海南省热带农业资源开发利用研究所招聘退休育种家

海南省热带农业资源开发利用研究所采用人工杂交和幼胚培养等手段成功培育出AC基因组稻。科研人员利用著名的粳稻品种日本晴(O．Sativa L．spp．japonica，var nippobare，AA genome)和籼稻品种9311(O．Sativa L．spp indica，var 9311，AA genome)与属于CC基因组的药用野生稻(O．officinalis，CC genome)和宿根野生稻(O．rhizomatis，CC genome)进行有性杂交，     

二十一世纪水稻育种新战略Ⅱ．利用远缘杂交和多倍体双重优势进行超级稻育种

本文论述了远缘杂交和多倍体化结合利用基因组间和多倍本杂种优势，开创水稻育种新途径的策略。纵观水稻育种的历史，无论是常规杂交育种，还是杂交稻育种，其研究战略都是建立在有性生殖和二倍体基础上的，归根结底，都是利用栽培稻同一基因组（A基因组）内优良基因的重组以及从野生稻向栽培稻引入少数优良基因。从作物进化趋势看，水稻是二倍体，基因组小、DNA含量低、染色体小，增加基因组数，提高倍性水平，利用异源多倍体杂种优势将是水稻育种新途径。针对同源四倍体水稻结实率低的关键问题，可采取拉大亲缘关系距离、减少多价体形成，应用广亲和、无融合生殖基因等措施，从遗传机理上提高多倍体水稻结实率。按三步实施战略：一、选用极端类型籼粳稻、爪哇稻，诱导亚种间杂种多倍体；二、诱导亚洲栽培稻和非洲栽培稻以及非洲野生稻种间杂种多倍体；三、诱导AA基因组的栽培稻与其它不同基因组野生稻（BB、CC、BBCC、CCDD、DD、EE、FF、GG、HHJJ）的种间多倍体。在实施过程中发挥一特殊基因材料的特殊作用，如广亲和基因对于克服籼粳杂种一代不育性、特别是雌败育的作用，无融合生殖缺乏减数分裂发生和受精过程对于克服染色体配对分离而导致的杂种败育的作用，以及类似于小麦中存在的抑制部分同源染色体配对的Ph基因对于防止水稻异源多倍体的基因组间部分同源性配对形成多价体、染色体桥、落后染色体等现象的作用，为选育异源多倍体水稻、无融合生殖水稻提供可靠保证。近三年的实践已经初获良好的结果，利用无融合生殖水稻品系籼粳交，亚洲稻与美洲稻杂交已获得杂种优势明显、结实率高达85％的优良多倍体株系，为实现这一育种新战略打下了良好基础。     

野生稻与亚洲栽培稻的遗传多样性

为评价野生稻与亚洲栽培稻的遗传多样性及其变异关系,56对SSR引物被用于研究广泛地理分布的55份普通野生稻(其中32份O. rufipogon和23份O. nivara)和25份亚洲栽培稻(14份indica和11份japonica)样本。298个多态性位点被检出,占总扩增等位点的98.68%。野生稻多态性位点的百分比(平均达91%)及Nei’s遗传多样性值(h)明显高于亚洲栽培稻,表明普通野生稻比亚洲栽培稻具更丰富的遗传多样性。UPGMA聚类分析显示野生稻的两个类群(O. rufipogon和O. nivara)关系密切,但在遗传上存在明显的分化,支持其作为两个独立物种的分类观点。许多普通野生稻中籼粳分化尽管不很明显,然而亚洲栽培稻的籼粳亚种分化是明显的。亚洲栽培稻与多年生普通野生稻(O. rufipogon)关系更为密切,符合异源起源的遗传分化模式。     

水稻AGPase小亚基基因的克隆测序及种质间遗传分化的研究

淀粉是构成和影响水稻产量和品质的最主要因素;ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)基因是影响淀粉合成的关键酶基因之一。本研究用编码AGPase小亚基基因(AGPsma)序列的特异引物(序列为F:5’-TACGCTATGCTCTTGAAAC-3’;R:5’-TATCTTCCCAGTAACCATCA-3’)对普通野生稻(元江)、粳稻(榆密15)、籼稻(93-11)及籼粳交品系(南34)进行PCR扩增、克隆、测序和序列对比。又用该引物对来源于13个国家的15份AA基因组和5份CCDD基因组的共20份野生稻及205份包括40份籼稻和165份粳稻的云南地方品种和改良品种(系)进行PCR检测。在以上4个不同类型水稻材料该引物上扩增出184bp和215bp的2个片段均为AGPase小亚基基因的序列。在该序列的109bp处,元江普通野生稻和榆密15为T,而93-11和南34为C;籼粳交品系南34在121~151bp区间缺失31个碱基。所有的225份供试材料可分为3类。第一类具有215bp大小的条带,包括了全部的野生稻材料和196份籼粳材料。其中籼稻数占籼稻样本总数的95%,籼稻地方品种占籼稻地方品种总数的75%;粳稻数占粳稻样本总数的83.6%,粳稻地方品种占粳稻地方品种总数的60%。第二类具有184bp的条带,包括28个籼粳材料。第三类同时具有215bp和184bp的片段,此类只有1个父母本具不同片段的滇型杂交粳稻品种。结果表明AGPsma序列在野生稻中可能尚未出现分化,但在籼稻、粳稻和地方老品种及改良品种中都出现了遗传分化。     

中国普通野生稻与栽培稻种SSR多样性的比较分析

采用48对SSR引物对288份我国普通野生稻和栽培稻的遗传多样性进行比较分析。结果显示, 共检测到505个等位基因, 每个位点的等位基因数变幅为5~20, 平均10.5个; 平均Nei基因多样性指数(He)为0.731, 变幅为0.384(RM409)~0.905(RM206)。普通野生稻遗传多样性高于栽培稻种, 栽培稻等位基因数和平均Nei基因多样性指数分别为普通野生稻的70.2%和88.2%, 其中, 栽培稻地方品种和选育品种等位基因数分别为普通野生稻的65.4%和53.0%, 选育品种等位基因数仅为地方品种的81.1%。AMOVA分析表明, 总变异的10.3%是由于种间SSR遗传差异所引起的, 不同SSR位点种间的分化程度不同, 在0.7%~46.3%之间, 有43个位点种间遗传分化达到显著水平, 其中以RM427分化最为明显, 达46.3%。聚类分析表明, 中国普通野生稻总体偏粳, 极少数广东、海南材料偏籼。     

野败型育性恢复基因在AA基因组野生稻中的分布与遗传

分析了野败型恢复基因在AA基因组野生稻的分布。结果表明：（1）在31份野生稻中，有16份含有恢复基因，分布频率达51.6%。（2）6个AA基因组野生稻种中有4个种存在恢复基因，但主要集中于O. rufipogon和O. nivara。（3）在所鉴定的16份野生稻恢复系中，对野败型花粉育性恢复力大于80%和50%～80%的各6份，小于50%的4份；强恢复     

海南三种野生稻遗传多样性的比较研究

利用39对SSR引物对海南114份普通野生稻、146份疣粒野生稻和81份药用野生稻进行扩增,从多态位点比率、平均等位基因数、香农指数等多个指标比较了3种野生稻遗传多样性的差异。结果表明,普通野生稻的遗传多样性最高,疣粒野生稻次之;在所检测的53个位点中,药用野生稻和疣粒野生稻的多态位点数分别为普通野生稻的1/7和2/7,等位基因数分别为普通野生稻的37%和39%;平均每个位点的实际杂合度,以普通野生稻杂合度最高（60%）,分别是疣粒野生稻和药用野生稻的4.6倍和6.6倍。Wright-统计量和聚类分析结果表明,普通野生稻群体的遗传多样性主要来自群间,当遗传一致度I等于0.53时,3个居群分别属于不同类群,因此建议将3个普通野生稻居群都纳入原生境保护点建设范围。同时,药用野生稻和疣粒野生稻无论居群间还是居群内遗传变异都很小,各居群个体间出现部分交叉,只有当I大于0.9时才分别聚为不同的类群,因此,在进行原生境保护时只需保护遗传多样性水平高的居群即可。     

长雄野生稻(Oryza longistaminata)全基因组Fosmid文库构建

长雄野生稻(O.longistaminata)起源于非洲,具有和亚洲栽培稻相同的AA基因组,是栽培稻改良的重要遗传资源。本研究构建了长雄野生稻全基因组fosmid文库,共获得33.6万克隆,文库的平均插入片段大小约为40kb,其中94.7%的克隆插入片段大小在30~50kb之间。挑取其中约11万克隆并保存,可覆盖10倍栽培稻基因组,对任意基因或序列的筛选概率达到了99.99%。将剩余的22万个克隆进行了末端配对测序,显示其有助于长雄野生稻全基因组测序的拼接。所构建的fosmid文库为筛选和克隆长雄野生稻的有利基因提供了研究材料。     

水稻的远缘杂交

稻属野生种是为水稻品种改良提供许多有用性状的来源。将具有AA染色体组的野生种基因转移到栽培水稻中去是较容易的,具有BB、CC、DD和EE染色体组的野生种和栽培水稻杂交是困难的,我们试图在18个药用野生稻样本和三个栽培水稻育种品系之间进行杂交。具有CC染色体组的药用野生稻,高抗褐飞虱(BPH)、白背飞虱(WBPH)和叶蝉。     

含不同地区野生稻胞质的水稻雄性不育材料线粒体SSR标记分析

胞质雄性不育(CMS)基因的发现以及三系配套技术的成功使作物杂种优势得以广泛应用,目前不育胞质类型的单一在一定程度上限制了水稻杂种优势的利用。为了发掘新的不育胞质类型,本研究利用34个线粒体SSR标记对本课题组选育的19份胞质来源于不同地区普通野生稻的水稻CMS材料进行了遗传多样性分析,并以野败型的天丰A、红莲型的粤泰A、冈型的G46A和D型的D62A作为对照材料。结果显示,针对线粒体基因组,检测到的变异数范围1~5,Simpson多样性指数(Hi)范围0.15~0.58,平均遗传多样性指数0.079;在全基因组中检测到的等位变异数范围1~4,Simpson多样性指数(Hi)范围0.16~0.70,平均遗传多样性指数0.087。两种分析结果表现出较好的一致性:A37、A39和A3这三份不育材料分别在两个聚类结果中单独聚为一类,与其它不育材料(包括4份典型的不育系对照)遗传距离都较远,遗传差异最大,因此,推测这3份材料可能为新的不育胞质类型。同时,线粒体SSR标记R34可将这23份不育材料明显区分开来,对扩增片段测序对比发现R34扩增的片段与不育基因orf224有很高的同源性,因此,R34标记可作为鉴别胞质类型的分子标记。     

中国不同地理来源籼稻地方品种的亲缘关系研究

利用61对SSR引物对原产于中国14个省的440份籼稻地方品种进行了SSR分析,并对各省、经度和纬度间的籼稻地方品种进行了遗传距离和聚类分析。结果表明,籼稻地方品种遗传距离变异范围在各省份间为0.0707~0.4076;经度间为0.0680~0.3032;纬度间为0.0385~0.2696。相邻的省份、经度、纬度的籼稻地方品种基本归为同一类群,遗传距离和亲缘关系较近,而地理位置相隔较远的省份、经度、纬度的籼稻地方品种基本归为不同类群,遗传距离和亲缘关系较远,说明籼稻地方品种的亲缘关系与地理位置有着密切的相关性。但按经度和纬度划分较按省份划分的品种间遗传距离更具有规律性。     

不同地理来源旱稻种质资源的遗传多样性分析

用38对SSR引物对144份不同地理来源的旱稻种质资源进行遗传多样性分析。结果表明,共检测到137个等位变异,平均每对引物检测到3.6个,等位变异范围2~9。Nei基因多样性指数（He）在0.440（RM162）~0.854（RM335）之间,平均0.598。旱稻种质资源亚种间SSR多样性差异明显,籼稻的等位基因数目和Nei基因多样性指数（Na = 3.5,He = 0.558）明显高于粳稻（Na = 3.2,He = 0.415）。Nei基因多样性指数以亚洲最高,非洲最低,亚洲其他（He = 0.594）>中国（He = 0.593）>南美（He = 0.545）>非洲（He = 0.512）。AMOVA分析表明,旱稻种质资源的遗传变异主要来自亚种内（占总变异的76.3％）,亚种间遗传分化极显著。系统聚类能较好地区分籼粳亚种,但不能区分地理组。旱稻种质资源丰富的遗传多样性为水稻节水抗旱品种的选育提供了条件。     

New interspecific rice genome constructions obtained by symmetric cell fusion

Newly released rice varieties are mostly progenies of common commercial cultivars and so most gene sources for rice breeding have closely related genotypes. Protoplast fusion technique is a method that can produce hybrid plants in one‐step within a desired cultivar. To introduce new genetic diversity into rice‐breeding materials, hybrids between Oryza sativa L. (AA) and Oryza punctata Kotschy ex Steud. (BBCC) were generated by symmetric protoplast fusion. The genomic distribution in interspecific somatic hybrids was investigated by multi‐colour genomic in situ hybridization. Differences in chromosome numbers were observed not only between different somatic hybrid plants but also within individual hybrid plants. Chromosomal reduction of the A genome was found in two somatic hybrids. These results suggest that it is possible to reconstruct new interspecific rice genomes. Chromosomal reduction in interspecific somatic hybrids may be used to generate breeding lines with novel chromosomal constitutions.     

Molecular diversity and genome-wide linkage disequilibrium patterns in a worldwide collection of <Emphasis Type="Italic">Oryza sativa</Emphasis> and its wild relatives

Genetic diversity analysis within a species is vital for understanding evolutionary processes at the population and genomic levels. We report a detailed study of molecular diversity, polymorphism and linkage disequilibrium in three groups of rice (Oryza) germplasm accessions based on 176 SSR markers. The first group included 65 rice (O. sativa L.) accessions introduced from seven countries, including five regions of China. The second group included 58 US rice varieties released in the past 25 years. The third group consisted of 54 accessions of rice wild relatives represented by ten different species. The number of alleles per SSR marker ranged from 4 to 32 with a mean of 16 alleles and the polymorphism information content values ranged from 0.43 to 0.91 with a mean of 0.70. The variation in SSR alleles was a significant contribution to the genetic discrimination of the 177 accessions within the three Oryza groups. Analysis of molecular variance identified deviation from Hardy–Weinberg equilibrium. Principal coordinates analysis clearly separated the accessions into their respective three groups. Neighbor-joining phylogenetic cluster reflects the ordination of each accession. Linkage disequilibrium (D′) averaged 0.75 in wild Oryza spp., and about 0.5 in both US and international O. sativa accessions. Our results showed that LD among adjacent loci in both O. sativa and Oryza spp. accessions is strong enough to be detecting marker-trait association via genome-wide scans.     

中国普通野生稻遗传多样性研究进展

普通野生稻是亚洲栽培稻的祖先,中国作为亚洲栽培稻的起源地之一,蕴藏着丰富的普通野生稻资源。为了揭示中国普通野生稻的遗传多样性分布状况,探索普通野生稻的遗传变异规律、居群遗传结构以及演化途径等,为亚洲栽培稻的起源进化研究、品种改良和普通野生稻保护提供科学依据,国内外学者对中国普通野生稻开展了大量的遗传多样性研究,获得了丰富的研究结果。本文分别从遗传多样性研究方法、普通野生稻与亚洲栽培稻遗传多样性的比较、普通野生稻遗传多样性与地理分布和生态环境的关系、保护措施和栽培稻基因渗入对遗传多样性的影响等几个方面的研究结果进行了综述,总结了中国普通野生稻遗传多样性的主要特征,提出了未来我国普通野生稻遗传多样性的研究方向。     

贵港最大面积原生地新收集普通野生稻分子鉴定评价

为了对来自贵港市最大面积原生地新收集普通野生稻资源进行遗传多样性分析,并在此基础上 进一步对居群内的个体进行区分。选择分布于水稻染色体组的25 对微卫星(SSR)引物对来自贵港的 349 份材料进行多样分析和遗传结构研究。结果表明,所有个体平均等位基因数A=6,有效等位基因数 Ae=2.23,期望杂合度He=0.44,实际杂合度Ho=0.40,香农指数I=0.88。该居群可分为4 个亚群结构,并 且90%以上个体可以得到区分。该群体遗传多样性丰富,SSR分子标记可以简单有效的区分群体内的 大部分个体,提高了保护效率。