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。     

两个水稻D2基因等位突变体的表型分析及分子鉴定

通过EMS诱变粳稻品种日本晴,筛选到2个矮秆突变体s1-46和s1-96。突变体主要表现为株高降低,分别为野生型的44.7%和55.9%,且叶片直立,穗粒数减少,籽粒变短。暗处理时,野生型的中胚轴伸长,但突变体的不伸长,说明突变性状与油菜素内酯(BR)相关。外源活性BR处理后,突变体与野生型的叶夹角均变大,根长均变短,表明突变基因与BR的生物合成相关。遗传分析表明,该突变性状由1对隐性基因控制。通过与籼稻品种Dular杂交构建F₂群体,将该基因定位在第1染色体40.9 kb范围内。测序表明,该基因与参与BR生物合成的D2基因等位,其中s1-46第305位的氨基酸由脯氨酸突变成亮氨酸,而s1-96第370位的甘氨酸突变成谷氨酸。     

水稻几个披垂叶突变体的表型研究及其遗传分析

随着水稻功能基因组学的发展,水稻突变体已成为研究相关基因功能与表达的良好实验材料。同时,水稻突变体还可以为当今水稻常规育种和分子育种提供新的种质资源。本文主要阐述了几个水稻披垂叶突变体在株型、株高、穗粒数、结实率、千粒重等方面的特征特性,并分析了它们在与正常植株杂交后F1、F2群体表现。研究表明,突变体与野生型正常植株杂交的F1代在经济学性状和生物学性状上均表现出超亲优势,而在F2群体中表现出有规则的分离,3个突变体中披垂叶性状均为隐性基因控制。在突变体材料MR304中,控制披垂性状的为2对隐性基因,其中1对为主效基因。在突变体材料MR168和MR312中,控制披垂性状的均为单隐性基因。     

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。     

水稻白化转绿基因Gra3的精细定位及遗传分析

本研究鉴定到一份水稻苗期白化转绿突变体,该突变体在幼苗的2叶到4叶期会出现叶片边缘白化,4叶期后转绿,对突变体和野生型农艺性状比较研究表明,前期白化不会对植株生长发育及产量等相关性状产生影响;同时,对两者叶绿体超微结构对比分析发现,突变体叶绿体发育在白化期受到一定程度的抑制。通过构建F2分离群体,调查了部分F2单株表型,结果表明白化型和野生型单株符合1:3的孟德尔单基因分离比,遂将该基因命名为Gra3;利用分离群体分析法(bulked segregant analysis,BSA)和隐性群体分析法(recessive-class analysis,RCA)最终将Gra3定位于RM14436和RM14450之间,对应日本晴基因组片段125 kb。该性状可作为一个形态学标记应用于水稻生产。     

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)。     

水稻矮化大粒突变体sdb1的鉴定与基因定位

适度矮化有利于提高水稻的抗倒伏性, 进而影响产量和品质, 是水稻育种中重要的选择性状之一, 因此研究矮秆形成的分子机制具有重要的意义。为鉴定新的矮秆资源, 探讨株高形成的分子调控机制, 我们对籼型恢复系缙恢10号的EMS (甲基磺酸乙酯)诱变体库进行了鉴定, 从中筛选到1个植株半矮化且籽粒变大的突变体sdb1。本文对其进行了形态鉴定、细胞学观察、遗传分析和基因定位等研究。田间种植条件下, 全生育期sdb1的株高都明显矮于野生型, 成熟期仅76.66 cm, 与野生型的117.43 cm相比, 下降了34.72%, 差异达极显著水平, 进一步分析发现sdb1的穗和各节间长均显著变短。在茎秆石蜡切片中发现, 纵向细胞的长度与野生型相比无显著变化, 横向细胞面积极显著变小、数量则极显著增加, 纵向细胞变少是导致sdb1植株半矮化的主要原因。除植株变矮外, sdb1的另一典型特征是籽粒变大, 千粒重由野生型的24.83 g变为突变体的29.00 g, 差异达极显著水平; 颖壳中薄壁细胞数量增加了22.05%, 致使籽粒的长、宽、厚均极显著变大, 从而提高了sdb1的粒重。此外, sdb1叶肉细胞层数增多, 导致其光合色素含量极显著高于野生型, 叶片呈现深绿色。遗传分析发现, sdb1的突变表型受单隐性核基因调控, 利用中花11/sdb1杂交组合的F₂隐性植株, 最终将调控基因定位在第4染色体SSR标记RM16632和Indel标记J50-7之间约406 kb的物理范围内。这为SDB1的克隆和功能研究奠定了基础, 也有助于水稻株高发育分子机制的进一步阐释。     

水稻卷叶突变体rl28的特性与基因定位

叶片是光合作用的主要器官,适度卷曲有利于改善群体光照,提高光能利用率,因此,发掘和研究叶片发育相关基因是改良株型和植物生长发育研究的重要基础工作。本研究报道了一个新的水稻稳定遗传卷叶突变体rolled leaf 28(rl28),与野生型相比,rl28从拔节期起叶片开始沿中轴脉向内侧卷曲,叶片的卷曲度均极显著高于野生型,且叶夹角也不同程度小于野生型。扫描电镜及石蜡切片观察表明,rl28叶片单位面积气孔数、气孔导度显著高于野生型,蒸腾速率极显著高于野生型,rl28中脉增大及临近的2个泡状细胞数量减少。遗传分析表明该突变性状受1对隐性核基因控制,RL28基因被定位在第5染色体标记5-43和5-34之间,物理距离为90 kb。本研究将为RL28基因的图位克隆及功能研究奠定基础。     

一个新的水稻内卷叶突变体的表型和遗传分析

叶片是光合作用的重要器官,适度卷曲有利于改善群体光照、提高光能利用率,卷叶基因是培育理想株型的重要资源。为研究控制水稻叶片形态建成的分子机理,从EMS诱变粳稻品种日本晴的M₂代中分离了一个叶片向内卷曲的突变体s1-145,该突变体叶绿素含量增高,株高和育性等产量性状正常。遗传分析表明该性状受一对隐性基因控制。利用InDel标记将该基因定位于第2染色体R2-34.70和R2-34.79之间物理距离为90 kb的范围内。本研究结果为该卷叶基因的克隆和功能分析奠定了基础,对水稻株型改良提供了基因资源和育种材料。     

水稻卷叶基因RL13的遗传分析和分子定位

叶片形态是理想株型的重要指标之一,叶片适度卷曲有利于理想株型的建成,是水稻超高产育种的重要材料。在EMS诱变籼稻缙恢10号群体中发现一个卷叶突变体,表现叶片筒状卷曲,经过多代连续自交,性状稳定,命名为rl₁₃ (rolled leaf 13)。rl₁₃的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均显著高于野生型对照缙恢10号,类胡萝卜素含量在苗期、孕穗期与野生型相比有显著提高,而抽穗期和成熟期则差异不显著。rl₁₃的三片功能叶的卷曲度与野生型相比均达到极显著差异,但rl₁₃的三片功能叶之间差异不显著。通过石蜡切片分析,突变体叶肉细胞层数变薄,野生型含有的一个较大泡状细胞转变为卷叶突变体的两个大小相近的泡状细胞,导致了叶片弯曲。以该突变体为父本,西农1A为母本配制杂交组合构建F₂遗传群体,结果表明,该卷叶性状由一对隐性核基因控制。选用F₂代分离群体中的1 215个隐性单株作为定位群体,将RL₁₃定位在第6染色体短臂上分子标记RM276和SWU6-1之间,遗传距离分别为1.1 cM和0.2 cM。     

水稻分蘖角度遗传机理的研究进展

分蘖角度是一个重要的农艺性状,其大小对理想株型等育种方式具有重要的作用。在基础研究中,分蘖角度是研究植物分蘖机制的理想指标,是水稻功能基因组研究的主要热点方向之一。随着分子标记技术的发展已经定位了la．spk（t）、Ta等多个与分蘖角度相关的质量性状基因和多个数量性状位点。2007年,水稻分蘖角度控制基因Mzy,和TCA1的克隆及其功能研究,进一步使我们从分子水平了解水稻分蘖角度的形成机制创造了可能。为进一步促进水稻分蘖角度发育控制基因的研究,本文总结了前人的研究成果,并对存在的问题和可能的研究方向进行了探讨。     

水稻斑点叶突变体spl~(Z97)的生理特性及其基因定位

通过EMS诱变籼稻恢复系珍97获得一个稳定遗传的褐色斑点叶突变体spl~(Z97)(spotted leaf Z97,spl~(Z97))。大田条件下,突变体spl~(Z97)的斑点叶性状始于分蘖期,此后由叶缘向叶中下部迅速扩散,直至整个叶片,严重时叶片部分或整体枯死,从而致使突变体株高、每穗粒数及结实率极显著低于野生型对照。生理分析表明,与野生型珍97相比,孕穗期突变体spl~(Z97)剑叶、倒二叶和倒三叶的叶绿素含量极显著降低,而POD(peroxidase,POD)活性、O_2?~含量及MDA(malondialdehyde,MDA)含量升高;突变体spl~(Z97)倒二叶和倒三叶的CAT(catalase,CAT)活性和可溶性蛋白含量极显著降低,而SOD(superoxide dismutase,SOD)活性则极显著增加。组织化学分析进一步证实,突变体spl~(Z97)的叶片明显累积O_2?~。此外,突变体spl~(Z97)苗期经盐胁迫处理后,其株高及根长明显受到抑制。遗传分析表明,突变体spl~(Z97)的斑点叶性状受一对隐性核基因控制,借助图位克隆技术将该基因定位于第12染色体长臂的RM28466与RM28485两个SSR标记之间,物理距离为189 kb,该结果为进一步克隆SPL~(Z97)基因并研究其功能奠定了基础。     

氮素基、蘖肥减量对水稻生长及产量的影响

为研究水稻氮肥减量施用的有效途径,以粳稻品种‘通粳981’和‘南粳44’为材料,利用小区试验研究了在穗肥施用量相同条件下氮素基、蘖肥不同施用水平对水稻生长及产量的影响。结果表明：氮素基、蘖肥减量降低水稻高峰分蘖数,对水稻高峰分蘖数出现时期影响不大;氮素基、蘖肥减量使水稻剑叶抽穗后7天叶绿素含量增加,降低水稻干物质的积累,对水稻农艺性状影响不大;氮素基肥减少50%增加了叶基角与叶开角,降低了披垂度;氮素基肥减50%提高水稻成穗率、千粒重,使水稻增产或稳产。     

水稻叶片灰白转黄突变体pyr1的鉴定与基因定位

鉴定和克隆叶色突变基因对于深入了解叶绿素合成、降解途径的关系以及植物的光合作用有着重要的作用。从EMS诱变恢复系缙恢10号后代中鉴定出1个灰白转黄突变体pyr1,该突变体在苗期部分死亡,整张叶片呈现灰白色,在不同的生育时期叶片呈现不同的颜色,直到孕穗期叶片上部和叶缘表现黄色。苗期到抽穗期突变体叶绿素含量比野生型显著或极显著降低。透射电镜观察表明,突变体与野生型细胞结构无明显差异,但叶绿体发育异常,内部大量降解,基质片层退化。遗传分析表明该性状受1对隐性基因控制,利用326株F₂隐性定位群体将PYR1基因定位在第1染色体长臂上,位于标记RM11722和Ind1之间,物理距离约92 kb,本研究为PYR1基因的图位克隆奠定了基础。     

四引物分子标记鉴定水稻光合效率基因TAC1的不同基因型

水稻(Oryza sativa)的株型含株高、分蘖、穗型和叶型等性状,其表现与光合效率直接相关。一般地,籼稻(Oryza sativa ssp.xian)株型松散,而粳稻(Oryza sativa ssp.geng)更为紧凑。松散型的籼稻自身遮蔽少,通风好,植株光合效率高;紧凑株型的粳稻适应密植,通过提高单位面积植株数量提高总体光合效率。控制籼粳稻分蘖角度差异的主效基因是TAC1基因。相比TAC1xian,发生在tac1geng的3'非翻译区(3'UTR)的A→G突变导致mRNA稳定性下降,从而影响了粳稻的株型。2个等位基因分别属于单株高光效基因型和整体高光效基因型,处于杂合状态下还可互补,因此建立可精确选择TAC1等位基因的分子标记在育种实践中意义重大。本研究利用扩增受阻突变系统(amplification refractory mutation system,ARMS)的原理,开发出包含4条引物的共显性分子标记,鉴定TAC1的功能单核苷酸多态性(functional nucleotide polymorphism,FNP)。该分子标记命名为tac1fnp,同TAC1完全连锁,一次PCR反应即可精确区分2种等位基因及杂合基因,有助于水稻的高光效分子标记辅助选择育种。     

水稻叶缘白化突变体mal的遗传分析与基因定位

植物叶色变化对叶绿体发育和叶绿素生物合成等光合系统结构和调控机制的研究有着重要的理论意义。水稻叶缘白化突变体mal (marginal albino leaf),来源于恢复系缙恢10号(Oryza sativa L.ssp. indica)的EMS诱变群体,经过多代自交,其突变性状遗传稳定。与野生型相比,mal突变体整个生育期叶片边缘白化且叶片变窄,抽穗期倒三叶叶片、倒二叶叶边缘以及倒三叶叶边缘的叶绿素含量极显著降低。透射电镜观察发现,mal突变体叶片绿色部位细胞与叶绿体发育完全,白化部分叶肉细胞大部分中空,无明显完整的细胞器,叶绿体内部完全降解。遗传分析表明该突变体受隐性核基因控制,MAL被定位在第8染色体上SSR标记M22和InDel标记ID27之间,物理距离为171 kb。本研究将为MAL基因的图位克隆及功能研究奠定基础。     

相互竞争对栽培稻和杂草稻形态特性的影响

采用盆栽试验研究杂草稻和栽培稻相互竞争对各自形态特征的影响,杂草稻和栽培稻按照2:1和1:2的比例各自插植在同一盆中,以单独插植杂草稻和栽培稻的处理为对照,分别测定他们的分蘖数、株高、叶片长宽、干物质积累和根系性状。结果显示：杂草稻与栽培稻的竞争对栽培稻‘沈农265’的株高、叶片形态影响不大,使分蘖数、干物质积累和根系性状显著降低;杂草稻与栽培稻的竞争对杂草稻‘WR04-12’的分蘖数、株高、叶片形态、干物质积累和根系性状都略有增加,但没有达到显著水平;另外,在同一生育时期,杂草稻‘WR04-12’的分蘖数、株高和根系性状都比栽培稻‘沈农265’高,处于竞争中的优势地位,而栽培稻受杂草稻的遮挡,处于劣势地位。因此,杂草稻和栽培稻相互竞争限制了栽培稻‘沈农265’的生长和干物质的积累,造成栽培稻‘沈农265’减产。     

Genetic analysis and fine mapping of a semi-dwarf gene in a centromeric region in rice (Oryza sativa L.)

Superior plant architecture is a key means of enhancing yield potential in high yielding varieties. A newly identified recessive gene, named sd-c, controls plant height and tiller number. Genetic analysis of an F₂ population from a cross between the semi-dwarf mutant and japonica cv. Houshengheng showed that the sd-c locus was flanked by SSR markers RM27877 and RM277 on chromosome 12. Thirty nine InDel markers were developed in the region and the sd-c gene was further mapped to a 1 cM centromeric region between InDel markers C11 and C12. These sequenced markers can be used to distinguish wild type and mutants and thus can be used in marker-assisted selection. The sd-c mutant decreases culm length by about 26% and doubles the tiller number without changing seed weight. Until now only sd-1 has been used in indica rice breeding programs. The sd-c mutant seems to have no undesirable pleiotropic effects and is therefore a potential genetic resource for breeding semi-dwarf indica rice cultivars.     

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。     

一个水稻披叶突变体的遗传分析和基因定位

在杂交育种后代中,发现了一个叶片披垂的突变体,暂命名为dl(t).通过两年观察,表现稳定遗传.以该突变体为父本,Y2B和缙香2B分别为母本配制杂交组合,F2遗传分析表明,该披叶性状由一对隐性基因控制.利用突变体与Y2B杂交得到的F2代群体进行基因定位,发现dl(t)基因位于第3染色体短臂上标记RM6038和RM5347之间,遗传距离分别为3.99 cM和0.94 cM.进一步在两标记之间发展新的分子标记,将该基因定位在RM6038和RM7576之间,分别相距3.99 cM和0.47 cM,且与RM1324共分离.这一结果表明该基因可能与已报道的水稻披叶突变基因dl(drooping leaf)等位.但该披叶突变体除叶片表现披垂外,其他性状与所有已报道的dl等位基因都不同,特别是花器官性状发育正常,这显然与已有报道的dl等位基因不同.