水稻叶色白化转绿及多分蘖矮秆基因hw-1(t)的图位克隆

通过增加作图群体的样本量, 将控制水稻白化转绿和多分蘖矮秆的基因hw-1(t)定位在第4染色体长臂2个InDel标记HW36和HW7之间24.9 kb的物理距离内, 该区域含有5个阅读框架。测序及酶切分析表明, 突变体hfa-1仅在LOC_Os04g57320产生一个碱基(G→A)的突变, 导致翻译提取终止, 推断LOC_Os04g57320为hw-1(t)。进一步分析发现hw-1(t)在水稻基因组中为单拷贝, 与拟南芥im和番茄PTOX基因同源性较高, 但在转录子和蛋白质结构上存在一定差异;基因表达分析显示HW-1(t)属组成型表达基因, 表达不受光照影响。     

水稻多蘖矮杆突变体htd7(t)的遗传分析与基因定位

分蘖是水稻最重要的农艺性状之一,其决定水稻的最终产量。多蘖矮杆突变体htd7(t)是粳稻品种‘日本晴’经350 Gy 的60Co-γ射线辐射处理后产生的突变体。为了克隆HTD7(t)基因,将htd7(t)与‘9311’配制正反杂交组合进行遗传分析发现,htd7(t)多蘖矮杆性状是受1 对隐性核基因控制。利用SSR分子标记将HTD7(t)初步定位在第11 染色体分子标记RM21 与RM254 之间,遗传距离分别为5.6 cM和3.2 cM。利用已经公布的水稻基因组数据,在该基因附近新发展了13 对InDel 标记,对HTD7(t)进行精细定位。根据定位结果构建覆盖HTD7(t)基因的BAC 重叠群,最终将HTD7(t)定位在InDel11-3 和InDel11-5之间的64.8 kb的物理距离内。     

Hd1、Ghd7、Ghd7.1对稻花香抽穗期的改良

旨在对‘稻花香’进行抽穗期改良，使其获得更广泛的生态适应性。以‘空育131’作为调控抽穗期的Hd1、Ghd7、Ghd7.1基因的早熟型等位基因供体，与‘稻花香’杂交建立遗传群体，运用分子标记辅助选择与传统育种相结合的方法，测得了群体抽穗期的数据。结果表明在群体后代中得到了7种基因型，即Hd1、Ghd7、Ghd7.1、Hd1+Ghd7、Hd1+Ghd7.1、Ghd7+Ghd7.1、Hd1+Ghd7+Ghd7.1。在‘空育131’和‘稻花香’群体中，水稻抽穗时间在97～109 d之间。水稻抽穗时间主要集中在97、101、109 d。对植株抽穗期的调查结果表明，改良后的植株抽穗期明显提前，为进一步改良‘稻花香’奠定了基础。     

结合QTL-seq和连锁分析发掘水稻中胚轴伸长相关QTL

中胚轴长度(mesocotyl length, ML)是影响旱直播水稻出苗和早期幼苗活力的重要性状。发掘中胚轴伸长相关位点,解析其遗传机制,选育长中胚轴品种是促进旱直播技术推广最为经济和有效的方式。本研究以长中胚轴品种‘Changai’和短中胚轴品种‘IR 145’为亲本构建的F_2遗传分离群体为材料,构建长池和短池并开展深度重测序(50×)。利用Δ(SNP-index)和G-value两种方法在3号染色体29.56～33.28 Mb处鉴定到1个中胚轴伸长相关位点qML3。在候选区域开发KASP标记,对184个F_2株系开展连锁分析,将候选区间缩小到28.89～31.03Mb。结合基因注释、连锁分析和基因表达分析结果,推测LOC_Os03g52450、LOC_Os03g56060、LOC_Os03g58290、LOC_Os03g58300、LOC_Os03g58320、LOC_Os03g56050和LOC_Os03g57640为候选基因。这些基因分别与植物激素的调控和细胞分裂相关机制有关。本研究发掘了一个水稻中胚轴伸长相关位点,对选育长中胚轴品种有一定帮助。     

一个水稻抽穗期主基因Hd(t)的遗传分析及分子定位

从缙恢10/R21的杂种后代中发现了一个抽穗期稳定遗传的迟熟恢复系N91(110~114 d),以早熟不育系金23A(89~94 d)作为杂交和回交亲本,获得的F₂和BC₁F₁群体抽穗期均表现双峰分布,χ²检测表明其抽穗期受一对主基因控制,暂命名为Hd(t)。在400多对SSR引物中筛选出5对在早熟基因池和迟熟基因池中表现差异的引物,进行单株验证,用回交群体进行基因定位,发现位于第7染色体长臂末端的SSR标记RM1364和RM3555与Hd(t)连锁,遗传距离分别为32.7 cM和22.5 cM。在目标区域进一步合成8对SSR引物,将Hd(t)基因定位在RM22143与第７染色体末端之间,与RM22143相距12.9 cM。该结果为Hd(t)基因的精细定位、分子标记辅助育种和基因克隆奠定了基础。     

利用CRISPR-Cas9技术制备水稻LOC＿Os01g07170突变体

在真核生物中,HORMA结构域具高度保守性,含HORMA结构的蛋白在细胞减数分裂中具有重要作用。LOC_Os01g07170蛋白具有HORMA结构域,系统进化树分析表明该蛋白与拟南芥ASY1相似度较高,且该基因在生殖器官大量表达,推测LOC_Os01g07170基因可能参与细胞的减数分裂。本研究利用CRISPR-Cas9技术对LOC_Os01g07170基因进行敲除,在该基因上设计了两个靶位点,构建LOC_Os01g07170基因敲除载体,采用农杆菌介导的方法转化水稻粳稻品种9522,获得T0代转基因苗。结果显示突变靶点1处共获得7棵转基因苗,鉴定得到3株纯合突变体,突变类型为在第3个外显子的第1 137号碱基缺失1个C碱基;突变靶点2处共获得11株转基因苗,有4株纯合突变体,突变类型为在第4个外显子的第1 501号碱基处插入1个C碱基。分析氨基酸序列,发现这2种突变株系都存在移码突变而使氨基酸翻译提前终止。本研究成功利用CRISPR-Cas9基因编辑技术获得了水稻LOC_Os01g07170基因的两个突变类型的株系,为进一步研究LOC_Os01g07170基因功能提供了遗传材料。     

水稻长芒基因LA1(Long Awn 1)的遗传分析与基因定位

为研究水稻芒的遗传调控机制,本研究在‘日本晴’/‘93-11’染色体片段代换系群体中筛选出一个长芒材料‘CSSL14’,研究了其主要农艺性状和长芒的遗传方式,并对长芒基因LA1进行了基因定位。结果表明‘CSSL14’的芒长、芒着生率、分蘖数和单株产量与‘93-11’存在极显著(p<0.01)或显著(p<0.05)差异,分别为‘93-11’的2.98倍、2.82倍、0.68倍和0.76倍。遗传分析表明‘CSSL14’的长芒表型受一对半显性基因LA1控制。通过图位克隆的方法,将LA1定位在第4染色体长臂标记M3和M4之间12.14 kb的范围内,该定位区间内只有1个预测的候选基因Os04g0518800,与已知的野生稻长芒基因An-2/LABA1等位。本研究结果为进一步研究LA1的功能提供了参考。     

水稻内稃扭曲突变体palea distortion 1(pd1)的鉴定与基因定位

在对籼稻缙恢10进行EMS(ethyl methane sulfonate)处理后的群体中,发现一个花器官突变体,主要表现为内稃扭曲并呈现外稃化特征,浆片数目增加且呈现稃状特征,雄蕊数目减少至1～4个,部分雄蕊的花丝呈现浆片化特征,暂将其命名为水稻颖壳扭曲突变体palea distortion 1(pd1)。遗传分析表明该突变性状受一个隐形单基因控制。利用群体分离分析法(bulked segregation analysis,BSA),将PD1基因定位在第2染色体的RM13693和RM13936之间,遗传距离分别为3.25cM和3.90cM。该研究结果为PD1基因的图位克隆奠定了基础。     

水稻雄性不育突变体012S-3的遗传分析和基因定位

雄性不育是水稻杂种优势利用的重要资源,对雄性不育现象的研究具有重要理论意义和实践价值。本研究以自然突变的水稻雄性不育突变体012S-3为试验材料,对其表型特征和花粉育性等进行调查,并构建遗传群体,利用分子标记对目的基因进行初步定位,然后应用基因组重测序技术对其进行精细定位。结果表明,012S-3是一个典型的无花粉普通型雄性不育材料,其不育性状受1对隐性核基因控制。初步定位分析目的基因与SSR标记RM6081存在连锁关系,其遗传距离约为34.4 c M;进一步的精细定位分析,找到3个候选基因:LOC_Os07g35880、LOC_Os07g35920和LOC_Os07g35940,其中LOC_Os07g35880和LOC_Os07g35940编码β-淀粉酶,属于水稻中新发现的花粉致死基因。该不育基因的成功定位为其进一步的分离克隆及其在水稻分子设计育种中的应用奠定了基础。     

一个水稻抽穗期主基因Hd(t)的遗传分析及分子定位

从缙恢10/R21的杂种后代中发现了一个抽穗期稳定遗传的迟熟恢复系N91(110~114 d)，以早熟不育系金23A(89~94 d)作为杂交和回交亲本，获得的F₂和BC₁F₁群体抽穗期均表现双峰分布，χ²检测表明其抽穗期受一对主基因控制，暂命名为Hd(t)。在400多对SSR引物中筛选出5对在早熟基因池和迟熟基因池中表现差异的引物，进行单株验证，用回交群体进行基因定位，发现位于第7染色体长臂末端的SSR标记RM1364和RM3555与Hd(t)连锁，遗传距离分别为32.7 cM和22.5 cM。在目标区域进一步合成8对SSR引物，将Hd(t)基因定位在RM22143与第７染色体末端之间，与RM22143相距12.9 cM。该结果为Hd(t)基因的精细定位、分子标记辅助育种和基因克隆奠定了基础。     

水稻黄绿叶突变体ygl209的遗传分析与目标基因精细定位

水稻叶色突变体是研究高等植物光合作用、叶绿体发育和叶绿素代谢的重要材料。从水稻转基因育种材料中国91与镇稻88的BC4F3后代中分离到稳定遗传的粳型黄绿叶突变体ygl209,与野生型亲本镇稻88相比,突变体ygl209在苗期、分蘖期及抽穗期叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均显著降低,其中叶绿素b降幅最大;其他农艺性状中抽穗期、株高、有效穗数、主茎穗总粒数、结实率和千粒重无显著变化。遗传分析表明,ygl209的黄绿叶突变性状由1对核隐性基因控制。应用(ygl209/9311)F2、F3分离群体,将ygl209的叶色突变基因定位于第1染色体着丝粒附近571.6 kb的染色体区段内。对区段内与叶绿体发育有关的基因LOC_Os01g31110序列测定,ygl209突变体中LOC_Os01g31110基因的编码区1390位(位于第5外显子)上碱基由C转换成G,使编码蛋白序列由丙氨酸(Ala)变成了甘氨酸(Gly),推测LOC_Os01g31110即为ygl209的候选基因。     

基于高密度Bin图谱的水稻抽穗期QTL定位

以粳稻品种02428和籼稻品种玉针香进行杂交, 按单粒传法连续自交10代, 得到包含192个株系的重组自交系(RIL)作图群体。通过对两亲本重测序及RIL群体简化基因组测序, 构建了包含2711个Bin标记的高密度遗传图谱。该图谱各染色体标记数在162~311个之间, 标记间平均物理距离为137.68 kb。将亲本及192个株系分别于4个环境下采用随机区组种植, 并记录抽穗期。使用WinQTL Cartographer 2.5软件的CIM分析方法, 进行抽穗期相关QTL检测及定位。在4个环境下定位到影响抽穗期的QTL共14个, 分布于第1、第2、第3、第7、第8、第9和第10染色体。其中, qHD2.2和qHD10.2能在3个环境中被重复检测到, 表型贡献率分别为5.14%~11.15%和5.35%~16.97%, 分别能缩短抽穗期1.66 d和1.56 d, 具有聚合育种的应用价值。通过物理位置比对, 14个QTL中有11个与前人定位在相同或邻近区域, qHD1.1、qHD2.2和qHD9.1尚未见报道。经对qHD2.2详细分析, 在其染色体区间内找到3个与抽穗期相关的注释基因LOC_Os02g46450、LOC_Os02g46710和LOC_Os02g46940, 其中LOC_Os02g46450已被克隆。测序分析发现, 这3个基因在两亲本间都存在差异, 可作为候选基因。     

Construction and evaluation of introgression lines and fine mapping of ehd8 from Jinghong common wild rice (Oryza rufipogon)

Heading date is one of the most important traits in rice and regulated by multiple genes. Common wild rice is the ancestor of Asian cultivated rice and harbours abundant genetic diversity. To use wild rice resource in rice breeding, a set of 154 introgression lines (ILs) covering 93% of the genome of Jinghong common wild rice was constructed in the background 'Teqing', using 208 simple sequence repeat markers evenly distributed on 12 chromosomes. Among the ILs, the line JIL64 displayed late heading independent of photoperiod. Genetic analysis using the two F₂ populations crossed ''Teqing'/JIL64 and JIL64/'Teqing' revealed that late flowering was controlled by a recessive gene on chromosome 8 (designated early heading date 8, ehd8), and ehd8 was fine mapped to the 50‐kb region flanked by markers RM22221 and 64Indel4. Sequencing and qRT‐PCR demonstrated that LOC_Os08g01410 and LOC_Os08g01420 were deleted in JIL64 and may be associated with the late heading of Jinghong common wild rice. These findings lay a practical foundation for characterizing ehd8, and the ILs help to mine genes from Jinghong common wild rice.     

水稻颖花持续开放突变体sostenuto floret opening(sfo1)的鉴定与基因定位

水稻颖花开放是其生殖发育一个关键生理过程,对受精和随后种子发育具有重要影响。本文报道了一个与水稻颖花开放相关的突变体,来源于籼稻保持系西农1B的EMS(ethyl methane sulfonate)诱变群体。该突变体表现为开颖后浆片失水萎缩过程缓慢,内外稃持续开裂不闭合,暂命名为水稻颖花持续开放sostenuto floret opening 1(sfo1)突变体。遗传分析表明sfo1性状受1对隐性单基因控制,利用群体分离分析法(bulked segregation analysis,BSA)将SFO1基因定位在第5染色体SSR标记RM1054和IN/DEL标记ZTQ51之间,物理距离113 kb,含注释基因15个。本研究结果为SFO1基因的图位克隆和功能研究奠定了基础。     

乐香202B早熟性的遗传分析与基因定位初探

品种生育期是水稻最重要的农艺性状之一,通过遗传育种方法改变品种的生育期,特别是缩短生育期．对水稻生产的发展具有重要意义。研究材料乐香202B是由乐山市农科所提供的早熟稳定性较好的品种．对其研究表明,乐香202B具显性早熟基因,经遗传分析表明,符合3:1分离比,且不具感光性及胞质效应。将该基因初步定位在染色体第2染色体短臂端,暂定名为Ef-2(x)。与微卫星标记RM279、RM154有连锁关系,遗传距离分别为13．5cM和8．9cM。该基因的定位为下一步的基因分离和克隆奠定了基础。     

水稻新黄绿叶基因YGL9的分子定位

叶色突变体是研究高等植物光合作用、叶绿素代谢途径、叶绿体结构与功能分子机制的理想材料。本研究从EMS(ethyl methane sulfonate)处理的缙恢10号(Oryza sativa L.ssp.indica)诱变群体中发现了一个苗期呈现黄绿色、抽穗期渐变为淡绿色的叶色突变体,命名为yellow green leaf 9(ygl9)。与野生型相比,ygl9苗期和分蘖期光合色素极显著降低,抽穗期光合色素显著降低,气孔长度、气孔导度和蒸腾速率极显著增加,净光合速率无明显变化。透射电镜观察表明,ygl9的嗜锇小体增多、基粒模糊、基质片层减少且疏松,但叶绿体结构基本完整。遗传分析显示该突变性状受1对隐性核基因调控。利用西农1A/ygl9 F2群体中的759株隐性单株,最终将YGL9定位在第3染色体短臂SSR标记S03-1和In Del标记Ind03-19之间,遗传距离分别为0.13 c M和0.07 c M,物理距离为63 kb。本研究为YGL9基因的克隆和功能分析奠定了基础。     

一个水稻叶片衰老上调表达基因的初步生物学功能分析

叶片衰老是其发育的最后阶段。通过对水稻叶片衰老机制的研究, 有计划地控制或延缓衰老的发生具有重要的理论价值和实践意义。本研究基于基因表达芯片数据挑选了一个叶片衰老上调表达候选基因A12 (LOC_Os 07g41230)。A12基因在水稻全生育期表达谱数据库中的表达模式及在水稻抽穗后不同时期剑叶中的表达量检测结果进一步证明其确为叶片衰老上调表达基因。生物信息学预测A12基因启动子区域存在大量的与激素诱导相关的顺式作用元件。实时定量PCR结果显示A12基因对茉莉酸(JA)和激动素(KT)的诱导有明显的响应, 但是对油菜素内酯(BR)、赤霉素(GA)、生长素(IAA)及脱落酸(ABA)的诱导则无明显响应。对A12基因对应的水稻T-DNA插入突变体观察发现, A12基因的突变会导致剑叶早衰。这些结果为进一步深入研究A12基因的生物学功能打下了基础。     

籼稻多蘖矮半矮秆基因的遗传分析和基因定位

对籼稻标记基因系材料多蘖矮的遗传分析表明, 其矮生性状是由2对隐性半矮秆基因控制的,分别为sd1和一个新的半矮秆基因,该基因初步定名为sdt3。以多蘖矮与南京6号杂交F₂的分离群体为基础,应用SSR标记进行连锁分析,将半矮秆基因sdt3定位于第11染色体的SSR标记SSR98和SSR35之间,分别相距0.06 cM、0.13 cM,二者之间的物理距离约为93kb。以南京6号为轮回亲本与多蘖矮进行回交和自交获得由半矮秆基因sdt3控制的近等基因系（新多蘖矮）,以赤霉素处理表明由sdt3控制的半矮秆系新多蘖矮对赤霉素不敏感。