Research Progress and Breeding Prospects of Grain Size Associated Genes in Rice

The breeding objectives of rice include high yield and good quality. Grain size is the three-dimensional structure of seeds, which is one of the key traits determining grain yield and quality in rice. To date, more than 60 genes associated with grain size have been cloned, but the application of grain size genes in rice breeding has not been summarized. This review covers the current advances which can deepen our understanding, such as the key genes for grain size, genetic mechanism behind this trait, breeding application of cloned genes, functional markers for molecular breeding and prospects for future study, which will provide information of molecular breeding for rice breeders.     

水稻粒型基因克隆研究进展及育种应用展望

水稻的育种目标包括高产和优质等。粒型是指籽粒的三维结构,是决定水稻产量的重要因素之一,也是影响稻米品质的重要性状。目前已经克隆了超过60个与水稻粒型相关的基因,但应用于育种的粒型基因尚无完整统计。本文综述了已克隆的水稻粒型基因特别是数量性状基因座的研究进展,归纳总结了可应用于水稻高产及优质分子育种的重要粒型基因的功能标记,介绍了粒型基因的育种应用现状,并对前景作了展望,以期为水稻育种家提供可直接利用的分子育种信息。     

水稻吸收、运输锌及其籽粒富集锌的机制

 锌是人体必需而又易缺乏的营养元素。在粮食作物可食部位生物强化锌被认为是解决人体缺锌的最有潜力的途径。水稻根吸收锌可分为分泌麦根酸等根系分泌物将土壤颗粒中的金属离子活化和重金属转运蛋白把锌离子转运进植株根部两个过程,ZIP家族基因在后一过程中发挥重要作用。水稻锌在木质部中运输主要以离子态为主,也可同有机酸、尼克酰胺等配体协同运输。地上部锌通过韧皮部再转运到新生组织或装载进入籽粒,水稻韧皮部再转运能力是影响籽粒富锌的关键因素,而锌大量累积在糊粉层中或与植酸等结合后,大大降低了锌的生物有效性。研究粮食作物籽粒富锌机制,利用现代分子生物技术生物强化籽粒中的锌含量,对满足人类锌营养健康具有重要意义。综述了锌在植物体内的生理功能,水稻对锌的吸收、运输和再转运,锌装载进入籽粒,锌在植物体内的分布与赋存形态,以及锌在粮食作物中的生物强化等最新研究进展。     

水稻杂种偏分离位点SegD8的精细定位

【目的】通过研究水稻渐渗系群体构建时产生的偏分离现象,可以发现更多与偏分离相关的基因,有助于解析偏分离在水稻中的主要作用及其产生机制。【方法】应用籼粳组合华占/Koliya构建的一套渐渗系群体,以其后代基因型的分离比作为表型对偏分离位点进行定位。【结果】在第8染色体上发现一个染色体区段在其后代中的基因型分离比偏离孟德尔分离定律。进一步分析表明该偏分离现象受第8染色体上两个位点控制,分别命名为SegD8A和SegD8B,其中SegD8A为偏分离位点,但其偏分离属性受SegD8B调控。当SegD8A和SegD8B位点都为杂合型时,子代中SegD8A^HH和SegD8A^KK的比例接近1∶4;当SegD8B为纯合华占基因型时,子代中SegD8A^HH和SegD8A^KK的比例接近1∶1;当SegD8B为纯合Koliya基因型时,子代中SegD8A^HH几乎不出现。我们将SegD8A基因定位在一个大小为46.5 kb的区间内,SegD8B基因定位在一个大小为1160.2 kb的区间内。【结论】本...     

水稻粒型基因克隆和调控机制研究进展

水稻粒型是影响其产量和品质的重要性状,阐明其遗传调控机理,有助于提高水稻单产和改良品质。水稻粒型性状主要包括粒长、粒宽、粒厚、长/宽比,属于数量性状,受胚、胚乳及母体植株等不同遗传体系的控制。随着水稻功能基因组学和重测序技术的快速发展,目前已经定位超过400个与水稻粒型相关的数量性状位点(QTL),并已克隆了60个水稻粒型基因,涉及植物激素、泛素-蛋白酶体通路、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路、G蛋白信号通路及表观修饰等多个调控通路。本文对水稻粒型基因克隆及其调控机制的研究进展进行了系统总结和梳理,并对这些基因在育种上的利用价值进行了评价。     

MULTI-FLORET SPIKELET 4(MFS4) Regulates Spikelet Development and Grain Size in Rice

In rice, the spikelet is the basic unit of inflorescence, and its development is important for determining the grain yield and quality. We reported a rice spikelet mutant multi-floret spikelet 4(mfs4) which resulted in the production of extra floral organs or a whole extra floret, and elongated sterile lemmas. The results suggested that the mutation of the MFS4 gene interfered with spikelet meristem determinacy and floral organ identity. In addition, the plant height and the grain length and width in the mfs4 mutant were all less than those in the wild type. Using the bulked segregant analysis method, the MFS4 gene was localized in a 557-kb region on the long arm of chromosome 1. Sequence analysis showed that there was a C-base deletion at the open reading frame of LOC_Os01 g67430. Further tests indicated that a wild type copy of LOC_Os01 g67430 was able to reverse the mfs4 defects, which indicated that LOC_Os01 g67430 was the MFS4 gene. The MFS4 gene encodes a lipase located in the mitochondria and is expressed strongly in the young inflorescence. qRT-PCR results showed that the expression of some genes that were known to regulate spikelet meristem determinacy and grain size were decreased in the mfs4 mutant, which indicated that the MFS4 gene regulates spikelet meristem determinacy and grain size by modulating the expression of these genes.     

鸟苷酸激酶OsGK1对水稻种子发育至关重要

【目的】对水稻粉质皱缩突变体fse2进行表型分析及基因克隆,为阐明水稻淀粉合成机制以及胚的发育奠定基础。【方法】fse2来自粳稻品种滇粳优1号的MNU(N-甲基-N-亚硝基脲)诱变突变体库。本研究考查了突变体fse2籽粒的理化性状,利用扫描电镜和半薄切片观察了淀粉颗粒的结构;构建了fse2与N22的F₂群体,通过图位克隆及转基因互补验证确定目标基因;通过qRT-PCR以及GUS活性染色对FSE2进行组织表达分析;免疫印迹分析了突变体中淀粉合成相关基因以及线粒体基因的蛋白变化。【结果】fse2籽粒粉质皱缩,千粒重显著下降;胚乳中淀粉颗粒变小变圆,排列松散,不能形成正常的复合淀粉颗粒;突变体中总淀粉、直链淀粉含量均显著下降,脂肪含量显著上升,突变体淀粉的糊化特性发生明显改变。FSE2编码一个线粒体和质体双定位的鸟苷酸激酶(guanylate kinase),命名为OsGK1。OsGK1在各器官中组成型表达,并在花后6 d的胚乳中表达水平最高。突变体胚乳中淀粉合成相关蛋白水平显著降低,尤其是AGPS2b和PHOI。此外,突变体fse2的胚发育严重受损,导致种子纯合致死;线粒体定位的AOX积累显著增强,而野生型中几乎检测不到,表明线粒体呼吸途径受损。【结论】由于OsGK1的功能缺陷,导致水稻种子中线粒体和造粉体发育异常,进而产生了胚致死以及胚乳粉质皱缩的表型,因此OsGK1对水稻种子的发育至关重要。     

利用同工酶标记水稻亲本遗传差异及其在杂交水稻育种中的利用

利用淀粉凝胶和聚丙烯酰胺凝胶电泳显示的同工酶差异，分析17个杂交水稻亲本、3个新株型株系和22个光壳稻、爪哇稻品种的遗传差异，研究光壳稻和爪哇稻及其与温带粳稻之间的关系，探索同工酶标记水稻亲本遗传差异在杂交稻育种中利用的可能性。在本研究中，8个同工酶18个多态性位点至少在2个基因型间存在差异。每个具有多态性的酶谱带分别以1和0记录存在与否，由同工酶数据计算的Nei’s遗传距离创建聚类树状图。聚类分析结果表明，籼稻和粳稻容易被分开，普通粳稻与光壳稻、爪哇稻混合聚在一起；光壳稻与爪哇稻之间的遗传距离要比它们与普通粳稻之间的遗传距离小。利用光壳稻、爪哇稻选育不同生态群方向的恢复系和不育系，已配组育成了强优势的杂交稻组合。     

不同生态环境下水稻穗部性状QTL鉴定

【目的】发掘与产量相关的穗粒性状QTL对进一步克隆和利用高产基因具有重要意义。【方法】以超级粳稻龙稻5号和典型高产籼稻中优早8号杂交衍生的重组自交系群体为试材,在4种环境下对穗部性状进行比较和QTL分析。【结果】共检测到63个穗部性状QTL,分布于除第9染色体外的11条染色体上。在4个环境下分别检测到27、27、18和35个QTL。其中,16个QTL能在2个环境下被检测到,12个在3个以上环境下稳定表达,分别占QTL总数的25.40%和19.05%;第1、3、4和5染色体的多效QTL簇能在不同环境下稳定表达,对穗部性状具有明显的调控作用。【结论】第3染色体STS3.3-STS3.6区间的qSNP3、第4染色体RM5688-RM1359区间的qSNP4.1是2个新的稳定表达的多效性QTL簇。此外,上位性效应是调控穗部性状的重要组分。     

水稻广亲和恢复系WCR1的表现及其利用

ＷＣＲ１是从广亲和系ＳＭＲ中的早熟变异株中系选而成。是一个较好的偏籼广亲和恢复系（广亲恢系），与粳型三系或两系不育系配组，产量优势潜力较大，能筛选出偏粳型的强优势组合；又是一个籼型软米，可作软米直接利用，对于改善籼稻品质，是一个有价值的中间材料。     

一份水稻OsWOX3B基因敲除突变体的鉴定

[目的]水稻OsWOX3B基因调控叶片形态和表皮毛发育,根据表型被命名为LSY1、DEP、NUDA和GLR1等.深入了解OsWOX3B基因对水稻发育调控的功能具有重要意义.[方法]利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对籼稻品种R401的OsWOX3B进行基因敲除.对所获材料进行突变位点分析和表型分析,同时进行相关基因...     

水稻特定位颖花结实率作为孕穗开花期耐冷性鉴定指标

 以十和田与昆明小白谷的重组自交系（RIL）F8和F9群体为研究材料，在4种海拔条件下连续两年进行孕穗期耐冷性鉴定，采用方差分析、相关分析和多元逐步回归分析等方法对单株结实率与单株特定位颖花结实率间的相关性进行了研究。结果表明，单株结实率与特定位颖花结实率呈极显著相关（r=0.9011~ 0.7364），在低温冷害条件下，单株结实率与特定位颖花结实率间的相关系数高于无冷害条件；单株结实率和特定位颖花结实率与穗抽出度均呈极显著正相关。遗传分析表明，特定位颖花结实率可以替代单株结实率作为孕穗开花期耐冷性鉴定指标，而穗抽出度可作为孕穗开花期耐冷性鉴定的一个辅助指标。     

一种水稻微效QTL精细定位和克隆新途径

水稻重要农艺性状一般由少数主效QTL和大量微效QTL共同控制.水稻主效QTL克隆已取得显著进展,而微效QTL由于遗传作用弱,表型鉴定易受测量误差影响,克隆进展缓慢,但微效QTL在水稻重要农艺性状调控中的作用不容忽视.本文介绍了一种水稻微效QTL精细定位和克隆的新途径.该途径包含2个阶段:1)应用剩余杂合体构建近等基因系...     

低植酸水稻种质资源筛选、遗传生理调控与环境生态适应性研究进展

提高或维持水稻产量的同时,提高稻米品质已成为目前水稻育种的首要目标之一。其中,通过降低籽粒中植酸等抗营养因子,增加锌、铁生物有效性以提升水稻营养品质,是目前水稻品质改良的一个重要方向。本文主要综述了水稻籽粒中植酸合成的代谢路径、低植酸水稻的筛选及相关功能基因的遗传特点、植酸生理代谢的调控网络、低植酸水稻农艺性状劣变和生态适应性降低的生理原因、籽粒植酸合成的环境调控效应等相关研究进展。可为低植酸水稻品质改良以及栽培调优提供借鉴。     

水稻抽穗扬花期耐热QTL(qHTH5)定位及其遗传效应分析

对元江普通野生稻(Oryza rufipogon Griff.)(简称元江普野)荷花塘3号为供体、籼稻(O.sativassp.indica)恢复系蜀恢527为轮回亲本构建的种间近等基因系群体进行数量性状位点(QTL)分析,在近等基因导入系YJ10-03-01中鉴定了一个抽穗扬花期耐热QTL。利用均匀分布在水稻12条染色体上的360个SSR标记检测近等基因系YJ10-03-01和籼稻恢复系蜀恢527,共获得9个多态性标记。单标记分析表明第5染色体短臂上的多态性标记与抽穗扬花期耐热性极显著相关。进一步在人工气候室模拟高温条件下处理YJ10-03-01与蜀恢527杂交得到F2分离群体(1027个单株)并进行SSR标记分析,以水稻结实率为耐热指标,利用复合区间作图方法在第5染色体短臂上检测到一个抽穗扬花期耐热性QTL,暂命名为qHTH5。该QTL在F2及F3世代分别解释8.6%和19.4%的表型变异。在F3世代,继续利用目标区间标记RM7320和RM7444之间的SSR标记鉴定纯合重组体,利用置换作图法将QTL定位在约304.2kb之内(RM592-RM17921)。     

ABT生根粉处理对水稻高节位茎段扦插繁殖的影响

以2个常规水稻品系为材料,分别用100 mg/L ABT1、ABT2和ABT6浸泡高节位茎段1 h后,进行水培试验。结果表明:(1)ABT生根粉处理后,根鲜重、总根长、根表面积、根体积、根平均直径、根鲜重均比对照显著增加,说明生根粉处理后促进了根系生长;(2)对照组的根系活力在抽穗后急剧下降,而处理组的根系活力在生长后期下降较慢,说明生根粉处理有提高根系活力的作用;(3)处理组根系中的可溶性蛋白含量显著高于对照组,与种子繁殖株的根系无显著差异,说明生根粉处理能提高根系可溶性蛋白的含量,提高根系某些酶的含量。     

“三系”不育系微效恢复基因表现型研究

对胞质雄性不育系的3个育性指标:套袋自交结实率、黑染花粉率、嵌合颖花率,在4个不同育性水平的不育系的多个转育世代中的表现进行了比较。结果表明,3个指标均是微效恢复基因的遗传表现型,但嵌合颖花率因为易于考查、数据绝对值大、表现稳定性好而最适合作为微效恢复基因遗传分析的量化指标。该结论的重要意义在于量化的表现型是微效恢复基因遗传规律及进一步分子研究的基础。     

氮肥对粳稻籽粒腹白和心白发生及生化组成的影响

为探讨不同类型垩白水稻对氮肥的响应差异,以武育粳3号的高腹白突变体(WBRK)和高心白突变体(WCRK)为材料,设置不施氮肥(对照)和两个不同的基肥与穗肥比例处理(N5-5和N10-0)共3个处理,分析施氮对腹白米和心白米的发生及籽粒生化组分的影响。结果表明,施用氮肥显著增加了腹白米率和心白米率,且腹白较心白更易受氮肥影响。施氮对WBRK籽粒总淀粉、直链淀粉和支链淀粉含量无显著影响,显著增加了WCRK籽粒淀粉组分的含量,改善了WBRK和WCRK的碾磨品质。与对照相比,N5-5处理显著增加了WBRK籽粒蛋白质及其组分中球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量以及WCRK籽粒蛋白质含量。N10-0处理显著降低了WBRK和WCRK籽粒中的蛋白质和谷蛋白含量。N5-5处理下,WBRK和WCRK籽粒中大多数氨基酸含量有所增加,但组氨酸和精氨酸含量有所降低,WCRK表现得更明显。研究表明,氮素对不同类型垩白水稻品种腹白和心白发生及籽粒贮藏物质积累的影响存在差异,显示出生产中采用不同调优栽培措施的必要性。     

Specific Spikelet Fertility as an Indicator of Cold Tolerance Identification at Booting Stage in Rice

Spikelet fertility is an uppermost evaluation indicator of cold tolerance in rice at the booting stage. Though many evaluation indicators have adopted by scientists, the whole spikelet fertility (SF) is one of the most important evaluation indexes under low- temperature stress conditions [1-3], which has practical significance in rice production. However, spikelets at different developmental stages have different sensitivities to low-temperature. Moreover, even within the same panicle the spi…