一个新的水稻短根毛突变体的遗传分析和基因定位

根毛是植物吸收水分和养分的重要器官。本研究从T-DNA突变体库中获得一个以中花11为遗传背景的水稻短根毛突变体, 命名为ossrh3 (Oryza sativa short root hair 3)。该突变体的根毛伸长严重受阻, 并且伴随株高、主根长、侧根长和侧根数目等性状的改变。遗传分析表明该突变性状受1对隐性单基因控制, 利用ossrh3纯合体和籼稻品种Kasalath杂交构建F₂定位群体, 利用已公布的水稻SSR (simple sequence repeat)和自行设计的STS (sequence- tagged site)标记, 最终将OsSRH3定位在水稻第1染色体上的标记S38978和S39016之间, 物理距离约为37.7 kb, 包含8个候选基因, 为进一步克隆OsSRH3基因和研究禾本科作物根毛发育的分子调控机理提供了依据。     

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。     

一个水稻长护颖突变体的遗传分析和基因定位

花器官发育异常突变体是研究植物花发育分子机理的重要材料。本研究在特种栽培稻品种"鸭血糯"中发现一个长护颖自然突变体,命名为Osleg(Oryza sativa long empty glumes)。组织细胞学分析表明,该突变体护颖的远轴表皮细胞凸凹不平,毛状体较多,许多瘤状体轴向平行排列,与外稃表皮细胞结构相似。遗传分析结果表明,该突变性状受一对隐性基因控制。将Osleg纯合体与籼稻品种9311杂交构建F2定位群体,利用已公布的水稻SSR标记和自行设计的STS标记对突变位点进行基因定位,最终将OsLEG定位在水稻7号染色体短臂上的LC15和LC25标记之间,物理距离约207kb,为进一步克隆OsLEG基因和研究禾本科植物花器官的分子调控机理提供了重要科学依据。     

一个水稻多柱头突变体的形态特征和基因定位

水稻产量和品质受花器官发育的直接影响, 因此对水稻颖花发育机理的研究将有助于水稻产量和品质的遗传改良。在籼稻C2与2480的杂交后代中发现了一个多柱头突变体, 与野生型相比, 该突变体植株矮化、穗变小、开花延迟和育性降低。颖花解剖发现, 其浆片正常, 柱头和雌蕊数量增加, 雄蕊数目明显减少, 并伴随不同程度的雌雄蕊畸形。以突变体作母本, 构建群体进行遗传分析, 结果显示所有F₁均表现正常, F₂群体出现3∶1性状分离, 证实该突变性状受1对隐性基因控制。利用微卫星标记进行连锁分析, 将该基因定位于水稻第6染色体上标记RM3183和RM3827之间, 遗传距离分别为2.2 cM和12.0 cM, 且与RM11951、RM19953和RM19961共分离。ISM(t)是一个新的水稻花器官发育控制基因, 本研究为该基因的克隆和功能研究奠定了基础。     

水稻类病变突变体c5的遗传分析与目标基因的精细定位

水稻类病变突变体c5是由粳稻品种中花11种子经化学诱变剂EMS (甲基磺酸乙酯)诱变处理得到的。该突变体叶片在三叶期开始出现近似圆形褐色斑点，经DAB染色和台酚蓝染色显示这些斑点积累了过多的H₂O₂并引起程序性细胞死亡。与野生型相比，突变体c5的成熟期株高从110.4 cm减少到74.6 cm，有效分蘖数和每穗着粒数分别减少23.7%和28.5%，千粒重和结实率都显著降低，此外，c5还表现出对白叶枯病菌的广谱抗病性，对10个菲律宾生理小种都有强烈的抗性反应。遗传分析表明，c5的突变性状受单隐性核基因控制。利用c5和明恢86配组形成的包含6269个单株的F₂群体和18个分子标记，将c基因限定在水稻第5染色体长臂STS标记S41和S47之间大约102 kb的遗传距离内。序列分析发现该区间内其中有11个编码基因，且它们与现已报道的类病变基因都不同，暗示c5可能是一个新型类病变性状控制基因。     

一个调控水稻叶绿素合成基因wl-1的精细定位

为改良优异两系不育系株1S (Z1S)的株型特征,利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变技术处理株1S (Z1S),得到一个苗期为白条纹的突变体,命名为wl-1。以该突变体与粳稻品种日本晴杂交,得F1种子,进而获得自交F2群体。遗传分析表明wl-1受单个隐性基因控制。利用图位克隆技术将wl-1初定位于水稻第3号染色体上RM15851和RM15880两个标记之间。进一步扩大遗传定位群体,最终将wl-1精细定位于标记inedl3和indel4之间的122 kb区域内。生物信息学分析表明该区域有12个ORF。对这12个ORF编码区逐个测序分析表明,其第10个ORF (LOC-03g52170),编码4-羟基-3-甲基丁-2-烯基二磷酸还原酶的第2个外显子上的第165位碱基处存在1个碱基A替换为T的突变。基因表达分析表明,在幼苗期与野生型株1S相比,突变体中LOC-03g52170的表达量显著低于相应的野生型;同时突变体中叶绿素合成相关基因、光合作用相关基因以及叶绿体发育相关基因的表达量发生了显著变化。对叶色基因wl-1 (LOC-03g52170)的挖掘,有利于进一步阐释叶绿体和叶绿素合成的生物学机理,同时为水稻高光效育种提供理论和技术支撑。     

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。     

一个新的水稻叶绿素缺失黄叶突变体遗传分析及其基因定位

粳稻品种"嘉花1号"经60Coγ射线辐照后,在其后代中筛选到一个黄叶的突变体(yl6),经过表型分析,发现该突变体幼苗期不论在低温(20℃)还是在高温(32℃)培养条件下,与野生型相比叶色均呈现出淡黄色,表明其为一温度不敏感突变体。光合色素含量测定结果显示,yl6突变体的黄叶突变性状主要是由叶绿素含量下降所导致。电镜结果显示,yl6突变体内叶绿素合成受阻且叶绿体的正常发育受到影响。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性核基因(yl6)所控制。利用该突变体与籼稻"培矮64S"杂交产生的F2、F3群体中分离出的608个突变体型单株作为定位群体,结合SSR和CAPS分子标记将yl6基因定位在水稻第6染色体短臂上的CAPS1和RM2353分子标记之间,其物理距离约为271kb,目前该区域内没有发现与水稻叶绿素合成/叶绿体发育相关已知功能基因。本研究结果可为yl6基因的克隆和功能分析奠定了基础。     

一个水稻脆秆突变体bc21的鉴定和基因定位

利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼稻Kasalath获得一个脆秆突变体bc21。表型分析发现,该突变体的茎秆及叶片均易折断,且该脆性表型在苗期开始表现,至成熟期时最显著。茎秆机械强度分析表明, bc21茎秆的抗折力、拉伸力显著下降。树脂切片及扫描电镜观察发现, bc21茎秆的厚壁组织细胞空隙增多,细胞壁明显变薄。茎秆细胞壁组分含量分析表明,与野生型相比, bc21的纤维素含量降低36.60%,半纤维素和木质素含量分别升高23.08%和26.06%。经遗传分析得出,bc21的脆性性状由隐性单基因控制。利用SSR标记和自行设计的STS标记将BC21基因定位于水稻第6号染色体STS标记STS2和STS3之间约52.9kb的范围内,该区间内没有已报道的水稻脆性相关基因,表明BC21可能是1个新的水稻脆秆基因,为进一步揭示水稻茎秆机械强度的调控机制提供了材料支撑。     

水稻向地性突变体的鉴定与遗传和定位分析

从水稻籼稻品种E优428的诱变M1代群体中获得向地性突变体la(t),该突变体在苗期倒伏生长,成熟期呈匍匐型生长,其它性状未发现异常。初步的生理研究表明该突变体不受外源激素(2,4-D,赤酶素)和光照的影响,并失去了感受重力的能力。遗传分析表明,该突变属单基因隐性突变,将该基因暂定名为la(t)。利用该突变体与籼稻品种D62B杂交,构建了F2代分离群体,用微卫星标记分析,将该基因定位于水稻第11染色体上的微卫星标记Lu2和Lu18之间,与目的基因分别相距1.0和1.7 cM。通过电子杂交的方法将该基因所在区域的遗传图谱整合到国际水稻基因组计划的水稻第11染色体物理图谱中,其la(t)基因两端毗连的Lu2和Lu18 SSR标记之间的物理距离约为140~200 kb。为用图位克隆法分离此目的基因和研究水稻向地性生长的分子机理奠定基础。     

水稻包穗突变体sui2的遗传分析和基因精细定位

The elongation and development of rice uppermost internode plays an important role in plant architecture development. In general, the sheathed panicle phenomenon in rice sterility line is caused by the elongation and development hindrance of the uppermost internode. The study on molecular mechanisms underlying sheathed panicle would be helpful for improving plant architecture in sterility line. At the present study, we reported the study on a sheathed panicle mutant, named sui2, originated from a tissue-culture progeny. Its uppermost internode severely shortened, resulted in its pancleen closed by flag leaf sheath, without significantly length alternation at other internodes. The cytological analysis demonstrated that the shorten of the uppermost internode is caused by insufficient elongation of the parenchyma cells. Genetic analysis of the progeny derived from the cross-combination of sui2 and IRAT129 revealed that sui2 is a single gene dominant mutant. Linkage analysis to 608 normal individuals from F₂ generation showed that SUI2 was located in a 110 kb region delimited by InDel marks S4-14.1 and S4-14.2 on the end of chromosome 4 long arm. The annotated genes on this region did not display any difference in genomic sequence, while the expression level of LOC_Os04g39430, encoding a cytochrome P450 protein and an allele of D11, increased by 264 times expression amount in mutant. Analysis of qRT-PCR for several crucial genes on BR (brasssinolide) signaling pathway showed that in mutant the expression level of all these genes increased, indicating that genes in BR signaling pathway may be involved in the regulation to the elongation and development of uppermost internode.     

Identification of qRL7, a major quantitative trait locus associated with rice root length in hydroponic conditions

Root system development is an important target for improving yield in rice. Active roots that can take up nutrients more efficiently are essential for improving grain yield. In this study, we performed quantitative trait locus (QTL) analyses using 215 recombinant inbred lines derived from a cross between Xieqingzao B (XB), a maintainer line with short roots and R9308, a restorer line with long roots. Only a QTLs associated with root length were mapped on chromosomes 7. The QTL, named qRL7, was located between markers RM3859 and RM214 on chromosome 7 and explained 18.14–18.36% of the total phenotypic variance evaluated across two years. Fine mapping of qRL7 using eight BC₃F₃ recombinant lines mapped the QTL to between markers InDel11 and InDel17, which delimit a 657.35 kb interval in the reference cultivar Nipponbare. To determine the genotype classes for the target QTL in these BC₃F₃ recombinants, the root lengths of their BC₃F₄ progeny were investigated, and the result showed that qRL7 plays a crucial role in root length. The results of this study will increase our understanding of the genetic factors controlling root architecture, which will help rice breeders to breed varieties with deep, strong and vigorous root systems.     

水稻短根白化突变体sra1生理生化分析及基因定位

叶色突变体是研究光合作用及叶绿素合成与降解途径的理想材料,有助于了解高等植物叶绿体发育和光合作用的调控机制。利用甲基磺酸乙酯(EMS)处理西农1B,获得一个短根白化突变体sra1 (short radicle and albino 1),从出芽至第三叶期叶片始终为白色,胚根较同时期野生型明显变短。对相同位置的叶片观察发现,西农1B叶肉细胞叶绿体含量丰富且膜系统发育完整,而sra1叶肉细胞液泡化严重,叶绿体数目明显减少或没有,基粒类囊体垛叠松散且稀少。生理生化分析发现sra1叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量接近于零,净光合速率为负值。遗传分析表明该短根白化表型由单个隐性核基因控制,最终将SRA1定位于水稻第3染色体长臂InDel标记Z-20和Z-42间,物理距离约657 kb,是一个未报道的新基因。     

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(Oryza sativa)OsSPR1突变体及过表达株系对锰胁迫的响应

为了系统分析水稻OsSPR1基因突变体Osspr1及过表达株系对锰胁迫的响应情况。本研究以水稻短侧根突变体Osspr1及过表达株系为试验材料,研究不同锰胁迫条件下水稻生长,锰吸收和累积量及其抗氧化酶活性的差异。研究结果表明,水稻OsSPR1的过表达株系(OV1)的根系发育和植物生长已完全恢复至野生型水平。在锰胁迫条件下,spr1突变体的地上部和根系的锰含量、锰累积量均显著低于野生型。在高锰(4 mmol/L Mn2+)处理下过表达株系OV1的锰含量和锰累积量显著低于野生型,OV1锰转移系数显著低于野生型。锰胁迫条件下,突变体spr1和过表达材料OV1叶片的抗氧化酶过氧化物酶(peroxidase, POD)、过氧化氢酶(catalase, CAT)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)的活性均高于或者显著高于野生型。综合以上研究表明Os SPR1基因突变和过表达均可以提高水稻对锰胁迫的耐受能力。本研究为水稻耐锰新品种的选育提供材料和基因资源。     

一个水稻簇生穗突变体的遗传分析与基因定位

水稻的花器官是籽粒形成的基础,对如何提高水稻产量的研究一直都是水稻遗传育种工作者所关注的重点。从一个经EMS诱变的高世代回交群体M2中获得一个簇生穗突变体(Cl),突变体表型特征为：主穗轴严重退化,枝梗顶端2~4 粒小穗簇生在一起,簇生率高达70%。以粳稻品种日本晴和簇生穗突变体杂交,构建F2群体。遗传分析表明该性状受隐性基因控制,其F2分离比远偏离经典孟德尔遗传分离比。利用该F2群体,采用BSA法将基因定位在4 号染色体的SSR标记CGY-08 与CGY-02 之间,两者间的物理距离为145.7 kb。对该区间内的预测基因测序发现：一个P450 (CYP724B1)基因的第四外显子发生了单碱基的突变,而P450 编码与BR合成相关的蛋白。因此,结合突变体表型和测序结果,推测细胞色素P450可能是控制小穗簇生的候选基因。     

水稻单叶独立转绿型黄化突变体grc2的鉴定与基因精细定位

转绿型叶色突变体是研究植物叶绿体分化与发育的基础材料。grc2是利用60Co-γ射线诱变籼型三系保持系T98B后获得的单叶独立转绿型黄化突变体。grc2植株上任一叶片刚抽出时为黄色,在生长10 d左右后变绿,具有单叶不依赖于植株特定发育阶段而独立转绿的特性。与野生型T98B相比,grc2黄化叶片的总叶绿素和叶绿素b含量显著降低,叶绿体滞留在黄化质体阶段,表明grc2可能在叶片早期发育中起关键作用。遗传分析表明,grc2受1对隐性核基因独立控制;利用源于grc2/Nipponbare的F2群体的960个突变单株,将grc2基因定位在STS标记S254与S258之间约31 kb的范围内,该区域含有5个未报道过的注释基因。这些结果为grc2的克隆及功能研究提供了重要信息。     

水稻减数分裂异常突变体osmd的表型分析及基因定位

减数分裂是有性生殖生物繁殖的基础,减数分裂和受精过程的正常进行保证了有性生殖生物配子体和合子体世代交替,并维持了遗传物质的稳定性。因此发现和克隆减数分裂相关基因可为进一步理解减数分裂调控过程提供研究基础。通过正向遗传学方法,筛选一个水稻减数分裂相关突变体并将其命名为osmd(Oryza sativa meiosis defect)。对其生长过程、花器官、花粉育性进行观察分析;通过DAPI,FISH染色对其进行染色体行为分析;并对该突变体进行遗传分析、基因定位和候选基因分析。结果表明,与野生型相比,osmd突变体营养生长过程正常,花器官以及雌蕊形态正常,但是成熟期花药不饱满,花粉粒不能被I2-KI染色。对突变体osmd花粉母细胞减数分裂过程观察发现,在粗线期染色体不能完全配对、终变期出现单价体、二分体时出现滞后染色体、四分体时期出现多个微核。通过FISH试验确定osmd突变体同源染色体不能正常配对。遗传学分析表明,osmd突变体不育表型由一个单核隐性基因控制;通过图位克隆将osmd的突变位点定位到10号染色体上的2个Indel分子标记Chr10-312和Chr10-1003-3之间,该区间共有900 kb,有133个开放阅读框。该区间内一个已知水稻减数分裂相关基因OsPAIR3编码区序列无变化。由此推测Os MD是一个未报道的参与水稻减数分裂同源染色体配对过程的蛋白。