四倍体小麦矮秆基因的赤霉素敏感性及对农艺性状的影响

为明确四倍体小麦矮秆基因Rht14、Rht16和Rht18的赤霉素敏感性及其对小麦农艺性状的影响,促进这些矮秆基因的合理利用。选用分别含有Rht14、Rht16和Rht18的四倍体小麦近等基因系ANW16D(Rht14)、ANW16F(Rht16)、ANW16G(Rht18)及其高秆轮回亲本LD222以及六倍体小麦中国春(Chinese spring),测量其不同浓度GA3处理下小麦的株高,计算赤霉素敏感系数(GRI)并推断3种矮秆小麦的赤霉素反应类型。在成熟期对LD222近等基因系小麦的农艺性状如株高、穗长、主穗穗下第一茎节(P-1)节间长、节间表皮细胞、种子表皮细胞及种子体积等进行测量,分析Rht14、Rht16、Rht18这3个矮秆基因对小麦这些农艺性状的效应。结果表明,ANW16D、ANW16F和ANW16G这3个矮秆小麦株高恢复到正常LD222株高的最适GA3浓度为10-4mol/L;3个矮秆品种均为赤霉素敏感型且敏感性大小为中国春ANW16GANW16FANW16DLD222;Rht14、Rht16、Rht18均是通过降低主穗穗下第一茎节(P-1)节间长度来使小麦株高降低,降低效应为Rht18Rht16Rht14;它们降低小麦株高的根本原因均是缩短了小麦节间表皮细胞长度且缩短效应与降低株高效应一致;3个矮秆基因均在降低小麦株高的同时不影响种子的体积。     

小麦矮秆突变体的鉴定及其突变性状的关联分析

矮秆突变体是小麦育种和株高遗传研究的重要基因资源。通过‘云麦53’成熟种子的EMS (Ethyl methyl sulfonate)诱变及诱变植株连续自交,获得了33个M3代候选突变体。通过诱变亲本与M2和M3代候选植株的株高差异分析,筛选到26个矮秆突变体,其株高变幅为(13.61±0.11)~(44.08±1.73) cm。基于8个矮秆基因的12个特异性标记检测发现, 26个矮秆突变体至少携带2个矮秆基因标记位点。除株高外, 26个矮秆突变体还携带穗长、小穗密度、节间数和平均节间长4个不同突变性状。26个矮秆突变体可聚为5个亚类,第1亚类的小穗数和小花数最少;第2亚类的株高最矮,穗长和平均节间长最短,小穗密度最高;第3亚类突变体的节间数最少。株高与平均节间长和节间数呈极显著相关,偏相关系数分别为0.94、0.58,但与穗长、小穗数、小花数和小穗密度4个性状无相关性。26个矮秆突变体的株高与平均节间长和节间数关联遗传,携带不同的突变基因组合,可用于小麦矮化育种,以及株高、穗长和小穗密度等性状的遗传机制研究。     

一份新选玉米矮秆突变体的鉴定与遗传分析

为了更好地利用矮秆突变体,对突变体dm676的形态特征、突变基因遗传规律、矮化机理、3个性状一般配合力(General combining ability,GCA)进行了试验研究。从正常玉米自交系M676中发现一矮秆突变体dm676,与野生型相比,其株高降低了2/3,节间数减少且节间长度明显缩短;遗传分析表明,该突变体属于隐性单基因遗传;外施生长素(IAA)和赤霉素(GA3)试验均不能使突变体dm676株高恢复到正常水平,表明该突变不属于IAA或GA3缺乏性突变;石蜡切片结果显示突变体dm676的穗位下1节间表皮细胞明显缩短,且细胞排列较为紊乱,推测突变体节间长度缩短可能由于茎部细胞长度缩短所致;dm676的小区产量性状GCA为正效应,株高、穗位高GCA为负效应,与M676的产量、株高、穗位高的GCA比较差异极显著。结果为进一步矮秆突变基因定位研究、育种应用提供参考。     

小麦矮秆突变体je0098的遗传分析与其矮秆基因定位

倒伏易引发小麦严重减产,发掘和利用优异矮秆基因是培育高产抗倒伏小麦新品种的关键。本研究以京411(WT)及其经EMS诱变获得的产量相关性状优良的矮秆突变体je0098为试验材料,对其株高进行遗传分析,结合外显子捕获测序和遗传连锁分析定位矮秆基因。3年田间株高数据统计分析表明,je0098与WT相比株高降低15cm,组织细胞学观察结果显示,je0098与WT相比节间细胞长度缩短18%,暗示je0098的矮化是由于节间细胞长度变短所致;赤霉素敏感性分析表明, je0098为赤霉素敏感型矮秆突变体。利用WT和je0098杂交构建的由344个单株组成的F2分离群体,结合F2:3家系表型数据,选取矮秆纯合和高秆单株构建混池,对两亲本和子代混池分别进行外显子捕获测序,在2D染色体上定位到一个具有降秆效应的数量性状位点(QTL)。结合全基因组重测序所得SNP位点,在2D染色体开发了6个KASP分子标记,对F2单株进行基因分型。利用QTL IciMapping作图软件构建遗传连锁图谱,结合3年田间表型数据,将矮秆基因定位在20.77～28.84 Mb区间内,遗传距离为11.48 cM。本研究结果为突变...     

小麦矮杆基因的分子检测及遗传效应研究

利用矮秆基因Rht-B1b、Rht-D1b和Rht8的特异性分子标记对202份普通小麦材料进行了分子检测,连续两年观测了供试材料的重要农艺特性,分析了不同矮秆基因的遗传效应。结果表明:在202份供试材料中,22份供试材料含有基因Rht-B1b,分布频率为10.89%;基因Rht-D1b、Rht8和不含3种矮秆基因的材料分布频率分别为73.76%、65.84%和6.93%,其中有12份材料含基因Rht-B1b+Rht8,有104份材料含Rht-D1b+Rht8,分布频率分别为5.94%和51.43%。矮秆基因对农艺特性的影响不同。3个矮秆基因均可以显著地降低株高,其降秆效应分别为Rht-D1bRht-B1bRht8,就基因组合而言,降秆效应则是Rht-D1b+Rht8Rht-D1bRht-B1b+Rht8Rht-B1bRht8,说明矮秆基因具有累加效应,同时含有2个矮秆基因要比只含有其中1个矮秆基因株高更低。矮秆基因在有效分蘖、穗长、小穗数和穗粒数等方面不存在显著差异,但矮秆基因对有效分蘖有一定的负效应,有利于穗长和穗粒数的增加。基因Rht8可以显著提高千粒重,而Rht-B1b和Rht-D1b对千粒重存在一定的负效应。试验中含有基因Rht-D1b和Rht8的部分材料在农艺性状中表现良好,应进一步加以利用。     

小麦显性矮秆基因Rht3理想株高突变体的基因型检测

本研究采用4BS染色体携带Rht3基因的小麦显性矮源"矮苏3"(55～60 cm),经辐射与化学诱变,获得了一系列株高在70～85 cm、具小麦育种理想株高的突变体.采用形态标记、生化标记及分子标记对上述理想株高突变体进行了基因型检测.经成熟种子萌发试验的生化标记检测表明,理想株高突变体仍具有显性矮秆基因Rht3成熟种子α-淀粉酶活性低而抗穗萌的特性.经采用位于4BS染色体上的"易组太谷核不育基因MS2 (4BS)"作为形态标记基因来定位理想株高突变体携带的半显性矮秆基因,证实了理想株高突变体携带的半显性矮秆基因与MS2(4BS)连锁、因而与Rht3基因同位于普通小麦4B染色体上.基于通常认为Rht3与隐性矮秆基因Rht1同为4BS染色体上的复等位基因,经采用Ellis等开发的"perfect marker"SSR特异引物的分子标记检测,在矮苏3及其理想株高突变体上同时扩增出了与Rht-B1b相同的237 bp的特征带.以上3种类型的基因标记检测的结果,均有利于说明矮苏3的理想株高突变体携带Rht3突变衍生的复等位基因,因其具理想株高而又抗穗萌,可望作为半显性创新矮源用于高度集约化的小麦"分子设计育种",以克服小麦育种目前局限于使用隐性矮源的局面,实现自"绿色革命"以来小麦育种矮源的升级换代.     

20对大麦株高近等基因系农艺与产量性状差异及相关性分析

为培育高产优质啤酒大麦提供理论依据,以20对二棱啤酒大麦株高近等基因系为试材,通过测定其农艺性状和产量性状,探讨近等基因系中半矮秆基因uzu对株高、穗长、地上部干质量、单穗粒数、单株粒重和千粒质量等的影响,并进行20个高秆基因系之间、20个矮秆基因系之间的性状差异比较及相关分析。结果表明:除地上部干质量和单穗粒数性状外,高秆基因系(无半矮秆基因uzu)其他性状均显著或极显著高于矮秆基因系(含半矮秆基因uzu),即半矮秆基因对较多的农艺性状和产量性状能够产生降低作用。相关分析表明:20个高秆基因系中,千粒质量之间的差异最为显著,说明千粒质量对于产量的提升潜力较大;株高与穗下节间长度、穗长呈极显著正相关,与产量性状均呈负相关,但无显著相关性。在20个矮秆基因系中,千粒质量同样差异最为显著;株高与其他性状均无显著相关性,但与千粒质量、单穗粒数呈负相关,与单株粒重呈正相关。     

玉米矮化突变体gad39的遗传分析与分子鉴定

株高决定了玉米的种植密度和抗倒伏性,进而影响产量和品质,是玉米育种中重要的选择性状之一,因此对控制玉米株高相关基因的遗传和分子机制的研究具有重要意义。本文对源自玉米自交系Mo17的矮化自然突变体gad39进行了表型鉴定、细胞学观察、遗传分析、基因定位和赤霉素(GA3)处理等研究。田间种植条件下,整个生育期gad39的株高都明显矮于野生型Mo17,吐丝期仅100.00 cm,与野生型的192.60 cm相比,下降了48.08%,差异达到极显著水平;进一步分析发现gad39的雄穗长度显著变短,节间数目显著减少。扫描电镜观察发现,茎秆纵向细胞的宽度和长度显著变小。雄穗变短、节间数目减少和纵向细胞变小是导致gad39植株矮化的主要原因。除植株矮化外, gad39分蘖数增加,穗位降低,茎秆变细,叶片变短和雌穗变短。遗传分析表明, gad39的突变表型由1对隐性核基因控制,将控制矮化性状的基因定位在3号染色体长臂td4和td6标记之间。这2个标记之间的物理距离为15.34 kb,其间包含一个控制植株矮化的基因D1/ZmGA3ox2。测序发现, gad39中的D1基因具有10个InDels和21个S...     

国审小麦品种‘衡观35’中重要农艺性状控制基因的检测和分析

为了深入认识‘衡观35’重要农艺性状分子机理,通过基因功能标记或与基因紧密连锁的微卫星标记的检测,结合植株的田间表现,分析了国审小麦品种‘衡观35’含有的控制重要农艺性状的关键基因。结果表明,‘衡观35’含有1BL/1RS易位染色体,这与其丰产性和较广泛的生态适应性是一致的。‘衡观35’含2个隐性春化基因（vrn-A1和vrn-B1）和1个显性春化基因(Vrn-D1),表明其主要为冬性品种,抗寒性好,同时又具有春天早发和生长快的特点。‘衡观35’含有对光周期不敏感的Ppd-D1a基因,这与其具有早熟和可在多个生态区广泛种植的特性是一致的。‘衡观35’含Rht1、Rht2、Rht4和Rht8四个矮秆基因的分子标记,这可能其株高较低的重要遗传基础。‘衡观35’含有Pm4和Pm16基因的分子标记,在田间表现出较好的白粉病抗性。‘衡观35’含有YrTp2基因的分子标记,在田间上表现出较好的条锈病抗性。以上信息为深入认识‘衡观35’重要农艺性状分子机理提供了线索,对在未来小麦遗传改良中高效利用该品种的重要基因具有实用价值。     

四倍体矮秆小麦拔节期赤霉素合成途径中关键酶基因表达分析

为研究四倍体矮秆小麦拔节期赤霉素(GA)合成途径中涉及的关键酶基因及其与植株矮化的关系,选择拔节期的矮杆番麦和四倍体矮杆小麦近等基因系ANW 16 D、ANW 16 F、ANW 16 G(分别含有Rht 14、Rht 16、Rht 18基因)以及作为对照的高秆小麦Langdon(LD)进行试验.取拔节期小麦穗下第一茎节节间(约0.5 cm),提取总RNA并反转录,对影响GA合成过程中的GA 20 ox、CPS、GA 2 ox、KAO、KO、KS、GA 3 ox、GID 1、GA-MYB、XET、GIP、GAI、RSG和14-3-3等关键酶基因进行实时荧光定量分析.结果显示,GA 20 ox、GA 2 ox、KAO、KO、KS、GA 3 ox、GID1、GA-MYB、XET、GIP、GAI、RSG在4个矮杆品系和高杆对照中均有表达.GA 20 ox在高秆小麦中的表达量高于矮秆小麦,GA-MYB与之具有相似的表达模式,说明GA 20 ox和GA-MYB基因的低表达影响了矮秆小麦拔节期赤霉素的合成,从而导致矮化性状.     

水稻矮化宽叶突变体osdwl1的生理特性和基因定位

株高是影响水稻倒伏的重要因素之一,培育适度矮化水稻品种有利于提高其抗倒性,进而减少产量损失并提高稻米品质,因此研究矮秆形成的分子生理机制具有重要意义。通过辐射诱变籼稻恢复系自选1号获得一个稳定遗传的矮化宽叶突变体osdwl1,本文对其形态与生理特征、细胞结构差异、遗传分析和基因定位等方面进行了研究。大田条件下,osdwl1矮化宽叶性状始于分蘖期后,成熟期穗长和各茎节长度均极显著短于对照,最终导致株高矮化,究其原因,是由于突变体茎节细胞变短所致;而叶片石蜡切片及扫描电镜结果显示,osdwl1的叶片小维管束数及其间距显著增加,从而导致叶片变宽,且其上下表皮的小刺毛数也极显著增加。此外,osdwl1的中上部叶片还表现黄化症状,该性状始于3~4叶期幼苗。生理分析和透射电镜观察表明,与野生型对照相比,孕穗期osdwl1的叶绿体类囊体结构松散,且部分已开始降解,从而导致其倒二叶和倒三叶的叶绿素总含量、净光合速率以及Fv/Fm比值均极显著降低,而其可溶性蛋白、过氧化氢酶及超氧化物歧化酶酶活依次极显著降低,从而导致叶中H2O2及O2-累积,促使丙二醛含量急剧增加。遗传分析表明,osdwl1的矮化宽叶表型受单隐性核基因调控,利用图位克隆技术将该基因定位于6号染色体短臂的SSR标记RM19297与InDel标记ID269-2之间,物理距离为333kb,该结果为进一步克隆OsDWL1基因并研究其功能奠定了基础。     

水稻矮秆脆性突变体dbc1的鉴定与基因定位

利用EMS诱变籼型水稻恢复系缙恢10号,获得一个稳定遗传的矮化脆性突变体dbc1,苗期即表现矮化、叶片变脆,一直保持到成熟。与原始亲本相比,突变体的各节间均显著缩短,株高仅58.93 cm,略有包穗,属于dn型矮化变异,对赤霉素的敏感性显著下降,有效穗、千粒重和结实率无明显变化,穗长、穗粒数和实粒数则极显著下降。进一步分析发现,dbc1的茎秆和叶片的载荷强度极显著下降,纤维素含量无变化,木质素含量则略有下降,差异达显著水平。遗传分析表明该性状受1对隐性核基因调控,利用886株西农1A/dbc1的F₂变异单株,最终把DBC1基因定位在第2染色体SSR标记RM13943和RM13952之间,物理距离仅197 kb,含有52个注释基因。这为下一步调控基因的克隆和dbc1材料的育种应用奠定了基础。     

小麦新品种系宛原50-2矮秆基因的染色体定位

宛原50-2是一个株高比常用矮矮，农艺性状较好的新品系。通过21个单体系F1、F2的株高和F2的赤霉酸反应及测交分析，发现该品系携带有4对或4对以上的矮秆基因。其中Rht IS位于染色体4B**上；Rht8和Rht9分别位于染色体2D和7B上；一对可能通过诱变产生的对赤霉酸不敏感的矮秆基因，暂命名为Rht（Wan），位于染色体4D上。     

OsGA200x2不同长度RNAi片段对水稻株高等农艺性状的遗传效应

利用OsGA20ox2基因序列构建不同长度的RNAi片段并导入水稻,获得不同高度的矮化植株.将这些矮化植株与野生型植株回交获得B1F2群体,卡方检测表明B1F2群体矮秆植株数和高秆植株数符合3∶1比例,表现为矮秆显性的遗传规律.对矮化植株的F5和B1F2群体株高、各茎节间长度和一些主要农艺性状方差分析显示,OsGA20ox2基因的RNAi能显著缩短株高和各节间长度(P＜0.05),RNAi干扰片段越长,使植株株高和节间长度缩短程度越大,可使株高降低24～42 cm,矮化22％～39％.在同一长度的RNAi干扰片段下,倒一节节间长度平均缩短与倒二节节间长度平均缩短非常相近,倒三节和倒四节节间长度平均缩短非常相近,总的缩短程度是倒四节＞倒三节＞倒二节＞倒一节.这种近基部节间长度缩短幅度和比例较大的特点,利于提高水稻的抗倒伏能力,同时上部节间缩短幅度和比例较小,有效地保持合理株高,不使生物产量明显降低,有利于水稻的稳产和高产.OsGA20ox2基因的RNAi不影响千粒重、结实率、穗长等主要农艺性状或影响很小.     

玉米多叶矮化突变体lyd1的鉴定与基因克隆

玉米株高降低通常是由节间数目减少、节间长度变短或二者共同作用所致。而本研究在基因编辑后代中发现的玉米多叶矮化突变体lyd1却表现为节间数目显著增加,株高显著降低。lyd1株高仅为93.10cm,与野生型KN5585的株高159.95 cm相比,降低了41.79%,差异达到极显著水平。然而lyd1叶片数平均达到27.8片,相较野生型平均17.8片叶,增加56.18%,差异达到极显著水平。遗传分析表明, lyd1的突变表型由1对隐性核基因控制,通过图位克隆将控制多叶矮化性状的基因定位于玉米3号染色体标记Indel10和Indel11之间,物理距离0.74 Mb。对定位区间内13个基因(不包含假基因)的序列进行测序,发现仅ZmTE1在第4外显子出现1个A碱基的替换,其他基因无差异。ZmTE1编码一个RNA结合蛋白,氨基酸的替换发生在第3个RNA结合结构域内(RRM3),导致天冬氨酸转变为缬氨酸。突变体lyd1的突变位点与已报道的te1-mum1、te1-mum2、te1-mum3、zm66不同, lyd1的发现为进一步解析玉米叶片和节间发育平衡的遗传机制提供了宝贵的材料。     

陆地棉矮化突变体Ari1327的矮化机理研究

 Ari1327是从美国引进的陆地棉种质Ari971经⁶⁰Coγ射线照射后得到的一个新型矮化突变体。Ari1327在萌发期和子叶期就表现出矮化性状。在现蕾期,突变体的株高、节间数和节间平均长度均小于野生型,差异达到极显著水平,节间平均长度的缩短导致了突变体株高的降低。突变体主茎节间纵向细胞的长度要显著小于野生型,横向细胞的直径与野生型差异不显著,节间细胞伸长受抑制导致了突变体节间平均长度的缩短。突变体中IAA、GA₃和ABA 含量高于野生型,外施GA₃能使其株高恢复至野生型水平,外施BR和IAA不能使其株高恢复到正常水平,较低浓度的IAA对突变体的株高和节间长度就开始产生抑制作用。突变可能导致了IAA合成相关基因的过量表达,突变体内源IAA含量急剧升高而抑制了植株生长,使株高降低。     

陆地棉极端矮化性状的突变和遗传

1974年在陆地棉品种协作二号中发现一株丛生矮化突变体,它的节间缩短,株高30cm左右。在其自交后代中分离出株高仅为10cm的极端矮化株,丛生矮化株和正常株三种类型。遗传分析表明极端矮化性状是受一个简单的不完全显性基因控制的,在纯合体时表现极端矮化性状,在杂合体时呈现丛生矮化性状。新发现的极端矮化性状与早已发现的皱叶矮生性状及叶斑矮化性状表型不同,因此是一种新矮源。     

玉米矮秆突变体K125d的遗传鉴定

积极发掘新的玉米矮秆资源并进行研究和利用,有利于玉米矮化育种。对比研究了矮秆突变体K125d和同源自交系K211之间的形态差异,通过与7个不同株高自交系配制正反交F_1,回交B_1、B_2和自交F_2群体,分析突变体K125d矮秆性状的遗传模式,其矮秆基因定位用BSA-SSR标记法。结果表明,与K211相比,K125d的生育期极显著增长,株高极显著降低;叶片重叠密集,叶数和叶宽极显著增加,叶片夹角极显著降低。所有群体在2个不同生态点试验结果一致,正反交F_1均为高秆;7个B_1群体和F_2群体株高分离比例分别符合1∶1和3∶1;除K123d外,6个B_2群体均为高秆,表明突变体K125d的株高由1对隐性细胞核基因控制,暂命名为d125。以(K125d×K236)F_2为定位群体,将基因d125定位于1号染色体SSR标记umc2569和umc1278之间,其距离为6.6,5.1 cM。以br2基因模型GRMZM2G315375克隆d125发现,d125在模型第1 651个碱基处有一个9 bp片段插入,在第6 438碱基处有一个232 bp片段缺失,缺失导致移码突变,造成功能位点缺失可能是导致转运功能丧失的主要原因。     

水稻茎秆壁增厚突变体的表型鉴定与基因定位

水稻的茎秆强度影响植株的抗倒伏能力。本研究通过60Coγ射线辐射籼稻‘9311’,获得了一个茎秆壁增厚的突变体st1,并对突变体进行了表型鉴定和基因定位分析。结果表明,与野生型‘9311’相比,突变体st1重心高显著降低,基部第四、五节间缩短退化,株高显著变矮。突变体基部第二节间和基部第三节间厚度分别为1.63和1.75 mm,显著高于野生型,倒伏指数显著降低。茎秆解剖结构表明,st1的基部第二节间的大维管束数目、节间表皮和基本组织厚度显著高于野生型。主要农艺性状分析表明,突变体结实率降低,粒宽显著增加,千粒重、垩白粒率和垩白度显著增大。遗传分析表明,突变体st1的突变性状受1对隐性基因控制。利用Mutmap测序定位st1基因。结果表明,st1基因位于第2染色体。本研究为水稻茎秆壁增厚基因的克隆和功能分析提供科学依据,也为水稻抗倒伏研究提供了良好的种质资源。     

一种水稻全包穗突变体的发现及初步分析

从恢复系T893群体中得到一全包穗突变体,通过鉴定与分析,探讨水稻全包穗性状的遗传基础与生理机制,发掘水稻新的功能基因;对全包穗突变体的农艺特性、遗传基础、幼穗分化Ⅳ-Ⅷ期茎秆激素含量及对赤霉素敏感性进行了初步分析;突变体具有全包穗特性,并表现茎秆节间缩短,植株矮化,每穗颖花数减少,花粉育性部分降低;遗传分析表明突变体包穗性状受1对隐性基因控制;突变体与T893茎秆内源激素含量比较：突变体幼穗分化Ⅵ期、Ⅷ期时的GA4含量较野生型低,ABA含量高,IAA和Z的含量无显著差异;幼穗分化末期突变体对赤霉素反应钝感;初步研究表明,突变体的产生与水稻茎秆内源激素合成及代谢途径变化有关。