水稻育性调控相关基因RNAi载体的构建及其表型鉴定

利用RNAi干扰技术研究不同基因对花粉发育、卵细胞发育和合子胚发育的影响是一种重要的手段。本研究通过筛选水稻在生殖发育过程中的9个重要调控基因,构建基因的RNAi表达载体,分析转基因植株育性及相关性状表型,以期探明RNAi表达载体对靶标性状的干扰效应。其中,AT61~AT63、AT64~AT66、AT67~AT69表达载体分别靶标花粉育性、卵细胞发育以及合子胚发育的调控。结果表明,除RNAi表达载体AT64没有获得转基因植株外,其余8个RNAi表达载体均获得了转基因植株;对T0代转基因植株的花粉育性、结实率以及潮霉素筛选(40 mg/L)发芽率检测的统计结果显示,RNAi表达载体AT62(花粉发育调控)、AT65(卵细胞发育调控)和AT67(合子胚发育调控)的干扰效应较强。本研究结果将为创制新型水稻基因工程不育系提供策略和选择。     

水稻雌性核不育系SNP指纹图谱及抗逆相关差异位点检测

本研究以育成的‘云岭’系列水稻雌性核不育系为材料,利用水稻56K SNP芯片,构建水稻雌性核不育系SNP分子指纹数据库,同时检测分析其抗逆相关差异位点。结果表明,56K水稻SNP芯片共筛选出32 727个标记位点,并利用12 475个多态性SNP位点的物理位置构建了分子指纹图谱。籼粳组分分析发现10个雌性核不育系的粳型组分比例均大于籼型组分比例,‘云岭301FS’～‘云岭305FS’的籼型组分明显小于‘云岭306FS’～‘云岭310FS’,且籼粳位点差异明显。水稻雌性核不育系的抗逆相关基因主要有8种类型,共有41个基因,包含160个位点,表明供试的水稻雌性核不育系拥有良好的抵抗相应逆境的分子基础。通过比对参考基因组,发现一些基因的CDS区碱基发生不同程度的转换、颠换,其中有6个位点的改变导致了同义突变,13个位点的改变导致了错义突变,这可能导致多肽链原有功能的改变,最终影响水稻抵抗逆境的能力。本研究结果将为雌性核不育系的分子鉴定及其优良抗逆特性的研究提供理论基础。     

水稻白化突变体遗传机理与发掘利用研究进展

在自然界中存在大量的叶色突变体,对叶色突变体的研究可以探索叶绿体发育进程、光合色素代谢及核质互作信号通路等。随着分子生物学的发展,越来越多的水稻叶色突变基因被挖掘利用。本研究从水稻白化突变体类型、产生原因及作用机理等方面进行论述,并介绍了白化突变体在水稻杂交育种及基础研究中的应用价值,为深入发掘利用水稻白化突变基因提供一些建议。     

水稻杂种劣势相关亲本的全基因组重测序及其遗传变异分析

杂种劣势是在产量、生物量以及其它一些农艺性状表现与杂种优势相反的一种现象,而在杂种劣势的相关分子机理研究方面很少受到关注。为了解析杂种劣势的相关分子机理,本研究旨在利用杂种劣势相关的3个粳稻品种‘Aranghyangchalbyeo’(CH7)、‘Sanghaehyangheolua’(CH8)和‘Shinseonchalbyeo’(CH9)进行全基因组重测序,分析全基因组序列变异,解析杂种劣势的遗传基础。通过与粳稻品种‘日本晴’参考基因组的比对分析,在CH7、CH8和CH9基因组中分别获得了574551个、1026428个和792465个变异位点,包括SNPs和InDels变异位点。同时,基于基因组的拷贝数变异(CNVs)检测,在CH7、CH8和CH9基因组中分别获得了5698个、6872个和6133个拷贝数变异位点。此外,本研究也发现CH7、CH8和CH9基因组的变异位点在水稻的12条染色体上的分布是不均匀的。这些结果明确了相关基因组中的变异位点信息,为进一步研究杂种劣势的遗传机理提供了基础。     

水稻OsNCED4基因的克隆及功能初探

脱落酸(abscisic acid,ABA)是一种抑制植物生长的植物激素,因能促使叶子脱落而得名,在植物逆胁迫中发挥关键作用。由NCED基因编码的9-顺-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED),是ABA在高等植物中的关键酶。本研究已成功从水稻Ilmibyeo(O.sativa L.ssp.japonica)基因组中克隆得到Os NCED4,生物信息学分析表明,Os NCED4基因位于水稻第7号染色体上,ORF全长1749 bp,无内含子结构,编码582个氨基酸,具有NCED家族的RPE65保守结构;以该基因和其启动子序列构建组织表达载体pOsNCED4::GUS、pCaMV35S::OsNCED4:EGFP和RNAi干扰载体p Ca MV35S::OsNCED4:RNAi,用于基因表达和功能分析,并利用农杆菌介导的方法,成功获得了相应遗传载体的转基因植株;GUS染色结果表明,该基因在叶片、叶耳、小穗等组织部位均有表达;RT-PCR结果显示,Os NCED4在水稻不同生育期的根、茎、叶、叶鞘和穗子中均有不同程度的表达,但表达量具有明显的差异;亚细胞定位结果显示,OsNCED4基因编码的蛋白定位于细胞核;与野生型植株相比,RNAi植株的花粉育性无明显差异,而结实率显著下降。该研究结果为进一步研究水稻OsNCED4基因表达的调控,以及为水稻生长发育上的功能研究提供了科学依据。     

水稻类病变突变体cdb的遗传分析与基因定位

水稻类病变突变体是解析植物细胞死亡和相关抗性机制的重要材料。本研究通过EMS诱变粳稻品种‘黎榆B’,获得了一个遗传稳定的类病变突变体cdb(Cell death like blast)。突变体从分蘖期开始在叶片上出现中间部位呈褐色、边缘为橙黄色的不规则坏死斑,出斑2～3周之内扩散至整个叶片和叶鞘,成熟期坏死斑蔓延至整株,叶片早枯,植株失去再生能力。与野生型相比较,突变体cdb粒型发生显著变化,粒宽增加,粒厚减小,花粉育性有一定丧失,结实率显著下降。遮光实验结果表明,cdb病斑表型的发生受自然光照的激发。光合色素含量测定和光合速率指标测量结果发现,突变体cdb的光合色素含量与野生型相比明显降低,净光合速率呈极显著下降。遗传分析结果表明,突变体cdb的病斑性状受单隐性核基因控制。基因定位发现该基因位于12号染色体上,在标记RM12CD05和RM1047之间约5.0 cM区域内,该区域内未存在明确定位克隆的水稻类病变突变基因,说明cdb是一种新的水稻类病变突变体。本研究为下一步该类病变基因的克隆、功能分析、类病变形成机制探究以及突变基因应用提供理论依据。     

不同水稻雌性不育系剥蘖快繁和迭代再生力特性分析

水稻萌发的分蘖具有发育成完整水稻植株的潜能,是进行水稻大田无性繁殖的重要储备。本研究旨在分析比较3个不同籼、粳稻类型雌性不育系的剥蘖快繁和迭代再生力特性。结果表明,据籼粳遗传组分分类‘云岭314FS’、‘云岭319FS’为(偏)粳型;‘云岭317FS’为(偏)籼型。粳型雌性不育系‘云岭314FS’、‘云岭319FS’在继代(0～5次)和间隔时间（20, 30, 40 d）处理下的迭代繁殖系数显然高于籼型‘云岭317FS’;‘云岭314FS’、‘云岭319FS’的再生力明显优于‘云岭317FS’,叶绿素含量衰减率也相较于‘云岭317FS’低;3个雌性不育系的再生力随继代次数递增而逐渐降低,叶绿素含量衰减率则逐渐增加;‘云岭314FS、云岭317FS’再生力随剥蘖间隔时间加大而逐渐加大,叶绿素含量衰减率随间隔时间加大而减小,‘云岭319FS’再生力在间隔时间处理间相差较小且相对稳定。本研究初步探索出一套剥蘖繁殖雌性不育系的高效无性快繁技术体系,为FM-Line制种技术的推广奠定了基础,也为无性繁殖技术提供新的方法。     

粳稻亚种内杂种劣势遗传特性分析及其相关基因的克隆

杂种劣势是存在于自然种群之间的一种合子后生殖障碍,水稻杂种劣势的研究有利于探讨种间、亚种间和亚种内杂交不亲和原因,对建立新的杂种优势利用模式具有重要的理论及实践意义。本研究旨在通过对三个韩国粳稻劣势亲本"Aranghyangchalbyeo"(CH7)、"Sanghaehyangheolua"(CH8)和"Shinseonchalbyeo"(CH9)及其杂交后代(F1, F2)的生物学特征、特性进行比较,解析水稻粳稻亚种内杂种劣势的遗传模式;同时利用单倍型分析和图位克隆比对,探明CH8和CH9两个劣势亲本中所携带的劣势相关基因序列差异。结果表明,携带劣势基因的亲本自身生长正常,但正反交后F1表现稳定且明显的杂种劣势,F2群体中劣势植株与正常植株呈现9:7的分离,推断该杂种劣势的表型由两个互补的显性基因控制;劣势亲本CH8第1号染色体携带了稀有的劣势基因Hwc1;劣势亲本CH9不携带Hwc1和Hwc2基因,可能携带了其他劣势基因。该结果为揭示杂种劣势的基因多样性及分子遗传机制提供了科学依据。     

水稻新基因OsCPSF7启动子克隆及其时空表达特性分析

CPSF(cleavage and polyadenylation specificity factor),真核细胞mRNA3'端前体加工中起主导作用的蛋白因子。然而迄今对植物和水稻CPSF家族基因及其表达调控元件的克隆和功能的研究还不多。本研究克隆了水稻中一个未知功能基因OsCPSF7的上游2 330 bp启动子区域,构建植物融合表达载体pOsCPSF7:GUS,并获得了转基因水稻植株。组织化学染色结果表明,OsCPSF7基因启动子具有表达活性,可驱动GUS报告基因,在转基因水稻植株不同发育时期的叶枕、叶舌、茎间、小穗及种子柱头基部、胚和胚乳的连接部位均有强烈的表达。结果表明OsCPSF7基因启动子可能参与调控信号转导、逆境应答以及水稻生长和发育。该研究结果为进一步研究水稻OsCPSF7基因启动子的功能及其相关调控机制奠定了基础。