基于染色体片段置换系的野生稻粒长QTL——qGL12的精细定位

【目的】利用野生稻染色体片段置换系以及次级群体,精细定位与水稻粒长相关的QTL,发掘野生稻中影响粒长的新基因,为水稻育种提供遗传材料和基因资源。【方法】利用中国农业科学院作物科学研究所野生稻实验室已构建的野生稻染色体片段置换系群体,定位到一个与粒长相关的QTL——qGL12。在此基础上,选择粒长与受体亲本9311差异显著,且携带qGL12片段的置换系CSSL141与9311回交构建次级分离群体,设计区间内分子标记引物,筛选交换单株,结合粒型表型分析与基因型鉴定,对qGL12进行精细定位。通过扫描电子显微镜检测颖壳细胞,观察细胞的长宽变化,对定位区间内的基因进行基因注释以及测序分析,预测候选基因。【结果】根据整套置换系多个环境下的表型鉴定,qGL12初定位于第12染色体标记RM28621附近;选取携带qGL12的置换系CSSL141作为精细定位的亲本,CSSL141携带4个野生稻导入片段,在多年多点的田间试验中,CSSL141粒长、粒宽、粒重均明显高于9311;利用构建的CSSL141/9311 F2群体将qGL12定位于第12染色体标记RM5479与RM28621之间,影响粒长、粒宽以及粒重,对粒长的贡献率最高,为44.61%。在定位区间内设计了7个多态性分子标记引物,选择目标区间基因型杂合的植株种植F3,通过筛选交换单株,结合交换单株的基因型与表型,将qGL12定位于RM5479与RM28586之间50 kb区间内,为进一步缩短定位区间,在此区间内设计了4个多态性分子标记引物,选择交换单株种植下一代,筛选后得到20株交换单株,结合交换单株基因型与籽粒表型,最终将qGL12定位到第12染色体15.69 kb区间,该区间内有3个候选基因,其中Os12g39650编码一种微管蛋白,Os12g39660编码一种质膜钙转运ATP酶,Os12g39670尚未有明确功能,通过测序分析发现,Os12g39650、Os12g39660在编码区内存在变异;对亲本以及后代交换单株的颖壳细胞进行电镜扫描,发现9311颖壳细胞的长度与宽度均比CSSL141小,CSSL141/9311 F4代群体中,目标区间为野生稻基因型的交换单株颖壳细胞的长度与宽度均比目标区间为9311基因型的交换单株大,表明qGL12通过调控颖壳细胞的大小影响水稻粒长。【结论】利用野生稻染色体片段置换系,将野生稻粒长QTL——qGL12定位于第12染色体15.69 kb区间内,通过调控水稻颖壳细胞的大小影响粒长。该区间内有3个基因。来自野生稻的Os12g39650与Os12g39660与栽培稻等位基因相比,存在自然变异,确定为qGL12的候选基因。     

水稻单片段代换系群体的构建及研究进展

 单片段代换系是进行基因分析特别是QTL分析的理想材料。建立单片段代换系,不仅可以挖掘和利用新的基因资源,大大提高QTL定位的准确性和精确性,而且使基因鉴定、基因定位、分子标记辅助选择和育种这些不连续的环节紧密联系在一起,还可以实现植物分子育种从个别基因利用到基因组的综合开发利用的跨越式发展,同时为基因聚合育种工程积累丰富的基因资源。鉴于其在水稻研究中的重要意义及其在育种中的广泛应用,本文综述了水稻单片段代换系的构建和应用现状,提出应进一步扩大单片段代换系的构建规模,充分挖掘其作为育种材料的潜在应用价值。     

水稻单片段代换系群体的构建

为构建研究水稻数量性状遗传机制的材料平台,同时对优良水稻品种华粳籼74进行进一步遗传改良,以华粳籼74为受体,以来源广泛的11个水稻品种为供体,通过高代回交和SSR标记辅助选择相结合的方法,构建了水稻的一个单片段代换系群体。该群体由59个单片段代换系组成,每个单片段代换系只含有来自一个供体的一个染色体代换片段,而遗传背景与华粳籼74相同。这些单片段代换系的代换片段分布在除12号染色体之外的其他11条染色体上,59个代换片段的长度在0.4~58.5cM,大多数代换片段的长度为0.4~30cM。     

水稻染色体片段代换系群体的构建及应用研究进展

定位和克隆水稻重要农艺性状QTL,是水稻功能基因组学研究的重要方向,是分子标记辅助选择选育高产、优质、多抗水稻新品种的重要基础。染色体片段代换系是进行QTL分析的理想材料。介绍了水稻染色体片段代换系群体的构建原理,综述了其构建及应用研究进展,并对其研究方向进行了展望。     

基于广西普通野生稻染色体片段代换系的落粒性QTL鉴定及相关主效QTL定位

[目的]挖掘广西普通野生稻(Oryza rufipogon Griff.)蕴藏的落粒性基因,为广西普通野生稻进化及栽培稻起源等研究提供参考依据.[方法]通过杂交、回交和分子标记辅助选择(MAS)等方法构建广西普通野生稻DP30和DP15的染色体单片段代换系(CSSLs)群体(DP30-CSSLs和DP15-CSSLs),对CSSLs群体进行落粒性鉴定和数量性状位点(QTL)分析;并以筛选出的强落粒性代换系Y99(CSSL-Y99)与受体亲本93-11杂交构建次级F2群体,对落粒性相关QTL进行定位.[结果]构建出由144个CSSLs组成的DP30-CSSLs群体和由59个CSSLs组成的DP15-CSSLs群体.DP30-CSSLs群体代换片段累计全长737.5 Mb,对DP30全基因组的覆盖率约为94.71%;DP15-CSSLs群体代换片段累计全长337.36 Mb,对DP15全基因组的覆盖率约为73.11%.从2个广西普通野生稻CSSLs群体中鉴定出12个落粒性CSSLs(CSSL-Y104、CSSL-Y68、CSSL-Y83、CSSL-Y328、CSSL-Y235、CSSL-Y64、CSSL-Y63-2、CSSL-Y303、CSSL-Y99、CSSL-Y106-3、CSSL-Z37和CSSL-Z38),检测出6个落粒性QTLs(qSH2.1、qSH4.1、qSH5.1、qSH9.1、qSH11.1和qSH11.2).其中,qSH11.1的加性效应(-37.5)和表型贡献率(-23.4%)最高.利用在qSH11.1所在区间内开发的6对InDel分子标记(M1、M2、M3、M4、M5和M6)对从次级F2群体进行基因型分析,筛选出4个重组单株(43、167、128和136),并将落粒性主效QTL qSH11.1定位于第11染色体M5~M6间约1.5 Mb的范围内.[结论]从构建的广西普通野生稻核心种质资源(DP30和DP15)CSSLs群体中检测出6个落粒性QTLs,主效QTL qSH11.1定位于第11染色体M5~M6间约1.5 Mb的范围内,是新发现的落粒性QTL.     

粳稻为背景的普通野生稻单片段代换系群体的初步构建

以粳稻日本晴（O. sativa L. subsp. Japonica cv. Nipponbare）为受体和轮回亲本,以广西普通野生稻核心种质DP15为供体,通过连续回交和SSR标记辅助选择的方法构建普通野生稻单片段代换系群体（Single segment substitution lines, SSSLs）。用覆盖水稻全基因组的563对SSR引物检测供体（DP15）和受体（日本晴）的多态性,从中挑选212对分布在水稻12条染色体上的多态性引物跟踪供体基因型。结果表明,在BC3F1代获得79个代换片段,这些片段基本上能相互重叠并覆盖水稻12条染色体,其中第1、第2条染色体含有的代换片段数最多,均为9个,第9、第10和第12条染色体含有的代换片段数最少且均为5个。79个代换片段长度为12．65—113．55cM,平均长度为54．3cM,总覆盖长度为4285．28cM,是水稻整个染色体组长度的2倍多,覆盖野生稻全基因组达98．89％。随机选取其中的6个代换株系用96个多态性引物检测其遗传背景,发现供体DNA残留率为7．3％－15．6％。今后将继续通过回交和标记辅助选择,以获得一整套覆盖普通野生稻全基因组的SSSLN,这将有助于研究稻种的起源、演变和分化以及普通野生稻的功能基因组。     

水稻抽穗期QTL qHD8.3的遗传分析与初步定位

从普通野生稻/9311染色体片段代换系群体中筛选获得一个含有早抽穗QTL的代换系CSSL13。光温反应特性分析表明:CSSL13早抽穗的特性对光温表现不敏感。利用CSSL13和9311所衍生的BC5F2群体进行遗传分析,发现该群体中单株抽穗期呈明显的双峰分布,早抽穗和迟抽穗单株分离比符合3∶1的分离比,表明该早抽穗特性受一对显性主效基因控制。进一步利用BC5F2群体中76株极早抽穗的单株和52株极晚抽穗的单株将该q HD8.3定位在8号染色体分子标记M07和M13之间,物理距离约为1.6 Mb。     

水稻染色体片段代换系的构建及株高QTL的鉴定

构建一套以日本晴为轮回亲本、广陆矮4号为供体亲本的水稻染色体片段代换系群体,代换片段总长度334.3 Mb,覆盖整个基因组的89.8%。利用此代换系群体,在3个环境中共鉴定出11个株高QTL,分别位于水稻第1、3、5、6、7和9染色体上。这些研究结果为株型性状的分子改良奠定了基础。     

药用野生稻-栽培稻渗入系后代卷叶表型的遗传分析

[目的]根据药用野生稻-栽培稻渗入系后代卷叶表型遗传分析,分析定位控制水稻叶型的相关基因。[方法]构建药用野生稻-栽培稻渗入系后代卷叶的分离群体,并对后代分离群体进行SSR多态性分析。[结果]该群体受一对不完全显性卷叶基因控制;初步判断卷叶个体表型产生的原因是野生稻基因片段的渗入所致;并将该群体的卷叶基因初步定位在第5号染色体分子标记RM305和RM173之间。[结论]得到了一个具有新来源的新基因,为进一步对新型卷叶基因的克隆和分子手段调控机理研究奠定了基础,同时为应用分子手段调控叶形来改良株型而提高水稻生产效益的设想提供材料。     

水稻极早抽穗期基因的鉴定和遗传分析

利用一个带有华粳籼74遗传背景的单片段代换系文库对水稻抽穗期基因进行评价,发现单片段代换系W 23-03-08-9-1带有极早抽穗期基因,在山东和海南种植,抽穗期稳定且表现早抽穗。该代换系代换区间为PSM306-PSM305-PSM304-RM3894-RM3372-RM569-RM231-RM489-RM545-RM251-RM282,在第3染色体上,带有抽穗期基因qHD3-1。利用该代换系与受体华粳籼74杂交,得到F2代分离群体,对分离群体单株进行抽穗期鉴定,发现早抽穗单株数对晚抽穗单株数的分离比例符合3∶1,说明早抽穗基因为一个显性基因控制,且属于基本营养生长型的抽穗期基因。     

利用染色体片段置换系定位水稻粒型QTL

水稻粒型是衡量稻米外观品质的重要指标之一,鉴定和定位水稻粒型QTL对开展水稻粒型分子育种具有重要意义.本研究以8个染色体片段置换系为材料,选用分布水稻12条染色体上的153个SSR标记检测染色体片段置换系的置换片段,采用代换作图法对控制水稻粒型的3个主效QTL进行定位.结果表明:153个SSR标记中有104个标记在亲本间具有多态性,多态率为68.0%;8个染色体片段置换系在第3和第5染色体分别有6个和2个置换片段,置换片段长度分别为14.8 cM、16.6 cM、 15.5 cM、18.9 cM、29.1 cM、35.0 cM、17.9 cM 和17.0 cM,平均长度为20.6 cM;8个置换片段上共鉴定出3个粒型QTL,控制粒长的qGL-3-1 和qGL-3-2分别被界定在水稻第3染色体RM5551与RM6832及RM6832与RM3513之间,遗传距离分别为14.8 cM和5.3 cM的范围内,控制粒宽的qGW-5被界定在水稻第5染色体RM267与RM169之间遗传距离约11.7 cM的范围内.利用染色体片段置换系能准确地定位水稻粒型QTL,qGL-3-1、qGL-3-2和qGW-5的鉴定和初步定位为其进一步精细定位及分子标记辅助选择奠定了基础.     

野生稻种质资源优异基因定位和利用的研究进展

野生稻由于长期处于野生状态,经受了各种灾害和不良环境的自然选择,保存着栽培稻不具有的或已经消失了的特异基因,抗逆性较强,是天然的基因库。综述了野生稻种质资源中产量性状、抗病虫性和抗逆性优异基因定位及其在育种、生物技术利用方面的研究进展,以便为作物育种开发和利用野生稻资源提供理论依据。     

利用CSSL群体研究稻米加工品质相关QTL表达的稳定性

 【目的】研究稻米加工品质的分子遗传基础，为遗传改良和分子标记辅助选择提供有用信息。【方法】利用Asominori为遗传背景具有IR24染色体片段的置换系（CSSL）群体，在4个环境下对稻米糙米率、精米率和整精米率进行QTL定位和稳定性分析。【结果】结果共检测到30个QTL与稻米加工品质相关，其中qMR-6、qMR-8、qHR-3和qHR-6在4个环境中都能被重复检测到，影响精米率的qMR-6和qMR-8的平均贡献率分别为21.1%和22.2%；与整精米率相关的qHR-3和qHR-6，平均贡献率分别为34.6%和22.3%；且qMR-6、qMR-8、qHR-3和qHR-6对应的置换系与背景亲本Asominori在4个环境中相应性状的表现型之间都存在显著差异（P<0.05）。【结论】qMR-8、qBR-8b和qHR-8共定位在第8染色体R727-G1149区间的QTL簇上，在笔者以前的研究中发现该QTL簇包含与稻米蒸煮食味、外观和营养品质等相关的多个主效QTL，这为剖析同一染色体区段内的1个或多个基因协同调控多个品质性状形成的复杂代谢网络提供信息。     

转基因水稻外源基因向稗草的漂移研究

[目的]研究转基因水稻中外源基因向同科杂草稗草的基因漂移情况。[方法]利用农杆菌介导的方法,获得稳定遗传的转hpt基因水稻株系,对转基因水稻田中自然生长和人工种植的稗草种子进行PCR检测,确定是否含有转基因成分。[结果]通过对多株杂草稗种子获得的22 000株幼苗的PCR检测,均未能检测到外源基因的存在。[结论]未发现稳定遗传的转基因水稻中外源基因向稗草的漂移。     

稻米香味研究进展及在香型软米杂交稻育种中的利用

作者结合云南香型软米杂交稻育种的实践,对目前稻米香味的类型、化学成分、鉴别方法、遗传表达、基因定位及与栽培环境关系等研究状况进行综述,报道了云南香型软米杂交稻育种取得的主要进展,讨论了在香稻育种中如何利用稻米香味资源的有关问题,指出要育成品质优异的杂交香稻组合,配组双亲均必须优质,最好实现香味等重要品质性状的基因等位;香味性状属突变体,受隐性基因控制,香味基因不仅存在于香稻中,而且还可能以杂合体形武存在于地方非香稻资源中,香稻育种中亲本材料选择,可以从无香味的地方软米水稻种质资源中鉴评筛选。     

抗稻瘿蚊和稻瘟病恢复系双抗明占的选育及抗性分析

双抗明占是携带有抗稻瘿蚊基因Gm6的抗蚊青占与多系1号杂交的后代,经多年多点自然诱发鉴定筛选出抗稻瘟病和稻瘿蚊的恢复系,并经分子标记检测具有Gm6基因。双抗明占及其配制的杂交稻经抗稻瘿蚊试验,结果表明:抗蚊青占与双抗明占及其配制的杂交稻组合之间差异不显著,而与没有抗源的恢复系明恢100及其配制的杂交稻组合金优明100之间存在着极显著的差异;双抗明占是三系不育系的强恢复系,用双抗明占配制的杂交稻组合特优明占表现高产、中抗稻瘟病。     

野生稻优良基因的发掘利用研究进展

野生稻中蕴含着大量抗生物胁迫和耐非生物胁迫的基因,是栽培稻品种进一步改良的天然遗传种质资源库。对野生稻中抗虫、抗病、抗逆、高产等优良基因的发掘及定位作了概述,并对野生稻优异基因的利用前景进行了展望。     

Genomics and agriculture. Collaborations in rice

Advances in rice genomics will contribute to gene discovery and rice productivity, but many of the products with high potential for alleviating poverty and improving human nutrition may not be those that attract private investment. Although most genetic resources and biological expertise for functional genomics are in the public, many proprietary technologies are owned by the private sector. A public resource platform is needed for the application of genomic technology to accelerate gene discovery. We present a model and general principles in collaboration that can serve the poor and encourage innovation by both the public and private sectors.