Genetic Polymorphism of Wx Gene and Its Correlation with Main Grain Quality Characteristics in Rice

The allelic variation of the Wx gene in 50 non-glutinous rice varieties (lines) was analyzed by using the microsatellite marker RM190 [for (CT)n simple sequence repeat (SSR)] and cleaved amplified polymorphic sequence(CAPS) marker 484/W2R-ACCⅠ[for G/T single nucleotide polymorphism (SNP)]. Six homozygous (CT)n types, namely (CT)20, (CT)19, (CT)18, (CT)17, (CT)16, (CT)14, (CT)11 and (CT)10, and a heterozygous genotype (CT)11/(CT)18 were detected for RM190, of which (CT)11 and (CT)18 were predominant. Two homozygous Wx genotypes (G/G and T/T) and one heterozygous (G/T) were detected using 484/W2R-ACCⅠ . Most of the materials with a RM190 of (CT)11 were G/G for SNP of 484/W2R-ACC I, while T/T for SNP was predominantly appeared in materials with (CT)18. The materials tested could be grouped into 10 categories using the two markers together. Results indicated that 59.3% variance of amylose content was attributed to the polymorphism of Wx gene revealed by RM190, while 56.1% and 24.6% of the variances in amylose content and gel consistency were respectively to the polymorphism of Wx gene revealed by 484/W2R-ACC I. Furthermore, with both SSR and CAPS markers, 72.4% of the variance in amylose content could be explained. In addition, the application prospects of the two markers in breeding were also discussed.     

同源四倍体和二倍体水稻Wx基因与淀粉品质的遗传关系

用Wx 基因的(CT)n微卫星标记和切割的扩增产物多态性序列(cleaved amplified polymorphic sequence, CAPS)分子标记PCR Acc Ⅰ 对40份同源四倍体和14份二倍体水稻Wx基因型进行研究。利用484/485引物检测,Wx基因呈 Wx1、Wx2和Wx3 3种多态性;而用PCR Acc Ⅰ检测,Wx基因表现为G 型和T 型。同时,在测定稻米直链淀粉含量（AC）、胶稠度（GC）和糊化温度（GT）的基础上探讨它们与Wx基因的关系,结果表明AC、GC与Wx基因密切相关,GT与Wx基因相关不显著。综合分析表明,同源四倍体水稻中,92.0%的Wx1基因型材料为G 型,而Wx2基因型村料和800%的Wx3基因型材料为T 型。统计分析表明,Wx基因(CT)n微卫星标记检测与PCR Acc Ⅰ 分子标记检测的相关系数为0842,呈极显著正相关。     

水稻Wx复等位基因的鉴定及单片段代换系的建立

 利用微卫星标记“484/485”和“484/W2R”结合AccⅠ酶切对278份来自国内外水稻品种（系）进行了Wx座位复等位基因分析，共检测到15种等位基因，其中(CT)12-G、(CT)15-G、(CT)16-G、(CT)17-G、(CT)18-G、(CT)21-G为新发现的等位基因。以含不同Wx等位基因的20个品种（系）为供体亲本，利用回交和微卫星标记辅助选择相结合的方法，建立了72个以Wx等位基因为 (CT)11-G 的“华粳籼74”为受体的Wx复等位基因单片段代换系。这些单片段代换系共包含12种Wx等位基因，其代换片段长度最短为2.2 cM，最长为77.3 cM，平均为17.4 cM。     

利用Wx和fgr基因双功能性标记高效选育优质水稻保持系

对选取的13份籼型保持系进行直链淀粉含量和香味测定及分子标记(484/485和fgr-1F/1R)检测,筛选出宜香1B作为试验用分子育种优质供体亲本。配组Ⅱ-32B/宜香1B,F2代进行该双标记分离分析,结果表明,不仅F2单株间特异性谱带差别明显便于鉴别,且呈现出两对独立遗传基因分离模式。选取F2代484/485和fgr-1F/1R呈Ⅰ型(与宜香B相同的带型)和Ⅲ型(杂合带型)的优良单株,经F3～F6加代,并结合农艺性状(株型、播抽历期等)和稻米品质性状(粒型、垩白度、透明度等)鉴定和选择,在F6再利用484/485和fgr-1F/1R分子标记进行复测和验证,从而获得了一批株系内性状基本稳定、株型好、直链淀粉含量中等、具有香味、外观和蒸煮食用品质优良的高世代株系。经测交鉴定,发现其保持系株系比例约占75.5%。表明利用Wx和fgr基因功能性分子标记的早世代检测和辅助选择,结合常规优质保持系鉴定和选育方法,可以快速获得直链淀粉含量中等、香味、长粒型、透明、低垩白、较易糊化等综合性状较优的保持系。     

不同类型水稻品种Wx基因多态性位点的鉴定及其与直链淀粉含量的关系

利用Wx基因第1内含子第1位的G/T和第6外显子第1 132位的A/C碱基多态性,分别开发分子标记Wx-I和等位基因特异性分子标记Wx-a-F(Wx-b-F)/Wx-a-R,对76份水稻品种Wx基因多态性进行检测,并分析不同基因型与直链淀粉含量的关系。结果表明,供试品种中在Wx基因的这2个多态性位点上检测到了3种基因型(In1G-Ex6A、In1G-Ex6C和In1TEx6A),分别表现为高、中、低直链淀粉含量;籼稻中这3种基因型均存在,而供试爪哇稻和粳稻中分别只检测到In1G-Ex6C和In1T-Ex6A基因型;供试籼型杂交水稻亲本中,恢复系Wx基因以In1T为主,三系保持系均为In1G,而两系不育系同时含有这2种类型,说明两系不育系的Wx基因变异比三系不育系丰富。     

利用Wx和fgr基因双功能性标记高效选育优质水稻保持系

 对选取的13份籼型保持系进行直链淀粉含量和香味测定及分子标记（484/485和fgr 1F/1R）检测,筛选出宜香1B作为试验用分子育种优质供体亲本。配组Ⅱ 32B/宜香1B,F2代进行该双标记分离分析,结果表明,不仅F2单株间特异性谱带差别明显便于鉴别,且呈现出两对独立遗传基因分离模式。选取F2代 484/485和fgr 1F/1R呈Ⅰ型（与宜香B相同的带型）和Ⅲ型（杂合带型）的优良单株,经F3~F6加代,并结合农艺性状（株型、播抽历期等）和稻米品质性状（粒型、垩白度、透明度等）鉴定和选择,在F6再利用484/485和fgr 1F/1R分子标记进行复测和验证,从而获得了一批株系内性状基本稳定、株型好、直链淀粉含量中等、具有香味、外观和蒸煮食用品质优良的高世代株系。经测交鉴定,发现其保持系株系比例约占75.5%。表明利用Wx和fgr基因功能性分子标记的早世代检测和辅助选择,结合常规优质保持系鉴定和选育方法,可以快速获得直链淀粉含量中等、香味、长粒型、透明、低垩白、较易糊化等综合性状较优的保持系。     

中国大麦种质资源Wx蛋白分析及糯大麦分子标记验证

利用1D-SDS-PAGE分析了中国167份不同直链淀粉含量类型的大麦种质资源Waxy 蛋白类型,发现在低直糯大麦和无直糯大麦两种类型中,可能存在四种生化遗传变异类型。其中有两种与无直糯大麦有关,一种是Wx基因可以正常转录,但转录产生的Wx蛋白无活性,不能催化直链淀粉合成;另一种是Wx基因不能正常转录,既无Wx蛋白产生,也无直链淀粉合成。另外两种与低直糯大麦有关,一种是Wx基因可以正常转录,但转录产生的Wx蛋白活性有限,催化直链淀粉合成的功能降低;另一种是Wx基因不完全正常转录,产生的Wx蛋白数量有限,影响直链淀粉合成。利用4个大麦与小麦的STS标记和2个大麦与小麦的SSR标记对不同Wx蛋白类型进行糯性鉴定,结果表明,迄今利用的Wx基因的STS引物P1可能只适合用于CDC Candle遗传类型相同的糯大麦品种或基因型的鉴定。其它标记均不能用于鉴定大麦糯性胚乳表型,因此当前对于糯大麦育种及Wx分子鉴定研究而言,还有待于开发新的分子标记。     

Wx与ALK主要等位基因不同组合对稻米品质的影响

【目的】稻米蒸煮和食味品质主要受Wx和ALK两个主效基因的调控。这两个基因在栽培稻中存在多个复等位变异,本研究旨在明确Wx和ALK基因的主要等位变异及其组合对稻米品质的影响。【方法】将Wx的3个主要等位基因(Wx^a、Wx^b和wx)与ALK的2个主要等位基因(ALK^a和ALK^c)进行不同的组合,在粳稻品种日本晴(Nip)背景下创建6个含有Wx和ALK基因不同等位变异组合的近等基因系。通过测定近等基因系的稻米理化品质明确不同等位基因及其组合对稻米品质的效应。【结果】在相同的ALK基因型背景下,含Wx^a等位基因稻米的糊化温度极显著低于wx型和Wxb型的近等基因系。稻米黏滞性受Wx和ALK等位基因组合影响较大,Wx等位变异主要影响稻米的峰值黏度、峰值时间和冷胶黏度;在相同Wx背景下,ALK等位基因主要影响稻米RVA谱的起浆温度,对稻米崩解值和消减值的影响不显著。总体来看,Nip-Wx^a/ALK^a和Nip-Wx^a/ALK^c型稻米具有较高直链淀粉含量和崩解值,较低的胶稠度,因而食味值较差;Nip-wx/ALK^a和Nip-Wx^b/ALK^a型水稻具有适中的直链淀粉含量、较软的胶稠度以及较低的糊化温度,因此这两个近等基因系热饭和冷饭的食味值较好;虽然Nip-Wx^b/ALK^c的糊化温度较高,但因其适中的直链淀粉含量和较高的胶稠度,其冷饭食味值降幅较小;Nip-wx/ALK^c稻米的热饭食味值与Nip-wx/ALK^a、Nip-Wx^b/ALK^a和Nip-Wx^b/ALK^c无差异,但因其较高的糊化温度,其冷饭食味值显著下降。【结论】Wx基因变异主要影响稻米直链淀粉含量和胶稠度,对糊化温度有一定的影响;ALK基因变异主要影响糊化温度,对直链淀粉含量无显著影响,对胶稠度存在微效影响。     

168份小麦不同病害抗性材料白粉病抗性鉴定及其Lr34/Yr18/Pm38位点的分子检测

为了发掘更多的小麦白粉病抗性种质资源,对收集到的168份小麦不同病害抗性材料进行了白粉病苗期和成株期抗性鉴定,并利用STS标记csLV34以及功能标记cssfr3、cssfr4、cssfr5和Yr18E11a对其Lr34/Yr18/Pm38位点的等位变异类型进行检测。结果表明,在168份小麦种质中,共鉴定出41份白粉病苗期抗性品种(系)以及96份慢白粉病品种(系)。功能标记cssfr3和cssfr4可准确鉴定Lr34/Yr18/Pm38位点第11外显子中的等位变异,而功能标记cssfr5和Yr18E11a在检测时存在小频率的错判。在96份慢白粉病材料中,有24份材料携带Lr34/Yr18/Pm38的等位变异类型,这些材料在2个年份下的白粉病田间MDS均低于不携带Lr34/Yr18/Pm38的等位变异类型的材料。     

山东省近期育成小麦品种(系)的遗传多样性及其与产量性状的关联分析

为了解山东省近年来育成品种(系)的遗传多样性,并筛选出与产量性状相关的分子标记及其等位变异,选用58对分布于小麦21条染色体上的SSR标记,对109个山东省近年来育成的品种(系)进行遗传多样性和关联分析。SSR标记多态性分析表明,本研究共检测到176个等位位点,各标记等位位点变化范围为2~6个,平均为3.034个;SSR标记多态性信息量(PIC)变化范围为0.111~0.829,平均为0.552。聚类分析显示,同一育种单位育成的或具有共同亲本的品种往往聚为一类。关联分析表明,与产量性状显著关联(P0.01)的标记有18对。对相对稳定的等位变异作进一步分析,发掘了一批与产量性状相关的优异等位变异,如增加产量的等位变异barc187-A240和cfd11-A270,降低株高的等位变异barc21-A110、cfd53-A240和Xwmc765-A190,增加穗粒数的等位变异barc181-A190,增加总茎数的等位变异cfd27-A220和swes247-A200,提高越冬率的等位变异barc177-A110。     

Identification of Multiple Alleles at the Wx Locus and Development of Single Segment Substitution Lines for the Alleles in Rice

Amylose content (AC) is a key determinant of the cooking and processing quality of rice (Oryza sativa). It has been reported that the amylose content is mainly controlled by the Wx locus [1]. By using RFLP analysis, two alleles, largely corresponding to t…     

利用分子标记技术降低协优57的直链淀粉含量

 为克服产量高、适应性广的中籼组合协优57的直链淀粉含量较高、蒸煮食味品质较差的缺点,对其父母本较高的直链淀粉含量特性进行了改良。先前利用PCR AccⅠ分子标记辅助选择对其父本057进行改良,育成了直链淀粉含量改良型057, 简称057(TT)。本研究以ND42为优质基因的供体,利用PCR AccⅠ分子标记对协青早B\[母本协青早A的保持系,简称协青早B(GG)\]进行改良,得到直链淀粉含量改良型协青早B,简称协青早B(TT)。然后用改良前、后的各亲本分别配组,分析各组合的基因型(GG、GT、TT)和食味品质。结果表明,改良单亲的GT型组合协青早B(GG)/057(TT)、协青早B(TT)/057(GG)杂交稻米的直链淀粉含量由原组合协青早B(GG)/057(GG)的26.1%分别降到19.3%和19.2%,但均一性较差。改良双亲的TT纯合型组合协青早B(TT)/057(TT)的杂交稻米,不仅直链淀粉含量降到中等偏低水平(12.5%)、胶稠度变得更软,而且直链淀粉含量的均一性也有了很大的提高。     

Potential of Waxy gene microsatellite and single-nucleotide polymorphisms to develop japonica varieties with desired amylose levels in rice (Oryza sativa L.)

The Waxy (Wx) gene is responsible for the synthesis of amylose, a key determinant of the cooking and processing qualities of rice. Polymorphisms of CT-microsatellite and G–T single-nucleotide polymorphism (SNP) in the Wx gene and their relationship to amylose content (Ac) were explored using 178 non-waxy rice genotypes. Nine Wx microsatellite alleles, namely (CT)10 and 11, and (CT)14–20 were identified and 11 haplotypes were recognised by different combinations of CT-microsatellite and G–T SNP. Amylose content analysed in a random set of 39 genotypes was correlated with different microsatellite alleles/haplotypes. The highest Ac levels (>30%) correlated with (CT)10 and 16, high (26–30%) with (CT)11, 15 and 20, and intermediate (21–25%) with (CT)14, in all cases with G at the G–T SNP. The CT-classes (CT)17 and 18 (mean Ac value of 21%), could be subdivided into low amylose haplotypes (16–20%) for 17T and 18T and intermediate amylose haplotypes (21–25%) for 17G and 18G. The use of haplotypes proved to discriminate between intermediate and low amylose accessions within the same microsatellite class. Analyses of a segregating population of a cross between low and high Ac parents showed that CT-microsatellite may help to classify breeding lines and identify pollen contamination. We suggest that CT-microsatellite together with G–T SNP may be used as molecular marker by breeders to develop varieties with desired amylose levels.     

通过分子标记辅助选择培育优良食味水稻新品种

 为了培育食味品质优良、综合丰产性好的粳稻新品种,以高产粳稻品种武香粳14作母本,具有暗胚乳突变基因的优质粳稻品种关东194作父本配制杂交组合。利用与暗胚乳突变基因Wx mq直接相关的单核苷酸差异,设计合成了CAPS标记,该标记能区分含或不含Wx mq基因的纯合基因型和杂合基因型。利用该标记对武香粳14/关东194衍生的F5、F6株系进行辅助选择,筛选到含Wx mq基因的纯合基因型,成熟后对胚乳淀粉性质的调查结果与分子检测结果完全一致,分子标记辅助选择效果达100%。最终将关东194的暗胚乳突变基因Wx mq与高产基因聚合于一体,育成含有暗胚乳突变基因Wx mq的优良食味粳稻新品种南粳46。     

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。     

Characterization of Myanmar Paw San Hmwe Accessions Using Functional Genetic Markers

Paw San Hmwe(PSM) rice has been cultivated in many areas of Myanmar for a long time. Strong aroma,good taste and its elongation during cooking are the key characteristics of PSM rice. Thirty-one PSM accessions were genotypically characterized,and their physical grain and cooking quality traits were studied. We used specific gene markers associated with aroma,apparent amylose content(AAC) and alkali spreading value to determine the alleles carried by different PSM accessions. The results revealed that six PSM accessions(PSM10,PSM12,PSM13,PSM21,PSM22 and PSM30) had a 3-bp insertion in Os2 AP gene. Gel consistency(GC) allele was predominant among the PSM accessions for gelatinization temperature(GT),however,the phenotype observed was between low and intermediate GT because of the combination of the GC allele with the presence of low GT allele at heterozygous state from the other loci of the SSIIa gene. Intermediate to high AAC was observed among the PSM accessions corresponding to the haplotype identified for the single nucleotide polymorphism G/T and the(CT)n repeat in the Wx gene. The characterization and grouping data of PSM accessions posted benefits to Myanmar seed banks,and our results will help in maintaining the integrity of PSM rice variety.