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。     

基于MAGIC群体的水稻抽穗期和产量相关性状全基因组关联分析

【目的】挖掘水稻抽穗期和产量相关性状新基因,并筛选携带有利等位基因的优良株系,为分子标记辅助育种提供新基因和优异种质。【方法】以多亲本重组自交系群体MAGIC-Hei群体为材料,分别于2017和2018年连续两年种植于湖南长沙开展抽穗期和产量性状表型调查,基于基因分型(genotypingbysequencing,GBS)技术进行全基因组关联分析发掘影响水稻抽穗期、单株有效穗数、每穗粒数、结实率、千粒重和单株产量性状QTL。【结果】在两个环境下共计检测到26个控制抽穗期和产量相关性状的QTL,分布于除第10染色体外的其他染色体上。其中,11个位点为新位点,1个新位点(qNTP9)在两年均被检测到,该位点受环境影响较小,可用于进一步的精细定位和基因克隆。根据抽穗期和产量性状表型数据,结合SNP基因型筛选到5个携带有利等位基因的优良株系,可用于将来的水稻高产育种。【结论】本研究发掘一批新的水稻抽穗期和产量相关性状QTL位点,可有效加速水稻遗传研究和高产育种进程。     

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。     

RFT1与Hd1所在区间对水稻抽穗期、株高和千粒重的作用

 抽穗期是决定水稻品种适应地区和季节的关键性状。水稻抽穗期QTL对产量性状和（或）株高具多效作用是个普遍现象, 但是, 除了Ghd7和DTH8（Ghd8）, 其他水稻抽穗期基因的多效性尚需进一步验证。本研究针对抽穗期基因RFT1 Hd3a所处区间和Hd1所处区间, 以珍汕97B为轮回亲本、密阳46为供体亲本, 构建了遗传背景基本一致的2个BC2F5分离群体;采用Windows QTL Cartographer 2.5进行抽穗期、株高及千粒重的QTL分析, 并根据RFT1 Hd3a下游17 kb处的连锁标记Si2944及Hd1的基因标记Si9337的基因型, 将每个群体中的纯合基因型材料分成4组, 比较其表型差异。结果表明, 这2个区间对抽穗期、株高及千粒重均呈显著作用, 它们之间不呈显著互作, 且Hd1所处区间对3个性状的作用均强于RFT1 Hd3a所处区间。     

小麦重组自交系群体9个重要农艺性状的遗传分析

为了初步判断小麦重要性状的遗传组成,并筛选适于QTL定位的性状,以小偃81和西农1376及其构建的重组自交系群体(RILs)F7代为材料,采用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型研究了株高、叶面积、穗下茎长、穗下节长、穗下节间直径、穗长、小穗数、穗粒数和抽穗期等9个重要农艺性状的遗传特点.结果表明,穗下节长性状符合多基因遗传,无主基因存在;株高、小穗数、穗粒数、叶面积、穗长和抽穗期6个性状符合2对主基因+多基因遗传;穗下节间直径性状符合3对主基因遗传,无多基因存在;穗下茎长性状则符合3对主基因+多基因遗传.株高、穗长、抽穗期和穗下节间直径等4个性状的主基因遗传率分别为82.32％、75.75％、81.98％和91.04％,可能含有较大的主效QTL.     

水稻主茎总叶数及其相关性状的QTL分析

 用一张具有182个RFLP标记的分子连锁图谱和一套重组自交系(RIL)群体，对水稻植株主茎总叶片数、叶片生长速率、抽穗期和株高等数量性状进行QTL区间作图研究，定位了影响水稻出叶速率的8个QTL，主茎总叶片数的2个QTL、抽穗期的3个QTL和株高的4个QTL。对这些QTL的遗传效应分析并结合先前用同组合材料研究结果，为进一步明确一些QTL的基因功能提供了有用的信息。如控制水稻主茎总叶片数的一个主效QTL，即QLn3，它同时影响分蘖期出叶速率、抽穗期及株高等数量性状。该位点来自特青的等位基因，其加性效应可使水稻在温室冬季短日条件下主茎总叶片数增加1.5叶左右，抽穗期延迟9 d，同时具有使分蘖期出叶速率降低0.2叶/10 d的效应。由于该QTL位点的基因不受光照长度的影响，说明它们有可能是由一个影响水稻基本营养生长期的基因控制或者这些基因紧密连锁；而另一个QTL（QHd8）位点的基因对主茎总叶数、抽穗期和株高的效应似乎受光照长度的影响较大。     

珍汕97/明恢63重组自交系群体根系性状对产量的影响

在群体水培条件下,以珍汕97/明恢63重组自交系群体的204个株系(F12,F13)为供试材料,研究重组自交系群体抽穗期根系有关性状与产量的关系,以期为水稻根系改良和根系数量性状基因定位提供依据.结果表明,影响产量的主要根系性状为单株根系活性、颖花根活量、每株根干重、最长不定根长、众数根长、每条不定根长及每条不定根粗,其中以单株根系活性对产量的影响最大;增加单株根系活性、每株根干重、最长不定根长和每条不定根粗能显著提高产量,增加颖花根活量、每条不定根长和众数根长将使产量显著下降.增加高产类型水稻抽穗期的每株根干重、每条不定根重、单位长度根重及单株根系活性能显著提高产量.每株根干重与高产水稻关系密切,而每株不定根数则与低产水稻关系密切.颖花根活量的增加对高产水稻株系的产量有提高作用,对中低产水稻则有负面影响.     

水稻株高QTL及其与产量性状和抽穗期关系的研究进展

株高是一个与水稻品种丰产潜力密切相关的重要性状。主效半矮秆基因背景下的水稻株高变异,一般表现为受多基因控制的数量性状。最近的研究表明,已定位的株高QTL分布于水稻的所有12条染色体,其中4个QTL已克隆。克隆研究和QTL初定位结果表明,株高QTL往往存在对产量性状和（或）抽穗期的多效作用,可利用于提高水稻产量潜力。     

水稻开花时间基因OsDTH10的过表达分析

开花时间(抽穗期)是农作物一个重要的农艺性状,与农作物的产量息息相关。调节农作物的开花抽穗时间是提高农作物产量的一条重要途径。为了揭示水稻开花时间基因OsDTH10在水稻抽穗期调控中的功能,利用反向遗传学方法构建了水稻OsDTH10基因过量表达载体,获得转基因植株,分析目的基因在过量表达条件下的功能。结果表明,过量表达OsDTH10导致水稻的抽穗期推迟;RT-PCR检测结果表明OsDTH10的表达量在晚抽穗的转基因株系中明显提高,但在没有表型的转基因株系及野生型中表达量较低,说明晚抽穗的表型是由于OsDTH10过量表达所致。组织特异性表达结果表明OsDTH10在植物的不同器官中都有表达,但在水稻的茎、叶鞘中表达量较高。分析OsDTH10在不同叶龄叶片中的表达,结果表明OsDTH10在未完全展开的剑叶叶片及倒2叶中的表达量较高,但在下部较老的倒3叶及倒4叶中的表达量下降。另外,分析OsDTH10在不同光周期条件下的昼夜节律性表达,结果表明无论在短日照还是长日照条件下,OsDTH10都在白天(光期)有表达高峰,在夜晚(暗期)表达降低,表明OsDTH10可能涉及光周期调控通路调节水稻的抽穗期。     

小麦抽穗期的遗传调控研究进展

抽穗期是小麦生长发育过程中的主要农艺性状之一,而春化作用和光周期反应是决定小麦抽穗期的重要因素。本文首先对小麦抽穗期遗传研究进展进行综述,对已定位到的参与春化作用和光周期反应的相关基因及其他调控抽穗期的位点进行分析,并归纳抽穗期相关基因的遗传调控网络;然后讨论了小麦抽穗期相关基因对小麦产量的影响,以期通过现代生物学技术,并结合各个学科的相关理论知识,为小麦抽穗期遗传研究提供参考信息,进而提高小麦产量。     

水稻光周期调控开花的研究进展

水稻抽穗期作为重要的农艺性状,由自身遗传因素和环境因素共同决定,对品种生态适应区域和产量因子均有较大影响。过去的二十年里,从叶片的日长识别到茎尖分生组织的成花激活,水稻光周期诱导抽穗开花分子调控机理已取得较大进展,分离并克隆大量与成花相关的调控基因,并整合到光周期调控分子网络中。当植物处于有利条件时,该网络激活成花调控基因,促进成花素表达,将成花素运输至顶端分生组织,从而驱动分生组织细胞发育,最终成花。本文以拟南芥为对照参考,对水稻光周期调控网络及由低纬度地区向高纬度地区扩展遗传变异进行讨论,以期为生态型品种培育和光周期调控成花分子机理研究提供参考。     

我国华北地区粳稻品种抽穗期遗传分析

 设置长、短日照和高、低温共4种环境,分析了我国华北地区14份主栽粳稻品种的抽穗期光、温敏感性及基本营养性。结果表明,华北地区多数粳稻品种表现出感光性,但感光性大都偏弱,抽穗期长短与品种的感光性呈显著线性相关。此外,大多数品种对温度也比较敏感。并利用一套抽穗期主基因近等基因系对这些品种抽穗期基因型进行了分析。结果表明,所有华北地区粳稻品种都携带主效感光基因E1,而在Se 1位点,有11个品种为非感光的Se 1e,同时,有13个品种都携带早熟基因Ef 1,另外,有9个品种还携带具有一定感光抑制效应的hd2。这些结果从基因型角度揭示了华北地区粳稻品种具有一定的感光性和较短的基本营养生长期的原因,为华北地区选育适宜抽穗期的粳稻品种提供了依据。     

Research on genetics of rice heading date

Heading date is one of the most important traits for rice adaptation to cultivation area and crop seasons, and it is mainly determined by photoperiod, basic vegetative growth, and temperature of cultivars. The diversity of combinations of photo-sensitive varieties and the basic vegetative, makes the heading date varied. On one hand, this supplies abundant resources for different ecotypes breeding; on the other hand, it complicates the inheritance of heading date. In recent years, transgression of late maturity has often been encountered, especially between indica and japonica subspecies, this had inhabited the use of hybrid vigor. Therefore, understanding the inheritance basis of heading date is very important for breeding practices.     

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...     

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。     

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.     

水稻抽穗期基因的精细定位、克隆和生物学功能分析

介绍了水稻抽穗期QTL研究的进展,在相同亲本日本晴/Kasalath衍生的不同类型的多个群体中,共检测到15个QTL;应用高世代回交后代,精细定位了其中8个QTL;将在初步定位时同一区间检测到的1个控制种子休眠期QTL(Sdr1)和1个抽穗期QTL (Hd8),分解为两个紧密连锁的基因;将经过精细定位表明可能具有双重功能的单个孟德尔因子Hd3,分解为两个功能不同的紧密连锁的基因Hd3a和Hd3b;根据QTL近等基因系的光周期反应以及这些座位间上位性互作的研究,明确了其中6个QTL的生物学功能;应用图位法克隆了其中3个QTL,研究了它们的表达和调控,并与拟南芥的同源基因进行比较。为水稻其他数量性状以及其他作物数量性状的遗传学研究,提供了一个范例。     

Florigen and the Photoperiodic Control of Flowering in Rice

Flowering time is a key trait for geographical and seasonal adaptation of plants and is an important consideration for rice breeders. Recently identified genetic factors provide new insights into this complex trait. The list of genes involved in flowering and their functions tells us that the molecular basis of day-length measurement includes both of the evolution of unique factors and the regulatory adaptation of conserved factors in rice. This information helped identify rice florigen, a mobile flowering signal. Our current view of flowering time regulation incorporates the presence of complex layers of gene networks integrated with the synthesis of florigen protein and its subsequent transport and perception.