籼稻和粳稻的高效分子鉴定方法及其在水稻育种和进化研究中的意义

为了建立准确高效的籼稻和粳稻鉴定方法,对基于籼稻(93-11)和粳稻(日本晴)的全基因组DNA序列比对而获得的45个特异插入/缺失(InDcl)位点进行了实验验证.以包括93-11和日本睛在内的44个典型籼稻和典型粳稻品种为实验群体,用45对InDel引物对上述水稻品种的DNA样品进行了PCR扩增和聚丙烯酰胺凝胶电泳,获得了多态的电泳条带.对获得的各InDel位点的基因型数据矩阵进行了中性检测(neutrality test),确定了与栽培稻的籼、粳遗传分化密切相关的34个InDel位点.进一步对来自亚洲11个国家的栽培稻品种和来源不同12个野生稻物种的PCR产物和电泳结果的读取和分析,计算这些栽培稻品种和野生稻DNA样品在这34个InDel位点上的籼型或粳型基因频率,最终确定了不同样品的籼、粳特性.该籼稻和粳稻鉴定方法被称为"InDel分子指数法".与传统基于形态特征鉴定栽培稻籼、粳特性的"程氏指数法"相比,该方法不仅能够准确鉴定籼稻和粳稻,而且还具有更快捷、简便和高效的特点.另外,InDel分子指数法还可以用于野生稻样品的籼、粳特性鉴定,扩大了被检测样品的范围,具有广阔的应用前景.InDel分子指数法的建立为栽培稻育种过程中正确选用籼稻或粳稻种质资源提供了新的技术方法,也为栽培稻的起源、籼-粳遗传分化、以及籼稻和粳稻在驯化过程中如何适应地理环境变化提供了新的研究思路.     

基于ISSR指纹标记的亚洲栽培稻与野生稻遗传多样性分析

为评价野生稻与亚洲栽培稻的遗传多样性及其变异关系,21对SSR引物被用于研究广泛地理分布的17份野生稻(其中11份O. rufipogon和6份O. nivara)和22份亚洲栽培稻(13份indica和9份japonica)样本.271条多态性片段被扩增出,占总扩增片段的96.10%.野生稻多态性片段的百分比(平均达64.30%)及Nei's遗传多样性值(GD)明显高于亚洲栽培稻,表明野生稻比亚洲栽培稻具更丰富的遗传多样性.UPGMA聚类分析显示野生稻的两个类群(O. rufipogon和O. nivara)关系密切,但在遗传上存在明显的分化,支持其作为两个独立物种的分类观点.野生稻中籼粳分化不很明显,亚洲栽培稻的籼粳亚种分化明显.亚洲栽培稻与多年生普通野生稻(O. rufipogon)关系更为密切,符合异源起源的遗传分化模式.     

籼稻93-11和粳稻日本晴DNA插入缺失差异片段揭示的水稻籼-粳分化

碱基的插入/缺失(InDel)引起DNA序列变化并形成了DNA片段长度多态,可以用作遗传标记.为了评价基于籼稻93-11和粳稻日本晴全基因组序列比对获得的差异片段而设计的InDel引物在鉴定籼稻和粳稻两种生态型以及研究稻属不同物种之间亲缘关系的意义,采用45对InDel引物,对来自亚洲10个国家的49份籼稻、43份粳稻品种和24份野生稻进行了检验.结果表明,其中41对InDel引物鉴定籼稻或粳稻品种的准确率高于80%.主成分分析散点图显示:籼稻与粳稻存在明显的遗传分化;含AA基因组的野生稻物种与籼稻品种存在较近的亲缘关系;非AA基因组的野生稻物种不存在明显的籼-粳分化.并且证明了基于籼稻93-11和粳稻日本晴全基因组序列比对获得的InDel差异片段设计的引物可以用于栽培稻籼稻和粳稻品种的鉴定以及籼-粳分化问题的研究,及探索稻属不同物种间的亲缘关系.     

籼稻和粳稻的高效分子鉴定方法及其在水稻育种和进化研究中的意义

为了建立准确高效的籼稻和粳稻鉴定方法,对基于籼稻（93—11）和粳稻（日本睛）的全基因组DNA序列比对而获得的45个特异插入／缺失（InDel）位点进行了实验验证．以包括93—11和日本晴在内的44个典型籼稻和典型粳稻品种为实验群体,用45对InDel引物对上述水稻品种的DNA样品进行了PCR扩增和聚丙烯酰胺凝胶电泳,获得了多态的电泳条带．对获得的各InDel位点的基因型数据矩阵进行了中性检测（neutrality test）,确定了与栽培稻的籼、粳遗传分化密切相关的34个InDel位点．进一步对来自亚洲11个国家的栽培稻品种和来源不同12个野生稻物种的PCR产物和电泳结果的读取和分析,计算这些栽培稻品种和野生稻DNA样品在这34个InDel位点上的籼型或粳型基因频率,最终确定了不同样品的籼、粳特性．该籼稻和粳稻鉴定方法被称为“InDel分子指数法99与传统基于形态特征鉴定栽培稻籼、粳特性的“程氏指数法”相比,该方法不仅能够准确鉴定籼稻和粳稻,而且还具有更快捷、简便和高效的特点．另外,InDel分子指数法还可以用于野生稻样品的籼、粳特性鉴定,扩大了被检测样品的范围,具有广阔的应用前景．InDel分子指数法的建立为栽培稻育种过程中正确选用籼稻或粳稻种质资源提供了新的技术方法,也为栽培稻的起源、籼-粳遗传分化、以及籼稻和粳稻在驯化过程中如何适应地理环境变化提供了新的研究思路．     

亚洲栽培稻5种不同生态类型与籼粳间的杂种F1育性研究

为全面系统地研究亚洲栽培稻种内不同生态类型材料与籼、粳亚种杂交育性，对19份包含亚洲栽培稻种内5种不同生态类型品种与云南温带粳品种滇粳优1号及国际水稻所选育的籼稻品种IR64的杂种F₁育性进行分析.结果表明，亚洲栽培稻不同类型中，温带粳与籼亚种间普遍存在杂种不育，温带粳与热带粳间、籼籼部分组合也存在杂种不育，Aus类型与籼、粳亚种的杂种不育程度与品种相关.研究结果为系统研究亚洲栽培稻不同生态类型与籼、粳间杂种不育奠定了基础，为认识亚洲栽培稻的分化提供证据，并为利用亚洲栽培稻种内丰富的遗传变异来培育新品种、新组合提供理论指导.     

利用粳稻基因组DNA和C_ot-1 DNA探针对普通野生稻和亚洲栽培稻的比较分析

以粳稻日本晴基因组DNA和Cot-1 DNA为探针,分别对日本晴、籼稻广陆矮4号和普通野生稻的染色体组进行了基因组原位杂交(GISH)和Cot-1 DNA荧光原位杂交(FISH)分析,并对3种染色体组进行了同源聚类和比较研究.结果表明:粳稻基因组DNA和Cot-1 DNA探针信号在3种水稻染色体组中的分布状况和覆盖率相似,Cot-1 DNA的覆盖率分别为(47.13±0.18)%、(45.89±0.22)%、(44.24±0.21)%,3种水稻基因组同源性高,亲缘关系接近.Cot-1 DNA在3种水稻染色体上的杂交信号分布各有特点,中高度重复序列的变异在普通野生稻向栽培稻进化和亚洲栽培稻籼、粳分化过程中具有重要意义,中高度重复序列含量较低的2、5、8号染色体是水稻染色体组进化过程中相对活跃的成分.     

美国科学家确认亚洲栽培稻起源于中国

亚洲栽培稻是世界上最古老的农作物物种之一,主要分为籼稻和粳稻两个亚种,关于其起源有两种不同的理论：单一起源理论认为,籼稻和粳稻均由野生稻栽培而来;多起源理论认为,籼稻和粳稻在亚洲不同地点分别栽培而来。     

基于ISSR标记的稻属AA基因组遗传多样性分析

为了确定稻属AA基因组物种间的遗传差异和系统进化关系,62份来自广泛地理分布的水稻品系被用于ISSR标记分析。这些品系包含有6个野生稻种(O.nivara,O.rufipogon、O.barthi,O.longistaminata,O.glumaepatula,和O.meridionalis)和2个栽培稻种(O.sativa和O.glaberrima)。21条能产生良好重复性条带模式的ISSR引物被筛选出,并在62个水稻品系中揭示出非常好的多态性。全部样品的基因多样性为0.527,同时显示出ISSR标记在稻属物种遗传多样性研究中具有强大的作用。根据ISSR条带模式,利用Jaccard配对相似系数构建的一致性树状图,显示出具有良好自展支持率的稻属AA基因组遗传多样性关系。结果表明,来自不同大陆的稻属物种具有较近的亲缘关系,尤其是亚洲野生稻物种与Vaughan1989年建立的稻属分类系统具有良好的一致性。研究结果将对稻属AA基因组野生稻在水稻育种实践中的有效利用具有非常重要的意义。     

农作物的主要代表——稻的技术和文化发展

在我国,至今已发现稻作遗址170多处,目前所知世界上最早稻谷遗存是在湖南道县玉蟾岩和江西万年仙人洞.其中,玉蟾岩发现少量稻谷壳,保留部分野生稻特征,属栽培不久籼粳尚未完全分化的古稻,样品年龄为12000～9900 aBP;仙人洞遗址的上层年龄为12000～9000 aBP,有大量栽培稻的植硅石.这些稻作遗存表明,稻是我国最早栽培的作物之一.     

利用SRAP分子标记分析栽培稻的遗传多样性

试验在建立优化SRAP-PCR的基础上,分析了9份栽培稻样本的遗传多样性,旨在从基因组编码区水平上更深入了解栽培稻的遗传背景．结果表明：参试的栽培稻材料在110对引物组合中均能得到PCR扩增电泳图谱,共扩增出748种类型的谱带,多态性谱带423种,多态率为56．55％,平均每时引物可以检测到3．8条多态性谱带．遗传多样性分析表明,栽培稻Shannon-weaver多样性指数为0．62,其中籼稻材料多样性指数为0．61,粳稻多样性指数为0．60．聚类分析结果表明,籼粳稻群体问遗传分化较大,遗传差异明显．     

Spacer length variation in rice 5S rRNA genes revealed by polymerase chain reaction

Polymerase chain reaction (PCR) was used to amplify 5S rRNA spacer from wild rice (Oryza rufipogon and O. nivara) and cultivated rice (indica and japonica varieties of O. sativa L). The results show that there is spacer length variation within and between species, and the typical indica and japonica varieties have their unique banding patterns of amplified 5S rRNA spacers, whereas intermediate showed no specific amplification profile of spacer regions. The 5S rRNA genes in intermediate are either identical with that of indica variety or that of japonica variety. These data suggest that the spacer length polymorphisms can be used to distinguish between closely ralated species and subspecies. Supported by the National Natural Science Foundation of China Yi Qingming, born in Apr. 1938, Professor     

Efficient indica and japonica rice identification based on the InDel molecular method: Its implication in rice breeding and evolutionary research

An efficient molecular method for the accurate and efficient identification of indica and japonica rice was created based on the poly-morphisms of insertion/deletion (InDel) DNA fragments obtained from the basic local alignment search tool (BLAST) to the entire genomic sequences of indica (93-11) and japonica rice (Nipponbare). The 45 InDel loci were validated experimentally by the polymerase chain reaction (PCR) and polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) in 44 typical indica and japonica rice varieties, including 93-11 and Nipponbare. A neutrality test of the data matrix generated from electrophoretic banding patterns of various InDel loci indicated that 34 InDel loci were strongly associated with the differentiation of indica and japonica rice. More extensive analyses involving cultivated rice varieties from 11 Asian countries, and 12 wild Oryza species with various origins confirmed that indica and japonica characteristics could accurately be determined via calculating the average frequency of indica- or japonica-specific alleles on different InDel loci across the rice genome. This method was named as the "InDel molecular index" that combines molecular and statistical methods in determining the indica and japonica characteristics of rice varieties. Compared with the traditional methods based essentially on morphology, the InDel molecular index provides a very accurate, rapid, simple, and efficient method for identifying indica and japonica rice. In addition, the InDel index can be used to determine indica or japonica characteristics of wild Oryza species, which largely extends the utility of this method. The InDel molecular index provides a new tool for the effective selection of appropriate indica or japonica rice germplasm in rice breeding. It also offers a novel model for the study of the origin, evolution, and genetic differentiation of indica and japonica rice adapted to various environmental changes.     

基于InDel分子标记的20个水稻品种的籼粳属性分析

水稻品种的籼粳属性分析是培育高产优质杂交水稻亲本选择的重要依据之一。本研究以93-11与日本晴分别为籼粳稻参考标准,利用均匀分布于水稻基因组12条染色体并具有较高籼粳特异性的37对In Del分子标记,对20份水稻育种材料进行In Del标记的籼粳属性分析。结果表明:所选取的20份水稻材料中,有8份为典型籼稻,3份为典型粳稻,4份为偏籼类型,另有5份为偏粳类型。NTsys聚类分析结果显示,在遗传相似系数为0.43处,20份水稻材料被分为两大类群;在遗传相似数为0.70处,所有水稻材料则被分为4个类群。     

稻属基因组间相关性的AFLP分析

应用AFLP（amplified restriction fragment length polymorphism)－银染法对2种栽培稻和21种野生稻的基因组多态性进行了检测,共计使用了9对选择性引物组合,扩增出602个遗传位点,通过Jacard的方法将电泳带矩阵转化为遗传相似性系数矩阵,并进行了聚类分析和主成分分析,结果表明,稻属植物按其亲缘关系的远近被分为三个大的类群：O.sativa群,O.officinalis群和其它远缘混合群,本文还对两种栽培稻的起源途径以及稻属物种的不同类型基因组间的缘关系进行了初步的探讨,为深入研究稻属物种间的进化关系提供参考。     

Genetic diversity of rice cultivars （Oryza sativa L.） in China and the temporal trends in recent fifty years

Public concern is often expressed at cultivars because the domestication and modern plant breeding have led to a reduction in the genetic diversity of crops and loss of genes, which could result in crops' genetic vulnerability to changes in the spectrum of pestssity of varieties in this zone is very important to the whole rice production in China. REZV, a important japonica rice production areas with more than 278 thousands ha rice which was about 71% of rice area in north China, accounted fo…     

水稻栽培稻分类研究的现状与展望

简述了稻属、栽培稻种分类研究的现状,我国栽培稻种主要分类系统及籼、粳亚种的鉴别方法.全世界稻属植物的种共归纳为22个种,分属9个染色体组;栽培稻在亚种分级上主要可分为籼、粳两亚种或籼、粳和爪哇三个亚种,多数学者倾向于只分籼、粳两个亚种;亚种以下可分为生态群、生态型、品种或生态群、生态型、变种和品种,生态群、生态型的性状和指标不一,尚未统一;在分类方法上主要以形态特征,杂交亲和力,同工酶和植物学性状综合数值等来划分,而籼粳分子水平上的鉴别与分类也开始得到应用.栽培稻亚种间亲缘关系、亲和性及其与杂种优势的关系仍然是栽培稻分类研究的主要方向.     

Characteristics of the short rachillae of rice from archaeological sites dating to 7000 years ago

The abscission layer formed on a pedicel situated at the basal part of a short rachilla is an important characteristic for discriminating between wild, japonica, and indica rice. The short rachillae of paddy rice grains excavated from the Kuahuqiao, Luojiajiao, and Tianluoshan sites, located in the lower reaches of the Yangtze River and dating to 7000 years old, were observed. The results showed that the short rachillae could be divided into two types: a wild type and japonica type. These results indicated that the rice had been domesticated, but was a primitive cultivated rice that retained some of the characteristics of wild rice. The results also suggested that the rice was changing to resemble japonica type rice. Based on the ratios of wild and japonica types, it was inferred that rice domestication began 10000 years ago.