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.     

云南陆稻品种籼粳分化与遗传变异

利用34个籼粳特异插入缺失(insertion/deletion,InDel)分子标记和24个SSR分子标记对云南113个陆稻品种的籼粳分化与遗传变异进行分析.InDel分子标记鉴定结果表明,云南陆稻以粳稻(粳型、偏粳型)品种为主,占总品种的83.2%.聚类结果显示,云南陆稻品种明显聚为4大类群(籼型、偏籼型、粳型、偏粳型),支持InDel分子标记鉴定结果.重新将云南陆稻品种的种植区域划分为2个:(1)海拔1250m以下为籼粳稻混合种植区;(2)海拔1250m以上为粳稻种植区.SSR遗传多样性分析结果表明,云南陆稻籼粳亚种间遗传多样性均很丰富,籼稻品种的遗传多样性高于粳稻品种且差异显著.分子方差分析显示,云南陆稻遗传变异主要来自亚种内(占总变异81%),亚种间遗传变异占19%.不同地区间陆稻种质资源遗传多样性比较分析表明,滇西南与滇南地区存在丰富的遗传变异,是云南陆稻品种遗传多样性的分布中心.半山云雾多湿区作为云南陆稻品种的传统种植区域,保留大量的遗传变异与稻种资源,是开展陆稻种质资源保护、利用的核心区域.     

中国籼稻亚种内的群体结构及地理生态分化

籼稻是亚洲和世界其他一些地区广为种植的主要栽培稻亚种,同时也是我国杂交水稻恢复系的主要来源.研究籼稻亚种内的遗传结构和遗传多样性对中国栽培稻亚种内的分类和演化以及水稻杂种优势利用具有重要的理论和实践意义.本研究通过36个SSR标记对1582份籼稻地方品种的群体结构和地理生态分化进行了分析.结果表明,利用分子标记所做基于模型和基于遗传距离的群体结构表现一致,即早籼稻生态型可划分为4个地理生态群,中间型生态型可划分为3个地理生态群,晚籼稻生态型可划分为2个地理生态群.当地的生态环境和空间隔离是形成地理分化的主要原因.地理生态群既体现了品种间的遗传差异又是对不同生态环境适应的反映,可用于籼稻亚种内杂种优势群划分的依据.根据SSR标记在各个生态型及地理生态群的基因型分布,筛选了可用于鉴别各生态型和地理生态群的SSR特征等位变异并建立了相应的SSR分子判别式.通过SSR分子判别式选择籼稻的中间类型开展籼粳杂种优势研究以及选择不同地理生态类型开展籼稻亚种内杂种优势研究,有助于突破籼粳杂种优势利用的障碍和加强籼稻亚种内杂种优势利用.     

水稻籼粳杂种不育与广亲和

水稻是世界主要粮食作物,水稻杂种优势的利用为提高作物产量做出了巨大贡献.亚洲栽培稻分为籼稻和粳稻两个亚种,亚种间的杂种优势更强,培育籼粳杂交水稻可以进一步提高水稻产量潜力.但是亚种间普遍存在生殖隔离,导致籼粳杂种育性较低,限制了对其杂种优势的利用.广亲和品种与籼稻和粳稻的杂交后代正常可育,为利用亚种间杂种优势提供重要种质资源.本文回顾了籼粳杂交育种的历史,总结了水稻杂种不育的遗传基础和分子调控机理的研究进展,介绍了广亲和基因形成机制的最新理解,在此基础上概述了近年来对广亲和基因发掘和利用的成果,并展望了未来创建广亲和水稻种质资源的途径.     

中国栽培及野生大豆的遗传多样性、地理分化和演化关系研究

栽培大豆的起源和演化是大豆生物学和农学基础研究的重要命题之一. 本研究选用60对细胞核SSR标记(nuSSR)和11对叶绿体SSR (cpSSR)标记, 在检测由393份地方品种和196份野生材料组成的全国代表性样本的细胞核、叶绿体基因组变异的基础上, 分析了栽培、野生地理生态群体间的遗传演化关系. 结果表明: (ⅰ) 野生群体核、质遗传多样性都明显大于栽培群体, 核、质等位变异数分别为1067:980和57:44个; 栽培大豆980个核等位变异中有377个(38.5%)为驯化后新生等位变异, 44个质等位变异中出现了7个(15.9%)新生等位变异. (ⅱ) 栽培生态类群中, 以南方3个地理生态类群(中南、华南、西南)遗传多样性较高; 野生生态类群中以长江中下游野生类群遗传多样性较高. (ⅲ) 从分子方差分析、遗传聚类与地理类群间关联分析及群体特有等位变异三方面证实我国栽培、野生大豆地理生态分化有其遗传分化的基础. (ⅳ) 以材料为单位的聚类结果表明与栽培大豆近缘的野生材料大多来自长江中下游及西南-中南野生地理类群; 进一步分析地理群体间的遗传距离, 并作UPGMA聚类, 发现各栽培地理类群与长江中下游野生大豆群体的遗传距离一致, 小于与包括本区在内的其他野生群体的距离, 结合该区野生群体特有的cpDNA等位变异NTCP10-117在所有栽培生态类群中都有分布的现象, 推论在南方野生群体中的长江中下游野生祖先可能是栽培大豆共同的野生祖先.     

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.     

水稻花粉愈伤组织诱导能力的遗传

近20年来,花药培养技术已成功地应用于许多作物的品种改良.但由于不同作物不同品种间花药培养力的差异很大,从而严重制约了这一技术的广泛应用.大量研究结果表明这种差异主要是由不同基因型引起的.一般而言,栽培稻中籼稻的愈伤组织诱导率明显低于粳稻.薛庆中等研究表明水稻愈伤组织诱导率是一个以加性作用为主的可遗传的特性.吴传银和陈英应用双列杂交对粳稻花药培养基因型的差异作了研究,指出在愈伤组织诱导率的基因作用方式中加性和非加性作用都很重要.而Quimio和Zapaia指出水稻花药培养力是由几个隐性基因控制的.这些研究结果的不同暗示了愈伤组织诱导率的遗传复杂性.本研究利用一对培养力相差很大的典型籼粳品种作为亲本,对杂种F_1经花药培养产生     

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.     

青杨的DNA多态性及遗传分化——Ⅰ.青杨的DNA多态性

杨属(Populus)5个派中,青杨派(sect.Tacamahaca)种类最多,且绝大部分都分布于我国西北、西南、华北及东北地区.青杨派中的青杨(Populus cathayana Rehd.)为我国特有,分布范围仅次于小叶杨,位居青杨派中的第二位.青杨整个分布区内种内遗传变异性很大,但对此开展的研究并不多,除王建园、杨自湘对苗期种源差异,以及杨自湘对不同产地的叶片进行较详细的研究以外,青杨的其他表型性状及同工酶、DNA水平的研究都未见报道.物种或群体的遗传多样性大小是长期进化的产物,是其生存(适应)和发展(进化)的前提.一个群体或种内的遗传多样性越高或遗传变异越丰富,对环境变化的适应能力就越强,越容易扩散其分布范围和开拓新的环境,无性繁殖为主的种也不例外.理论推导和大量实验证据表明,群体的遗传变异的大小与其进化速率成正比,因此对遗传多样性的研究,可以揭示物种和群体的进化历史(起源的时间、地点和方式),也能为进一步分析其进化潜力和未来的命运提供重要的资料.本文用RAPD技术对广泛分布区内的青杨进行分析,揭示青杨种内具有丰富的遗传变异性,并探讨群体发生遗传分化的机制.     

杂交-渐渗的遗传进化效应与栽培作物野生近缘种多样性保护

野生近缘种的遗传多样性是栽培作物遗传改良的重要基因资源,对其进行合理保护和可持续利用对保障全球粮食安全具有十分重要的意义.由于生境遭到严重破坏,野生近缘种的生存状况受到严峻挑战,许多野生近缘种群体在诸多因素影响下已经濒危甚至灭绝.然而,最容易被忽略的影响是栽培作物与野生近缘种的天然杂交和基因渐渗及其所带来的遗传和进化效应.作物的杂交-渐渗可以改变野生近缘种群体的遗传结构和完整性,导致已保护野生群体遗传多样性丧失.杂交-渐渗对野生近缘种遗传多样性保护能造成怎样的影响,目前仍知之甚少.如何制定合理的策略来降低栽培作物基因渐渗对野生近缘种保护带所来的负面影响非常重要,而且具有极大的挑战性.     

中国一年生野生大豆(Glycine soja)核心资源构建

对我国国家种质资源库中保存的6172份一年生野生大豆(Glycine soja)资源进行了系统的遗传多样性分析, 比较了核心种质构建中常用的随机取样、恒量取样、比例取样、对数取样和遗传多样性取样5种取样策略, 确认对于一年生野生大豆, 遗传多样性取样策略是最简单有效的取样策略. 根据起源和生态类型对一年生野生大豆资源进行分组, 应用遗传多样性策略和层次聚类, 构建一个野生大豆核心资源. 该核心资源包括652份材料, 取样比例为10.65%. 代表性验证表明, 质量性状指标代表性为100%, 平均指标代表性为98.4%; 13个指标群体结构相似系数为0.96; 遗传多样性代表性为81.38%; 20对SSR引物扩增299份材料, 分析结果代表性为83.64%.     

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.     

黑龙江野生莲遗传多样性及其地理式样

用RAPD和ISSR两种分子标记方法对黑龙江省的47份野生莲、俄罗斯兴安斯克保护区的2份野生莲和中国其他省份的27份栽培莲进行遗传多样性研究. 20条RAPD引物共扩增出113个位点, 多态位点占71.68%, 期望杂合度0.1583. 野生莲的多态位点占50.44%, 期望杂合度0.1241; 栽培莲的多态位点占53.98%, 期望杂合度0.1651. 16条ISSR引物扩增出90个位点, 多态位点占41.11%, 期望杂合度0.0851. 野生莲的多态位点占28.89%, 期望杂合度0.0661; 栽培莲的多态位点占32.22%, 期望杂合度0.0963. 野生莲中, 乌苏里江流域、松花江流域和黑龙江流域之间的遗传分化很小, 流域之间的遗传方差仅占21.68% (RAPD, Gst = 0.1312)和15.11% (ISSR, Gst = 0.1352). 在所有的遗传变异中, 野生型和栽培型之内的遗传方差占73.25% (RAPD)和81.11% (ISSR), 野生型和栽培型之间的遗传方差占19.17% (RAPD)和13.17% (ISSR), 而3个野生流域群和1个栽培群之间的遗传方差仅占7.58% (RAPD)和5.72% (ISSR). NJ分析表明, 黑龙江省的野生莲与其他地方的栽培莲有明显的分化. 在野生莲中, 松花江中游地区的野生莲可能是黑龙江野生莲的残遗中心, 由松花江中游向下游地区和黑龙江与乌苏里江流域扩散. 从黑龙江野生莲比较低的遗传多样性判断, 野生莲经历了瓶颈效应、建立者效应和再生效应(rebirth effect). 鉴于莲的古老性、遗传变异的稀少及其在湿地生态系统中的重要地位, 建议全面保护非常宝贵的黑龙江野生莲资源, 尤其是有可能为起源地的松花江中游地区的野生莲栖息地.     

基于分子标记的野生大豆居群遗传多样性估算与取样策略

遗传多样性是生物多样性的基础和最重要组成部分, 正确评价物种及其居群的遗传多样性是有效保护和利用生物种质资源的必要条件. 以一个野生大豆自然居群(面积约为10000 m²)为研究材料, 从中随机选取了100棵植株, 分别用3种分子标记AFLP, ISSR和SSR对其遗传多样性进行分析, 并采用计算机模拟方法, 从这100棵植株中随机抽取不同大小(5~90个个体)的样本(抽样群体)各50次, 对其主要遗传多样性参数进行了计算, 旨在探讨利用不同分子标记检测该野生大豆居群的主要遗传多样性参数, 即位点的预期杂合度(H_e)、Shannon多样性指数(I)和多态位点百分率(P)的差异和变化趋势以及随抽样群体样本量的不断增加这些参数的变化规律. 结果表明, 不同分子标记检测到同一野生大豆居群的各种遗传多样性参数值不同; 同一居群中的不同样本量对遗传多样性参数的估算值有较大影响; 用不同分子标记进行遗传多样性参数的估算时, 多态位点百分率相对具有可比性; 选用不同的遗传多样性参数来反映居群90%以上的总体遗传变异时需要不同的样本量, 当选用多态位点百分率(P)时, 30~45个植株才能代表总体90%以上的遗传变异. 本研究为评价植物居群遗传多样性和采用合理的保护取样策略提供了科学依据.     

千岛湖陆桥岛屿上黑腹狼蛛(Lycosa coelestris)遗传多样性及其受生境片段化的影响

人工湖泊型陆桥岛屿对于理解生境片段化后片段面积和地理隔离等因素对物种遗传多样性和遗传结构的影响提供了独特的机会.本文利用相关序列扩增多态性(SRAP)分子标记法,对具有50多年片段化历史的千岛湖人工湖泊型陆桥岛屿上的黑腹狼蛛(Lycosa coelestris)种群遗传结构和多样性进行研究.利用5对SRAP引物对42份材料的基因组进行扩增,共得到大小为50~900 bp的85个可重复位点,其中84个为多态性位点,多态性比率达98.82%.不同岛屿种群的多态位点比例(PPB)为15.29%~38.82%;观测等位基因数(Na)为1.1529~1.3882,其中有效等位基因数(Ne)为1.0952~1.3392;种群间Nei’s基因多样性指数(H)为0.0582~0.1784,均值为0.0992;Shannon信息指数(I)为0.0881~0.2524,均值为0.1480;岛屿的面积、形状指数分别与多态位点比率、Shannon信息指数以及Nei’s基因多样性指数存在正相关关系.种群间遗传分化系数较高(Gst=0.7293),基因流值低(Nm=0.1856).AMOVA分析表明,57.33%的遗传变异存在于种群间,42.67%的遗传变异来自种群内(P0.001).Mantel检验表明,黑腹狼蛛各种群间地理距离与遗传距离间存在显著相关性(r=0.6465,P0.001).采用Structure 2.3.3软件以及PCA分析对14个岛屿上黑腹狼蛛种群的群体结构进行研究,结果表明,所研究岛屿可以分为6个类群,地理距离较近且属同一个岛群的岛屿优先聚在一起.上述结果表明,生境片段化初期岛屿面积和形状是影响黑腹狼蛛种群遗传多样性的主要原因,地理隔离是黑腹狼蛛种群产生遗传分化的主要原因.     

我国普通小麦核心种质的构建及遗传多样性分析

用分布于21个连锁群上的78个微卫星标记(SSR), 对我国5029份普通小麦初选核心种质进行基因型分析, 收集了40万条SSR数据. 以此为基础, 采用适当调整的分层分组代表性取样法(即分区取样时, 对材料遗传多样性高的地区略增加取样量, 反之略减少取样量; 著名品种、重要育种亲本和携带稀有等位变异的材料优先入选), 构建了由1160份材料组成的小麦核心种质(库), 其中地方品种762份、育成品种348份、国外引进品种50份. 核心种质占初选核心种质的23.1%, 占整体种质(23090份)的5%, 遗传代表性估计值为91.5%. 核心种质中地方品种的遗传多样性明显高于育成品种. 群体遗传结构及主坐标分析均显示我国地方品种和育成品种是两个相对独立的组群. 来源于不同生态区的地方品种遗传分化十分明显, 而育成品种分化相对较弱. 此外还构建了由231份材料组成的微核心种质, 其占整体种质的1%, 但遗传代表性估计值接近70%. 最后就核心种质构建的意义和取样策略进行了讨论.     

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.     

水稻类病变突变体lmi的鉴定及其基因定位

水稻类病变突变体lmi(lesion mimic initiation)是从γ射线诱变的籼稻品种中籼3037的后代中发现的,属于起始型的类病变突变体. 无菌培养、台盼蓝染色及遮光实验表明, 该突变体受光照控制细胞自主性死亡. 遗传分析表明, 该突变性状由一对隐性基因控制. 利用lmi和93-11杂交的F2群体对lmi基因进行初步遗传定位, 发现该基因定位于水稻第8号染色体着丝粒附近的两个微卫星分子标记RM547和RM331之间, 与两者遗传距离分别为1.2和3.2 cM. 进一步利用这两个标记之间发展的CAPS标记 C4135-8, C4135-9及C4135-10对lmi基因进行精细的遗传定位, 结果表明, lmi基因与标记C4135-10共分离. 这一结果为克隆lmi基因奠定了基础.     

中国杂交粳稻发展与展望

本文回顾了我国杂交粳稻育种发展历程,包括滇型、BT型不育系的发现、利用以及"籼粳架桥"方法选育配合力强的C57,C418等杂交粳稻恢复系的过程.同时,针对近年来杂交粳稻制种产量提高以及杂种优势利用等关键性技术研究进展做了以下总结:(1)提高柱头外露率、柱头活力,提升制种产量.柱头外露率同颖花长宽比、柱头长度以及柱头张角呈显著相关性,针对柱头外露率的遗传学研究以及分子标记辅助选择已取得一定进展.(2)开展粳稻优势群及配组模式研究促进杂交粳稻优势利用.在粳稻亲本材料划分为不同优势组群的基础上,提出了籼粳互补、感温与感光互作及穗粒结构互补的优势配组模式,其注重运用籼粳亚种间优势利用、广亲和基因与恢复基因利用、叶片和根系抗衰性的利用以及大穗灌浆特性和抗倒伏特性的运用.本文为进一步促进杂交粳稻选育和应用推广提供了技术性建议和策略.