通过CRISPR/Cas9技术靶向编辑SSSⅡb基因改良稻米品质

[目的]本文旨在利用基因编辑技术,降低水稻直链淀粉含量,改善稻米食味品质特性,以培育直链淀粉含量降低的优质育种材料.[方法]利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,下调水稻品种'宁粳4号'淀粉合成基因(SSSⅡb)的表达,对转基因家系进行目标基因的分子鉴定和主要农艺性状、生理生化指标的测定,选出目标育种材料.[结果]对...     

水稻孕穗期耐热性QTLs分析

水稻籼粳亚种间杂种优势利用是提高水稻产量的重要途径。然而，异常高温或低温导致籼粳亚种间杂种育性下降是影响其优势利用的主要因素之一。本研究以USSR5（粳稻）/广解9号（籼稻）//USSR5回交群体为供试材料，构建了相应的分子连锁图谱，分别以高温处理下直接小穗育性及小穗育性热敏感指数为指标，对水稻孕穗期高温耐热性及其相对耐热性进行数量性状位点（QTLs）分析。结果表明，在第2、4和5染色体上检测到孕穗期耐热性相关的QTL各一个，对表型变异的解释率为6.4%~15.8%；在第4、8染色体上分别检测到与孕穗期相对耐热性相关的QTL，qhts-4和qhts-8，LOD值分别为3.81和2.86，对表型变异的解释率分别为16.8%和9.9%。对其进一步的上位性分析表明，有8条染色体的4对位点存在基因间互作，小穗育性耐热性除受主效QTL控制外，还受基因间互作及修饰基因的影响。     

色氨酰-tRNA合成酶基因WRS1调控水稻种子发育

【目的】氨酰-tRNA合成酶（aminoacyl-tRNA synthetases, aaRSs）与遗传信息传递密切相关,已发现植物中aaRSs家族蛋白在维持翻译功能之余,还参与配子发生与胚发育、质体的早期发育以及免疫信号的感知与病害防御等生物学过程。本研究利用水稻胚乳发育缺陷突变体,分析水稻色氨酰-tRNA合成酶（WRS1）在胚乳发育中的作用,证明WRS1基因编码一个影响水稻胚乳发育的关键因子。【方法】本研究通过甲烷磺酸乙酯（ethyl methane sulfonate, EMS）诱变籼稻（Oryza sativa subsp. indica）品种N22,筛选到一个稳定遗传的水稻粉质胚乳突变体（wrs1）,图位克隆获得目标基因。对wrs1成熟种子进行形态学观察以及淀粉相关理化性质测定,利用细胞学切片分析wrs1发育中胚乳的结构,利用实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR, qRT-PCR）和GUS活性染色分析基因表达模式,通过qRT-PCR比较野生型与突变体花后12 d胚乳中淀粉合成相关基因表达情况,免疫印迹检测野生型与突变体成熟种子中淀粉合成酶蛋白积累情况,使用全自动氨基酸分析仪测定游离氨基酸含量。【结果】 wrs1突变体幼苗表现出明显的发育滞后且逐渐蔫萎死亡,从杂合突变体（WRS1wrs1）中分离到的粉质籽粒呈现明显的腹部皱缩,粒厚、千粒重下降,同时总淀粉含量下降,糊化淀粉的峰值黏度和崩解值均低于野生型。wrs1突变体发育胚乳中复合淀粉颗粒变小,排列疏松。WRS1定位于第12染色体长臂约183 kb的区间内,测序发现编码色氨酰-tRNA合成酶（tryptophanyl-tRNA synthetase, WRS）基因的第6外显子上发生单碱基替换,导致一个保守位置上的甲硫氨酸被替换。wrs1突变体中大部分淀粉合成相关基因表达量下调,且野生型与突变体间基因表达的变化与相应蛋白积累的差异存在不一致的趋势。wrs1突变体籽粒中蛋白质积累降低,而游离氨基酸含量显著升高。【结论】 WRS1编码色氨酰-tRNA合成酶,该基因突变后通过影响氨基酸稳态和蛋白质合成,造成淀粉合成相关基因异常表达从而影响淀粉的合成与积累,导致种子发育缺陷。     

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。     

外源生长素和细胞分裂素对莴苣幼苗侧根原基发生和内源激素含量的影响

以莴苣幼苗为材料,以适应浓度的生长素类物质萘乙酸（ＮＡＡ）、吲哚丁酸（ＩＢＡ）和吲哚乙酸（ＩＡＡ）处理根部２０￣３０ｈ,可使大量的侧根原基得到的启动和突起,１０．０００ｍｇ／Ｌ的ＮＡＡ,ＩＢＡ或ＩＡＡ处理的侧根原基数分别为对照的２７．９,２６．５和１３．６倍;     

茉莉酸甲酯(JA-Me)对莴苣幼苗侧根原基形成及内源激素的影响

就茉莉酸甲酯（ＪＡ－Ｍｅ）对莴苣幼苗侧根原基的形成以及侧根原基形成过程中内源激素含量的影响进行了探讨。采用不同浓度ＪＡ－Ｍｅ以及分别配以生长素类试剂来处理莴苣幼苗,发现适当浓度的ＪＡ－Ｍｅ可促进其侧根原基形成且对萘乙酸（ＮＡＡ）、吲哚丁酸（ＩＢＡ）及吲哚乙酸（ＩＡＡ）等的促侧根形成具有明显的加合效应,进一步对其侧根原基形成过程中内源激素含量进行测定。结果表明,这与ＪＡ－Ｍｅ配合处理迅速降低根中内源［玉米素核苷（ＺＲｅ）＋异戊烯腺嘌呤（ｉＰＡｓ）］／ＩＡＡ的比值有关。     

粳型短光敏核不育系5021S育性基因的定位

以育性转换表现为"长光高温下可育,短光低温下不育"反(向)光、温敏核不育种质5021S为材料,5021S与轮回422杂交组合F2作为遗传群体进行育性相关基因的QTL定位,利用124对SSR标记构建了一张全长1 912.3 cM平均图距为14.98 cM的饱和分子连锁图谱。利用Windows QTLCartographer2.5软件,在全基因组范围内检测到4个控制育性相关性状的QTLs位点,分别位于第2、第3、第5、第7染色体上,单个QTL可解释4.5%～32.5%表型变异。其中位于第2染色体上RM5804与RM425之间的qpms-2贡献率为32.5%,第3染色体RM130与RM3405之间的qpms-3贡献率为16.1%。表明5021S的核不育性受2对隐性主基因控制,同时受微效基因调控。     

控制水稻穗形相关性状的QTL定位

穗是水稻产量的最终表达部位,穗部性状在产量构成因素中占有很重要的地位.该研究采用以粳稻Asominori为遗传背景、籼稻IR24为染色体片段供体的染色体片段置换系(Chromosome segment substitution lines,CSSLs)群体,于2007年和2008年对水稻穗部性状进行了相关分析及其数量性状位点(Quantitative trait loci,QTL)的定位.结果表明:穗部性状与单株产量存在极显著的正相关,并检测到影响5个相关性状的33个QTL,分布在第1、第3、第4、第6和第8条等染色体上,贡献率介于5.35%与37.59%之间,其中两年同时检测到的稳定表达QTL10个,约占30.3%;在第1染色体RM493和RM5496标记附近、第4染色体RM317标记附近、第6染色体RM217标记附近和第8染色体RM331及RM502标记位置均检测到能同时控制穗部多个性状的QTL,可能是因为基因的多效性或基因的紧密连锁所致.在育种中利用与这些QTL连锁的分子标记进行辅助选择,将有助于多个性状的协同改良.     

利用F_2群体定位水稻谷粒长宽比QTL

以粳稻南粳35和籼稻N22杂交得到的F2群体为研究对象,通过构建遗传连锁图谱,对控制水稻谷粒长宽比的QTL进行定位。谷粒长宽比在F2群体中呈近似的正态分布,表现为数量性状特征;利用Win QTLcart2.5软件共检测到3个控制谷粒长宽比的QTL,分别位于第3、4和5染色体上,单个QTL对表型的贡献率介于4.97%~58.06%,加性效应值介于0.05~0.20,除q LWR-4外,谷粒长宽比增效基因均来自长粒型水稻品种N22,其中q LWR-5对谷粒长宽比表型贡献率最大;基因作用方式表现为超显性、显性和部分显性;此外,利用QTLNetwork2.0软件没有检测到上位性QTL。     

通过分子标记辅助选择将耐储藏主效QTL qSS-9~(Kas)转入宁粳4号提高其种子贮藏能力

利用置换系SL36作为qSS-9位点上Kasalath等位基因的供体亲本,各方面农艺性状较好的宁粳4号作为轮回亲本,通过回交和自交,并使用4个与qSS-9紧密连锁的分子标记Y-10、Y-11、Y-14、Y-13进行基因型的检测筛选,对宁粳4号进行耐贮性的遗传改良,获得了既耐贮藏、大多农艺性状又接近于宁粳4号的较为稳定的优良新品系,克服了宁粳4号耐贮藏性差的弱点。获得的新品系种子在人工老化和自然老化条件下均表现出发芽率明显提高、丙二醛含量显著降低、TTC染色效果更明显,表明转入耐储藏主效QTL Qss-9~(Kas)的宁粳4号新品系耐贮性显著提高。