野生稻亲缘关系研究进展

野生稻种是稻属的重要组成部分,是水稻遗传改良的天然基因库。根据形态学,细胞遗传学,生态学,生物化学和分子生物学的分析,约２０种野生稻被划分为３个组。研究详细的ｓａｔｉｖａ组和ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ组的染色体组型全部定确定。染色体组型为ＡＡ和ｓａｔｉｖａ组和栽培稻亲缘关系最近,其次是ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ组;而染色体组型为ＦＦ的短花药野生稻和几个未知染色体组型的野生稻与栽培稻亲缘关系更远,应单独列为     

亚洲栽培稻与高秆野稻种间不可交配性和杂种不育性的细胞学机理

亚洲栽培稻(Oryza sativa)与高秆野生稻(O. alta)分别属于AA和CCDD染色体组, 其种间生殖隔离影响着高秆野生稻的有利基因向栽培稻的转移和利用. 本研究从不可交配性和杂种不育性两个方面系统研究了栽培稻与高秆野生稻种间生殖隔离的细胞学机理. 结果表明, 其不可交配性的细胞学原因在于: (ⅰ) 胚囊亲和性障碍, 表现为不同程度的受精障碍, 包括不受精、受精停滞和单受精等; (ⅱ) 杂种不活障碍, 表现为杂种胚胎发育停滞以至胚胎夭亡, 这是导致不可交配性的主要原因. 杂种F1不育包括胚囊败育和花粉败育, 其中杂种胚囊完全败育, 以胚囊退化为主; 杂种花粉高度败育则主要表现为典败; 杂种胚囊和花粉败育的细胞学原因主要在于其大小孢子母细胞减数分裂过程的异常, 即染色体不育导致了杂种的高度败育. 由此提出了克服栽培稻与非AA染色体组野生稻种间生殖隔离的可行办法.     

与Glh, Bph-3和xa-5连锁的BAC克隆在栽培稻和疣粒野生稻中的比较物理定位

疣粒野生稻(O. granulata Nees et Arn ex Watt)是分布于我国的3种最具研究和利用价值的野生稻资源之一. 利用Southern杂交和荧光原位杂交的方法, 对水稻抗绿叶蝉基因Glh, 抗褐飞虱基因Bph-3和抗白叶枯病基因xa-5在栽培稻(Oryza sativa L)和疣粒野生稻中的同源性和物理位置进行了比较分析. Southern杂交结果表明, 在疣粒野生稻中存在与水稻抗性基因连锁的RFLP标记的同源序列. RFLP标记筛选出来的3个BAC克隆作为探针, 在栽培稻和疣粒野生稻有丝分裂中期和减数分裂粗线期染色体中均检测到杂交信号. 双色荧光原位杂交确定了3个BAC克隆中的2个(14E16和38J9)在疣粒野生稻同一对同源染色体的短臂上, 且这2个克隆在栽培稻和疣粒稻染色体上还存在共线性. 另一个BAC克隆(44B4)被定位到2个物种的另一染色体短臂末端. 虽然栽培稻和疣粒野生稻的亲缘关系较远, 在生物学特征和生态习性上有着极为明显的区别, 但疣粒野生稻被检出的染色体在相对长度、臂比和BAC克隆在染色体上的相对位置与栽培稻的结果相似.     

稻属AA型物种叶绿体基因组的适应性进化

稻属AA型物种包含栽培稻和与其最近缘的野生稻物种,是稻属植物中一个重要的类群.为了探究稻属AA型物种叶绿体基因组的适应性进化,以AA型稻属物种中已经公布的6个叶绿体基因组为对象,利用PAML和Selecton对叶绿体基因进行适应性进化的分析.研究发现,4个基因(matK,ccsA,psbB和rpoC2)经历了正选择作用,并对基因的正选择位点进行了定位,初步分析了正选择位点的变异特点,探讨了正选择位点与蛋白质结构保守性的关系.本研究为深入了解稻属的叶绿体基因及其适应性进化提供了重要参考.     

与Gm-6和Pi-5(t)连锁的栽培稻BAC克隆在药用野生稻中的FISH定位

用栽培稻遗传图第4连锁群中与抗稻瘿蚊和抗稻瘟病基因, Gm-6和Pi-5(t)连锁的RFLP标记RG214和RZ565及其筛选出来的2个BAC克隆作探针, 对药用野生稻荧光原位杂交. 供试探针均被定位于第4染色体长臂, 百分距分别为74.18±2.62, 52.33±3.78, 72.33±2.62和54.50± 5.43, 信号检出率为8.3%, 9.8%, 52.70%和61.2%. BAC克隆和RFLP标记探针杂交位置几乎一致, 说明在栽培稻和野生稻中RFLP标记RG214和RZ565都在同一BAC克隆的大插入片段中, 药用野生稻与抗性基因Gm-6和Pi-5(t)的同源顺序就在第4染色体信号出现的相应位置. 在未封阻的情况下, 药用野生稻多个染色体上具有信号, 这表明药用野生稻和栽培稻的Cot1DNA重复顺序也在一定的程度上具有同源性. 药用野生稻第4染色体是根据Jena等(1994)和RFLP杂交的结果确定的, 并讨论了栽培稻BAC克隆对药用野生稻原位杂交物理作图的可行性等问题.     

水稻颖壳植硅石与稻种起源研究

亚洲栽培稻(Oryza sative L.)起源于普通野生稻(O.rufipogon Griff)已为各国学者所肯定.但籼、粳亚种是怎样从普通野生稻演化而来的却存在不同观点.植硅石(phyolith)是指充填于高等植物细胞组织中的非晶质含水二氧化硅(SiO_2·nH_2O),其形态受遗传因素控制.水稻颖完植硅石形态特征的初步研究表明,普通野生稻与栽培稻籼、粳亚种之间存在着较明显的差异.植硅石可被保存在考古遗址中,因而对稻种起源、传播路线与演化的研究,具有重要的价值.     

不对称体细胞杂交转移疣粒野生稻对水稻白叶枯病的抗性

疣粒野生稻(O. meyeriana (Zoll. etMor. exSteud.))对水稻白叶枯病具有高度的抗病性, 为转移这种抗病性, 进行了栽培稻+疣粒野生稻不对称体细胞杂交. 以软X射线处理过的疣粒野生稻原生质体作供体, 来源于栽培稻品种02428的原生质体经碘乙酰胺(IOA)失活后作受体, 采用PEG法诱导二者的原生质体融合. 由于代谢功能互补, 融合物经培养后得到623块愈伤组织, 最终分化出72株再生植株. 这些融合植株形态上与栽培稻接近, 采用微卫星分子标记进行了杂种鉴定. 细胞学分析表明, 融合杂种根尖细胞染色体数目在27~38条之间变化. 在成株期对融合植株进行了白叶枯病接种鉴定, 结果显示疣粒野生稻对水稻白叶枯病的抗性成功地转移到栽培稻中.     

栽培稻的紧穗野生稻抗褐飞虱主效基因的遗传定位

野生稻资源是水稻育种中获取有利外源基因的一个主要来源。紧穗野生稻（Oryza eichingeri,2n=24,CC)原产于非洲,具有高抗褐飞虱、白背飞虱和白叶枯病等多种有利性状。在紧穗野生稻与栽培稻（Oryza sativa,2n=24,AA)品种02428远缘杂交后代中,利用限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism,RFLP)和微卫星（simple sequence repeats,SSR) 等分子标记,对栽培稻背景下外源遗传物质的存在进行了跟踪鉴定,并对来自紧穗野生稻的抗褐飞虱基因进行了遗传分析和染色体定位。结果表明,紧穗野生稻的染色体片段已经易位到栽培稻中;抗褐飞虱性状由一对显性主效基因控制,位于第2染色体,在两个微卫星标记RM240和RM250之间,遗传距离分别为6．1和5．5cM,暂时定名为Bphl3(t)。该基因的发现和定位将有助于对水稻褐飞虱抗性的改良。     

用SSR标记分析高州野生稻的遗传多样性

利用24对SSR引物比较了来自广东高州、江西、福建、云南等地区及东南亚不同国家共计240份普通野生稻材料的遗传多样性. 结果表明, 24对引物中平均有17个位点表现出了多态性, 平均多态位点比率为69%; 平均总等位基因数、平均每个位点的等位基因数和多态位点的平均等位基因数分别为51.1, 2.04和2.43; 平均基因多样性为0.8447. 高州野生稻5个居群间已经出现了较显著的分化. 上述遗传多样性参数均表明, 高州镇江镇朋山村(陂头洞)野生稻应该是高洲野生稻的一个遗传分化中心和遗传多样性中心. 高州野生稻很可能是广东普通野生稻、华南和中国普通野生稻最大的一个遗传分化中心和遗传多样性中心.     

7000年前考古遗址出土稻谷的小穗轴特征

稻谷小穗轴基部的离层形成的差异是鉴别野生稻、 粳稻和籼稻的一个重要特征. 对长江下游的跨湖桥、罗家角和田螺山等3处距今7000年以前遗址出土稻的小穗轴特征观察的研究结果显示, 3个遗址出土的稻谷遗存所见的小穗轴可分为粳稻型和野生型2种类型, 没有发现具有籼稻小穗轴特征的稻谷, 表明距今7000年以前的水稻尚处于驯化过程中带有野生习性的原始栽培稻阶段, 粳稻是栽培稻的演化方向. 根据两种小穗轴比例推测长江下游在距今10000年以前开始稻的驯化.     

中国稻作起源与演化

对中国稻作起源研究中的３个主要问题－－起源地，祖先种及栽培稻籼粳亚种起源的研究进展进行了综述和讨论：（１）长江中游－淮河上游稻作起源新论；（２）“原始栽培稻”及其驯化的强化时；（３）中国栽培稻的栽培多样化中心；（４）中国和南亚为亚洲栽培稻的２个独立的稻作起源与演化系统；（５）中国普遍野生稻（普野）的形态分类与ＲＦＬＰ分类；（６）原始祖型普野的认定；（７）近缘祖型普野初探。（８）中国是否存在一年生普     

水旱稻分化与节水抗旱稻

 普通野生稻在向栽培稻演化的过程中,形成旱稻和水稻两类适应不同土壤水分条件的生态类型,其中旱稻先于水稻驯化且长期受到“产量-抗旱性”的“双向选择”。采用“双向选择”策略,可将水稻的高产优质特性与旱稻的节水抗旱特性整合,育成节水抗旱稻。节水抗旱稻的水分利用效率高、抗旱性强,适合于“旱直播旱管”的绿色栽培模式,既可在水田不淹水栽培,又可在旱地或山坡地直播种植,拓展了栽培稻的种植空间。节水抗旱稻生产过程中可大幅度节约灌溉用水、减少面源污染和甲烷排放,降低劳动成本。     

亚洲栽培稻的亚种及亚种间杂交稻的认定与分类

人类在众多的野生稻中驯化成两个栽培稻种(species)。一个起源于非洲,即非洲栽培稻(Oryza glaberrima Steud.),由于产量低、适应性较差,该种已种植数千年迄今仍局限于西非尼日尔河流域及南美东北部为数不多的几个国家,并且在这些国家的粮食生产中亦不占主要     

利用C基因组C0t-1 DNA比较分析稻属A, B, C, D基因组

以药用野生稻(CC) C₀t-1 DNA作为探针, 对其自身体细胞染色体和栽培稻×药用野生稻杂交后代F1, 回交后代BC₁以及宽叶野生稻(CCDD), 高秆野生稻(CCDD)和斑点野生稻(BBCC)体细胞染色体进行荧光原位杂交实验. 在药用野生稻体细胞染色体中, 同源染色体呈现相似的C₀t-1 DNA杂交带型, 并对其核型进行了同源性聚类. 对F₁ (AC)和2个BC₁ (AAC和ACC)的杂交实验中, 在不封阻的情况下, 药用野生稻C基因组C₀t-1 DNA探针能清晰地鉴别C组染色体, 而在A组染色体上信号分布很少, 说明A基因组与药用野生稻C基因组中高度重复序列同源性较低. 此外, 对宽叶野生稻、高杆野生稻和斑点野生稻3个四倍体体细胞染色体进行了FISH分析, 在24条C组染色体上均可观察到较强的杂交信号, B和D基因组的24条染色体上信号较少, 但在D组染色体上的信号较B组染色体的多, 说明D与C基因组的亲缘关系较B与C基因组的近. 进一步分析发现, 高杆野生稻D组染色体上的杂交信号要比宽叶野生稻D组染色体上的杂交信号多, 说明高杆野生稻的D基因组与C基因组的同源性要高, 这可能是高秆野生稻和宽叶野生稻同属于CCDD染色体组型但可区分为不同种的原因之一. 上述结果表明, C₀t-1 DNA具有很强的种的特异性和依赖基因组型的特异性, 利用C₀t-1 DNA作探针更能有效地对不同基因组进行FISH鉴定. 同时, 本研究采用F₁植株和BC₁植株, 即1个二倍体和2个三倍体人工选育杂种, 与宽叶野生稻、高杆野生稻和斑点野生稻进行了基于C基因组C₀t-1 DNA杂交的比较分析, 对稻属异源四倍体的可能起源机制进行了初步探讨.     

亚洲栽培稻与宽叶野生稻种间杂种的获得及其原位杂交分析

将亚洲栽培稻(Oryza sativa, 染色体组型为AA)与宽叶野生稻(O. latifolia, 染色体组型为CCDD)进行杂交, 结合胚拯救手段, 获得了这两个种的种间杂交种. 杂种F₁在株高、分蘖力、生长繁茂性等方面表现明显的杂种优势, 穗部性状明显偏向于父本宽叶野生稻的特征, 表现为长芒、小粒、大而外露的紫色柱头极易落粒. 根尖细胞染色体鉴定证明杂种染色体数为2n = 36. 进一步利用基因组原位杂交(genomic in situ hybridization, GISH)和荧光原位杂交(fluorescent in situ hybridization, FISH)技术, 鉴定了杂种F1的染色体组成及其在减数分裂中的配对行为. 结果表明, 杂种染色体的组成为ACD, 在减数分裂中, 绝大部分染色体以单价体形式存在, 很少有配对现象发生, 因而杂种表现完全雄性不育.     

从普通野生稻中鉴定栽培稻F1花粉不育座位Sb的中性基因

花粉不育是栽培稻(Oryza sativa L.)籼粳亚种间杂种F1普遍存在的现象, 是杂种优势利用的主要障碍之一. 至少有6个基因座位控制籼粳亚种间F1的花粉不育, 各座位存在的花粉育性中性基因可望克服各自的不育性, 所以挖掘和利用不同座位的花粉育性中性基因具有重要意义. 本文在栽培稻F1花粉不育基因Sb座位已精细定位和广东高州普通野生稻(O. rufipogen Griff.)(以下简称高州野生稻)具有丰富遗传多样性的基础上, 分别以粳稻台中65(编号为E1, 基因型S^b_iS^b_i)及其Sb座位的近等基因系E2(基因型S^b_iS^b_i)为母本, 12份不同编号的高州野生稻分别为父本, 组配成对测交组合并检测各组合F1的花粉育性, 初步鉴定可能具有花粉育性中性基因的材料, 并发展相应的F2群体, 利用4对与Sb座位紧密连锁的分子标记, 分析上述成对测交组合F2 群体分子标记的分离情况, 并与花粉育性的分离进行统计检验. 结果表明, 编号为GZW099的高州野生稻与E1及E2组配的成对测交组合的F1花粉育性分别为(89.22±1.07)%和(85.65±1.05)%, 表现正常可育且经t检验差异不显著; 4对分子标记在相应的F2群体中的3种基因型分离比例符合孟德尔分离比例(1:2:1), 且3种基因型对应的平均花粉育性差异不显著, 说明该编号的野生稻在Sb座位携带的等位基因与台中65及E2的等位基因均不存在显著互作, 因此鉴定GZW099在Sb座位携带花粉育性中性基因, 命名为SbnSbn, 为进一步研究和克服籼粳杂种不育性提供了理论基础和遗传资源.     

栽培稻漫谈

世界上的栽培稻有两种,即亚洲稻(又名普通栽培稻,学名为Oryza sativa L.)和非洲稻(又名光稃栽培稻,学名为Oryza glabrrima Steud)。栽培稻是世界上重要的粮食作物,据联合国粮农组织统计,1979全世界的播种面积为1.453亿公顷,总产量达3.8亿吨,其占谷物的播种面积和总产量之比例分别为18.9％和25.1％。我国是水稻播种面积最大、产量最高的国家,约占粮食总播种面积的1/4,占粮食总产量的一半。稻米是我国人民的主食。     

水稻S5n 基因的分子进化及功能比较

S₅ⁿ基因是克服水稻亚种间杂种胚囊不育性最主要因子之一, 了解其序列特征对于揭示其起源或进化以及在分子育种上的应用具有重要意义. 本文以48 份携带有S₅ⁿ 的栽培稻品种和野生稻为材料, 通过对其S₅ⁿ 的全序列进行测定, 并选择在 编码区序列差异较大的品种(系)与籼粳测验种进行测交组配F₁, 研究不同序列S₅ⁿ 在克服水稻亚种间杂种胚囊不育性效应的差异. 结果表明, 48 份材料的DNA全序列与对照02428 完全一致的有15 份, 其他33 份存在不同程度的变异. 变异位点, 包括 颠换、转换和缺失等, 共有24 个. 编码区的变异主要发生在外显子2, 其中变异最大的8 份材料在1710~1719 bp 处缺失了10 个碱基, 包括尼瓦拉野稻IRW501 和栽培稻品种粤泰B等. S₅ⁿ序列变异没有偏向性, 说明S₅ⁿ是中性进化基因. 通过构建S₅ⁿ 全序列及其编码区编码氨基酸系统NJ 树, 将48 份材料归为4 类, 其中大部分的栽 培稻聚成一类, 普通野生稻聚成一类, 8 份缺失10 个碱基的材料聚为一类, 其他的材料聚成一类. 利用WE-CLSM (whole-mount eosin B-staining confocal laser scanning microscopy)对测交F₁ 的胚囊育性观察表明, 不同S₅ⁿ 序列材料组配测交F₁ 的胚囊育性均比对照明显增加, 彼此间没有显著差异, 显示它们都能克服亚种间的胚囊不育性, 也间接证明S₅ⁿ 是功能缺失基因.     

江西东乡野生稻孕穗开花期耐冷基因定位

利用桂朝2号和江西东乡野生稻构建的高代回交群体, 对东乡野生稻孕穗开花期耐冷性QTL进行了分析. 在第1, 6和11染色体上定位了3个影响孕穗开花期耐冷性QTL, 其中2个QTL位点来自野生稻的等位基因能提高回交群体孕穗开花期的耐冷性. 在第5染色体上定位了1个育性主效QTL, 来自野生稻的等位基因使回交群体的结实率降低78%.     

河姆渡古稻DNA提取及其序列分析

水稻(Oryza sativa)最初在长江中下游地区被驯化,在中国境内已发现大量稻作遗址.目前稻作史研究均是根据形态如小穗轴等来进行驯化进程分析,至今尚无利用序列数据进行分析的报道.本研究对来自3个考古遗址(浙江田螺山遗址、江西新干战国粮仓和浙江湖州毗山遗址唐代文化层,年代分别为7000,2400和1200BP)稻作遗存进行了DNA提取,PCR克隆测定了4个基因组片段.序列分析表明,每个遗址均发现2个以上的水稻基因型,表明当时的种质尚处于混杂状态.与来自亚洲栽培稻以及野生稻的比较分析,发现至少一个古稻基因型在栽培稻中可能已丢失,同时本研究稻作遗存可能为粳稻类型,或当时可能尚处于籼粳稻混种或籼粳分化不明显状态,但粳稻类型占优势.本研究结果表明水稻在驯化过程中发生了显著的基因型分化.在田螺山遗址稻作遗存中还发现与无患子目、蒺藜目和十字花目植物高度同源的序列,这与遗址发现大量楝树遗存以及南方常见田间杂草芥类等植物遗存相吻合.