Dissection of Genetic Mechanism of Abnormal Heading in Hybrid Rice

Abnormal heading in hybrid rice production has caused great economic loss in recent years,but the genetic basis of this phenomenon remains elusive.In this study,we developed four testcross populations using 38 introgression lines(ILs)from Shuhui 527(SH527)/Fuhui 838(FH838)//SH527population as male parents and four male sterile lines(MSLs;namely II-32A,Xieqingzao A,Gang 46A and Jin 23A)as female parents.Progeny testing allowed us to identify 55 abnormal heading combinations in Hefei,but had late heading date in Hangzhou and Guangzhou of China.By one-and two-way analysis of variance,a total of 21 QTLs and 31 pairs of epistatic QTLs associated with photosensitivity were identified in the four populations,respectively.Genotypic analysis showed that the IL parent of most abnormal heading combinations showed some introgressions at markers RM331 and RM3395 on chromosome 8(strongly associated with the known genes OsHAP3H/DTH8/Ghd8/LHD1)of donor FH838alleles,and these two markers were also identified as affecting photosensitivity.The observation that the recipient parent(SH527),donor parent(FH838),their testcross combinations with four MSLs,and the IL parents of abnormal heading combinations had normal heading date in Hefei suggested that OsHAP3H/DTH8/Ghd8/LHD1 showed no independent regulation on abnormal heading in the abnormal heading combinations.It is noteworthy that complex epistasis among RM331 or RM3395 with other loci,including dominant×additive,additive×dominant,and dominant×dominant epistases,were identified only in the four testcross populations of the current study,but not in the SH527/FH838//SH527 population,suggesting the cause of abnormal heading in abnormal heading combinations in Hefei and delayed heading in Hangzhou and Guangzhou.     

水稻迟抽穗突变体dth9的遗传分析与基因定位

在EMS诱变的93-11突变体库中筛选到一个稳定遗传的迟抽穗突变体dth9(days to heading 9)。该突变体的抽穗期比野生型延长了50d左右,其他农艺性状基本无异。遗传分析表明迟抽穗性状受一个隐性核基因控制。以突变体dth9与日本晴和武运粳7号杂交构建的F2分离群体作为定位群体,利用SSR标记和新开发的8个InDel标记,将DTH9定位在第9染色体着丝粒附近D9-9和D9-17之间240kb的区间内,该区域尚未发现与抽穗期有关的基因。此外,实时荧光定量PCR结果表明,在突变体dth9中与抽穗期相关基因的表达量显著降低。     

水稻抽穗期主效QTL qHd8.1的精细定位

 从广陆矮4号/日本晴染色体片段代换系群体中筛选到1个株系C23011。该株系除第8染色体短臂上的一个片段来自广陆矮4号外,背景均与日本晴相同。该株系在自然长日照条件下比轮回亲本日本晴提早抽穗约14.1 d,但在短日照条件下,两者抽穗期无显著差异。利用BC4F2世代中筛选到的一个目标区段杂合但背景基本纯合的单株自交一代后得到的BC4F3分离群体进行遗传分析。在该群体中单株抽穗期呈不连续的双峰分布,迟抽穗和早抽穗单株比例符合3∶1的分离比,表明抽穗期受1 个主效QTL qHd8.1控制。利用BC4F3群体中共1628株早抽穗的单株将qHd8.1精细定位在BAC克隆AP005164上标记S8111和S849之间,物理距离约为59.94 kb,该区间共有7个预测基因。     

Mapping of Hd-6-2 for Heading Date Using Two Secondary Segregation Populations in Rice

Heading date is one of the most important traits for rice adaption to different cultivation areas and crop seasons. In this study, two single segment substitution lines(SSSLs), W31-41-61-3-11-3-6-7(W31-SSSL) and W32-59-80-2-11-1-10(W32-SSSL) with substituted intervals derived from the donor parents IR66897 B(W31) and IR66167-27-5-1-6(W32), respectively, with Huajingxian 74(HTX74) were found to comprise a gene for extremely late-heading date, and the gene was tentatively designated as Hd-6-2. Two secondary F2 segregating populations were developed by crossing the two heterozygous SSSLs with HJX74 to map Hd-6-2 gene. According to phenotype analysis of the two mapping populations, the late heading date trait was controlled by a major recessive gene. In the segregation population derived from W31-SSSL, Hd-6-2 was mapped on chromosome 6 between PSM677 and RM204 with the genetic distances of 1.3 and 2.7 c M, respectively. In the population of W32-SSSL, the gene for heading date was mapped to the similar region as Hd-6-2 and co-segregated with PSM672. The sequence alignment of Hd3 a in the coding domains and promoter regions of HJX74 and W31-SSSL are completely consistent, whereas there was a great difference between W32-SSSL and HJX74, suggesting that Hd3 a could hardly be the main cause of the heading date variation in W31-SSSL, but it was probably the main reason for the change of heading stage in W32-SSSL.     

我国部分早籼品种及杂交早籼骨干亲本抽穗期遗传分析

设置长、短日照和高、低温4种环境,分析了我国长江中下游和华南地区早籼水稻品种和杂交早籼骨干亲本共19份材料的抽穗期光温敏感性及基本营养生长性。结果表明,这19份早籼材料(包括杂交稻亲本)都表现出弱感光性,其中16份材料对温度比较敏感。这些早籼材料的基本营养生长性整体较弱,但是个体间表现出一定的差异。抽穗期长短与每个材料的基本营养生长性呈显著线性相关。利用一套抽穗期主基因近等基因系对这些早籼材料抽穗期基因型进行了分析。结果表明,所有早籼材料均带有隐性非感光位点hd2,大多数早籼材料都带有显性早熟基因Ef-1,而在Se-1和E1两个主效感光基因位点,所有早籼材料不带或只带有一个感光等位基因。这些结果从基因型角度揭示了早籼材料具有弱感光性和较强感温性,是其适合在我国华南双季稻作区和华中单双季稻作区作早稻种植的原因,为早籼水稻品种的选育及推广提供了重要依据。     

超级杂交稻协优9308重组自交系主茎叶片数的动态QTL分析

 利用超级杂交稻协优9308（协青早B×中恢9308）衍生的重组自交系群体,采用条件复合区间作图法对主茎叶片数进行了动态QTL分析。在各时期检测到5个非条件QTL和2个条件QTL。非条件QTL qLN2.1、qLN2.2、qLN2.3和qLN2.4在第2染色体上成簇分布,单个非条件QTL可解释的表型变异介于11.68%～16.48%。2个条件QTL qLN2.2和qLN2.4表达时段与拔节盛期和抽穗盛期一致。最终只检测到1个叶片数非条件QTL,没有一个叶片数条件QTL能在测定的所有时期都有效应。表明控制水稻叶片数的QTL表达具有时空性。     

水稻抽穗期遗传与分子调控机理研究进展

 抽穗期是与水稻产量相关的重要农艺性状之一。介绍了水稻抽穗期的遗传方式和生长发育特性;总结了618个定位的抽穗期QTL和以Hd1、Hd3a、Ghd7、Ehd1等为代表的控制水稻抽穗期的重要功能基因,并初步形成了水稻抽穗期的调控网络。还进一步讨论了水稻抽穗期研究中所面临的问题以及其在生产实践中的应用前景。     

水稻抽穗期基因OsDof6功能的初步研究

【目的】以前期通过穗发育芯片筛选到一个水稻Dof家族转录因子OsDof6为研究对象,进一步探究OsDof6的表达模式与生物学功能。【方法】对OsDof6的基因、蛋白及启动子序列进行生物信息学分析,利用CRISPR/Cas9技术对该基因进行定点编辑,通过实时定量PCR和亚细胞定位技术分析该基因的表达模式。【结果】对该基因的启动子序列分析表明,该基因启动子中存在大量与光响应、激素响应及胁迫响应相关的顺式调控元件。利用CRISPR/Cas9技术获得了2种不同突变类型的功能缺失突变体9522^Dof6-3和9522^Dof6-4。对突变体T₁株系进行表型观察发现,相较于对照,两种突变体在营养生长阶段分蘖数明显降低,转入生殖生长阶段后,两种突变体的抽穗时间推迟约3 d。实时定量PCR结果显示OsDof6在水稻根、茎、叶和穗中均有不同程度的表达,在穗发育后期相对表达量明显提高;通过亚细胞定位分析发现OsDof6定位于细胞核。【结论】初步判断OsDof6基因会影响水稻分蘖数与抽穗期。     

一个水稻类树稻突变体(leafy head 3)基因的精细定位

 从常规粳稻常优94后代中筛选到一份自然突变的抽穗期延迟的类树稻突变体lhd3（leafy head 3）。在短日照条件下,与野生型比较,lhd3突变体在生长后期,上部节间会继续长出叶片（一般为3片）和高位分蘖,类似于树的侧枝生长,抽穗期延迟,但基部分蘖数不受影响。经典遗传分析表明,lhd3与籼稻南京6号的F2群体中,正常植株与类树稻植株的分离比符合3∶1,说明此性状受单隐性基因控制。利用该群体进行图位克隆,将LHD3基因定位在水稻第1染色体短臂的两个新发展的STS标记wpla3和wpla25之间。再利用5个新发展的STS和CAPS标记,最终将该基因精细定位在WX6和CAPS1两个标记之间,物理距离约为60 kb。通过水稻基因组注释系统共预测到10个开放阅读框（ORF）。对该基因的进一步克隆将有助于阐明水稻生育期和叶原基发育调控机理。     

水稻不同节位和数量分蘖对抽穗期的影响

以汕优63为材料,研究了在盆钵栽培条件下人工去蘖形成不同节位、不同数量分蘖的处理对抽穗期的影响.结果表明,随着保留的分蘖数量减少,抽穗期逐渐延迟;分蘖早发(低节位分蘖多、高节位空位)的处理比分蘖迟发(低节位空位、高节位分蘖多)的处理抽穗期明显提早;分蘖迟发能促进高节位分蘖的发生,而分蘖早发则相反.因此,水稻分蘖不仅具有数量调节作用,还有空间及时间调节作用.     

水稻不同生育阶段营养条件与抽穗期的关系

通过2 a多点试验,研究了秧苗生长状态、本田营养条件(密度、肥料)及不同生育阶段营养条件变化对水稻抽穗期的影响.结果表明,移栽密度较大,或施肥较足,或秧苗生长状态较好,均能提早抽穗,其效应大小取决于营养环境的变化程度,秧苗期比本田期的效应更大.不同生育阶段营养条件的变化对抽穗期的影响不同,叶龄指数45%左右是水稻生长发育的一个转折期,在此之前抽穗期对营养条件的反应更敏感,且促进生长与促进发育一致,此后则对营养的敏感性降低,且促进生长不一定能促进发育,有时反而推迟发育.认为将感营养性(受营养生态影响而改变发育速度的特性)与感温性、感光性、基本营养生长期并列("三性一期")描述水稻的生育特性更为合理,制种中更应重视亲本的感营养性.     

水稻抽穗期途径基因的磷酸化、泛素化研究进展

水稻是一种广泛种植的兼性短日照植物.水稻抽穗期是直接影响产量和品种地域适应性的重要农艺性状.因此,研究该性状的影响因素并使植株在适宜的时间抽穗具有重要意义.水稻抽穗期作为一个复杂的数量性状,受内在基因网络和外界光温等条件的共同调控.目前,已经鉴定和克隆出多个控制抽穗期的关键基因,发现磷酸化和泛素化修饰在抽穗期分子机制中...     

Genetic Analysis of Heading Date of Japonica Rice Cultivars in Southwest China

Heading date of 26 native japonica rice cultivars in southwest China was investigated,and their basic vegetative growth(BVG),photoperiod-sensitivity(PS) and temperature-sensitivity(TS) were analyzed under artificial short-day and natural long-day conditions in Nanjing,as well as artificial high-temperature and natural low-temperature conditions in winter in Hainan.The results showed that the PS and TS varied among different cultivars.The BVG of all the japonica cultivars was well situated,but differed withi...     

水稻抽穗期QTL及其与产量性状遗传控制的关系

 产量和抽穗期是评价水稻品种应用价值的基本性状。水稻QTL分析已经历了从初定位到基因克隆的发展过程,并以抽穗期和产量性状最受重视。总结了亚洲栽培稻抽穗期QTL的基因组分布,分析了这些QTL与产量性状遗传控制的关系,为进一步筛选和鉴定具有较高育种应用潜力的水稻抽穗期QTL和产量性状QTL提供参考。     

Quantitative Trait Loci for Heading Date and Their Relationship with Genetic Control of Yield Traits in Rice (Oryza sativa)

Grain yield and heading date are key factors determining the commercial potential of a rice variety. Mapping of quantitative trait loci (QTLs) in rice has been advanced from primary mapping to gene cloning, and heading date and yield traits have always attracted the greatest attention. In this review, genomic distribution of QTLs for heading date detected in populations derived from intra-specific crosses of Asian cultivated rice (Oryza sativa) was summarized, and their relationship with the genetic control of yield traits was analyzed. The information could be useful in the identification of QTLs for heading date and yield traits that are promising for the improvement of rice varieties.     

利用出叶间隔预测杂交水稻制种花期

用出叶间隔的变化来预测杂交水稻制种花期，其方法是通过３天１次的叶龄记载，换算成出叶间隔，绘出出叶间隔变化曲线，从曲线中直观地确定父母本出现出叶转换点的时间；根据父母本出现出叶转换点的时间差来判断花期的相遇程度。一般父本的出叶转换点比母本早５～６天出现，父母本花期相遇良好，若父母本出现出叶转换点的时间差少于或超过５～６天，母本的始穗时间就早于或迟于父本的始穗时间，必须及时采取措施进行适当调控。另外，应注意不同父母本花期相遇还存有不同的出叶转换点的时间差的要求。     

基于重测序的染色体片段代换系定位水稻抽穗期QTL

【目的】水稻的抽穗期是决定水稻产量及其适用性的重要农艺性状之一,是由多基因控制的数量性状。染色体片段代换系减少了个体间遗传背景的干扰,已经成为定位和克隆复杂性状QTL的重要材料。【方法】本研究以9311为受体,日本晴为供体构建的128个重测序的染色体片段代换系群体为试验材料,利用多元回归,结合Bin-map图谱,【结果】鉴定到6个在南京、扬州不同年份间稳定表达的抽穗期QTL,其中,qHD2.1被定位在第2染色体上的759 848 bp区间内;qHD2.2被定位在第2染色体上的45 286 bp区间内;qHD 3.1被定位在第3染色体上的147 931 bp区间内;qHD5.1被定位在第5染色体上的213 351 bp区间内;qHD5.2被定位在第5染色体上的442 305 bp区间内;qHD8.1被定位在第8染色体上的538 176 bp区间内。【结论】本研究为精细定位并克隆相应QTL,进而探明抽穗期QTL的分子调控机制奠定了基础。     

我国西南地区粳稻品种抽穗期的遗传分析

 设置长日高温、长日低温、短日高温和短日低温4组环境,对我国西南地区26份主栽粳稻品种的感光性、感温性及基本营养生长性进行了分析。西南地区各粳稻品种表现出不同程度的感光性和感温性,基本营养生长性整体表现适中,品种间也存在着一定的差异。回归分析发现,抽穗期长短与品种的感光性呈显著相关,感光性是影响西南地区粳稻品种抽穗期长短的主要因素。以一套抽穗期主基因近等基因系以及2个QTL近等基因系为测验品种分析26份粳稻品种的抽穗期基因型。结果表明,西南地区粳稻品种携带有显性早熟等位基因Ef 1或Ef 1t,多数品种在E1位点都携带主效显性感光等位基因E1或感光性比E1稍差的E1t;在Se 1位点,大部分品种携带非感光等位基因Se 1e; 另外,有22个品种还携带可部分抑制Se 1、E1表达的隐性感光抑制因子hd2。进一步明确了我国西南地区粳稻品种的抽穗期基因型,揭示了该地区粳稻品种具有不同程度感光性、感温性和适中基本营养生长性的遗传基础,为该地区粳稻品种的选育和推广提供了依据。     

不同温光条件下水稻抽穗期QTL的定位与分析

以广陆矮4号为受体,日本晴为供体的85个染色体单片段代换系群体为试验材料,通过单因素方差分析和Dunnett多重比较,测验单片段代换系与广陆矮4号之间抽穗期的差异,对代换片段上抽穗期相关的QTL进行了定位。以P≤0.001为阈值,在南京和海南不同温光条件下共定位到40个抽穗期相关的QTL。其中,21个QTL在2个环境中均被检测到;15个QTL只在南京环境中被检测到;4个QTL只在海南环境中被检测到。南京环境中定位到的36个抽穗期相关QTL,其加性效应值变化范围为2.8d~15.7d,加性效应百分率变化范围为3.8%~21.1%;海南环境中定位到的25个抽穗期相关QTL,加性效应值变化范围为1.8d~12.1d,加性效应百分率变化范围为1.7%~11.3%。这些QTL的定位,为进一步精细定位并克隆相应主效QTL和优异品种特定环境下的生育期改良奠定了基础。