云南地方水稻品种抗稻瘟病基因Pita功能区段序列变异分析

稻瘟病抗性基因序列变异的分析与认识是挖掘水稻抗稻瘟病基因资源的基础。对来源于云南省56个县(市)的218份地方稻品种稻瘟病抗性基因Pita第二编码区功能位点区段的609个碱基进行了测序分析。结果表明,所有供试品种在此序列上有18个变异位点,存在46种DNA单倍型和28种蛋白类型,其中DNA单倍型Pita-H1、Pita-H2、Pita-H6频率较高,三者比例分别为17.89%、29.82%、20.18%,合计67.89%,是云南的优势单倍型,而其他单倍型频率较低,频率0.46%~3.67%。携带Pita抗性基因(编码区第2752位功能位点碱基为G)的品种共61个,占供试材料的27.98%,其中39个品种(占63.93%)与越南抗性品种Tetep序列一致。Pita抗性基因在水稻各亚种和生态型中的分布是不平衡的,籼稻中的频率为35.06%,粳稻中为24.11%,水稻中31.03%,陆稻中21.92%,黏稻中30.77%,糯稻中18.37%。Pita抗性基因在云南省广泛分布,36县(市)检测到了Pita抗性基因,但南部地区频率高于其他地区,且有的县频率较高,呈小集中的特点,海拔2200m以上的7个品种未能检测到Pita抗性基因。     

云南稻核心种质对土壤无效磷的活化特性及其生态差异

在土壤有效磷含量0.02 mg/kg 和80 mg/kg 条件下对云南5个稻作区和16个地州的548份云南地方稻核心种质和60份改良种进行了无效磷的活化特性及其生态差异研究。滇西北高寒粳稻区和滇东北高原粳稻区稻种无效磷活化能力较强;南部边缘水陆稻区和滇南单双季籼稻区稻种无效磷活化能力强且差异较大,并呈现多样性分布;滇中一季籼粳稻区则相对较弱。从行政区域看,文山、德宏、临沧、丽江和昭通稻种无效磷活化能力较强,西双版纳、怒江、楚雄、玉溪和曲靖次之,而滇中昆明、保山、红河、迪庆和大理最弱。云南地方稻的无效磷活化能力明显高于改良种。     

水稻粒宽基因GS5的功能标记开发和单倍型鉴定

水稻粒宽是影响籽粒粒形的重要因素之一,也是一个与水稻产量和稻米品质密切相关的重要性状。在基因GS5序列分析的基础上,对该基因第2外显子的ACC/CTA和第9外显子A/C的两个变异位点分别开发了功能标记,并将其用于294份水稻微核心种质和2007-2013年江苏省审定的65份粳稻品种的基因型鉴定。研究结果表明,这两个变异位点的等位变异在水稻籽粒的粒长、粒宽和长宽比性状上存在显著或极显著的差异;其在水稻微核心种质中组成的4种单倍型在水稻籼亚种的粒宽、粒厚和长宽比性状上存在极显著的差异,在粳亚种的粒宽和长宽比性状上存在极显著的差异;而江苏省审定的粳稻品种中仅发现Hap1和Hap2两种单倍型,其分别有64个和1个代表性品种。这些研究结果为水稻产量和稻米品质育种中充分利用GS5的优异等位基因或单倍型奠定了基础。     

云南地方稻种Wx基因第一内含子供体+1位碱基变异与直链淀粉含量的关系

应用PCR一步法对来自云南省14个地州、55个市/县的220个籼、粳地方稻种Wx基因第一内含子供体+1位碱基G/T进行了检测,同时用PCR Acc I酶切法对其中的101份进行验证,结果表明两种方法检测结果一致。根据G/T碱基将220个供试材料分为GG、TT两种基因型。云南地方稻种以GG型占优势,有164个,占74.5%;TT型有56个,占255%;籼稻中80.5%属GG型,粳稻中67.0%属GG型。GG型直链淀粉含量较高,平均18.97%,TT型较低,均低于16%, GG、TT基因型之间的平均直链淀粉含量差异极显著。G/T与直链淀粉含量存在密切的联系,其相关系数为0733**。GG型品种中有33个直链淀粉含量较低（3.91%～15.93%）,多数为来源于云南西南部傣族地区的品种。籼稻中的GG型或TT型品种与粳稻中的GG型或TT型品种间平均直链淀粉含量无显著差异,表明GG/TT基因型在籼粳不同遗传背景下直链淀粉表达无显著差异。     

云南地方稻种抗稻瘟病基因Pi ta和Pi b的鉴定

 根据抗病等位基因Pi ta、Pi b与pi ta、pi b感病等位基因在DNA序列上的差异,合成Pi ta引物YL155/YL87和YL183/YL87,Pi b基因引物Pi bdomF/Pi bdomR和Lys145F/Lys145R。利用这两套分子标记检测了176份云南地方稻种抗性基因Pi ta和Pi b的分布。结果表明,供试材料中72份含有Pi ta基因,占40.9%,其中99份粳稻中有28份含有Pi ta基因,占28.3%;77份籼稻中有44份含有该基因,占57.1%;抗性基因Pi ta在粳稻和籼稻品种中的分布频率存在明显差异,籼稻高于粳稻;Pi ta基因主要分布于玉溪、保山、临沧、思茅等地区。而176份供试材料中仅有33份含有Pi b基因,占18.8%,其中99份粳稻中有18份含有该基因,占18.2%;77份籼稻中有15份含有该基因,占19.5%;Pi b基因主要分布在滇西部的怒江、保山和昭通等地区。分别选取具有代表性的18及17份材料在温室进行Pi ta和Pi b基因抗性鉴定,结果与分子鉴定结果基本相符。     

1BL/1RS易位系HMW-GS组成与品质分析

为深入挖掘1BL/1RS易位系的品质育种潜力,对收集的300份1BL/1RS易位系的高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)组成及其品质性状进行了分析。在300份1BL/1RS易位系 Glu-1位点上共检出12种HMW-GS类型和27种HMW-GS组合,表明这些1BL/1RS易位系具有较高的遗传多样性。在 Glu-A1位点上,亚基Null和1亚基的出现频率分别为47.67%和52.33%; Glu-B1位点有7种等位变异,其中出现频率最高的为7+9亚基对(58.67%); Glu-D1位点有3种等位变异, 2+12亚基对为主要类型,出现频率为71.33%。亚基组合类型中,"Null/7+9/2+12"的出现频率最高(31. 67%)。 Glu-A1、 Glu-B1和 Glu-D1编码优质HMW-GS的比例分别为52.33%、38.34%和16.00%,其中31份1BL/1RS易位系在3个位点均编码优质HMW-GS类型。300份1BL/1RS易位系的品质变异范围较大,有9份材料具有较高的品质育种价值。     

中国栽培稻等位酶的遗传结构及地理分布

对我国6330份栽培稻品种进行了5种等位酶12个位点的遗传结构分析,共检测到53个等位基因,平均等位基因数为4.41,多样性指数值为0.269,表明中国栽培稻具有丰富的等位酶遗传多样性。地方农家品种和现代育成品种遗传多样性指数差异不大,但现代育成品种等位基因较少,共有13个稀有等位基因仅存在于地方农家品种中。比较我国六大生态稻区的等位酶分布,发现西南稻区的等位酶基因最为丰富,为我国稻种资源的多样性中心,但华北和华中稻区在某些等位酶基因上的多样性以及某些稀有等位基因的存在暗示着淮河流域和长江流域可能与栽培稻的起源有关。利用等位基因聚类分析基本可以把地方农家品种分成两大类,分别是籼稻和粳稻,籼稻的遗传多样性大于粳稻。籼粳稻在等位酶位点上的差异不仅表现为单个等位基因形式和频率的不同,还表现为多位点非随机组合的遗传差异。     

基于nSSR和cpDNA序列的城步峒茶群体遗传多样性和结构研究

采用简单重复序列标记(nSSR)与叶绿体DNA序列(cpDNA)分析技术,对城步峒茶群体进行了遗传多样性、遗传结构和遗传分化等研究。结果表明,15对nSSR引物在参试81份资源中共获得142个等位位点,平均每对引物9.47个,城步峒茶群体的观测杂合度(Ho)、期望杂合度(He)和Nei期望杂合度(Nei)分别为0.49、0.62和0.62,具有较高的遗传多样性。Structure分析将79份峒茶资源分成3个类群,但各类群的遗传背景较为复杂,没有明显的群体结构。F检验表明,城步峒茶群体的近交系数F_IS为正值(F_IS=0.177 5),群体间的遗传分化系数F_ST较小(F_ST=0.034 5),分化程度较低,基因流Nm较高(Nm=7.01)。3对cpDNA引物分别获得了473 bp(rbcL)、704 bp(matK)和320 bp(psbH-trnA)的片段序列,变异位点占总位点的比例分别为0.42%、0.71%和1.25%。将3个序列依次拼接,共产生了9个单倍型,单倍型数由多到少的居群依次为TXZ(6)、DZC(4)、DPS(4)、TYS(3)、HJZ(2),群体的单倍型多样性(Hd)和核苷酸多样性(π)分别为0.732和0.001 39。9个单倍型中,单倍型H1和H5处于进化网络图的中心节点上,并且包含资源数量最多,属于比较原始的单倍型。同时,nSSR和cpDNA的AMOVA分析结果基本一致,居群内的变异百分比分别达到96.69%和80.54%,城步峒茶的遗传变异主要存在于居群内。     

基于SSR标记的云南地方稻种群体内遗传多样性分析

 用20对SSR引物对原产于云南的16份地方稻种和2份选育品种进行单个品种群体内的遗传多样性分析。结果表明,87.5%的地方品种群体内SSR多态性高于选育品种,而12.5%的地方品种群体内SSR标记多态性与选育品种相近。81.2%的地方稻种群体内的等位基因数(Na)和Nei基因遗传多样性指数(He)高于选育品种,而18.8%的地方品种群体内Na和He与选育品种相同或略小。水稻地方稻种群体内He的差异较大,其变异范围为0.0146～0.5117,其中,黄板所 1（1980年收集）、黄板所 2（2007年收集）、麻线谷 1（1980年收集）、麻线谷 2（2007年收集）的群体内遗传多样性较高,分别为0.2327、0.4214、0.5117和0.4489。87.5%地方品种的杂合度(Ho)明显高于选育品种;地方品种群体间遗传多样性差异很大,其中1/4的遗传差异来源于地方稻种群体内,差异极显著。RM333、RM257和RM180在供试云南地方稻种群体内的多态性、等位基因数、多样性指数和变异百分率均较高,适用于云南地方稻种群体内遗传多样性检测。     

同源四倍体水稻成熟胚囊的结构及异常现象

应用整体染色透明激光扫描共聚焦显微术（WCLSM）,对包括籼稻、粳稻及爪哇稻在内的13份同源四倍体水稻的成熟胚囊结构进行了观察。同源四倍体水稻多数子房（平均6290%）胚囊结构正常,与二倍体的正常蓼型的相似,一些子房（平均3710%）胚囊结构出现异常,异常包括雌性生殖单位退化、极核异常、胚囊退化、卵器退化、异常小胚囊和“双套结构”胚囊等6类。这些异常胚囊都可能影响受精,从而导致结实率降低。不同类型的同源四倍体水稻间异常结构胚囊的频率差异极显著。籼稻与粳稻比较,总的趋势是粳稻异常胚囊的频率高于籼稻,其中粳稻平均为2566%,籼稻平均为1934%。同一品种内异常类型的频率也存在明显的差异,显示异常结构胚囊的形成可能与品种的基因型有密切关系。     

云南元江普通野生稻(Oryza rufipogon）群体籼粳分化的SSR分析

 利用经测验可区分籼粳品种的19对SSR特异引物对来自云南元江普通野生稻自然居群的56个个体进行了SSR分析。19对引物中，有17对（占89.47%）在所有参试个体中仅能扩增出一种带型，而RM18和RM251能扩增出多态带型。RM4等16对（84.21%）引物扩增出的带与籼稻或粳稻特征带相同，其中11个位点偏粳而4个位点偏籼；RM18、RM202、RM205等3对引物扩增出的带型不同于籼稻或粳稻带型。结果表明，云南元江普通野生稻基因组DNA在所检测的19个位点上，多数位点（89.47%）上个体间无差异，84.21%的位点已有籼粳分化，13.79%的位点仍具有原始性。说明云南元江普通野生稻主体比较纯而原始，但已开始了籼粳的分化。     

我国水稻主栽品种SSR多样性的比较分析

采用40个SSR标记,比较分析了151份20世纪50年代(78份）和近10年（73份）我国常规稻主栽品种的遗传差异,发现有39个标记具有多态性,多态性位点共检测到213个等位基因,每个位点2～11个,平均5.5个;平均Nei基因多样性指数(He)为0.649,范围在0.309（RM174）～0.869（RM418）。籼粳亚种间SSR多样性差异明显,籼稻平均等位基因数（Na）和Nei基因多样性指数（Na = 4.4,He = 0.458）均高于粳稻品种（Na = 4.0,He = 0.395）。比较了78份20世纪50年代与73份近10年水稻主栽品种的遗传多样性,籼、粳亚种表现出相近的变化趋势,即Nei多样性指数和等位基因数20世纪50年代主栽品种高于近10年的。虽然Nei基因多样性指数的变化并不显著（籼稻：z= 1.471,P=0.141;粳稻：z= 1.932,P=0.053）,但等位基因数目的变化达到显著水平（籼稻：z= 2.677,P=0.007;粳稻：z= 3.441,P=0.001）。分子方差分析(AMOVA)表明,遗传变异绝大部分存在于两时期内,尽管时期间平均贡献的遗传变异仅占1.9％,但仍然达到5％的显著水平;籼、粳亚种两时期间平均贡献的遗传变异高于整个分析样本,分别为5.0％和8.2％;籼、粳亚种不同位点的遗传分化程度也各不相同,籼稻和粳稻品种分别有13个（占33.3％）和11个（占28.2％）SSR位点的等位基因在两时期间差异显著,而其余位点的遗传变异则是因时期内品种间的差异引起的。研究表明近10年我国常规稻主栽品种丢失了一部分等位基因,水稻育种仍应加强更广泛的种质亲本的选择。     

恢复系密阳46变异现象初步研究

对恢复系密阳４６的变异类型及其主要性状进行了研究。结果表明,密阳４６有５种变异类型,其中粳稻过渡型、籼稻型、籼稻过渡型和籼稻大粒型等４种变异类型具有较强的恢复能力,对大面积生产影响不大,而粳稻型与Ｖ２０Ａ测交Ｆ１代不育株率高达８７．３％,丧失了恢复能力,不能在大面积生产上应用。     

水稻粳型亲籼光温敏不育系509S的选育及其杂种优势

水稻籼粳亚种间杂种不育的主要原因在于育性位点上等位基因互作,因此,在籼粳交主要的育性位点上的片段置换,及把籼粳片段相互置换克服生殖障碍进行育种成为可能。本研究将籼稻轮回422S的光温敏不育基因以及籼稻249黄的黄叶形态标记通过回交方法导入到粳稻镇稻88中,同时在S5、S7、S8和S9育性位点上,分别利用4个与育性位点紧密连锁的分子标记RM276、RM455、RM141和RM185进行分子标记辅助选择,最终成功选育出粳稻光温敏不育系509S。该不育系株叶形态表现为粳稻特征,与大量籼稻品种杂交结实率正常,与粳稻杂交结实率反而偏低。选用分布于水稻12条染色体上的SSR标记对509S的遗传背景进行鉴定,实验结果表明不育系509S遗传背景92%为粳稻遗传背景。不育系509S在4个置换的育性位点都为籼稻片段,正是这些籼稻片段的置换使不育系509S与籼稻杂交可育,而与粳稻杂交表现低育,且在不育系与籼稻配制的杂交组合中表现强大的籼粳交杂种优势。该实验结果为籼粳交杂种优势的育种实践利用提供了一条新的可行途径。     

玉米耐盐基因ZmHKT1的序列变异分析

HKT(High-affinity potassium transporter,高亲和性钾转运蛋白)基因所编码的蛋白能起到维持植物体内的Na+/K+平衡的作用。在作物中HKT蛋白主要通过排出叶片中的Na+,从而提高植物耐盐性。对54份玉米自交系材料的Zm HKT1基因及上游序列进行多态性分析。结果表明,在3 784 bp的序列中,共有194个SNP和32个In Del。大部分变异集中在基因上游序列和内含子区,编码区的变异相对较少,说明编码区在进化和人工选择中承受了更大的选择压力。根据序列变异情况可将54份玉米自交系材料划分为15个单倍型,上游序列主要存在3种单倍型,而基因序列存在9种单倍型。遗传重组和连锁不平衡分析发现,全长序列只有3次重组事件发生,上游序列存在着非常强的连锁不平衡。     

云南地方稻核心种质孕穗期耐冷性及其地理分布

 以云南16个地州和5个稻作区为单位，对477份云南稻种核心种质进行了耐冷性鉴定及其地理分布研究。结果表明：（1）低温条件下花药长与结实率呈极显著正相关（0.588[sup]**[/sup]），温室条件下两者关系不大（0.080）。（2）低温条件下不同稻作区云南稻种核心种质孕穗期耐冷性差异较大，滇西北高寒粳稻区的稻种核心种质孕穗期耐冷性最强，南部边缘水陆稻区最弱。而温室条件下基本未受到冷害，结实率接近或超过70%。因此，耐冷育种目标和品种因稻区而异。（3）低温条件下不同地州云南稻种核心种质孕穗期耐冷性差异十分明显，而温室条件下基本未受到冷害，结实率均大于65%。根据稻种核心种质的结实率降低率及其地州间的自然气候差异，可将16个地州划分为重冷害区、冷害区和轻冷害区。（4）不同稻作区或不同地州间云南稻种核心种质孕穗期耐冷性的差异，进一步揭示了由海拔和纬度差异引起的温度变化不仅是籼粳分化的主导因子,也是造成籼粳两个亚种六大生态群之间差异和云南稻种遗传多样性大的根本原因，同时也是耐冷基因形成的关键因素，孕穗期耐冷性是云南地方稻种与地州或稻作区低温长期协同进化的结果。     

水稻种质资源光合速率及光合功能期的研究

 对230份水稻种质资源进行了光合速率及光合功能期测定，结果显示水稻种质资源的光合速率及光合功能期的品种内变异系数分别集中在2.0%～11.0％和3.5%～9.5％，而其品种间变异系数分别为11.1%和11.2%。统计分析表明，水稻品种间光合速率和光合功能期存在极显著差异，但籼、粳亚种间差异不显著。进一步分析籼粳亚种间品种分布，发现籼稻光合速率偏高者居多，而粳稻光合功能期偏长者居多，且其变异幅度大于籼稻。根据聚类结果，42个水稻品种可分别划分为光合速率高、中、低类和光合功能期长、中、短类3个类群。对供试水稻种质资源光合速率及光合功能期进行二维排序并将坐标分成4个象限。籼稻和粳稻分别在象限Ⅱ和I的分布频率最大，分别为33.4％和33.3％。从4个象限中选出一些具有特异光合性状的典型材料，如协优9308、轮回422、武育粳8号、NPT、汕优129等，可用于优化水稻杂交配组及光合遗传改良研究。     

82份籼粳稻骨干亲本抗稻瘟病基因的分子检测

北粳南移在江西省已推行11年,为进一步明确适合江西晚粳常规稻的稻瘟病抗性情况及粳渗籼骨干亲本的选择,本研究利用Pi37/Pi35/Pish、Pi5、Pi2、Pi9、Pia、Pi23、Pigm、Pi33/Pi42、Pi56、Pik/kg(t)/ks/kp/km/kh/43、Pikh共11个抗瘟基因的标记结合井冈山抗性谱的鉴定,对28份骨干粳稻和54份骨干籼稻进行分子标记与抗性分析。结果表明,粳稻中有1份携带其中的7个抗性基因,有5份携带6个抗性基因,有7份携带5个抗性基因,有12份携带4个抗性基因,有3份携带3个抗性基因,抗性频率最高的Pia为0.786,其次为Pikh和Pi9,频率均为0.643,Pigm和Pi37/Pish在这批粳稻材料中的抗性频率为0;籼稻中有8份携带其中的7个抗性基因,有10份携带6个抗性基因,有13份携带5个抗性基因,有17份携带4个抗性基因,有4份携带3个抗性基因,有2份携带2个抗性基因,抗性频率最高的Pi9为0.981,其次Pik/Pikh/Piks频率为0.833,Pigm、Pi37/Pish、Pikh、Pia、Pi5、Pi2、Pi23和Pi33/Pi42...     

中国粳稻地方种资源核心样品的构建方法研究

以《中国稻种资源目录》中的16 791份中国粳稻地方种为材料,根据完全随机、变种类型（丁颖分类法）下随机和系统聚类3种取样方法和4种核心样品规模（12.5%、10%、7.5%和5%）设计12个核心样品,以8个编目性状的平均数变幅、方差和变异系数加以评价。结果表明：（1）变种类型下系统聚类取样方法是构建中国粳稻地方种资源核心样品的适宜方法;（2）样品规模5%的核心样品可以有效地代表中国粳稻地方种资源的总体样品。     

小麦粒重基因等位变异的高通量分子检测及组合分析

TaCwi-A1、TaGW2-6A及TaSus2-2B基因是调控小麦粒重的基因,目前已发现TaCwi-A1基因存在TaCwi-A1a和TaCwi-A1b两种等位变异,TaGW2-6A存在启动子区Hap-6A-A和Hap-6A-G及编码区一个T碱基插入等位变异,TaSus2-2B存在SUS2-2B-H和SUS2-2B-L两种等位变异。为了探究小麦粒重基因的综合效应,为粒重基因的分子辅助聚合育种提供方法依据与优异材料,本研究利用高分辨率熔解曲线分析(high-resolution melting curve analysis,HRM)技术分别检测了上述4个位点在262份小麦微核心种质材料中的变异类型,分析了不同变异及变异组合与粒长、粒宽和千粒重的相关性,并对变异组合在我国十个麦区的分布情况进行了分析。结果表明,TaCwi-A1a单倍型品种的千粒重显著高于TaCwi-A1b(P0.05);Hap-6A-A单倍型与Hap-6A-G单倍型品种的粒长、粒宽及千粒重均无显著差异,T碱基插入等位变异(命名为TT单倍型)材料的粒宽和千粒重显著高于无T碱基插入等位变异(tt)材料(P0.05);SUS2-2B-H单倍型品种的粒长和粒宽显著(P0.05)高于SUS2-2B-L单倍型品种,千粒重极显著(P0.01)高于SUS2-2B-L单倍型品种。对变异组合的分析表明,262份材料中仅出现了8种组合类型,变异组合与粒长及千粒重呈极显著相关(P0.01),与粒宽相关不显著,其中Ⅳ型组合(TaCwi-A1a/Hap-6A-G/tt/SUS2-2B-H)为最优组合,Ⅲ型组合(TaCwi-A1a/Hap-6A-G/TT/SUS2-2B-L)为最差组合。我国十个麦区中七个麦区Ⅲ型组合分布频率最高,仅青藏麦区Ⅳ型组合分布频率较高。