<Emphasis Type="Italic">OsLAP6/OsPKS1</Emphasis>, an orthologue of <Emphasis Type="Italic">Arabidopsis PKSA/LAP6</Emphasis>, is critical for proper pollen exine formation

Background

Male fertility is crucial for rice yield, and the improvement of rice yield requires hybrid production that depends on male sterile lines. Although recent studies have revealed several important genes in male reproductive development, our understanding of the mechanisms of rice pollen development remains unclear.

Results

We identified a rice mutant oslap6 with complete male sterile phenotype caused by defects in pollen exine formation. By using the MutMap method, we found that a single nucleotide polymorphism (SNP) variation located in the second exon of OsLAP6/OsPKS1 was responsible for the mutant phenotype. OsLAP6/OsPKS1 is an orthologous gene of Arabidopsis PKSA/LAP6, which functions in sporopollenin metabolism. Several other loss-of-function mutants of OsLAP6/OsPKS1 generated by the CRISPR/Cas9 genomic editing tool also exhibited the same phenotype of male sterility. Our cellular analysis suggested that OsLAP6/OsPKS1 might regulate pollen exine formation by affecting bacula elongation. Expression examination indicated that OsLAP6/OsPKS1 is specifically expressed in tapetum, and its product is localized to the endoplasmic reticulum (ER). Protein sequence analysis indicated that OsLAP6/OsPKS1 is conserved in land plants.

Conclusions

OsLAP6/OsPKS1 is a critical molecular switch for rice male fertility by participating in a conserved sporopollenin precursor biosynthetic pathway in land plants. Manipulation of OsLAP6/OsPKS1 has potential for application in hybrid rice breeding.

     

淮北地区氮肥群体最高生产力水稻钾素吸收利用特征

以淮北地区有代表性的34个中熟中粳品种为试材,设置7个氮肥水平(0、150.0、187.5、225.0、262.5、300.0、337.5 kg hm~(–2)),得出各品种的最高产量,将该最高产量定义为氮肥群体最高生产力。在此基础上,明确处于顶层水平(≥10.50 t hm~(–2))、高层水平(9.75~10.50 t hm~(–2))、中层水平(9.00~9.75 t hm~(–2))和底层水平(≤9.00 t hm~(–2))水稻品种的钾素积累、分配及转运特征。结果表明,4个生产力等级水稻品种地上部植株、茎鞘和叶片的含钾率在拔节期最高;抽穗期顶层水平品种的这3个参数高于其他3个等级的品种;穗部含钾率差异不显著。随着氮肥群体生产力等级的提高,钾素总积累量增多;拔节前底层水平钾素积累量最多,两年平均为120.56 kg hm~(–2),比例占50.56%,顶层水平为最少,两年平均为108.02 kg hm~(–2),比例占35.99%;拔节至抽穗期和抽穗至成熟期顶层水平钾素阶段积累量及比例显著高于其他3个等级。移栽至拔节期,钾素积累速率为中层底层高层顶层水平,拔节后则为顶层高层中层底层水平。叶片的钾素转运量及转运率明显高于茎鞘;顶层水平叶片的钾素转运量高于其他3个等级,高层水平叶片的转运率最高;穗部增加量随生产力等级的递增而变大;抽穗到成熟期,茎鞘、叶片对穗的钾素转运贡献率表现为底层最高,中层次之,顶层最低。4个等级水稻品种籽粒生产率和百千克籽粒吸钾量差异不显著;钾素偏生产力和钾收获指数均表现为顶层高层中层底层水平。总之,氮肥群体最高生产力越高,水稻中后期植株钾素积累量及器官对钾素的吸收利用效率越显著。抽穗后保持较高的钾素吸收利用及转运效率是高产水稻品种的重要特征。     

马铃薯品种遗传多样性分析

为解析一套(559份)从世界各国收集的马铃薯种质资源的遗传多样性,用16个表型性状和36个SSR标记进行了聚类和多样性参数分析。对454份表型数据完整材料的UPGMA聚类分析表明,在欧氏距离14.66处被聚成2个类群(A_1和A),其中A_1在欧氏距离12.74处被分为A_(11)和A_(12)亚群;454份材料在欧氏距离11.73处被划成9个类群,包括4个小类(A、B、C和H)和5个大类(D、E、F、G和I),其中类群I所包括的材料占总数的57.5%,该结果较好地揭示了马铃薯种质材料之间的形态差异,区分生态类型不同和遗传差异明显的亲本。36个SSR标记在559份材料中共检测出134个多态性位点,每对引物检测1~7个等位变异,平均3.72个,引物多态性信息量(PIC)为0.1545~0.7743,平均为0.5783,说明品种间有丰富的遗传多样性。NJ系统进化树分析表明,559份材料可分为3个大群。类群I为一个混合群,各地区品种均有分布,包括133份马铃薯材料,占总数的23.8%;类群II中欧洲、北美及中国东北和西北地区的材料所占比重较大,数量为187,占33.5%;类群III中北美、南美以及中国东北和西南地区马铃薯材料所占比重较大,包含239份材料,占42.8%。表型性状聚类与SSR分子标记聚类结果相似,均与地理位置有很大相关性,应结合共同用于评价马铃薯品种遗传多样性。     

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。     

涝渍对Bt棉棉蕾杀虫蛋白表达含量及氮代谢影响

以Bt棉常规种泗抗1号和杂交种泗抗3号为材料,于盛蕾期设计不同程度涝渍(土壤持水量为最大持水量的90%、100%,渍水2 cm)胁迫4 d以及土壤持水量为最大持水量90%逆境下持续胁迫24~120 h的试验,探讨棉蕾中Bt杀虫蛋白表达量变化及相关氮代谢生理机制。结果表明,土壤不同涝渍程度影响棉蕾Bt蛋白含量。土壤持水量为最大持水量的90%、100%和渍水2 cm处理胁迫后,常规种泗抗1号棉蕾中Bt蛋白含量分别下降36.5%、42.1%和51.4%,杂交种泗抗3号分别下降19.2%、57.2%和64.5%。90%的土壤持水量持续胁迫96 h使棉蕾Bt蛋白含量开始显著下降,泗抗1号和泗抗3号分别下降20.8%和17.6%。随着胁迫时间延长下降幅度增大。不同涝渍程度或水渍持续胁迫条件下,棉蕾中可溶性蛋白含量,硝酸还原酶(NR)、谷氨酸草酰乙酸转氨酶(GOT)、谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性下降,游离性氨基酸含量,肽酶、蛋白酶活性增加。说明涝渍逆境下,棉蕾中蛋白质合成能力下降、分解能力增强,引起可溶性蛋白包括Bt杀虫蛋白含量下降,导致棉蕾抗虫性下降。     

芝麻黄化突变体YL1的叶片解剖学及光合特性

表型性状标记在作物遗传育种中具有重要的应用价值。在芝麻地方种质"庙前芝麻"中发现了能够稳定遗传的黄化突变体YL1,对该突变体的叶片解剖特征、光合特性及农艺性状的比较分析表明,突变体YL1黄化心叶和平展叶在各个发育时期的叶绿体结构均与同时期野生型存在明显差异,下表皮气孔保卫细胞数是正常叶的2倍左右。YL1的叶绿素a、总叶绿素、类胡萝卜素含量均只有同时期正常含量的30%~40%,叶绿素b含量只有正常叶的20%;光合速率在初花期及以前均显著低于同期正常叶,但到终花期与正常叶相当;YL1的生育期和初花期显著推迟,株高和单株蒴果数明显降低,每蒴粒数和千粒重略微降低。显微观察表明,YL1的叶绿体形态结构发育不规则,基粒和基粒片层数目明显少于野生型,使得叶绿素含量过低,属于叶绿体发育异常导致的叶绿素缺少型突变体。     

作物驯化和品种改良所选择的关键基因及其特点

近15~20年作物基因组学迅速发展,特别是第2代测序技术的普及,显著降低了测序成本,使单核苷酸多态性(SNP)分析和单元型区段(也称单倍型区段)分析渗透到生命科学的各个领域,对系统生物学、遗传学、种质资源学和育种学影响最为深刻,使其进入基因组学的全新时代。一批驯化选择基因的克隆,特别是对一些控制复杂性状形成的遗传基础及其调控机制的解析,更清晰地揭示了作物驯化和品种改良的历史,提升了人们对育种的认知,推动育种方法的改进。驯化和育种既有相似之处,也存在明显的差异。驯化选择常常发生在少数关键基因或位点,对基因的选择几乎是一步到位;而现代作物育种虽然只有100年左右的历史,但其对基因组影响更为强烈,是一些重要代谢途径不断优化的过程。随着生态环境或栽培条件的变化,育种选择目标基因(等位变异)会发生相应的变化或调整,因此对基因(等位变异)的选择是逐步的。此外,强烈的定向选择重塑了多倍体物种的基因组,使其亚基因组与供体种基因组明显不同。在群体水平上,系统分析驯化和育种在作物基因组和基因中留下的踪迹,凝炼其中的规律,将为品种改良和育种提供科学理论和指导,本文也简要介绍了"十三五"国家重点研发计划专项"主要农作物优异种质资源形成与演化规律"的基本研究思路。     

中国竹类多样性及其重要价值

竹类属于禾本科Gramineae（Poaceae）、竹亚科Bambusoideae植物,全世界约1 500多种。中国竹类的自然分布广阔,横跨热带、亚热带和温带地区,涵盖包括台湾、香港在内的21个有竹子分布的省、自治区、直辖市和特区。中国是世界上竹类多样性最丰富的国家,也是世界上栽培竹类最丰富的国家,共有竹类植物753种（含22种引进种）,约占世界总数的50%以上。同时,中国竹类在起源、遗传进化、内部构造、生态及林型等方面均具有十分丰富的多样性。中国竹类从宏观到微观所展现出的多样性特质,是大自然留给人类的宝贵遗产,对于人类认识自然、保护自然、从而更好的利用竹类资源服务于人类的长远利益,具有重要价值。文章从起源、生态、林型、物种、形态、遗传等方面概述了中国竹类的多样性,为进一步探讨竹类多样性提供基础信息。     

纤维目数对纤维板力学性能和成本的影响研究

采用热磨法研磨纤维,研究不同纤维目数(40~100目,20~120目,10~130目)对纤维板力学性能和成本的影响。在保证制作质量合格的纤维板试件基础上,对其进行力学性能试验,验证确定纤维目数区间的合理性,并利用确定的纤维目数区间进行密度和施胶量的单因素对比分析;分析其对力学性能和成本的影响。研究结果表明:纤维目数在40~100目时,可通过降低试件密度或减小施胶量,在保证制品较好力学性能的前提下降低制备成本,可实现优质优价经济效益最大化;从纤维板制品制备成本分析得出:采用上述三种纤维目数区间,在保证制品质量要求的前提下,可实现纤维目数区间与制品质量等级的合理匹配,达到合理利用原材料降低成本的效果。     

有机质浸染砂水泥土的力学特性及本构关系

为研究海南省海湾地区分布的有机质浸染砂水泥土的力学特性,该文首先对有机质浸染砂水泥土和标准砂水泥土进行无侧限抗压强度对比试验(采用配合比均为熟石灰掺入比7.5%、水泥掺入比20%、水灰比0.45),定量分析养护龄期对其无侧限抗压强度及试样破坏形式的影响。然后对有机质浸染砂水泥土进行单轴抗压试验,获得了水泥土材料的应力-应变全过程曲线、刚度变化规律以及改进邓肯-张本构模型。结果表明:1)有机质浸染砂水泥土试样的破坏类型为塑性剪切破坏和脆性剪切破坏;2)有机质浸染砂水泥土抗压强度随着养护龄期的增加基本呈指数形式增长,但在养护龄期14 d后,增长速度逐渐降低并趋于稳定;3)随着养护龄期增长,水泥土刚度增加。在加载初期,水泥土切线模量随着轴向应变增加而增大,呈现刚度硬化现象;4)基于单轴抗压试验得到应力-应变全过程曲线,可分为2个阶段:塑性阶段、软化阶段;5)通过对应力-应变全曲线的描述,得到了修正的邓肯-张模型,确定模型参数后,与实测数据对比发现,该修正模型可以模拟有机质浸染砂水泥土的应力-应变关系。