水稻花器官发育基因DPS2的鉴定和精细定位

【目的】鉴定和克隆花器官发育相关基因,为进一步研究水稻花发育的分子机制奠定基础。【方法】在大田常规种植条件下比较了突变体dps2 (Defective pistil and stamens 2)和野生型春江06的主要农艺性状及花器官形态特征差异;扫描电镜及石蜡切片观察花药结构并用染色法观察花粉和胚囊的育性;利用图位克隆方法进行基因精细定位;qRT-PCR分析了花发育相关基因在野生型和突变体中的表达水平。【结果】dps2突变体抽穗期变长,不能正常扬花,雄蕊和雌蕊皱缩且花药和柱头数目增多;进一步研究发现,dps2突变体花药腔室塌陷,内无可见小孢子,即使部分花药形成腔室,花粉粒也无淀粉积累呈干瘪状。此外,突变体胚囊育性也受到影响;遗传分析表明该突变性状受一对隐性核基因控制,该基因位于第4染色体短臂上91.2kb的区间内,区间内未见花器官发育相关基因的报道。qRT-PCR检测发现,水稻ABCDE模型中的B类、C类和E类基因的表达在突变体中显著升高。【结论】dps2突变体的雄蕊及雌蕊均发育异常,最终导致完全不育,推测DPS2可能在水稻第3轮雄蕊发育和第4轮雌蕊发育调控中发挥重要作用。     

水稻花器官发育基因的研究进展

水稻花器官的发育结果直接影响稻谷产量和稻米品质，而且水稻是单子叶植物发育分子生物学研究的模式植物。近年来有关水稻花发育基因调控的研究已取得了长足的进展，通过突变体和同源序列的比较获得了一系列与水稻花发育相关的基因，本文结合经典的ABC模型对此进行了综述。     

水稻花器官数目突变体fon6的研究初报

fon6是在籼稻恢复系乐恢188/明恢62杂交F3代发现的花器官数目突变体,表型分析结果表明:该突变体小花颖壳畸形扭曲、内颖长于外颖不闭合;每朵小花内外颖壳总数目2～4片;雄蕊数目为1～14枚;雌蕊数目增加,子房数目2～6个,胚囊畸形。突变体套袋自交结实率为14.06%,花粉活力较高,平均花粉可染率为91.86%。自交种子能正常萌发成苗,突变性状表现稳定的遗传特性。以突变体为父本分别与蜀恢527、明恢63杂交,F2代群体中正常株与突变株的分离均符合3∶1的比例,F3代及BC1F2代进一步的观察与统计结果均表明,该突变性状受1对隐性核基因控制,将该突变基因暂定名为fon6(floral organ number6)。     

水稻脆秆突变体bc16的鉴定和基因精细定位

脆秆突变体是一类研究植物机械强度的重要材料。利用EMS(甲基磺酸乙酯)诱变粳稻品种日本晴,筛选获得一个脆秆突变体,命名为bc16(brittle culm16)。与野生型植株相比,bc16茎秆、叶片和根明显变脆,而株高、穗粒数降低,穗长和主根长变短。茎秆细胞壁成分分析表明,bc16纤维素含量显著低于野生型植株,半纤维素含量则显著增加,而木质素含量差异不显著。突变体bc16薄壁细胞形状无规则、排列紊乱,表皮层下厚壁细胞次生壁和薄壁细胞壁变薄。遗传分析表明bc16突变体由隐性单基因控制,位于水稻第2染色体长臂端InDel标记2-F和2-H间66.6kb的区间内。该区间共有7个候选基因,其中Os02g0738900是bc3脆秆基因的等位基因。测序结果表明,bc16突变体中的Os02g0738900基因从ATG开始第5113位,在第13内含子近末端发生了T→A的置换,导致转录过程中该内含子末端6个核苷酸被剪切到mRNA中,最终导致翻译提前终止。实时荧光定量PCR结果表明Os02g0738900基因在bc16脆秆突变体根、茎、叶中的表达量降低。bc16基因可能通过调控厚壁组织次生细胞壁和薄壁细胞初生壁的合成来影响水稻茎秆机械强度。     

一个水稻低温移栽白条纹突变体wltt的鉴定和基因定位

【目的】叶色突变相关基因的鉴定与克隆为研究叶绿体发育、叶绿素合成和光合作用等分子机制提供理论基础。【方法】从常规粳稻镇糯19杂交后代中分离出一个低温移栽后叶色转成白条纹的自然变异突变体,命名为wltt (white stripe leaf after transplanting at low temperature)。成熟期测定野生型和wltt的主要农艺性状,分别在苗期、移栽后15 d和同时期直播条件下测定新生叶片的色素含量并观察叶绿体的超微结构;将wltt和野生型正反交进行遗传分析;用wltt与籼稻9311杂交产生的F_2作为定位群体进行基因定位;采用RT-qPCR分析叶绿体发育、叶绿素合成和光合作用相关基因在野生型和wltt中的表达水平。【结果】wltt突变体在苗期表现正常绿色,移栽15 d后心叶出现白条纹叶表型,至分蘖末期心叶叶色恢复;而不经移栽,突变体不会出现白条纹叶。人工模拟实验表明该表型是由低温条件下根损伤引起的。与野生型相比,wltt突变体移栽后的新生叶色素含量显著降低,光合速率下降;同时株高变矮,穗长、剑叶长和每穗粒数均显著降低。叶绿体的超微结构显示,突变体的叶肉细胞中,仅少数细胞含有正常的叶绿体,其余大部分叶肉细胞不含叶绿体。进一步研究发现,突变体中部分光合系统相关基因和叶绿体发育相关基因表达下调,叶绿素生物合成相关的14个基因表达也下调。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性核基因控制。利用wltt突变体/9311的F_2群体,将该基因定位于水稻第2染色体着丝粒附近853kb区间内。目前,该区间内没有叶色相关基因的报道。【结论】WLTT是低温条件下移栽调控叶片转色的关键基因,在叶绿体发育过程中发挥重要作用。     

水稻淡绿叶基因PGL11的鉴定与精细定位

【目的】叶片是水稻进行光合作用的主要场所,叶片颜色的变化与水稻的生长发育直接相关。发掘水稻叶色突变体,是水稻功能基因组学研究的重要遗传基础。【方法】利用EMS诱变日本晴获得一个能稳定遗传的淡绿叶突变体,暂命名为pgl11(pale green leaf 11)。在不同生育期测定野生型与突变体的叶绿素含量。在苗期,取野生型与突变体叶片进行叶绿体结构的透射电镜观察。在分蘖期,测定野生型与突变体的光合参数并观察气孔结构。在成熟期,测定野生型和pgl11的主要农艺性状。以pgl11为母本,南京6号为父本构建相应的F2群体,采用图位克隆的方法,对该基因进行定位。【结果】从苗期开始,突变体pgl11的每一片新叶均表现为淡绿色,叶绿素含量显著降低,叶绿体发育异常。随着叶片的生长,叶色由淡绿逐渐转绿,至抽穗期时叶绿素含量亦无明显差异。pgl11还表现光合速率、气孔导度明显下降,胞间CO_2浓度上升。扫描电镜观察发现,突变体pgl11的气孔发育异常。与野生型相比,突变体的农艺性状如株高、剑叶宽、二次枝梗数、每穗粒数、粒长、粒宽、千粒重以及结实率等均显著降低。对叶绿素合成、光合作用以及质体发育相关基因的表达量测定表明,突变体pgl11中参与叶绿体转录和翻译相关基因的表达量显著升高,而叶绿素合成和光合作用相关基因的表达量显著下降。遗传分析表明,该突变表型受一对隐性核基因控制。通过图位克隆的方法将该基因定位于第1染色体上的C6和C8标记之间,物理距离约为110 kb。【结论】该定位区间内未见有叶色相关基因报道,推测PGL11基因可能是一个新的水稻叶色基因。     

水稻窄叶突变体nal12的鉴定与基因精细定位

【目的】水稻叶片是理想株型的主要组成部分。筛选和鉴定新的叶形突变材料,可为研究叶发育调控机制和塑造叶片理想形态打下基础。【方法】由粳稻品种武运粳31经EMS(ethyl methane sulphonate)诱变获得窄叶突变体nal12(narrow leaf 12);通过表型测量分析剑叶至倒4叶的叶片长度、宽度、大脉数和小脉数,并进行组织切片和显微观察;将突变体nal12与籼稻品种台中本地1号(TN1)杂交,在F₂分离群体中选取了1709个具窄叶突变表型的单株,通过已有的SSR、STS和新开发的分子标记进行精细定位。【结果】nal12在幼苗期就表现出了窄叶性状,在成熟期植株较野生型矮小,分蘖增多,茎秆变细。经组织切片观察分析,nal12叶片变窄是由于大脉和小脉数量减少造成。遗传分析表明该窄叶表型受单一隐性核基因调控;最终将该基因定位在第10染色体上LC2-RF37与LC4R-RF39标记之间约64.7 kb的范围内。该区间内共有10个开放阅读框,其中并无已报道的窄叶相关基因。qRT-PCR结果表明,NAL12基因的突变会影响生长素合成与运输相关基因的表达。【结论】NAL12为一个新的叶形调控基因。这为进一步研究水稻叶片发育,丰富其分子调控网络打下了基础。     

水稻窄叶突变体nal10的鉴定与基因精细定位

利用EMS诱变粳稻品种武运粳7号获得一个新窄叶突变体nal10,该突变体在苗期表现出极窄叶和弱小的特征,在生殖期表现出矮化、窄叶、畸颖和不育的表型。组织解剖学分析表明,nal10的叶片窄化可能是由于叶片大脉和小脉数量减少造成的。遗传分析表明,该窄叶表型受一对隐性核基因控制。利用nal10与台中本地一号(TN1)构建的F₂群体,通过混合分离法,在第1染色体上找到3个紧密连锁的SSR标记(RM1287、RM562和RM5638)。进一步利用新发展的分子标记,最终将该基因定位在STS标记PK83和PK78之间的55.2 kb范围内,该区间共有8个开放阅读框。RT-PCR分析表明,NAL10的突变能够造成生长素生物合成、信号转导和运输基因转录水平的下降,因此NAL10是一个与生长素相关的窄叶新基因。这些结果为进一步克隆该基因、丰富水稻叶发育的遗传调控网络打下了基础。     

普通小麦花发育基因 TriFVE 的克隆与染色体定位

植物自主开花途径花发育基因FVE对植物营养生长向生殖生长的转变起重要的调控作用。为了进一步研究该基因在小麦中的调控功能,利用小麦基因组数据和二穗短柄草基因组数据,通过RT-PCR和PCR技术对小麦花发育基因FVE的DNA序列和cDNA序列进行了克隆和序列分析,分别获得了7 034bp(TriFVE1,Gene Bank JQ317687)和6 910bp(TriFVE2,Gene Bank JQ317688)的两个FVE基因序列。基因结构分析表明,FVE基因由15个外显子和14个内含子组成,TriFVE1和TriFVE2基因的内含子序列存在大片段的插入/缺失,同源性仅为79.87%。TriFVE1和TriFVE2的cDNA编码区序列均为1 368bp,存在4个SNP位点,编码455个氨基酸的FVE蛋白序列完全一致。利用"中国春"和21个缺四体将TriFVE1和TriFVE2分别定位于小麦3A和3D染色体上。利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析了FVE基因在单棱期、二棱期和穗分化时期的小麦茎尖组织表达模式,发现二棱期和穗分化期TriFVE的转录水平显著高于单棱期,表明FVE在小麦花发育由营养生长到生殖生长过程中起重要作用。基于FVE蛋白序列的系统进化树分析表明,苔藓植物、单子叶和双子叶植物被明显分为不同类群,该基因随着物种的进化而进化,可以为研究植物分子进化关系提供参考。     

水稻分子发育研究的若干进展

水稻是基因组最小的禾谷类作物,也是植物发育生物学和分子生物学研究较理想的模式植物。水稻分子发育的研究正成为植物发育生物学研究热点课题,从水稻花和花器官的发育、胚胎发生和营养器官——茎发育等三个方面简要介绍了近期研究的有关进展。     

水稻粒宽突变体gw4的鉴定与基因定位

[目的]水稻粒形是影响水稻产量和决定稻米外观品质的主要性状之一.筛选和鉴定新的粒形突变材料,可为研究水稻籽粒发育的调控机制奠定基础.[方法]粳稻品种中花11经1％的EMS处理,在诱变群体中获得一份窄粒突变体gw4(grain width on chromosome 4);分析粒形和其他主要农艺性状,在扫描电镜下观察颖壳...     

水稻色素原基因C的精细定位

应用籼稻组合珍汕97B/密阳46的衍生材料,针对水稻第6染色体短臂色素原基因C的可能位置,筛选到在C基因周围区间呈不同基因型组合的7个剩余杂合体,收获种子建立F2∶3群体。在各个植株上,稃尖颜色和叶鞘颜色的表现完全相同。通过各个群体颜色表现与原剩余杂合体基因型的比较,将C基因定位于微卫星标记RM314与RM253之间。在该基础上,应用两个分离群体共1279个样本,经标记检测和连锁分析,进一步将C基因定位于RM111和RM253之间, 与RM111和RM253的遗传距离分别为0.7 cM和0.4 cM。最后,应用区间内的另外6个微卫星标记和1个源于C基因候选基因OsC1的标记,检测在RM111 C基因 RM253区间内发生了重组的22个个体,将C基因定位于一个大小为59.3 kb、涵盖C基因候选基因OsC1座位的区间中。     

Characterization and Genetic Analysis of a Novel Mutant mst of Rice Defective in Flower Development

A spontaneous mutant with multiple stigmas (mst) was found in an indica rice line 466. The mst mutant exhibits normal at the vegetative development stage and produces normal inflorescence structures. The difference between the mutant and the wild type was observed when the stamen primordium began to develop. In the mst florets, palea and lemma opened, lodicules were homeotically transformed into palea/lemma-like structures, and stamens were homeotically transformed into carpel-like structures. It looked like multiple stigmas being full of the whole floret. The phenotypic changes of mst were very similar to that of B-like mutant spw1. Compared with other mutants with pistillate morphologies, the severe mst florets showed that the inner three floral organs were completely changed into palea/lemma-like structures. Moreover, the mutant was female sterile. Occasionally, with the changing environment, one or two stamens were fertile. Genetic analysis indicated that the mutant traits were controlled by a single recessive gene.     

水稻新裂颖突变体sg1的遗传分析与基因定位

从中籼3037辐射突变体库中获得一个颖花开裂突变体(split glume1,sg1),表型分析发现该突变体不仅颖壳异常,且伴随着生育期提前,植株变矮,颖花退化等现象,结实率也显著降低。遗传分析和分子生物学分析结果表明该突变受1对隐性核基因控制,并最终将其定位在水稻第1染色体上分子标记M1-z21与M1-z27之间,物理距离约为47kb,这是一种控制颖花发育的新基因,通过预测发现该区段内存在6个开放阅读框。     

Identification and Genetic Mapping of a Lesion Mimic Mutant in Rice

A lesion mimic stripe mutant,designated as lms1(lesion mimic stripe 1),was obtained from the M2 progeny of a 60Co γ-radiation treated japonica rice variety Jiahua 1.The lms1 mutant displayed propagation type lesions across the whole growth and developmental stages.Physiology and histochemistry analysis showed that the mutant exhibited a phenotype of white stripe when grown under high temperature(30 ℃),and the lesion mimic caused by programmed cell death under low temperature(20 ℃).The genetic analysis indicated that this lesion-mimic phenotype is controlled by a single locus recessive nuclear gene.Furthermore,by using simple sequence repeat markers and an F2 segregating population derived from two crosses of lms1 × 93-11 and lms1 × Pei'ai 64S,the lms1 gene was mapped between markers Indel1 and MM0112-4 with a physical distance of 400 kb on chromosome 6 in rice.