疣粒野生稻保护、遗传特性及利用研究进展

疣粒野生稻(Oryza meyeriana Baill.)是稻属中保存较多原始性状特征的种类,对病害、虫害及非生物胁迫的抗性良好,尤其是高抗白叶枯病,蕴含大量优良基因,既可作为抗病、抗虫、耐旱和耐盐碱基因发掘及水稻育种的优良抗源材料,也可作为稻作高蛋白、高赖氨酸等改良稻米品质育种的优异种质资源;但疣粒野生稻(GG基因组)与栽培稻(AA基因组)亲缘关系较远,其遗传特性研究和发掘利用远落后于普通野生稻等其他野生稻.文章通过综述疣粒野生稻分类和命名、优异性状、遗传特性及其在水稻种质资源创新与利用等方面的研究进展,并探讨疣粒野生稻研究和利用过程中存在的困难,指出当前疣粒野生稻赖以生存的原生境不断遭到破坏,其生存形势已十分严峻,若现存的居群得不到有效保护,将会造成更多的资源流失;此外,疣粒野生稻基因组的复杂程度限制了其功能基因及基因家族的研究,同时增加了同源基因克隆的难度和准确度,致使疣粒野生稻有利基因的发掘和利用进程缓慢,以疣粒野生稻为亲本的育种研究非常有限.因此,今后要从以下3个方面加强疣粒野生稻研究:(1)重视疣粒野生稻的保护,加强保存、保护措施研究;(2)借助现代生物技术,包括第三代高通量测序技术、蛋白组学分析和代谢组学技术等开展疣粒野生稻优异性状调控机理研究,加强抗病、抗虫、耐旱及耐阴等功能基因的发掘.(3)加强疣粒野生稻杂交障碍和杂交后代不育研究,寻求克服杂交障碍及挽救杂交后代的方法,促进疣粒野生稻在水稻育种中的应用.     

基于InDel分子标记的云南地方稻籼粳属性与表型性状相关分析

[目的]明确云南地方稻资源的籼粳属性及籼粳基因频率与表型性状间的相关性,为有效利用云南地方稻资源改良水稻品种提供理论依据.[方法]利用39对InDel籼粳特异性标记对来自云南12个地州69个县区的406份云南地方稻资源进行籼粳属性分析,通过计算云南地方稻资源在39个InDel位点上的籼粳基因频率,确定其籼粳类型;并对倒伏性、芒长、颖尖色、谷粒形状、株高、穗颈长、穗长、有效穗数、剑叶长、剑叶宽、每穗总粒数、每穗实粒数、一次枝梗数、二次枝梗数、千粒重、结实率、谷粒长和谷粒宽等18个表型性状进行调查,分析籼粳基因频率与表型性状的相关性.[结果]406份云南地方稻资源中有303份籼型稻(典型籼稻、籼稻和偏籼),占74.63%,其中典型籼稻77份、籼稻214份、偏籼12份;中间型资源11份,占2.71%;粳型稻(典型粳稻、粳稻和偏粳)有92份,占22.66%,其中典型粳稻36份、粳稻54份、偏粳2份.籼粳基因频率与表型性状的相关分析结果表明,粳型基因频率与穗颈长、谷粒宽、芒长、穎尖色、穗长、剑叶长、每穗总粒数、一次枝梗数、二次枝梗数、谷粒长和谷粒形状等11个表型性状呈极显著相关(P<0.01,下同),其中与谷粒宽(r=0.374)的正相关性最高,与谷粒形状(r=-0.429)的负相关性最高.[结论]云南地方稻资源存在明显的籼粳分化,InDel分子指数法所划分的7种籼粳类型在406份资源中均有出现,且其籼粳属性的分化与多个表型性状存在极显著相关性,尤其与谷粒宽(极显著正相关)和谷粒形状(极显著负相关)的相关性最高.因此,利用云南地方稻资源进行籼、粳稻定向改良及选育时应综合考虑谷粒宽和谷粒形状2个表型性状.     

水稻抗褐飞虱基因在物理图谱上的锚定

目前国际上已确认并在期刊上报道的水稻抗褐飞虱基因有43个,其中38个已被定位,即:在第2号染色体上有1个,bph13(t)-1;在3号染色体上有5个,分别是bph11、bph13(t)-2、bph14、bph19(t)-1和bph31(t)-1;在第4号染色体上有15个,分别是Bph6、Bph12(t)、bph12、Bph15、Bph17、bph18(t)、Bph20(t)、bph22(t)、bph23(t)、Bph24(t)、Bph27(t)、Bph30、Bph31(t)-2、Bph33、Bph34;在第6号染色体上有6个,分别是Bph3、bph4、bph20(t)/bph25(t)、Bph25、bph29、Bph32;在10号染色体上有1个,bph21(t)/bph26(t);在第11号染色体上有1个,Bph28;在第12号染色体上有9个,分别是Bph1、bph2、bph7、Bph9、Bph10、Bph18(t)、bph19(t)-2、Bph21(t)、Bph26。利用在Gramene网站上公布的褐飞虱抗性基因的分子标记,我们将该物理图锚定在NipponBare的序列图Gramene注释的NipponBare序列2009上,并将上述38个抗褐飞虱基因锚定在其物理图的38个基因座上。     

拟南芥图位克隆快速初定位系统的建立

【目的】拟南芥是研究植物基因功能的工具材料,在图位克隆进行基因定位时面对数千个分子标记常常让新的研究者无从下手。【方法】本文通过从先前筛选的44个分子标记,进一步筛选出了24个平均分布于拟南芥五条染色体上的遗传标记。【结果】这24个标记在PCR检测中易于扩增、实验条件相差小、电泳条带区分度好,是进行图位克隆的理想分子标记。【结论】利用这些标记,建立了拟南芥初定位快速图位克隆系统,大大提高了初定位的效率,并实现拟南芥盐敏感突变体S28的快速染色体初定位。     

云南粳型地方稻资源抗稻瘟病鉴定评价

【目的】鉴定和筛选获得云南粳型地方稻抗稻瘟病种质资源,明确其稻瘟病抗性及抗病基因分布,为合理利用水稻抗稻瘟病种质资源及其布局提供参考。【方法】采用病圃自然鉴定与人工接种相结合的方法,对150份云南粳型地方稻资源的稻瘟病抗性进行鉴定,并利用9个已克隆基因（Pid4、Pi25、Pi35、Pi36、Pikm、Pigm、Pi37、Pi56、Pi33）和2个已定位基因（Pi27、Pi23）对供试稻种资源进行基因型检测,明确抗病基因在抗稻瘟病材料中的分布。【结果】从150份水稻材料中共鉴定出抗稻瘟病（叶瘟或穗颈瘟）材料45份,45份材料中携带Pi25、Pi23、Pikm、Pi35、Pi36、Pi33、Pi27、Pi37、Pid4、Pigm抗性基因的材料分别有34份（75.6%）、25（55.6%）、25份（55.6%）、22份（48.9%）、14份（31.1%）、14份（31.1%）、12份（26.7%）、10份（22.2%）、6份（13.3%）和5份（11.1%）,未检测到含有Pi56的材料。45份抗性材料含有的抗性基因数量介于1~7,大部分含有3~5个,其中携带3个抗性基因材料13份占28.9%,携带4个抗性基因材料8份占17.8%,携带5个抗性基因材料11份占24.4%。抗病能力较强的材料黑壳谷携带6个抗病基因（Pi25、Pi35、Pi36、Pikm、Pi37和Pi33）,光壳花糯携带5个抗病基因（Pi35、Pi36、Pikm、Pi37和Pi33）。【结论】研究获得45份云南粳型抗稻瘟病地方稻材料,鉴定获得2份（黑壳谷和光壳花糯）全生育期抗叶瘟和穗颈瘟材料,这2份抗性材料均携带Pi35-Pi36-PikmPi37-Pi33基因组合,可作为抗稻瘟病分子育种的优异抗源材料。     

云南药用野生稻种质资源的白叶枯病抗性评价

[目的]鉴定评价云南药用野生稻对白叶枯病菌株的抗性,为药用野生稻的保护及抗病新品种选育提供理论依据.[方法]利用24个近年在云南稻作区流行的白叶枯病菌株及国内外部分标准强致病菌系对云南8个居群(OF1~OF8)的31份药用野生稻材料进行接种鉴定,测量病斑长度,按照抗性分级标准进行抗性等级划分,建立抗病谱,比较分析不同药用野生稻材料间和不同居群间的抗性差异.[结果]接种24个白叶枯病菌株21 d后,感病材料金刚30的病斑长度均超过20.00 cm,而未接种的叶片未发生任何变化,说明24个白叶枯病菌株均未丧失致病力;31份药用野生稻材料大多出现典型的白叶枯病症状,但抗病等级存在差异,其中,67.7%的供试药用野生稻对XOO8菌株表现抗病,说明XOO8菌株的致病性最强,所有材料均抗XOO14菌株,说明XOO14菌株的致病性最弱.31份药用野生稻的抗菌率均在50.0%以上,其中OF2-1的抗菌率最高,为100.0%,OF4-2的抗菌率最低,为50.0%.8个居群中,以OF5和OF7的抗菌率最高,均为100.0%,说明二者对24个白叶枯病菌株均表现抗性;OF4的抗菌率最低,为79.2%,仅抗19个菌株.8个居群抗性由强至弱排序为:OF5=OF7>OF6>OF1=OF2=OF8>OF3>OF4.各居群内样品个体间抗性差异明显,推测是由于野生稻杂合程度较高所导致.[结论]云南药用野生稻种质资源对当前在云南流行的白叶枯病小种及国内外部分强致病菌整体抗性较好,其抗性差异来源于居群内的杂合度,与地理分布无关,推测云南药用野生稻具有特异的优良抗白叶枯病基因,其在遗传研究和品种改良方面具有较大应用潜力.     

云南药用野生稻快繁苗在育种中的利用研究

药用野生稻具有抗虫、抗病、抗旱、分蘖力强等优良特性,但是,药用野生稻结实率低,落粒性强,很难收种和保存繁殖。本研究利用药用野生稻种子离体培养方法获得植株再生苗。组培实验设计了3种不同的愈伤诱导培养基:筛选出MS+2,4-D 5.0 mg/L+植物凝胶2.8 g/L+蔗糖30 g/L,pH值5.8最适合愈伤诱导培养基,也筛选出愈伤继代、增殖培养基;设计了10种分化培养基:筛选出MS+6-BA 3.0 mg/L+NAA 0.5 mg/L+ZT 3.0 mg/L+植物凝胶2.8 g/L+蔗糖30 g/L,pH值5.8最为适合分化的培养基,同时筛选出继代、增殖、壮苗的培养基;设计了10种生根培养基:筛选出MS+NAA 0.8 mg/L+植物凝胶2.8 g/L+蔗糖30 g/L,pH值5.8最适合生根的培养基。在培养技术方面采用磨去种皮,利用种子芽诱导愈伤,弱光培养愈伤,加快形成紧实、绿色颗粒愈伤,进行了有效改进。通过实验,建立了一套完整的药用野生稻快繁体系。以组培苗药用野生稻为父本,3个品系栽培稻为母本,3个杂交组合获得了远缘杂交后代。因此,远缘杂交在杂交育种中是可行的。     

137份云南省地方稻抗白叶枯病多菌系多基因鉴定

为选育水稻抗性品种和发掘抗白叶枯病基因,以来自中国、日本和菲律宾的9株革兰氏阴性菌黄单胞菌水稻变种Xanthomonas oryzae pv. oryzae菌株为供试菌株评价137份云南省地方稻种质资源对白叶枯病菌的抗性,同时检测供试材料中含14个已克隆抗白叶枯病基因的情况。结果显示,供试材料中至少对1株黄单胞菌水稻变种菌株有抗性的材料有104份,抗1、2、3、4、5、6、7、8和9株黄单胞菌水稻变种菌株的材料分别有25、19、14、19、11、6、5、2和3份;其中白杂一号、珍白18、麻旱谷、老来红、晋糯、香谷、毫冷薅、齐头蚂蚱谷、九谷和来之不易10份材料抗谱较广。大部分抗性材料携带1～7个白叶枯病抗性基因或其同源基因,未检测到含有Xa7、xa13、Xa21和Xa45(t)基因或其同源基因的材料。供试材料携带的抗性基因数量与抗性水平均呈极显著相关。     

云南水稻种质资源农艺性状表型多样性分析 及综合评价

[目的]分析云南省16个州(市)881份水稻种质材料12个农艺性状表型多样性并进行综合评价,为拓宽栽培稻的遗传基础及选育高原特色水稻新品种提供理论依据.[方法]以881份云南16个州(市)的水稻种质为材料,测定其株高、有效穗数、穗长、剑叶长、剑叶宽、每穗实粒数、每穗总粒数、一次枝梗数、二次枝梗数、谷粒长、谷粒宽和千粒重等12个农艺性状,通过计算各农艺性状的Shannon-Wiener多样性指数进行表型多样性分析,并对种质材料进行聚类分析和相关分析,最后结合主成分分析与隶属函数法计算综合评价D值,通过建立回归模型筛选综合评价指标.[结果]881份水稻种质材料12个农艺性状的多样性指数为1.9378~2.0973,其中穗长的多样性指数最大,有效穗数的多样性指数最小;12个农艺性状的变异系数为9.92%~43.01%,其中谷粒长的变异系数最小,二次枝梗数的变异系数最大.云南16个州(市)881份水稻种质材料12个农艺性状的多样性指数均值为1.6513~2.0040,其中,普洱市、红河州、临沧市、玉溪市、保山市、西双版纳州、德宏州、曲靖市和文山州水稻种质材料12个农艺性状的多样性指数较高,均在1.900以上.在欧式距离2.2处881份云南水稻种质材料可分为八大类群,其中,第Ⅶ类群综合性状最差,第Ⅷ类群综合性状最优,聚类分析结果与种质来源地无明显相关性.主成分分析和综合评价结果显示,881份水稻种质资源中凤仪白谷(保山市)、陆引46号(普洱市)及白霉谷(临沧市)的综合性状较好.穗长、谷粒长、谷粒宽、二次枝梗数和剑叶宽5个农艺性状对综合评价D值影响显著(F为1814.654),可作为云南水稻种质综合评价的指标.[结论]云南水稻种质具有较高的表型多样性,筛选出的凤仪白谷(保山市)、陆引46号(普洱市)及白霉谷(临沧市)可为水稻育种提供优良的亲本或中间材料.     

叶片喷施C1化合物对拟南芥生理特性和C1代谢、光合作用及胁迫相关基因表达的影响

为了比较甲醇、甲醛和甲酸3种C1化合物对植物生理特性及基因表达的影响,更好地理解这3种C1化合物的作用机制,分别用5 mmol· L-1甲醇、甲醛、甲酸溶液均匀喷洒于温室条件下盆栽培养的拟南芥叶片上,以喷蒸馏水的植物为对照,每周喷1次,4周后分析施用这3种C1化合物对其生长及生理特性的影响.结果表明:甲醇促进拟南芥生长,而甲醛和甲酸抑制其生长,甲醛的抑制作用特别明显;甲醇处理显著降低了叶片花青素含量但提高了叶绿素a含量及叶绿素a/b的比值,甲醛处理显著降低了叶绿素a含量及叶绿素a/b的比值,甲酸处理显著提高了叶绿素a含量但大幅度降低了叶绿素b含量从而使叶绿素a/b的比值比对照高2倍;3种C1化合物处理都能增加叶片中可溶性总蛋白质含量,甲醇处理尤为明显,只有甲醛处理可显著提高叶片可溶性总糖、H2O2及羰基化蛋白质含量,产生氧化胁迫.对基因表达谱进行逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)的结果表明:所选的大多数光合作用相关基因的表达被甲醇诱导,而甲醛抑制它们的表达但诱导很多胁迫相关基因的表达,甲酸对大多数光合作用相关基因的表这没有显著影响;3种C1化合物对大多数C1代谢相关基因没有显著影响,但都抑制5,10-亚甲基-四氢叶酸还原酶基因的表达.