4个籼粳杂交后代F1进行PCR扩增检测验证。依据产物的电泳谱带类型,能准确区分出SSi纯合基因型、SSj纯合基因型及杂合基因型3种类型,其扩增带型与基因型完全吻合。这表明所设计引物能很好地对S5基因的籼粳属性进行区分,可广泛应用于水稻种质资源相应目的基因的鉴定,为籼粳杂种优势利用的亲本有效选择和籼粳分化研究提供重要参考。     

水稻抗纹枯病QTL qSB-9TQ和抗条纹叶枯病基因Stv-bi的聚合育种

以携带抗纹枯病QTL qSB-9^TQ的籼稻品种特青和携带抗条纹叶枯病基因Stv-bⁱ的粳稻品种镇稻88为优良等位基因供体亲本,江苏省推广的粳稻品种武育粳3号和武粳15为受体亲本,分别杂交并连续回交。在回交及自交分离世代,利用开发的覆盖目标基因区间的双侧分子标记对目标基因进行辅助选择。至回交BC₄F₁世代,同一遗传背景2个回交方向的中选单株间聚合杂交,获得2个目标基因位点均纯合的聚合F₃株系。条纹叶枯病抗性鉴定和纹枯病抗性接种鉴定结果表明,聚合株系对条纹叶枯病均表现抗病;以0~9级评级标准评价,聚合株系的纹枯病较相应的轮回亲本分别低1.1~1.6级和0.8~1.4级。结合回交低世代抗性鉴定结果分析,自行开发的分子标记对目标基因的辅助选择是有效的。讨论了抗纹枯病育种及分子标记辅助选择聚合育种的相关问题。     

水稻稻瘟病抗性基因Bsr-d1功能标记的开发和利用

稻瘟病是危害水稻最严重的病害之一, 选育抗病品种是防治该病害最有效的方法。Bsr-d1是对稻瘟病菌具有广谱抗性的一个重要基因。为提高Bsr-d1基因在育种中的选择效率, 根据Bsr-d1与其感病等位基因bsr-d1在功能区域存在的单核苷酸差异, 设计和筛选出Bsr-d1基因不同类型的基因功能标记CAPs5-1和3Bsr-d1/3bsr-d1, 结合测序分析验证, 可准确鉴定出Bsr-d1的不同基因型。利用3Bsr-d1/3bsr-d1对34份籼稻品种、江苏历年来主要推广的110份粳稻品种、其他省份的13份粳稻品种、148份太湖流域地方粳稻资源和19份太湖流域地方籼稻资源进行了Bsr-d1基因型检测, 筛选到携带Bsr-d1基因的籼型资源11份, 271份粳型资源中均不携带Bsr-d1基因, 这也说明Bsr-d1主要分布在籼型水稻资源中, 在粳型资源中几乎不存在。本研究为Bsr-d1基因的育种利用和分子标记辅助选择奠定了基础。     

水稻广亲和基因S5-n的功能标记开发及其应用

广亲和基因S5-n是能够恢复籼、粳杂种育性的基因,利用常规育种方法回交转育广亲和基因需要通过配组杂种F₁,根据F₁的育性判断和选择S5-n,选育周期长,方法繁琐。因此,在广亲和遗传改良和聚合育种中需要寻找一种快速、简便的广亲和基因检测方法。本研究根据水稻广亲和基因和籼粳S-5等位基因序列存在136 bp缺失的特征,设计了InDel标记S5136。前人研究已经明确02428、Dualr、CPSLO17具有S5-n,分子标记S5136 PCR扩增这3个材料的带型为缺失带型,而不携带广亲和基因S5-n的材料的带型为非缺失带型。利用该标记对3037与02428的F₂群体分析表明,该标记能准确区分S5-n、S5-i纯合及杂合基因型,标记基因型符合1∶2∶1比例,没有发生偏分离现象。利用该标记从554份水稻品种资源(O. sativa L.)和27份普通野生稻(O. rufipogen Griff.)以及24份江淮流域杂草稻资源中筛选出具有缺失带型的资源材料13份,并对其PCR产物测序证实为S5-n,对Kasalath的广亲和性进行了初步验证;从20份02428的高世代育种材料中,筛选到携带广亲和基因S5-n的恢复系2份。该标记可以用于S5-n基因资源筛选、分子标记辅助选择育种和培矮64S为母本的杂交种种子纯度鉴定。     

水稻抗咪唑啉酮类除草剂基因ALS功能标记的开发与应用

选育和利用抗除草剂水稻品种具有重要的生产实践意义。通过筛选水稻资源, 发现了抗除草剂材料金粳818, 其ALS基因编码区第1880位碱基存在一个由G到A的碱基变异, 导致丝氨酸突变为天冬酰胺, 从而具有除草剂抗性。本研究基于该位点的碱基变异, 设计了11条等位基因特异PCR (allelic-specific PCR, AS-PCR)引物, 经过优化筛选, 获得两个引物组合F1N (S1/S9)和F1M (S1/S10), 将该标记命名为AS-ALS。利用F₂群体及其亲本和杂交种, 结合AS-ALS标记检测和除草剂抗性分析, 结果表明感除草剂ALS-G等位基因型只能被F1N引物对有效扩增, 抗除草剂ALS-A等位基因型只能被F1M引物对有效扩增, 而杂合基因型能同时被两对引物F1N和F1M扩增, ALS-A纯合或杂合等位基因型都表现抗除草剂, ALS-G纯合基因型表现感除草剂。因此本研究开发的标记能有效区分除草剂抗性基因的3种基因型, 基因型与表型完全对应。该标记用于回交育种, 可以选择ALS-A杂合基因型单株, 剔除ALS-G纯合等位基因型, 在自交的F₂保留ALS-A纯合基因型单株, 连续自交, 能快速获得除草剂抗性稳定的水稻材料。该除草剂抗性基因的功能标记还可用于咪唑啉酮类除草剂抗性资源筛选。     

籼粳稻基因组295个InDel标记的开发

插入/缺失(InDel)分子标记具有使用简单,结果清晰可靠的优点。本研究通过比对粳稻品种日本晴和籼稻品种93-11的基因组序列,在全基因组范围内设计了634对InDel候选标记,通过PCR检测比较2种粳稻(日本晴和台中65)和2种籼稻(93-11和黄华占)的多态性,发现295对标记在2种籼稻间及2种粳稻间均带型一致,而在籼、粳亚种间有多态性,因此这套295对标记可以在涉及籼粳亚种的基因定位和分子育种中应用。     

水稻耐盐性基因SKC1的KASP标记的开发与利用

籼稻品种‘Nona Bokra’中携带的SKC1^NB等位基因水稻耐盐性的主效QTL (Quantitative trait locus)位点。为了提高对水稻SKC1基因型鉴定效率,根据SKC1^NB基因中的功能性SNP位点开发了一个KASP分子标记SKC1^NB-KASP,利用该标记对‘Nona Bokra’与粳稻品种‘繁14’、‘花B’和‘武1B’的回交BC₃F₂群体进行SKC1等位基因的分型,发现在BC₃F₂群体受测的65个单株的DNA样品中,有16份样品的基因型与供体亲本‘Nona Bokra’相同,31份样品显示杂合基因型,18份样品与轮回亲本基因型相同。对这65份DNA样品的,SKC1基因进行测序以检验KASP标记基因分型结果的准确性,发现测序结果与KASP标记分型的结果完全一致。以上结果说明SKC1^NB-KASP标记可以高效、准确地鉴定,SKC1位点的基因型,大大提高了耐盐性水稻分子标记辅助选择育种的效率...     

甬优籼粳杂交稻花后干物质积累模型与特征分析

以甬优籼粳杂交稻甬优1538和甬优7176为试材,常规粳稻宁粳3号和武运粳24,杂交籼稻扬两优6号和两优培九为对照,研究甬优籼粳杂交稻花后干物质积累特征及比较不同类型品种花后干物质积累特征差异。结果表明: (1)两年中甬优籼粳杂交稻的平均产量为11.5 t hm^-2 (11.3~11.7 t hm^-2),较常规粳稻和杂交籼稻分别高7.8%和10.4% (两年平均值)。甬优籼粳杂交稻抽穗至成熟期的干物质积累量为8.9 t hm^-2,较常规粳稻和杂交籼稻分别高19.1%和26.9%(两年平均值)。(2)不同类型品种花后干物质积累量与花后天数(抽穗当天为0 d)均可用Richards方程拟合(R²均大于0.990);各品种花后干物重积累速率均呈先平缓增加后下降的趋势,花后最大干物重积累速率和平均干物重积累速率呈杂交籼稻>常规粳稻>籼粳杂交稻,籼粳杂交稻达最大干物重积累速率的时间大致在花后42~44 d,常规粳稻和杂交籼稻则在花后26~28 d;籼粳杂交稻在花后渐增期天数和干物质积累量显著高于常规粳稻和杂交籼稻,渐增期干物重积累速率以杂交籼稻最高。常规粳稻在花后快增期和花后缓增期天数和干物质积累量均显著高于籼粳杂交稻和杂交籼稻,快增期和缓增期干物重积累速率则以杂交籼稻最高。本研究表明甬优籼粳杂交稻花后较强的干物质积累优势主要体现在花后渐增期,而花后渐增期较强的干物质积累能力主要在于其较长的渐增期持续天数。     

籼型光周期敏感核不育水稻的选育

1983~1985年以粳型光敏感核不育水稻农垦58为母本,98个早、中、晚籼稻品种为父本杂交育成了籼型光敏感核不育水稻1系(中稻类型)和2系(早稻类型)。在选育过程中,通过多做组合,扩大F₂代群体,严格鉴定选择等方法,克服了杂种后代分离大,有利变异少,籼粳杂交不育与核不育难以区分的困难,并在较低世代育成了稳定的矮稈籼型光敏感核不育水稻。实践证明,光敏感核不育基因可以导入籼稻和粳稻之中,其不育性与亲本的感光性无关,能独立遗传,只要在长日照下即能表达。     

水稻氮高效、耐冷基因OsGRF4功能标记的开发及其利用

通过分子标记辅助选择(molecular marker-assisted selection,MAS)培育氮高效水稻品种是减少氮肥使用量、发展绿色农业和可持续农业的一个重要途经。水稻OsGRF4基因编码生长调节因子蛋白,编码区第487和488碱基由TC变异为AA,导致丝氨酸突变为赖氨酸,使得水稻具有氮高效利用、高产和耐冷的特性。为了提高OsGRF4基因在育种中的选择效率,本研究根据功能SNP(single nucleotide polymorphism)位点设计和筛选出等位基因特异PCR(polymerase chain reaction)功能标记PF+DMR+PR和PF+XMR+PR。利用此功能标记对不同品种(品系)和川大粒/巨穗稻的F2群体进行基因型检测,结合测序分析验证,能准确快速鉴定OsGRF4的纯合显性、纯合隐性和杂合基因型,且具有操作简单、成本低的特点。本研究开发的功能标记为通过MAS方法利用OsGRF4基因培育氮高效、高产和耐冷水稻新品种提供了技术支撑。     

水稻种子蛋白质含量及组分在品种间的变异与分布

采用近红外光谱技术测定分析了351份不同类型水稻品种(系)糙米中的蛋白质含量,结果显示粗蛋白含量在9.3%~17.7%之间,平均为12.4%;籼稻平均蛋白质含量为13.2%,比粳稻高约1个百分点。蛋白质含量低的粳稻品种明显偏多,表现出明显的遗传不平衡现象。现有生产上主栽品种稻米蛋白质含量大多处于中等水平,而高蛋白粳稻种质极少。但仍有部分蛋白质含量极高或低的种质,如饲料稻、早籼稻和一些籼粳交后代品系蛋白质含量较高,而部分粳稻和外来籼稻品种中的蛋白质含量较低。因此可以从一些地方品种、外来品种以及籼粳交后代中筛选到极端类型的种质,为遗传育种提供研究的原材料。SDS-PAGE分析结果显示不同类型水稻间各贮藏蛋白组分具一定差异。     

水稻垩白基因Chalk5功能标记的开发与应用

水稻垩白是衡量水稻外观品质优劣的重要指标之一,降低稻米的垩白是培育优质水稻品种的前提。Chalk5是一个能显著降低稻米垩白从而提高稻米外观品质的主效基因。为提高垩白基因Chalk5在育种中的选择效率,在前人克隆的基础上,根据其启动子区域存在的2个功能突变位点,分别设计等位基因特异PCR(ARMS-PCR)引物,最终筛选出2对Chalk5基因的功能标记Chalk12、NChalk12和Chalk22、NChalk22,通过PCR产物测序的方法对这2对标记的检查结果进行了验证,说明Chalk12、NChalk12和Chalk22、NChalk22可以准确鉴定出Chalk5的不同基因型。利用该标记对不同来源的43份籼稻资源、江苏2007-2013年审定的65份粳稻品种和太湖流域179份粳稻地方资源进行了Chalk5基因型检测,筛选到携带chalk5低垩白率等位基因的籼稻资源20份,太湖流域粳稻地方资源仅8份,其余259份粳型资源中均不携带chalk5低垩白率等位基因,这也说明chalk5主要分布在籼型水稻资源中,在粳型资源中分布很少。     

水稻种子蛋白质含量及组分在品种间的变异与分布

采用近红外光谱技术测定分析了351份不同类型水稻品种(系)糙米中的蛋白质含量,结果显示粗蛋白含量在9.3%~17.7%之间,平均为12.4%;籼稻平均蛋白质含量为13.2%,比粳稻高约1个百分点。蛋白质含量低的粳稻品种明显偏多,表现出明显的遗传不平衡现象。现有生产上主栽品种稻米蛋白质含量大多处于中等水平,而高蛋白粳稻种质极少。但仍有部分蛋白质含量极高或低的种质,如饲料稻、早籼稻和一些籼粳交后代品系蛋白质含量较高,而部分粳稻和外来籼稻品种中的蛋白质含量较低。因此可以从一些地方品种、外来品种以及籼粳交后代中筛选到极端类型的种质,为遗传育种提供研究的原材料。SDS-PAGE分析结果显示不同类型水稻间各贮藏蛋白组分具一定差异。     

晚籼稻抽穗期冷害生态适应性评价

选择生育期相近的迟熟高产杂交稻组合或水稻品种（品系）,在自然条件下分期播种,寻找水稻抽穗期冷害相关的形态评价指标,并对参试材料进行抽穗期耐冷生态适应性评价。抽穗期遭受低温冷害胁迫后,主要农艺性状中受冷害程度大小顺序依次是每穗实粒数、单蔸产量、结实率、每穗总粒数、株高、穗长、千粒重;单蔸产量相对受害率（ＲＤＰ）与每穗实粒数ＲＤＰ、结实率ＲＤＰ、剑叶叶色分、抽穗期延尺天数分成极显著正相关。在低温冷害胁迫条件下,水稻不同基因型的抽穗期耐冷能力存在明显的差异。将判别水稻抽穗期耐冷能力的形态指标－－每穗实粒数ＲＤＰ、结实率ＲＤＰ、剑叶叶色、抽穗期延迟天数、苞穗率增加值进行量化,综合判别参试材料抽穗期对低温冷害的生态适应性。研究结果表明：籼穗交材料９５ＬＲ１０２后期耐冷能力强;带有部分粳稻血缘、正在生产中大面积种植的杂交稻     

水稻抽穗期高温胁迫对不同品种受粉和受精作用的影响

水稻抽穗期高温障碍导致结实性降低已经成为长江中下游水稻的重要自然灾害之一。以现代常规粳稻、三系杂交籼稻和两系法杂交籼稻为试料,研究了抽穗期高温处理对现代水稻品种和组合受精率的影响。现代粳型品种表现出较好的抽穗期高温耐性;杂交稻特别是两系杂交稻抽穗期高温耐性相对较弱,抽穗期39℃的高温胁迫下,受精率几乎接近于零;在杂交稻中,汕优63在较轻高温胁迫下表现较好耐性,但在较强的高温胁迫下高温耐性迅速下降。相同处理下抽穗期高温耐性在品种间有较大差异。2个两系超级杂交稻的单药花粉数均在1750粒以上,数量最多,宁粳1号数量最少,为979.8粒药^-1。总体趋势为杂交稻多于常规稻,籼型品种多于粳型品种,分析表明单药花粉数与高温耐性不相关。高温胁迫导致花药开裂系数显著下降,宁粳1号在较强的高温胁迫条件下还能维持一定程度的纵裂率,开花后柱头上花粉数量相对较多。可见水稻抽穗期高温耐性与花粉生产能力无关,与花药开裂和柱头捕获的花粉量关系较大。     

喷施表油菜素内酯对籼稻和粳稻花时的影响

以6个籼稻品种和6个粳稻品种为试验材料,于调查花时性状的前日17:00、当日6:00及8:00分别喷施低浓度（0.01mg/L）、中浓度（0.10mg/L）和高浓度（1.00mg/L）的2,4-表油菜素内酯（epi-BR）,以喷施不含epi-BR的水溶液为对照,调查6个与花时有关的性状在不同处理间的差异,包括始花时、盛花时、终花时、从始花时到盛花时的时间（简称始-盛时间）、从盛花时到终花时的时间（简称盛-终时间）、开花持续时间（简称始-终时间）。结果显示,不同浓度的epi-BR对供试品种的始花时、盛花时和终花时提前均有促进作用。籼稻品种中,0.10mg/L浓度的epi-BR促进花时提前的效果最明显,而粳稻品种中,1.00mg/L浓度的epi-BR促进花时提前的效果最明显。籼稻上施用高浓度（1.00mg/L）、中浓度（0.10mg/L）的epi-BR可显著缩短始-盛时间;粳稻上只有施用高浓度（1.00mg/L）的epi-BR才能缩短始-盛时间。与对照相比,施用epi-BR可显著延长盛-终时间和始-终时间。供试籼稻品种以调查花时性状的当日6:00喷施epi-BR促进花时提前的效果最为明显,供试粳稻品种以调查花时性状的前日17:00喷施促进花时提前的效果最好。供试籼稻品种比粳稻品种对epi-BR的响应更为敏感。促进籼稻花时提前的最佳处理是调查花时性状的当日6:00喷施中浓度（0.10mg/L）的epi-BR,促进粳稻花时提前的最佳处理是调查花时性状的前日17:00喷施高浓度（1.00mg/L）的epi-BR。     

Assessment of cold tolerance at early developmental stages and allelic variation at candidate genes in South American rice germplasm

Rice is susceptible to cold during early developmental stages. Most tolerant cultivars have been developed for other conditions than those occurring in South America’s rice growing areas, or their grain type is not suitable for the local markets. If locally adapted varieties were available, growers could anticipate sowing date, making flowering time coincide with the moment of maximum solar radiation and increasing yields. In this work, 116 rice inbred lines and varieties of diverse origin within the South American gene pool were tested for seedling survival and germination percentage under low temperature in controlled conditions. As a result, lines used as controls responded as expected, whereas lines with similar behavior to controls, intermediate between susceptible and tolerant controls and more extreme than controls were detected at both seedling and germination stages. Allelic variation at candidate genes OsGSTZ1, OsGSTZ2 and OsCDPK13 was analyzed in a subset of ten contrasting lines. Ten out of thirty-four polymorphisms detected in all three genes were associated with cold tolerance in these lines. A functional marker, designed from an aminoacid-changing SNP found in gene OsGSTZ2, was tested in the 116 lines. As a result, a tight association was observed between cold tolerance and marker score. In conclusion, wide variability for cold tolerance at early developmental stages has been detected in rice advanced breeding materials that are adapted to local growing conditions. Also, a functional marker tightly associated with the trait is available for performing marker assisted selection.     

利用与抗稻瘟病基因Pi1连锁的MRG4766标记鉴定173份云南地方稻种

稻瘟病是世界上危害最严重的水稻病害之一,鉴定与发掘抗稻瘟病种质资源是抗稻瘟病育种的重要基础工作。本研究利用与抗稻瘟病基因Pi1连锁的SSR引物MRG4766对173份云南地方稻种抗性基因Pi1进行了检测,并选择其中30个材料进行了人工接种验证。结果表明,人工接种验证与分子鉴定结果完全相符,说明SSR引物MRG4766用于鉴定抗稻瘟病基因Pi1是可行的。分子标记检测表明,供试的173份材料中有64份含有抗稻瘟病基因Pi1,占36.99%;其中102份籼稻中有33份含有该基因,占32.35%,而71份粳稻中有31份含有该基因,占43.66%,粳稻含有抗稻瘟病基因Pi1的比例比籼稻要高。检测到含有Pi1基因的种质材料分布在云南省11个州市29个县(市),分布范围较为广泛。南部边缘水陆稻区分布频率为41.03%,滇南单双季籼稻区分布频率为32.69%,滇中一季粳稻籼稻区分布频率为35.29%、滇东北高原粳稻区为35.29%、滇西北高原粳稻区33.33%。