北方粳稻优化穗部性状和籼型血缘改良品质研究进展

进入"十一五"以来,以沈阳农业大学水稻研究所为首的北方粳稻育种团队,以提高北方粳稻品质为主攻目标,以改良穗部性状为突破口,以调控籼型血缘为主要途径,在相关性状遗传与生理基础、种质资源创新与新品种培育研究方面取得了显著进展.(1)明确了直立穗型由一对显性基因EP1空制,表现穗节间缩短、枝梗数和穗粒数增多、着粒密度增大,在...     

水稻穗部突变体Cl的形态和定位分析

簇生穗突变体Cl表型为多数枝梗顶端有2或3个小穗簇生在一起. 利用扫描电子显微镜观察显示, Cl的功能与水稻枝梗顶部的发育有关, 同时Cl影响了顶端小穗的伸长; 而Cl突变体中穗粒数有一定降低, 提示Cl基因可能对水稻穗粒数也有一定的影响. 分别利用Cl与中花11及Cl与浙辐802 杂交的F₂群体对Cl位点进行遗传定位, Cl位点初步定位在第6染色体的CAPS标记CK0214和SS0324之间. 为了进一步精细定位Cl位点, 在CK0214和SS0324之间发展了5个CAPS标记, 连锁分析表明, Cl与其中2个标记R0674E和C12560紧密连锁, 遗传距离分别为0.2和2.1 cM, 并且Cl被定位在这两个标记之间. 以此为起点, 构建覆盖Cl基因区域的PAC 重叠群, 两个PAC克隆AP004571和AP004236将Cl位点覆盖, 物理距离为196 kb, 为最终克隆Cl基因奠定了基础. 等位性测定显示, Cl与另一个水稻簇生穗突变体Cl2是等位突变.     

水稻穗部突变体Cl的形态和定位分析

簇生穗突变体Cl表型为多数枝梗顶端有2或3个小穗簇生在一起. 利用扫描电子显微镜观察显示, Cl的功能与水稻枝梗顶部的发育有关, 同时Cl影响了顶端小穗的伸长; 而Cl突变体中穗粒数有一定降低, 提示Cl基因可能对水稻穗粒数也有一定的影响. 分别利用Cl与中花11及Cl与浙辐802 杂交的F2群体对Cl位点进行遗传定位, Cl位点初步定位在第6染色体的CAPS标记CK0214和SS0324之间. 为了进一步精细定位Cl位点, 在CK0214和SS0324之间发展了5个CAPS标记, 连锁分析表明, Cl与其中2个标记R0674E和C12560紧密连锁, 遗传距离分别为0.2和2.1 cM, 并且Cl被定位在这两个标记之间. 以此为起点, 构建覆盖Cl基因区域的PAC 重叠群, 两个PAC克隆AP004571和AP004236将Cl位点覆盖, 物理距离为196 kb, 为最终克隆Cl基因奠定了基础. 等位性测定显示, Cl与另一个水稻簇生穗突变体Cl2是等位突变.     

水稻稀穗突变体的遗传分析及基因的精细定位

水稻稀穗突变体lax影响花序发育的主要特征是: 穗轴上能形成正常的一次、二次枝梗, 侧生小穗的发育被完全阻断, 只在枝梗的顶端发育形成单个小穗, 且小花呈多种异常变异. 突变体与粳稻品种W11杂交获得F₂分离群体. 以该F₂分离群体为基础, 根据水稻基因组序列设计微卫星引物和CAPS标记, 并进行连锁分析, 将稀穗基因定位在水稻第1染色体长臂的CAPS标记HB2和微卫星标记MRG4389之间, 与两标记间的距离均为0.14 cM, 与CAPS标记LZ1共分离. RT-PCR分析结果显示, 在稀穗突变体中与花器官发育相关的B功能基因OsMADS2, OsMADS4, OsMADS16 以及C功能基因OsMADS3的转录水平明显下降, 而A功能基因 RAP1A的转录水平未受到影响.     

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).     

携带主效落粒基因的水稻染色体片段代换系Z481的鉴定及和SH6(t)定位

落粒性是水稻非常重要的农艺性状,适度落粒有利于减少产量损失和水稻机械化收割,提高生产效率.因此鉴定落粒基因对水稻生产具有重要意义.本研究以日本晴为受体亲本、优良恢复系R225为供体亲本,采用高代回交和SSR标记辅助选择相结合的方法,鉴定了一个携带易落粒主效单基因的水稻染色体片段代换系Z481.Z481含有4个染色体代换片段,位于第1,3,6染色体上,其代换片段长度分别为8.30,6.17,3.12和10.79 Mb,平均为7.10 Mb.与受体日本晴相比,Z481的株高、穗长、倒一节间长、倒二叶宽显著降低,剑叶宽和结实率显著增加,其他重要农艺性状如叶长、有效穗数、每穗粒数和千粒重均无显著差异.扫描电子显微镜观察表明Z481的护颖和枝梗之间的离层在成熟时期已被完全降解,而日本晴的离层完整,在细胞学上解释了Z481易落粒性产生的原因.进一步利用日本晴与Z481杂交产生的F_1和F_2群体对易落粒基因进行了遗传分析和分子定位.该易落粒性状受单基因隐性调控,最终将该基因定位于第6染色体RM253和ZTQ53之间824 kb的区域,暂命名为SH6(t).目前,在第6染色体尚无落粒基因克隆的报道.由于染色体片段代换系除代换片段外与受体亲本的遗传背景一致,且Z481易落粒遗传行为简单,基本未携带育种不利性状.因此,本研究无论对SH6(t)的克隆,还是进行基因聚合育种培育适度落粒新品种均具有重大利用价值.     

水稻穗顶退化突变体paa1331的鉴定及基因定位

水稻穗部是影响产量的重要农艺性状,其发育健全与否直接决定了水稻产量的高低.过去几十年已经有大量的粒型和穗粒数相关基因被克隆报道,但调控穗顶发育相关基因的克隆与功能的报道较少.本研究通过甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼稻品种宜香1B,筛选到一个能稳定遗传的穗顶退化突变体材料paa1331(panicleapical abortion1331).与野生型相比,该突变体主要表现为穗顶端严重退化(退化率高达53%),株高变矮,分蘖减少,穗粒数降低.台盼蓝染色结果表明,穗顶端退化伴随细胞程序性死亡;激素测定结果证明,突变体穗顶部生长素含量高于野生型.遗传分析表明,该突变性状受隐性单基因控制;通过图位克隆与重测序分析发现,基因LOC_Os04g40720第4外显子的碱基A突变成G,导致编码的氨基酸由天冬酰胺变为天冬氨酸.目前该基因未见报道,暂将该基因定为候选基因.     

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.     

抑制细胞分裂素核苷酸磷酸水解酶显著增强水稻产量

<正>细胞分裂素(cytokinin)在水稻整个生命周期中对生长发育起到重要调控作用,特别是通过调控穗发育影响水稻产量.活性的细胞分裂素N⁶-(2-异戊烯基)腺嘌呤(iP, N⁶-(Δ2-isopentenyl) adenine)和反式玉米素(trans-zeatin, t Z)对水稻的细胞分裂、组织分化、穗发育起到重要的调控作用^[1～3].当前主流观点认为,植物体内的细胞分裂素合成主要分为两种途径,即一步法合成和两步法合成.     

直立穗型水稻群体生理生态特性及其利用前景

60年代初殷宏章等在稻麦群体研究中曾注意到穗对群体光能利用的影响,指出小麦穗直立遮光面积小,而且有利自身的光合作用,水稻灌浆中后期消光系数升高可能与穗逐渐弯垂有关。后来有报道支持上述观点,但也有人认为穗弯曲,剑叶伸出穗层以上可避免穗对群体光能利用的不利影响。过去生产上的品种都是弯穗的,人们对这个问题没有继续深入研究。80年代初育成的著名高产品种辽粳5号,在株型上的重要特点是穗象小麦一样直到成熟都保持直立状态。辽粳5号的产量潜力高是否与穗直立有关?穗的直立性问题又重新引起人们的重视,但对其评价仍然是褒贬不一,具体研究很少。水稻穗本身的光合能力远低于小麦,可视为非同化器官,因此穗可能是通过群体生态环境影响群体光合作用和物质生产,进而影响产量的。本文对此进行了初步研究。     

巨型水稻来了

近日,重庆大足"巨型稻"试种成功."巨型稻"的高度是常规稻的2倍,"巨型稻"的预计亩(1亩≈ 666.7米2)产在800千克以上.常规水稻的高度一般在1米左右,且能承载的穗粒数比较有限.想提高水稻的产量,就得让水稻长得高大健壮.     

小麦-长穗偃麦草抗白粉病异代换系中一个新的磷酸丝氨酸氨基转移酶基因的克隆

以抗白粉病的小麦-长穗偃麦草异代换系山农551为材料, 在接种小麦白粉病菌48 h制备样品电子显微镜观察, 结果表明山农551在白粉病菌侵染早期抑制孢子萌发和菌丝生长. 在接种病菌48 h后提取RNA, 利用cDNA RDA和RACE技术克隆WRP1和RPW2共2个基因. BLAST分析表明该二基因均是尚未被克隆的新基因. WRP1没有大的ORF; RPW2的翻译产物含有保守的氨基转移酶结构域, 与多种生物的磷酸丝氨酸氨基转移酶有同源序列, 可以认为是一新的磷酸丝氨酸氨基转移酶基因. Northern杂交结果显示在小麦白粉病侵染早期RPW2在山农551的叶片中就开始表达. RPW2探针同山农551及其亲本鲁麦5号、济南13和长穗偃麦草基因组DNA进行Southern杂交结果显示, 探针与鲁麦5号和济南13无杂交信号, 而与山农551和长穗偃麦草都有较强的杂交信号, 这表明RPW2来源于长穗偃麦草基因组.     

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.     

长期施肥条件下土壤钾素固定影响因素分析

为探索长期不同施肥对土壤钾素固定的影响, 采用室内模拟试验对中国主要农田土壤, 即红壤、水稻土、灰漠土、塿土、潮土、黑土和紫色土对外源钾固定能力的差异性进行了研究, 并对长期施肥条件下土壤钾素固定的影响因素进行了因子分析和逐步回归分析. 结果表明, 施肥15年后, 不同土壤固钾能力大小顺序为: 黑土>紫色土>塿土>潮土>水稻土>灰漠土>红壤. 土壤主要黏土矿物类型明显影响其固钾能力, 此外, 对以2:1型黏土矿物为主的土壤而言, 其固钾能力还受两个主要因子的影响: 因子1包括土壤速效钾、缓效钾和K+饱和度3个因素, 因子2包括土壤阳离子交换量(CEC)、土壤有机质(SOM)和<0.002 mm黏粒含量3个因素. 在外源钾加入浓度较低(0.4~ 1.6 g•L?1)时, 因子1和因子2分别主要通过土壤K+饱和度和CEC的变化影响土壤的固钾能力; 在外源钾加入浓度较高(2.4~4.0 g•L?1)时, 因子1和因子2分别主要通过土壤K+饱和度和<0.002 mm黏粒含量的变化影响土壤的固钾能力.     

bcc Fe中<100>刃型位错上扭折的分子动力学模拟

使用分子动力学方法, 建立了对应于<100>{010}和<100>{011}刃型位错上的两种扭折模型, 并计算了两种类型扭折的形成能、迁移能及宽度. 计算结果表明, 扭折结构依赖于位错类型及位错芯区原子的格位能. 分析这些计算结果发现, <100>{010}刃型位错上的扭折既难以形成,又难以迁移; <100>{011}刃型位错的运动主要是通过扭折的成核, 而不是扭折的迁移.     

硫酸盐型盐湖中的长链烯酮及古环境意义

研究了我国内蒙古、新疆和青海的9个硫酸盐型盐湖表层(0~10 cm)沉积物中的长链烯酮. 除干盐湖罗布泊外, 其他8个盐湖的沉积物中均检测出长链烯酮. 分析结果表明硫酸盐型湖泊中可能广泛存在长链烯酮. 多数湖泊现代沉积物中长链烯酮丰度变化顺序是C₃₇ > C₃₈ > C₃₉ > C₄₀. 通过对咸水湖、盐湖沉积物中长链烯酮不饱和度与湖区多年春、夏、秋、冬和年平均温度关系的分析, 发现咸水湖和盐湖中长链烯酮不饱和度()与湖区年平均温度相关性最好, 相关系数为0.88(R² = 0.88). 湖泊水体温度对长链烯酮不饱和度的控制机制可能与海洋中的相似, 可能会成为利用湖泊沉积物重建古温度的重要替代指标.     

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.     

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.     

小麦产量形成对大气臭氧浓度升高响应的整合分析

应用整合分析(meta-analysis)方法定量研究了大气臭氧(O₃)浓度增加对小麦光合色素、气体交换和产量形成的影响. 通过Web of Sciences和中国期刊全文数据库检索, 共收集39篇原始论文. 结果表明, 大气臭氧浓度增加可导致小麦的产量在当前环境浓度的基础上降低26%, 籽粒重、穗粒数和穗数分别降低18%, 11%和5%, 收获指数减少11%. 叶片生理对大气臭氧浓度增加的响应比产量敏感得多, 如光饱和光合速率、气孔导度和叶绿素含量分别下降40%, 31%和46%. 春小麦和冬小麦对臭氧的响应相似. 大部分指标显示了小麦叶片生理和产量的降低随着臭氧浓度增加而线性增加的趋势. 在小麦灌浆期, 臭氧浓度增加引起叶片的光合速率、气孔导度和叶绿素含量降低得最大. 大气CO₂浓度升高可以明显减轻或抵消大气臭氧浓度增加引起的减产效应.     

利用正义和反义技术研究着丝粒/动粒复合体蛋白CENP-B在细胞周期调控中的作用

为研究着丝粒/动粒复合体蛋白(centromere/kinetochore complex protein-B, CENP-B)高表达和低表达在细胞周期调控中的作用, 将全长CENP-B cDNA基因(cenpb)构建到pBI-EGFP真核表达载体上, 获得正义和反义cenpb真核表达重组质粒, 并转染HeLa-Tet-Off细胞. 结果表明, 正义质粒转染导致细胞产生巨型着丝粒/动粒复合体, 细胞分裂几次后发生凋亡; 转染反义质粒至HeLa-Tet-Off细胞, 克隆筛选获得稳定表达反义cenpb的细胞株HACPB. HACPB细胞着丝粒/动粒复合体小、数量多, CENP-B表达量低; 细胞周期延长, 恶性表型降低, 裸鼠致瘤能力降低, G2/M期向下一周期的G1期过渡发生延迟. 细胞周期蛋白相关激酶(cyclin-dependent kinases, CDKs)、细胞周期蛋白、细胞周期蛋白相关激酶抑制剂(CDK inhibitors, CKIs)等的表达在某时相发生特异的变化. 这些结果说明, CENP-B是维持着丝粒/动粒复合体正常结构和功能的必需组分, 并参与细胞周期调控.