以特征次生物质为标记评价水稻品种及单植株的化感潜力

从众多水稻品种及单植株中评价筛选少数具有化感特性的材料，是选育水稻化感新品种取得突破的关键。具有化感特性的水稻品种及单植株通过产生和释放特定次生物质到环境中而显示化感效应，这样，利用高效液相色谱技术，以这些特征次生物质为标记可以评价水稻材料的化感潜力。用这一评价方法仅1年就评价了3000个水稻品种和部分杂交子系的F3和F4植株的化感潜力，而用传统的田间评价方法则需要10余年。而且这一评价方法还能指导和监控水稻化感品种选育过程。经液相色谱－质谱和核磁共振等技术分离和结构鉴定，证明水稻 的化感物质是糖甙间烃基苯二酚、黄酮和羟基肟酸，而下是普遍认为的酚酸和脂肪酸，但这些糖甙分子释放到环境中在微生物和酸性媒介的作用下迅速降解成糖、酚酸和脂肪酸等小分子。     

三系杂交水稻育种研究的回顾与展望

我国首创的籼型杂交水稻技术开辟了大幅度提高水稻产量的新途径,为粮食安全做出了巨大贡献.本文回顾了野败型雄性不育的发现与不育系、保持系和恢复系(简称三系)配套及发展的历程.水稻核质互作型雄性不育系在我国大面积生产应用,除野败型外,还有岗型、D型、印水型、矮败型、红莲型、K型不育胞质.其中红莲型的恢、保关系与野败型不同,其他都与野败型相似.杂交水稻不育胞质的多样性解决了胞质单一可能带来的生产风险.在骨干亲本的选育方面,本文介绍了优良不育系珍汕97A,V20A,Ⅱ-32A,金23A等,以及优良恢复系IR24,明恢63,蜀恢527等的选育和应用情况.目前,我国三系杂交水稻主推品种已经由过去的高产品种,转变为优质、高产、抗病兼顾的新品种为主.但是,三系杂交水稻面临产量潜力提升较慢、优良保持系创制效率较低、杂交稻种子生产成本较高,以及不完全适应轻简化栽培等诸多问题.为了应对这些挑战,建议以培育优质、高产、安全、高效的绿色杂交水稻新品种为目标,以分子技术在杂交水稻育种中的应用为手段,以选育适合杂交水稻机械化制种的三系亲本为方向,全面提升杂交水稻的科技竞争力.     

中国水稻选育品种遗传多样性及其近50年变化趋势

利用36个微卫星标记和42个表型性状对453份选育品种进行分析, 研究中国水稻选育品种的遗传多样性地理分布及其近50年的变化趋势. 结果表明, 微卫星标记和表型性状分析的遗传多样性具有较高的相似性; 籼稻品种的遗传多样性大于粳稻品种的遗传多样性; 从20世纪50年代到80年代, 选育品种的遗传多样性一直下降, 80年代降低到最低水平, 90年代又有显著提高; 在地理上华中稻区的选育品种遗传多样性最大, 东北稻区和西北稻区遗传多样性最小. 位于长江中下游的江苏、江西和西南地区的四川等地是中国水稻选育品种遗传多样性最大的地区. 东北地区作为重要的粳稻生产基地, 遗传基础非常狭窄, 应该发掘新的种质资源拓宽品种的遗传多样性.     

水稻茸毛基因GL6的遗传学分析与精细定位

叶片表面茸毛是水稻形态学特征上的一个重要农艺性状,对水稻的生长及生理特性有着重要的影响.应用叶片具有茸毛特征的水稻品种75-1-127,无茸毛水稻品种明恢63,光身稻品种Lemont,9311分别杂交产生F1及F1自交产生的F2群体对水稻茸毛基因进行遗传学分析,结果表明,水稻茸毛性状为一对细胞核基因控制的显性性状.应用75-1-127/明恢63的F2隐性分离群体,结合分离群体分析法(BSA)和隐性群体分析法(RCA),并通过Mapmaker3.0/MapDraw软件分析,将水稻茸毛基因GL6初步定位在水稻第6号染色体上,位于SSR标记RM20491和RM20547之间,且两标记与该茸毛基因的相对遗传距离分别为7.2和2.2cM.进一步构建大的F2分离群体并同时挖掘新的SSR标记及插入缺失InDel标记用于茸毛基因GL6的精细定位,将茸毛基因GL6精细定位在插入缺失标记InDel-106和InDel-115之间,且两标记与该茸毛基因的相对遗传距离分别为0.3和0.1cM,结合GeneBank数据库分析,在该精细定位区域内,对应粳稻日本晴和籼稻9311的物理距离分别为79和116.82kb,分别注释有7个和8个预测基因,为进一步的基因克隆和功能研究奠定了基础.     

利用土壤农杆菌将天花粉蛋白基因转入水稻植株并检测抗稻瘟病活性

通过土壤农杆菌方法将天花粉蛋白基因转化到水稻中, 获得了具有单拷贝外源基因插入和表达的水稻再生植株. 抗稻瘟病(Pyricularia oryzae)检测发现, 接病菌后1个月内转天花粉蛋白基因植株在发病时间、发病植株数、发病叶片、发病后的植株生长状况等各项指标上与对照的转GUS基因植株比较均有较大差异. 在去除高湿度的发病环境后, 转天花粉蛋白基因植株的生长情况也明显优于对照植株. 表明转基因水稻对稻瘟病侵害至少有明显的延迟发病抗性. 天花粉蛋白基因在水稻中的表达未发现对宿主植物生长有明显影响.     

水稻化感作用的遗传分析

以典型的籼/粳交(窄叶青8号/京系17)DH群体为材料, 系统考察了123个DH株系幼苗叶片的水溶性提取物对莴苣根系生长的抑制作用, 并以此进行了水稻化感作用的数量性状位点(QTLs)分析. 共检测到4个与水稻化感作用相关的QTL, 它们分别位于第3, 9, 10和12染色体上, 其LOD值分别为3.40, 2.68, 2.75和3.08; 其中, 第3和10染色体上的QTL加性效应分别为1.65和1.43, 第9和12染色体上的QTL加性效应分别为-1.44和 -1.58. 另外, 还对3份普通材料的化感特性进行了比较.     

锯齿叶矮缩病在我国水稻上的发现

锯齿叶矮缩病是在我国水稻上初次发现的病毒病.此病自1978年在福建沙县发生以来,现已扩及顺昌、建阳、浦城、龙海、诏安等县,多属零星发生,但个别病重田区植株发病率亦有10％以上的,有些当家品种,特别是一些杂优组合,极易感病,是当前水稻生产上的一个新的潜在威胁,下面简报这一研究的初步结果.     

化感作用对生态系统的影响

本文结合近年有关化感作用的大量报道,分析了化感作用对生态系统的影响.指出化感作用作为信息传递形式和化感物质作为信息载体影响着生态系统的物质循环、能量流动、食物链类型,并在生态系统演替和系统多样性方面扮演着重要角色.     

抑制表达谷氨酰胺合成酶基因对水稻氮代谢和生长发育的影响

从明恢63平衡化cDNA文库中获得水稻GS2基因的cDNA克隆, 通过基因克隆和农杆菌介导的水稻遗传转化方法将GS2基因导入中花11进行超量表达. 对获得的转基因植株进行生长表型和基因表达、生理生化指标测定与分析. 结果显示, T₁代转基因植株由于GS2的抑制表达出现黄化现象, 生长受到限制; 叶片叶绿素含量与GS2基因的表达量紧密相关; 植株中大多数氮代谢、叶绿素合成和光呼吸途径中相关基因表达量上升; 而植株的氮代谢水平下降, 包括GS活性、水溶性蛋白和氨基酸含量.     

水生植物化感抑藻作用研究与应用

近年来, 水体富营养化及水华问题日益严峻, 水体的景观和生态功能受到严重影响. 如何有效控制水华, 治理富营养化水体是目前水环境领域的研究热点和前沿. 水生植物化感作用抑藻作为一种新型安全的生物抑藻技术近年来备受关注. 本文综述了国内外水生植物化感作用抑藻研究领域的主要研究成果, 包括已发现的抑藻水生植物种类、已分离鉴定得到的水生植物化感物质类型、化感物质抑藻机理等. 最后提出了水生植物化感作用抑藻技术的应用和发展, 及有待研究的问题, 希望为今后更好地利用水生植物资源进行水环境治理研究提供参考.     

OsCENH3-GFP融合转基因水稻的获得及其遗传应用

通过农杆菌介导的方法, 将水稻组蛋白H3与绿色荧光蛋白嵌合基因(OsCENH3-GFP)导入水稻品种中籼3037中, 经PCR及Southern blot检测, 证明该嵌合基因确已整合到水稻的基因组中. 该转基因植株发育正常, 有丝分裂及减数分裂行为均正常. 对T0及T1代转基因水稻植株有丝分裂和减数分裂过程中GFP与水稻CENH3表达关系的研究结果表明, CENH3的表达部位与GFP的表达部位完全重叠, 说明GFP与水稻CENH3已构成融合蛋白, 并且定位于染色体的着丝粒部位. 为探索该转基因植株在水稻遗传及分子生物学研究中的作用, 利用花粉母细胞减数分裂偶线期染色体, 借助水稻着丝粒串联重复序列CentO的FISH, 发现GFP信号与CentO信号完全重叠, 证明CentO序列确实为水稻不同染色体功能性着丝粒的主要成分. 利用该转基因植株, 分别制作根尖细胞有丝分裂染色体和花粉母细胞减数分裂染色体制片, 与anti-α-tublin抗体和anti-PAIR2抗体进行荧光免疫染色反应, 表明该转基因植株携带GFP标记的着丝粒, 可以与其他分子生物学手段相结合, 并能在活体细胞及组织内十分方便地显示每一染色体功能性着丝粒位置, 为深入研究着丝粒的功能提供了宝贵的遗传材料.     

含有环氧基的颗粒单分散大孔树脂及其结构与色谱性能研究

用分散聚合与溶胀聚合相结合的方法和高分子溶液致孔技术，制备了可控粒度单分散并具有大孔－超大孔结构的交联聚甲基丙烯酸环氧丙酯微球。表征了这类树脂的结构，研究树脂的凝胶渗透色谱特性。树脂作为各种高效液相色谱填料的基质材料或反应性活性载体，具有优异的使用性能。     

一个水稻短生育期突变体sgp(t)的遗传分析及基因定位

在优良迟熟恢复系明恢86的转基因后代中, 发现了一个非T-DNA插入引起的短生育期突变体(暂命名short growth period, 简称sgp(t)). 该突变体对光周期反应不敏感, 在不同生态区域与不同播种期, 平均抽穗期(40.9±2.1)~(62.4±5.2) d, 比野生型明恢86早35~50 d. 通过对sgp(t)突变体与29个不同遗传背景的亲本(包括感光和非感光的籼稻、粳稻及爪哇稻品种)杂交后代抽穗期分析, 结果发现, 在福州市夏季种植(4月30日播种), F1抽穗均表现较迟熟亲本 早, 而较sgp(t)略迟, 平均抽穗期(52.0±1.3)~(63.4±2.3) d, 表明sgp(t)是一个不完全显性突变体, 能够显著地缩短水稻的生育期. 进一步分析sgp(t)突变体与野生型明恢86, 93-11, 闽恢3301和博白B等4个品种的杂种F2群体抽穗分布发现, 分离群体后代中出现极早熟、较早熟和迟熟3种类型, 其极早熟和较早熟植株数之和与迟熟植株数之比符合3:1, 进一步表明sgp(t)由一对不完全显性基因控制. 以F2代(sgp(t)×93-11)中的极早熟株和迟熟株为定位群体, 应用微卫星标记将sgp(t)基因定位在第6染色体的RM3628和RM439之间, 随后利用已经公布的水稻基因组序列, 在sgp(t)基因附近区域新开发了6个标记, 将sgp(t)基因进一步定位在NSSR0617~NSSR0683之间, 遗传距离分别为0.5和0.6 cM, 物理距离约436 kb. 定位结果显示sgp(t)不同于目前报道的所有早熟和迟熟基因, 是一个控制水稻生育期的新基因.     

水稻赤霉素20-氧化酶基因(rga5)的正、反义转化对水稻生物学性状的影响

通过PCR方法从水稻"矮子占"和"南特号"的基因组DNA中分离出赤霉素20-氧化酶基因rga5, 其编码区含1119 bp. 其编码蛋白与已报道的水稻赤霉素20-氧化酶基因OsGA20ox相比有11个氨基酸不同, 其中9个氨基酸为移码差异. 通过基因枪法将该基因的正、反义表达质粒pSrga5和pArga5转化水稻"中花8号", 获得了生物学性状有明显变异的转基因植株. 正义转化表现出植株增高、叶片和穗变长、穗粒数增加等特征, 但花期未受明显的影响; 而反义植株表现出明显的"矮化"和"早花", 且出现植株细弱、叶色加深、叶片和穗变短等特征. 转基因水稻的分析结果表明, rga5正、反义外源基因已分别整合到水稻基因组中, 并有效表达; 正义植株体内的GA1平均增加约50%, 反义则降低至对照组的约10%. 结果表明, rga5是水稻赤霉素合成代谢途径中起关键作用的赤霉素20-氧化酶基因, 该序列中11个氨基酸的变异并不影响其功能. 正义表达可增强体内GA的合成, 促使植株生长, 增加株高; 反义转化则抑制了内源GA的合成及植株生长, 导致植株明显的矮化.     

水稻紫色种皮基因Pb的精细定位与候选基因分析

紫米因其种皮内花色素苷的沉积而着色.控制种皮着色的Pb基因位于水稻第4染色体,紫色种皮对白色种皮呈显性.本研究利用培矮64S(白米)×豫南黑籼糯(紫米)和培矮64S×川黑糯(紫米)两个F2分离群体对Pb基因进行了精细定位.首先用SSR标记将Pb基因初步定位在距微卫星位点RM3820下游0.79cM的位置.然后,通过在候选区域内发展高密度的InDel标记和CAPS标记,将Pb基因限定在两个InDel标记RID3与RID4之间25kb范围以内.在该区段内,TIGR水稻基因组(R.5)标有两个注释基因:一个为与玉米Lc基因同源的Ra,为控制花色素苷代谢的Myc类转录因子;另一个为与拟南芥TT8同源的bhlh16,也与植物色素代谢有关.根据两者的性质和前人相关研究结果,推测Pb与Ra实为同一个基因.序列分析结果表明,与白米品种培矮64S,9311(籼)和日本晴(粳)相比,豫南黑籼糯和川黑糯中Ra基因第7外显子存在一个GT缺失.根据GT缺失发展了一个CAPS标记CAPSRa,并对两个F2分离群体和100余份水稻品种进行分析.结果发现,所有F2白米单株以及所有白米(n=63)和红米(n=23)品种的CAPSRa基因型与培矮64S相同,而所有紫米品种(n=20)与豫南黑籼糯和川黑糯相同.据此推测,水稻紫色种皮性状可能由Ra基因第7外显子内的GT缺失引起.     

水稻白穗突变体基因的鉴定和染色体定位

从一个水稻籼粳交F₆后代自然群体中获得1例白穗突变体, 其成熟植株基部少数叶片中脉呈现白色, 抽穗后穗粒内外稃和枝梗均表现白色. 用突变体作母本与一粳稻恢复系品种制7杂交, 获得一个F₂分离群体. 初步的遗传分析表明, 该突变属单基因隐性性状. 利用已定位的微卫星标记进行连锁分析, 发现该基因位于水稻第1染色体上. 进一步根据已完成的水稻基因组序列寻找微卫星位点, 连锁分析显示, 该基因位于微卫星标记SSR101和SSR63.9之间, 分别相距2.3和0.8 cM; 并与微卫星标记SSR17呈共分离. 该基因暂定名为wp(t).     

玉米遗传突变体群体创制和干旱反应突变体筛选与鉴定

利用自主性Mutator转座子玉米材料115F,330I,715D与玉米自交系材料B73,Mo17,97108,H9-21杂交,获得F1插入诱变群体,F1自交得F2群体.在田间观察F2单株的生物学特征及农艺学性状的表型变异,得到不同表型的突变体,对突变体进行了统计分析.在干旱胁迫下,利用远红外热成像仪对室内小钵种植的F2群体三叶期幼苗进行叶片温度的大规模扫描检测,选取叶温有明显差异的植株作为潜在突变株,共检测了38000余株,成功筛选到108株抗旱单株,121株旱敏感单株.通过重复红外温度检测、叶绿素荧光分析、叶片失水、光合特性分析和可溶性糖类、可溶性蛋白和脯氨酸含量测定对突变体进行了初步的鉴定分析.利用MuTAIL-PCR对获得的突变体进行基因克隆.该研究为深入开展玉米抗旱育种提供了实验材料.     

一个水稻P450 CYP72A基因簇受病原菌诱导和发育及组织特异性表达

细胞色素P450超基因家族广泛参与植物的各类生命活动,包括植物对病原菌的防卫反应.我们在植物病原菌诱导基因的DD-PCR分析时,分离到一个受病原菌侵染诱导的水稻cDNA片段.水稻基因组公布后,发现该片段位于1个包含7个P450 CYP72A基因(CYP72A17～23)的基因簇的保守部分.以此片段搜索水稻数据库发现,水稻CYP72A家族有14个成员,这14个蛋白质之间的差异主要在N端,C端则同源性很高.我们分别对该基因簇的7个成员进行了表达特性分析,发现其中CYP72A18,19,22和23的表达受稻瘟病菌侵染的调节,而且在抗、感植株中的表达存在明显差异.除CYP72A20外,其余6个CYP72A基因均具有发育和组织特异性表达的特征.CYP72A20在所有研究中均检测不到信号,可能为一个假基因.这些发现为水稻P450基因功能的研究提供了新的资料.     

油菜次生休眠种子转录组的RNA-seq分析

油菜种子次生休眠特性是油菜产区自生苗长期留存并持续危害的主要原因,也是转基因油菜环境安全评估的重要性状.为探讨该性状的分子生态学特征,本研究以强次生休眠油菜品种的成熟种子为材料,对次生休眠前种子(CK)和次生休眠后种子(SD)的转录组进行了RNA-seq分析.2份样本测序所得的有效数据均超过了4 Gb,并从头拼接出序列长度?100 bp的转录本314261个,其中29740个转录本的序列长度?500 bp.根据功能注释信息,在?500 bp的长序列转录本中有1641个成员被分类到24种COG类群,有16515个成员被GO分类到2648个功能节点.在P?0.001显著性水平和2倍以上RPKM变化条件下,鉴别出452个代表性的长序列差异表达转录本,其中343个成员有序列高度相似的拟南芥同源基因对应.数据显示,绝大多数ABA,GA合成代谢和信号转导基因能从休眠种子转录组中找到同源转录本,但它们的表达水平在样本间多无显著差异.综合GO富集、KEGG富集以及种子休眠调控基因同源转录本的差异表达信息,脂肪酸代谢信号有可能参与到油菜种子次生休眠的诱导发生.本研究结果对于认识油菜自生苗发生规律和评估转基因油菜环境安全性具有重要意义.     

应用RAPD标记快速鉴定水稻的抗稻瘟病基因

稻瘟病是水稻的一种主要病害.由于稻瘟病菌(Pyricularia oryzae Cuv.)生理小种的多样性和小种致病性的不断变化,使得选育抗谱广、抗性稳定的水稻品种成为一大难题.转育(或选择)含多个抗性基因的品种是解决这一问题的有效途径.然而,不同的抗病基因对某个生理小种的反应可能完全一致,因此,传统的靠接种进行观察选择很难达到选择多个抗性基因的目的.此外,直接进行人工接种,显然受到时间和环境的影响,因而选择的准确性不高.