转基因水稻基因飘流研究十年回顾

中国是世界最大的水稻生产国和亚洲栽培稻的起源中心之一。随着中国转基因水稻研发的快速发展,需要研究水稻转基因飘流可能对环境和食品安全带来的潜在风险。基因飘流及其数据是对转基因水稻进行科学评估和监管的重要参数。为此,从2002年开始组建了研究团队,对转基因水稻的基因飘流进行了为期10年的系统研究。取得的结果主要包括：（1）阐明了水稻基因飘流的基本规律,揭示了影响水稻基因飘流的生物学和气象学主控因子。沿水稻开花期的主流风向,采用长方形田间试验设计,分别在三亚、广州和杭州3个点2-3个生长季,研究了纯合转bar基因花粉供体L201或B2 (姐妹系,抗除草剂Basta)向19个非转基因受体（包括不育系、常规稻品种、杂交稻F1和普通野生稻）在不同距离上的基因飘流率,明确了转基因向不育系的飘流率最高,向普通栽培稻品种的基因飘流率最低(相邻种植时小于1%或0.1%),向普通野生稻的基因飘流率介于不育系和常规稻之间,向不育系的最大基因飘流率比向普通野生稻和栽培稻要大1-3个数量级;基因飘流率随距离增加呈负指数曲线衰减,且存在急剧降低的“拐点”,“拐点”的距离与试验点水稻开花期的风速密切相关,广州和杭州为1-2 m,三亚约为5 m;采用圆形、以花粉供体为中心的田间试验设计,以异交结实率很高的不育系博A作受体,清晰地解析了风向与基因飘流率的数值关系,主流和次主流风向下游4个扇区的基因飘流事件累计达90%-96%,而逆风向和侧逆风向4个扇区仅为4%-10%。综上所述,水稻转基因飘流率与常规育成品种间的异交率（一般在1%以下）基本相同,在数量级上转基因并未增加新的风险。（2）建立了以气象资料为参数的水稻花粉扩散和基因飘流普适模型,计算和预测了中国南方稻区17省、市的最大基因飘流阈值距离（maximum threshold distances, MTDs）。受东南季风和地形地貌的影响,中国南方稻区MTDs的空间分布特征为：东西之间有自东向西逐渐减小的趋势,南北之间首先在南方丘陵地区逐渐减小、越过南岭后再向东南沿海地区逐渐增大。（3）利用人工构建的普通野生稻与基因（Bt或bar）飘流后代栽/野F1杂种混栽群体,经多年多代跟踪观察,分析了转基因飘流至普通野生稻后的命运,发现栽/野F1杂种在3-5年后完全消失,混栽群体中检测不到外源的Bt和bar,有理由推测普通野生稻具有自我保护的机制。（4）研究了小规模田间试验中采用花期隔离和布帐隔离措施降低水稻基因飘流率的效果;调查了海南、广东、广西普通野生稻原生境居群与相邻种植的栽培稻花期相遇情况,建立了相应的数据库;研究了基因拆分技术作为生物学限控措施从根本上限控基因飘流的效果;以本研究的结果及对国际上主要农作物基因飘流的调研数据为基础,提出了在水稻基因飘流风险评估和监管中采用分类管理和阈值管理的原则。在10年回顾和科学分析的基础上,对未来研究的重点也进行了展望。     

广西普通野生稻的遗传多样性及分布特征

 【目的】对广西境内普通野生稻居群遗传多样性进行研究,明确广西普通野生稻遗传多样性分布与地理特征的关系。【方法】利用36对分布于水稻12条染色体上的微卫星引物对来自广西14个区域（县级行政区域）的27个居群690份普通野生稻材料进行遗传多样性分析。【结果】所有个体平均等位基因数A=9.86,有效等位基因数Ae=5.05,总遗传多样度Ht=0.74,基因分化系数Gst=0.49,说明广西普通野生稻遗传多样性丰富,且居群内与居群间的多样性对总遗传多样性的贡献相当。通过不同区域遗传多样性检测和聚类分析,在遗传一致度为0.5处可把广西普通野生稻分为3个类群。【结论】结合广西的地形及野生稻居群的分布情况,3个类群的形成与山脉的阻隔、水系的分布以及地质结构等影响基因传播途径的特征关系密切。     

海南普通野生稻资源不同生长期耐旱性鉴定与筛选

为挖掘海南普通野生稻耐旱资源,分别在长期自然条件下和防雨透光薄膜棚内对海南普通野生稻材料进行耐贫瘠和苗期、抽穗期耐旱性鉴定。结果发现672份普通野生稻耐贫瘠;25份苗期材料表现1级高耐旱且存活率大于80%,占5.1%;2份材料萎蔫率和耐旱空壳率皆≤5%,表现1级耐旱,占60份抽穗野生稻材料3.33%。这些耐旱普通野生稻资源分别来自文昌市、海口市、万宁市、澄迈县等地。     

栽培稻杂交后代保护酶活性的变化

以抗水稻细菌性条斑病（简称细条病）的普通野生稻DY3和感病轮回亲本9311组合构建了BC2F2群体．分蘖期用针刺法人工接种广西细菌性条斑病菌优势致病型菌株JZ28,选取其中的1、3、5、7、9级植株为材料,在孕穗期接种第2次,研究接种细条病后水稻叶片防御酶活性的变化动态及其与抗病性的关系。结果表明：高抗病1级与高感病9级材料的苯丙氨酸解氨酶（PAL）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）的活性和丙二醛（MDA）含量与对照亲本时间动态变化趋势相似,而过氧化物酶（POD）活性变化不一致;不同抗病等级之间,苯丙氨酸解氨酶活性和过氧化氢酶活性在极端抗感材料之间差异显著．超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性和丙二醛含量差异不显著．     

以广东高州普通野生稻为供体亲本的水稻单片段代换系构建

以栽培稻品种粤香占为受体亲本,利用杂交、回交和微卫星标记辅助选择相结合的方法,构建了以高州普通野生稻为供体亲本的水稻单片段代换系群体。该群体由20个编号的9个单片段代换系构成。这9个单片段代换系分别分布在水稻的第1、2、3、10和11染色体上,代换片段长度为8.1～23.8cM,总长度为152.7cM,平均长度为17.0cM,代换片段对水稻基因组的覆盖总长度为136.1cM,覆盖率为7.5%。构建以高州普通野生稻为供体亲本的水稻单片段代换系,为发掘和利用高州普通野生稻的有利基因提供了理想的试验材料,为进一步开展高州普通野生稻的遗传研究提供了一条新途径。     

Application of Functional Markers to Identify Genes for Bacterial Blight Resistance in Oryza rufipogon

Field resistances of nine accessions of common wild rice (Oryza rufipogon Griff.) and one rice variety (IR24) were evaluated by using nine strains of bacterial blight pathogen (Xanthomonas oryzae pv. oryzae) from the Philippines. IR24 was highly susceptible to all the strains, and six common wild rice accessions resisted all the nine strains, with a resistance frequency of 67%. The accessions Yulin and Wanning were only susceptible to PXO280 and PXO71, respectively. The accession Gaozhou was susceptible to the three strains PXO79, PXO99 and PXO339, whereas resistant to the other six strains. It could be concluded that there is at least one resistance gene in each common wild rice accession. The functional markers of the genes xa5, xa13, Xa21 and Xa27 were used to detect the presence of these resistance genes in the nine tested wild rice accessions, and it was found that four wild rice accessions contained heterozygous xa13. Among the nine common wild rice accessions, five were homozygous for Xa27 and three homozygous for xa27, and the accession Laibin contained neither xa27 nor Xa27. In addition, there were no xa5 and Xa21 in all of these accessions.     

普通野生稻异位保护取样策略研究

应用SSR分子标记技术研究普通野生稻异位保护取样策略。结果表明：以采集的样本遗传多样性占居群总遗传多样性的90%为临界值,则最佳取样数量为25株;若采集的样本遗传多样性达到居群总遗传多样性的95%,最佳取样数量应增加至30株。     

普通野生稻对水稻白叶枯病抗性的评价及遗传研究初报

 重复评价了48份普通野生稻对3个白叶枯病菌系P1、HB84-17和T1的抗性。6份材料抗所有3个菌系，其中1个材料RBB16的抗性是相对稳定和纯合的。遗传研究表明RBB16对菌系P1、HB84-17和T1的全生育期抗性分别受制于2和3对显性基因，它们与显性基因Xa-4非等位,是否为新基因尚待进一步测定。抗性转育表明RBB16的抗性遗传效应较强。     

Identification and Genetic Analysis of Fertility Restoration Ability in Dongxiang Wild Rice （Oryza rufipogon）

Two populations of Dongxiang wild rice (Oryza rufipogon), Shuitaoshu and Dongtangshang, were crossed with five male sterile rice lines with different cytoplasmic backgrounds (B06S, Zhenshan 97A, Xieqingzao A, Zhong 9A, and Yuetai A), and the seed setting rate of the F₁ was used to judge the fertility restoration ability in the Dongxiang wild rice. With P₁, F₁, P₂, and F₂ populations as materials, the Akaike's Information Criterion (AIC) was used to identify the major genes affecting quantitative traits, and when the major genes existed, the genetic effects of the major gene and the polygene and their genetic variance were estimated through segregation analysis. The seed setting rates of the F₁ generation varied from 45.98% to 76.57%, suggesting that the Dongxiang wild rice had the fertility restoration ability. One major gene plus polygene mixed inheritance model was the most fitted genetic model for this trait in all the F₂ populations. The heritability values of the major genes varied from 56.63% to 88.29% and those of the polygenes from 2.74% to 30.97%, and the total heritability values were from 63.17% to 94.01%. The major gene inheritance of the combination Zhong 9A/Dongtangshang was controlled by the additive effect without dominant effect, and the other nine combinations were by the completely dominant inheritance.     

广西野生稻资源抗稻瘟病材料的鉴定与评价

 经过3代自交纯化与稻瘟病抗性鉴定,在1500份普通野生稻(Oryza rufipogon Griff.)中发现38份抗病材料,在113份药用野生稻(O. officinalis Wall. ex Watt.)中发现18份抗病材料。普通野生稻和药用野生稻相同材料在不同年份的田间病区诱发鉴定中,各级抗性植株分布差异不显著,鉴定结果表现一致。与普通野生稻相比,广西药用野生稻抗性基因发生的频率显著较高、抗性稳定,是一种特殊抗性类型,从中获得具有重要利用价值的新抗性基因的可能性较大。研究还表明,自交提纯能够明显提高这两种野生稻的平均抗性水平。在田间病区诱发条件下,广西普通野生稻抗性材料出现的频率与地区居群的遗传多样性没有显著相关性。