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...     

水稻OsSUTs基因对弱光胁迫的应答分析

光照对植物的生长发育十分重要,弱光胁迫对水稻生长发育会产生不良的影响.为研究弱光对水稻蔗糖转运蛋白基因(OsSUTs)表达的影响,本研究对水稻品种'日本晴'进行遮光和不遮光(对照)栽培,检测不同光处理的2组材料OsSUTs基因家族的mRNA相对表达情况、农艺性状和生育期长短.结果显示,弱光胁迫可抑制水稻生长发育进程,导...     

水稻紫叶突变体PLM的表型与遗传研究

从爪哇稻香大粒中发现一紫叶突变体PLM,通过与绿叶水稻C181杂交,对PLM及其后代进行遗传、色素和品质的分析.结果显示:PLM紫叶突变体为隐性单基因遗传.与绿叶植株相比,PLM及其后代紫叶群体的花青素含量显著增加,叶绿素总量也有一定的增加;PLM子粒的长宽比为3.09,达到国标一级;其垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量和胶稠度均低于国标三级,表现较差;在其杂交后代中,品质性状得到了一定改善.PLM是一优良的标记供体材料.     

水稻粒型、粒重和灌浆研究进展

水稻(Oryza sativa L.)是全球主要粮食作物之一,挖掘水稻中产量相关性状的数量性状位点(quantitative trait loci, QTL),对提高水稻产量、保障国家粮食安全具有重要作用。构成水稻产量的三个要素包括单株有效穗数、每穗粒数及千粒重。其中千粒重遗传力为40%～60%,遗传稳定,受外界环境因素影响较小。因此,提高粒重来确保水稻产量是一条有效途径。水稻千粒重与粒型密切相关,水稻粒型性状由粒长、粒宽和粒厚共同构成。此外,千粒重不仅取决于籽粒库容量(粒型)也取决于其充实度(灌浆)。因此,研究水稻粒型和粒重与灌浆速率对于提高水稻产量和改良水稻品质均有重要作用。本研究总结了水稻粒型、粒重和灌浆已定位和克隆的基因研究进展,为水稻的籽粒性状育种提供参考。     

水稻早衰突变体esl6的鉴定与基因定位

自然衰老提高了植物对环境的适应性,是其生长发育的重要生命历程,但在农业生产中,叶片一旦早衰,将极大影响作物的产量和品质。为探索水稻叶片衰老的分子机理,我们对EMS诱变获得的一个早衰突变体esl6进行了研究。田间种植情况下,四叶期之前,esl6与野生型无明显差异,之后心叶发育成完整叶后叶尖黄化,叶基部保持正常绿色,一直持续到开花期;在灌浆期,esl6的所有叶片均不同程度地黄化早衰,且叶片上部的衰老程度明显严重于叶片基部。衰老部位细胞结构异常,主要表现为细胞膜破裂、液泡变大和细胞器不完整等,叶绿体中基质类囊体破裂,含有较多的淀粉粒。与野生型相比,esl6叶尖衰老部位的SOD、CAT和POD活性以及超氧阴离子O₂^?、H₂O₂和羟自由基·OH含量均极显著升高。早衰不仅导致esl6叶片光合色素含量和净光合速率极显著降低,还引起esl6的植株变矮和叶片变短,倒一和倒二节间极显著变短是导致esl6植株矮化的主要原因。遗传分析表明该性状受一对隐性核基因调控,利用西大1A/esl6的F₂分离群体,最终将调控基因定位在第9染色体203 kb的物理范围内,为下一步基因的克隆和功能研究奠定了基础,有利于水稻叶片衰老分子机理的阐释。     

水稻白化突变体遗传机理与发掘利用研究进展

在自然界中存在大量的叶色突变体,对叶色突变体的研究可以探索叶绿体发育进程、光合色素代谢及核质互作信号通路等。随着分子生物学的发展,越来越多的水稻叶色突变基因被挖掘利用。本研究从水稻白化突变体类型、产生原因及作用机理等方面进行论述,并介绍了白化突变体在水稻杂交育种及基础研究中的应用价值,为深入发掘利用水稻白化突变基因提供一些建议。     

水稻叶脉白化突变体wpsm的遗传分析与基因定位

叶绿素是植物生长发育必不可缺的元件。叶色突变体的发掘与研究在叶绿体发育、叶绿素代谢、光合作用等研究中具有重要作用。利用化学诱变剂EMS诱变水稻(Oryza sativa L.)籼型恢复系缙恢10号,从其后代中筛选出一份突变性状稳定遗传的叶脉白化突变体wpsm (white primary and secondary midrib)。与野生型相比,该突变体苗期表现正常,孕穗后期剑叶、倒二叶、倒三叶整张叶片的主叶脉和次级叶脉白化,叶肉细胞无显著变化,该性状一直持续到成熟期。抽穗期突变体wpsm的光合色素含量极显著低于野生型,净光合速率(P_n)及表观电子传递速率(ETR)极显著降低,株高、每穗实粒数、千粒重、结实率等农艺性状均显著降低。该突变性状受一对隐性核基因调控,利用892株西农1A/wpsm的F₂隐性定位群体,将该基因定位在第6染色体上引物InDel 10与InDel 4之间,遗传距离分别为0.06 cM和0.12 cM,物理距离约为56 kb。本研究为WPSM基因的克隆和功能研究奠定了基础。     

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。     

不同种类盐胁迫对水稻种子萌发和幼苗生长的影响

采用水培法研究比较了 Na_2CO_3和NaHCO_3两种碱性盐,NaCl和Na_2SO_4两种中性盐和混合盐对水稻种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明,盐碱处理下水稻种子的发芽率、发芽势、发芽指数、苗高、根长、侧根数和根系细胞质膜透性等均较CK极显著降低(P0.01)。其中,Na_2CO_3和NaHCO_3以及混合盐胁迫处理水稻种子的发芽指标和生长指标均极显著低于NaCl和Na_2SO_4处理(P0.01)。其中,以Na_2CO_3处理对水稻种子发芽的抑制作用最大,其发芽率仅8.0%,发芽势为0,发芽指数仅3.0。NaHCO3处理其次,发芽率为14.5%,发芽势为1.7%,发芽指数为6.9。Na_2CO_3和NaHCO_3以及混合盐胁迫处理水稻幼苗的苗高,主根长和侧根数等均极显著低于NaCl和Na_2SO_4处理(P0.01)。3个处理均无侧根萌发。不同种类盐处理水稻幼苗根系细胞质膜透性均极显著高于CK (P0.01),以Na_2CO_3细胞质膜透性最高,极显著高于其他盐处理(P0.01)。所有盐处理幼苗和根系K~+/Na~+比值均极显著低于CK(P0.01),其中Na_2CO_3、NaHCO_3和混合盐处理根系K~+/Na~+比值分别仅为0.05,0.07和0.13,均显著低于CK、NaCl和Na_2SO_4处理(P0.05)。可见,Na_2CO_3和NaHCO_3加重了伤害与其对水稻根系细胞膜的伤害和K~+吸收受到抑制有关。碱性盐主要通过影响水稻侧根萌发来影响水稻幼苗生长。     

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。     

EPA和DHA合成表达载体构建及对水稻的遗传转化

二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid, EPA)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid, DHA)是最具有营养价值的ω-3超长链多不饱和脂肪酸(very long-chain polyunsaturated fatty acids, VLPUFAs),其主要来源是某些深海鱼油、藻类和微生物。由于过度捕捞、重金属污染及提取产生的高昂价格等问题,已难以满足市场的需求,而高等植物中不存在ω-3 VLPUFAs途径。因此,开发富含EPA和DHA新植物资源具有广阔的应用前景。本研究将7个与ω-3 VLPUFAs合成相关的酶基因共同导入水稻中,创建ω-3 VLPUFAs合成通路,以期获得种子中富含EPA和DHA的水稻新材料。人工合成优化后的EPA和DHA合成相关的7个基因,利用不同的水稻胚乳特异性高强度启动子,以及不依赖启动子的3’-非翻译区(untranslated regions, UTRs),分别与这些目的基因组合,利用高效多转基因堆叠系统II (transgene stacking II, TGS II)构建到植物表达载体中,通过农杆菌介导法进行遗传...     

受光诱导的水稻突变体spl41的抗病鉴定及生理指标测定

为进一步研究水稻类病变突变体spl41的形态生理特征以及类病斑产生的原因和抗病性,对突变体spl41的种子进行表型观察和胚乳成分测定;同时对突变体spl41的叶片进行了遮光处理和接种病原菌实验,并测定了与活性氧(ROS)相关以及抗病相关的酶活。实验结果表明,突变体spl41的颖壳上具有红褐色斑点,但胚乳上无斑点。突变体spl41单株结实粒数较野生型HHZ降低了80%。此外,突变体spl41胚乳中的可溶性糖和可溶性蛋白含量分别较野生型HHZ下降了37.27%和13.89%,表明spl41突变体植株中胚乳的发育受到了影响。光可以诱导突变体spl41类病斑的产生,同时伴随着H2O2的累积。spl411突变体对稻瘟病菌生理小种GUY11、Y34和细菌性条斑病菌生理小种RS105具有广谱抗病性。spl41突变体叶片中CAT、POD、SOD的活性及MDA的含量显著高于野生型HHZ,说明ROS清除机制在spl411突变体中受到干扰,导致细胞受损和ROS的爆发;同时,PAL和PPO的活性在spl41突变体叶片中也显著高于野生型HHZ,这结果积极地响应了突变体spl41的抗病表型。     

不同水稻种质中渗透胁迫抗性基因DREB2A的遗传多样性分析

本研究旨在分析转录因子DREB2A基因在不同水稻种质中的遗传多样性,以期为水稻耐渗透胁迫遗传改良提供分子工具。利用单倍型分析、系统进化树、遗传距离和密码子偏好性分析,对85份不同类型水稻种质中DREB2A基因的功能性核苷酸序列变异及遗传多样性进行了研究。共鉴定出55个核苷酸变异位点,其中12个位于编码区,43个位于非编码区;鉴定出12个DREB2A等位基因型,其中来自非洲栽培稻(Oryza glaberrima)的3个等位基因型表现大片段变异;根据DREB2A基因的序列变异鉴定出39个单倍型,其中33个为新单倍型;将所有单倍型分为三组(Group Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ),其中非洲栽培稻(Oryza glaberrima)中的10个单倍型单独分为一组(Group Ⅲ);系统进化树、遗传距离和密码子偏好性分析均表明Group Ⅲ与其他两组具有较大差异。对85份不同类型水稻种质中DREB2A基因的序列分析表明,非洲栽培稻(Oryza glaberrima)中的DREB2A等位基因在序列变异、系统进化关系和密码子偏好性方面均明显不同于其他种质材料中的等位基因。     

水稻'宜香优2115'OsZIP3基因的克隆及序列分析

植物ZIP(Zn-regulated transporter,Iron-regulated transporter-like protein)家族蛋白是负责吸收、转运和分配Zn和Fe等离子的完整膜转运蛋白,对维持植物体内Zn和Fe平衡起关键作用,ZIP家族的成员之一OsZIP3参与Zn分配,OsZIP3是水稻锌高效相关的备选基因.为了明确OsZIP3基因在富锌水稻品种中的分子特征,本研究利用RT-PCR技术从'宜香优2115'中克隆到ZIP3基因,命名为OsZIP3-YXY2115,并对其进行生物信息学分析.序列分析结果表明,该基因的编码区(CDS)全长为1095 bp,编码364个氨基酸,蛋白序列含有6个跨膜结构,蛋白分子量38.0 kD,理论等电点8.67,不稳定指数42.34,为不稳定蛋白.结构域预测结果显示OsZIP3-YXY2115蛋白含有ZIP家族锌铁转运系列结构域,属于锌铁转运蛋白(ZRT/IRT-like protein,ZIP)家族成员.亚细胞定位预测分析表明,OsZIP3-YXY2115蛋白定位于细胞质膜中.氨基酸序列比对结果表明,其与已报道的粳稻OsZIP3 (XP_015635611.1)相似性最高.该研究结果为进一步分析ZIP3基因功能及作物富锌育种提供了一定的理论基础和基因资源.