水稻淀粉合成相关基因分子标记的建立

稻米品质改良是水稻育种的重要方面, 传统的常规育种方法由于缺乏对目标基因有效检测的手段, 无法对稻米品质的基因型进行有效操作, 因而品质改良进展缓慢. 利用分子标记辅助选择与传统育种技术相结合, 可以在对稻米外观品质进行鉴定的同时, 对被选个体的基因型进行准确的鉴定. 结合品质的测定, 可以大大提高育种效率. 但是, 目前可用于稻米品质分子辅助育种的分子标记很少. 稻米品质与淀粉组分密切相关, 我们分析了16个典型水稻品种18个在淀粉合成中的重要基因的全基因序列, 明确了各个基因在不同种质中的等位变异, 设计了51个可以区分不同等位基因变异的分子标记, 这可为稻米品质的分子育种提供可靠的依据.     

一新的水稻多蘖矮秆突变体tddl (t) 的分离及基因的精细定位

水稻株型是影响稻米产量的重要农艺性状, 而株高和分蘖是水稻株型的两大构成因素, 因此对水稻多蘖矮秆突变体的研究不仅能为植物生长发育分子机制的阐明奠定基础, 而且具有潜在的农业生产价值. 我们从EMS化学诱变的籼稻IR64的后代筛选得到一稳定遗传的多蘖矮秆且叶色加深突变体, 暂命名为tddl(t), 它与已发现的多蘖矮秆突变体非等位. 该突变体属于dn型矮秆, 其矮秆性状与赤霉素、油菜素内酯和萘乙酸无关, 因此推断其控制基因可能参与其他激素途径. 组织细胞学分析表明, 维管束薄壁细胞的减小导致了茎秆变细. 遗传分析显示, 该性状受单隐性核基因控制, 精细定位将TDDL(T)基因锁定在水稻第4号染色体长臂85.51 kb的物理距离内, 在该区域共预测到20个候选基因. 对该基因的进一步克隆将有助于水稻多蘖矮秆分子机制的阐明和应用于分子标记辅助育种.     

影响稻米品质几个性状的基因座位分析

利用一个以窄叶青８号和京系１７为亲本构建的加倍单倍体群体及其分子连锁图谱,对考察稻米蒸煮食味品质及外观品质的６项指标－直链淀粉含量,糊化温度,胶稠度,垩白率,垩白大小和垩白度进行了数量性状基因座位的分析和定位。     

The new rice 57H mutants to explore

谷蛋白是水稻种子储藏蛋白的主要成分本研究采用SDS-PAGE技术,从90份水稻种质中,发掘出1个57KD谷蛋白前体高量表达、其他储藏蛋白性状没有明显变化的新型57H突变体所发掘的突变体,是可用于水稻蛋白质营养品质遗传育种研究的有用素材.     

水稻形态建成调控研究新进展

植物的形态建成调控不仅是植物发育生物学研究的重要内容,同时对农业育种也具有重要的实践意义.水稻的株型与其产量和抗病性等密切相关,其构成因素包括有效分蘖数目、分蘖角度、穗部形态、株高以及叶夹角的大     

控制水稻分蘖角度的新基因TAC1的分离和克隆

作为组成水稻株型的关键因子之一,分蘖角度是一个影响到水稻群体光合效率、植株抗逆性能,并最终影响到谷物产量和品质的重要农艺性状.目前国内外的相关研究,     

水稻散生突变体的遗传和基因定位研究

分蘖角度是构成水稻理想株型和高产育种的重要农艺性状之一. 通过对水稻散生突变体的遗传学分析认为, 该散生表型受一隐性核基因控制, 与已报道的水稻散生突变体la等位, 故将此突变体命名为la-2, 而原突变体被重新命名为la-1. 利用la-2与w11和浙福802分别杂交产生的F₂群体对LA位点进行遗传定位, 发现其与第11号染色体上的微卫星标记RM202和RM229连锁, 遗传距离分别为10.0和8.0 cM. 通过进一步在两标记间发展的6个新的分子标记, 将该基因精确地定位于约0.4 cM的区间. 为进一步克隆LA基因和探讨水稻分蘖角度的控制机制奠定了良好的基础.     

基于玉米综合QTL图谱的比较分析及株高QTL的统合分析

以高密度遗传图IBM2 Neighbors整合公开发表的、控制68个性状的1201个玉米QTL, 构建了用于分子标记发掘、QTL定位、基因克隆及分子标记辅助选择的综合图谱, 并将结果融入本地化数据库CMap软件. 利用CMap比较玉米QTL综合图和水稻QTL图谱发现, 玉米和水稻QTL成簇分布具有普遍性; 22个玉米株高QTL与64个水稻株高QTL位于标记水平上的共线性区域, 43个玉米产量QTL与7个水稻QTL位于标记水平上的共线性区域. 以控制玉米株高的QTL为例, 利用overview的分析方法对127个QTL进行优化, 定位了40个“真实”QTL, 提高了QTL定位的准确性和有效性, 发现了玉米和水稻株高相关QTG (quantitative trait gene)的候选基因. 本研究为大量玉米QTL信息的有效利用搭建了重要的生物信息学平台.     

Excavation of corn alpha gliadin specific traits

玉米醇溶蛋白由γ、αβ和δ 4种组分组成.其中,α组分占玉米醇溶蛋白的70％～85％,对玉米蛋白质的营养品质有着重要影响.具有α组分特异性状的遗传资源的开发,在玉米蛋白营养品质的遗传育种研究中具有重要意义.     

转基因水稻研究的回顾与展望

水稻作为世界上超过一半人口的主食, 是最重要的粮食作物之一. 在过去的半个多世纪里, 水稻育种取得了巨大的成功. 水稻的单位产量实现了翻番, 部分地方甚至提高至3倍, 这为保障世界粮食安全作出了巨大的贡献. 但近十几年来水稻的产量停滞不前, 这一方面是由于在育种技术上没有新的突破以及遗传多样性在栽培品种中的逐步变窄, 另一方面也是因为频繁发生的病虫害以及旱灾等自然灾害使得水稻生产损失惨重. 然而, 世界人口的持续增长以及社会经济的快速发展导致对粮食的需求不断增加. 针对这些问题, 我国学者提出了培育绿色超级稻的设想, 围绕水稻抗病虫、抗旱、营养高效利用、优质、高产等五大重要性状, 对水稻品种进行全面改良以实现农业的可持续发展. 而转基因技术作为一种新兴的育种手段, 在实现绿色超级稻目标上将发挥重要作用. 水稻的转基因研究始于20世纪80年代末期, 迄今已有大量的转基因水稻研究被报道, 其中大部分的研究内容与绿色超级稻所要实现的目标一致. 本文首先回顾水稻遗传转化技术的发展, 再以抗病虫、抗旱、营养高效利用、优质、高产、外加抗除草剂等几大主要性状为主线对转基因水稻取得的主要研究成果进行逐一阐述, 最后对转基因水稻的发展进行展望.     

水稻功能基因组育种数据库(RFGB):3K水稻SNP与InDel子数据库

水稻是全世界最重要的粮食作物之一.对全球水稻品种资源进行基因组研究,挖掘有利等位基因和指导基于全基因组信息的分子育种具有重大的理论和实践意义,是关系国家乃至全球粮食安全的重大战略问题.本研究通过全球3000份水稻资源(3K水稻)的全基因组重测序,获取了其中质量较好的2859份水稻基因组的单核苷酸多态性(SNP)及小片段插入缺失(In Del)的基因组变异数据,建立了综合性的水稻功能基因组育种数据库的SNP与In Del多态性子数据库.该子数据库包含了3K水稻多态性信息检索、基因组浏览器可视化系统、特定区段基因组数据导出系统等多项功能.本数据库的建立将为研究水稻基因功能、指导水稻全基因组选择育种提供重要平台.     

高梁育种材料种子醇溶谷蛋白的多样性研究

高粱育种素材种子醇溶谷蛋白在多肽链组成、分子量、表达量等生化性状上具有多样性,为高粱蛋白质营养品质的遗传育种学研究提供借鉴.     

水稻重要农艺性状自然变异研究进展及其应用策略

水稻在长期的自然进化和人工选择过程中积累了大量自然变异,这些自然变异是许多重要农艺性状的遗传基础,也是水稻育种筛选的主要目标.近些年,随着分子技术的发展,水稻自然变异研究取得了一系列重要突破.本文结合最新研究进展,系统介绍了水稻自然变异的特点及相应分析方法,并强调了高通量测序技术在今后水稻自然变异挖掘中的意义;对最近10年来报道的抽穗期、产量元件及抗逆和驯化相关性状自然变异的分子机制及驯化特征进行了详细说明;结合这些自然变异的分子特征,总结了利用不同变异类型改良现有品种的方法,为今后分子育种提供理论依据.     

水稻生育后期卷叶突变体lrl1的鉴定及基因定位和候选基因预测

叶片是水稻主要的光合器官,适度卷曲有利于保持植株叶片直立而不披垂,增加中、下层叶片透光率,从而改善群体光照条件,是理想株型的重要组成,对水稻高产育种具有重要意义.利用甲基黄酸乙酯(EMS)诱变籼稻恢复系缙恢10号获得了一个遗传稳定的水稻生育后期卷叶突变体lrl1.lrl1的叶片在前期生长正常,从13叶龄开始,上三叶沿中脉向内卷曲,且随着生育期推进,卷曲度增加,在成熟期剑叶、倒二叶和倒三叶的卷曲度分别为73.66%,66.91%和45.81%.与野生型缙恢10号相比,除lrl1的千粒重(21.43 g)显著降低外,其他重要农艺性状均没有显著差异.lrl1的叶片小维管束间的泡状细胞数量减少、形状怪异、排列极不规则,导致小维管束之间的夹角变小,从而引起了其叶片的卷曲.lrl1的上三叶光合色素含量均显著高于野生型.但其功能叶净光合速率等均与野生型没有显著差异.经遗传分析和分子定位,该叶片卷曲受一对隐性核基因控制,位于第9染色体分子标记SWU-1和Ind6之间812 kb的区域.通过基因预测,在该区域共有129个候选基因,对其中3个可能与卷叶相关的基因测序,均未发现它们在lrl1与野生型间存在差异.以泡状细胞变化相关的6个卷叶基因在突变体lrl1中的real-time PCR分析表明,卷叶基因ROC5和RL14的表达明显上调,而ACL1,SRL1以及NAL7被下调,暗示了这些基因可能在同一通路上调控叶片的发育.该基因是一个新发现的基因,而且遗传行为简单,其相应突变体含有许多育种有利的性状,因而研究结果为该基因的克隆和功能研究及高产育种奠定了良好基础.     

水生生物学科学前沿及热点问题

鱼类遗传和鱼类免疫是水生生物学2个重要的中心议题.一些鱼类,如斑马鱼和青鳉等可作为研究遗传、发育和免疫等与生命相关科学问题的模型,斑马鱼等模型鱼类已成为生命科学、特别是脊椎动物进化发育生物学等重大发现的主角.随着重要养殖鱼类和水产动物全基因组研究的发展,一些与水产养殖相关的特殊生物学现象已从其进化适应的分子机制上得到了深入解析,并由此促进了2个现代的水产遗传育种生物技术,即基于分子模块设计育种体系和基于全基因组分型的选择育种途径的发展和应用.此外,鱼类及水产动物免疫机理与病害防控策略研究助推了脊椎动物发育和比较免疫学发展高潮的到来,也为抗病育种和病害防控提供了新的技术途径.总之,由于水产养殖已被认为是人类未来食物的重要来源,水生生物学的研究及其进步将是水产养殖可持续发展的源泉.     

棉花纤维品质基因的克隆与分子育种

棉纤维是已知纤维素纯度最高的天然资源之一, 在世界纺织业中占有重要的地位. 随着纺织工业加工速度的加快和人民生活水平的提高, 对棉纤维品质的要求愈来愈高. 因此, 弄清纤维细胞的表达模式以及可能的生物学功能, 系统地阐明棉纤维细胞发育调控的分子机理, 对充分利用棉花自身基因资源、提高棉花产量、改良纤维品质乃至发展人工棉纤维都具有重要意义. 本文系统总结了国内外棉花纤维品质基因的克隆与分子育种现状, 提出棉花纤维品质相关基因研究的必要性及研究潜力. 针对我国棉花品种纤维品质的现状, 提出依靠我国资源优势, 开展创新性的探索, 最终获得国际领先且具有中国自主知识产权的棉纤维品质改良相关基因及标记的专利, 并用于棉纤维品质改良育种实践的研究设想.     

水稻杂种优势的转录组基础

在杂交种中,亲本等位基因的表达将会发生变化,导致杂交种转录组活性不同于亲本.通过比较杂交种与亲本之间的转录组活性差异,鉴定出这些差异的调控因子并建立起其与表型差异的联系,就可能从分子水平上解析杂种优势形成的机理.在水稻杂交种全基因组基因差异表达分析的不同研究中,由于所采用转录组分析平台和实验取材组织器官等的差异,所鉴别出来的差异表达基因及其在杂交种中的表达变化模式各不相同.然而,某些研究也揭示了一些共性的结果,主要体现在水稻杂交种中差异表达基因的生物学功能在光合作用、碳水化合物代谢和能量代谢途径中富集.对于导致水稻杂交种转录组活性变化的原因,可以从基于基因启动子区顺式调控元件和与其相结合的反式作用因子的遗传调控机制,以及从基于DNA甲基化、组蛋白修饰和小RNA的表观遗传调控机制两方面来进行解释.今后在水稻杂交种转录组活性变化的分析中,需要针对特定的生物学性状来进行,并提高基因差异表达分析的精确性和特异性.此外,由于杂种优势是多个数量性状的综合体现,可以将全基因组的基因差异表达分析与杂种优势的QTL(quantitative trait loci,数量性状位点)定位及GWAS(genome-wide association studies,全基因组关联分析)等数量遗传学方法相结合,以对水稻杂种优势分子机理进行深入解析.     

水稻第1染色体千粒重QTL的遗传分解

千粒重是提高水稻增产潜力和改良稻米品质的重要因素之一. 本研究在千粒重QTL qTGWT1-1初定位的基础上, 利用分别在第1染色体短臂RM1-RM3746和RM151-RM243区间内呈杂合而背景纯合的2个水稻剩余杂合体(residual heterozygous line, RHL), 衍生两个F6群体. 对千粒重QTL进一步分析, 在初定位的QTL qTGWT1-1所在区间检测到两个效应大小相近、方向一致的紧密连锁QTL Gw1-1和Gw1-2. 应用SSR标记检测, 从其中一个RHL衍生群体中筛选到杂合区间分别为RM151~RM10404, RM10381~RM243, RM10435~RM259和RM10398~RM5359的4个单株. 应用SSR标记进一步检测4套F2群体, 从每套F2群体中分别筛选到母本珍汕97B和父本密阳46纯合型材料各10株, 自交获得4套近等基因系材料并考察其千粒重. 利用交迭重组染色体片段代换系分析法, 将千粒重QTL Gw1-1和Gw1-2分别界定于392.9 kb的RM10376~RM10398区间和308.5 kb的RM10404~RM1344区间, 增效等位基因均来自母本珍汕97B, 两个QTL之间表现为积加作用. 这两个QTL的遗传分解为其克隆及水稻产量和品质的分子育种奠定基础.     

中国两系法杂交水稻研究进展和展望

基于水稻光温敏核不育系的发现而建立起来的两系法杂交水稻技术是继三系法杂交水稻成功以后又一个水稻杂种优势利用的有效途径.水稻光温敏核不育系的雄性育性转换是受到幼穗分化期环境光温调控的孢子体阴性核基因控制的.用于水稻杂种优势利用的有利条件是,配组自由容易选配到强优势组合,育种程序简化、育种周期缩短、可以快速育成新的杂交水稻新品种,不育系类型丰富易于培育多样化的杂交水稻类型.本文对水稻光温敏核不育系的资源、育性转换特性、遗传、分子生物学研究进展,以及不育系和组合培育、制种技术、推广等进行了综述,并对进一步发展两系杂交水稻提出了展望,以期为水稻光温敏核不育系和两系法杂交水稻的研究以及其他作物的两系法杂种优势利用提供参考.     

水稻野败型细胞质雄性不育的发现利用与分子机理

野败型细胞质雄性不育(CMS-WA)野生稻的发现和研究利用是实现杂交水稻"三系"配套育种和杂种优势利用的关键,也是人类挖掘和利用野生物种资源服务于农业生产的成功典范,对粮食安全发挥了重要的作用.本文回顾了野败型细胞质雄性不育野生稻的发现以及遗传育种研究和利用的历程,重点介绍野败型细胞质雄性不育性及其恢复性的分子机理和起源进化研究的最新进展.1970年,袁隆平团队在海南发现了细胞质雄性不育野生稻.随后我国许多遗传育种学家利用该材料为不育细胞质供体,于20世纪70年代初育成了野败型细胞质雄性不育系,完成了基于"三系"配套的杂交稻育种体系,实现了杂交稻大规模商业化应用,获得了显著的增产效果.经过长期的研究,我国科学家成功克隆了野败型细胞质雄性不育基因WA352和恢复基因Rf4,阐明了WA352复杂的起源进化机制.研究揭示了WA352蛋白通过与核基因表达的线粒体定位蛋白COX11相互作用,诱导花药绒毡层异常降解和花粉不育,RF4通过降低WA352转录本水平恢复育性,阐明了植物CMS/Rf系统不同层次的核质互作控制雄性不育发生和育性恢复的分子作用机理.本文还探讨了今后杂交稻育种发展的重点和方向.