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.     

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-粳稻特异插入／缺失分子标记揭示的稻属植物遗传分化

籼-粳分化在亚洲栽培稻(Oryza sativa L.)的驯化过程中非常重要,但其分化机制仍不清楚.有的学者认为水稻籼-粳分化是亚洲栽培稻在驯化过程中适应不同生境的结果,也有人认为籼-粳分化在水稻的野生祖先种中就已经存在.为了研究普通野生稻的籼-粳分化,并解析稻属(Oryza)植物的籼-粳遗传变异,利用34对籼-粳特异插入/缺失分子标记(InDel)引物,研究了50份典型籼稻(O.sativa L.subsp.Indica Kato)和粳稻(O.sativa L.subsp.japonica Kato)样本以及来源于35个国家的348份稻属其他种材料.结果表明,亚洲栽培稻存在明显的籼-粳分化,普通野生稻复合体(O.rufipogon complex)中存在"偏籼"和"偏粳"类型,而稻属的其他种均未出现籼-粳分化,普通野生稻复合体中"偏籼"和"偏粳"类型的地理分布格局与籼稻和粳稻的地理分布格局相吻合.考虑到大部分普通野生稻复合体的样本取自邻近有栽培稻种植的普通野生稻群体,推测得出部分普通野生稻样本中表现出的"偏籼"和"偏粳"类型可能是栽培稻的籼稻品种和粳稻品种在普通野生稻的长期协同进化过程中基因交流的结果.     

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.     

籼稻与粳稻品种间叶绿体DNA的RFLP差异

用ＥｃｏＲＩ与ＡｖａＩ对栽培稻的７个籼稻品种和４个粳稻品种进行叶绿体ＤＮＡ（ｃｐＤＮＡ）的ＲＦＬＰ分析，结果显示籼稻品种的ｃｐＤＮＡ具有较高的多态性，粳稻品种的则较为均一．另外，栽培稻的ｃｐＤＮＡ并无严格的亚种特异性．     

一个药用野生稻异源单体附加系在减数分裂时期的GISH分析鉴定

异源单体附加系是从亲缘关系较远或属间的一个物种单条染色体附加到另一个物种中．栽培稻珍籼97B与药用野生稻Hy18杂交与连续回交，在BC2后代中得到一个药用野生稻单体附加系．生物素标屺的药用野生稻总DNA作为探针，未标记的栽培稻总DNA封阻，对其异源单体系减数分裂染色体进行基因组原位杂交．FISH结果表明，在栽培稻（AA，2n=24）基因组中附加了一条药用野生稻染色体，并鉴定为第8号染色体．研究表明，药用野生稻异源单体附加系的建立为药用野生稻的基因组学和遗传学的研究提供一个新的操作平台．而GISH技术在水稻远缘杂交育种中是最准确有效的染色体鉴定方法．在水稻育种改良中具有重要应用前景．     

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.     

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。     

国外水稻育种概况

一、杂种优势利用问题关于水稻细胞质雄性不育的杂种优势利用问题,一些国家正从籼与粳、栽培稻与野生稻间杂交等方面,寻找雄性不育系,研究三系配套。据报道,现有五个导致雄性不育的细胞质为新城,渡边,埃里克森等人所发现,日本有三个细胞质雄性不育系。渡边在研究病毒时找到不育株,经与“藤坂5号”回交10代育成不育系,但保持系尚未找到。硫球大学新城把籼稻“钦苏拉春稻Ⅱ”(Chinsurah Boro ⅠⅠ)导致雄性不育的细胞质转移到粳稻品种“台     

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.     

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.     

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。     

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．     

籼和粳稻及WCVs配组的杂种优势及育性

以广亲和品种轮回422，02428分别与籼、粳稻配组及粳/籼、籼/粳、粳/粳配组，检验杂种F1代的杂种优势与育性，试验结果表明M-201/日本优的每株穗数和单粒株重优势明显，广亲和品种与籼、粳配组能得到具有生物优势而且育性强的杂种F1代，显著提高水稻产量；轮回422为亲梗型的广亲和品种，但02428对籼稻有较强的亲和力.     

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.     

杂草稻的分类地位和利用途径探讨

对海南岛杂草稻和亚洲栽培稻及其近缘野生种的形态特征和生长习性作了对比观察,表明杂草稻虽然易落粒和种子休眠性较强,但它们与伴生的栽培稻如蕊稻（深水稻）在外部形态和叶表皮微形态等上很相似．结合前人研究结果,探讨了杂草稻的来源,指出杂草稻应归入栽培稻籼粳二亚种,作为变种,同时,观察到杂草稻与杂交稻Ｆ１等一样,在叶片远轴面脉间两气孔带之间的几行长细胞中零星分布较多气孔,简称“中气孔”,指出这种异常现象可作为杂合程度的量化指标之一,在选育杂种性品种中有应用价值,杂草稻的杂种性繁殖机制和特异基因值得鉴定、研究和利用．     

不同类型水稻在氮素吸收及利用上的差异

在群体水培条件下,测定了95个水稻材料由抽穗期及成熟期植株的含氮率及干物质积累量,并分常规粳稻、常规籼稻、广亲和品种、杂交粳稻、杂交籼稻及两系杂交稻6种类型,研究了供试水稻材料在氮素吸收及利用上的差异,结果表明：①籼稻梗株的含氮率明显主粳稻及广亲和品种,杂交灿稻的含氮率高于常规籼稻,而杂交粳稻的含氮率与常规粳稻无显著差异;②籼稻植株总吸氮量平均比粳稻高154．1％,与常规籼稻及常规粳稻相比,杂交籼稻及杂交粳稻的总吸氮量分别高22．8％和16．4％。③植株总吸氮量在器官中的分配比例以根、叶片的变异幅度较大,而穗及茎鞘的变异幅度则较小;根中氮的分配比例以广亲和品种最高,常规灿稻显著高于杂交灿稻,而常规稻而杂交精稻间无显著差异。④从氮的利用效率看,粳稻及广亲和品种氮干物质生产效率高于籼稻,而氮的粒粒生产效率低于灿稻;氮收获指数以广亲和品种最低,其他类型间差异未达显著水平。     

不同水稻品种种子发芽耐盐性研究

以江苏籼稻9311、湖南粳稻HN-1、豫粳6号、豫粳8号4个水稻品种为实验材料,进行种子发芽耐盐性比较实验,并分别测其种子的发芽率、发芽指数、活力指数、苗长、电导率以及POD(过氧化物酶)比活力,分析不同品种间幼苗耐盐性的差别.结果表明:4个品种中江苏籼稻9311的耐盐性最强,豫粳8号次之,再次为湖南粳稻HN-1,而豫粳6号最弱.     

水稻雄性不育的研究

日本《遗传》杂志一九六九年十一月号和一九七○年三月号以及《科学朝日》一九六八年九月号报导,日本通过粳稻和籼稻杂交,进行了水稻雄性不育的研究,其主要内容如下:一九五八年日本东北大学的胜尾和水岛二人将野生稻的细胞质转移到日本栽培稻中,发现花粉不育现象。此后,九州大学永松研究室的新城将籼稻印度品种“包罗”细胞质转移到日本稻中,也发现了雄性不育。     

超高产杂交粳稻的遗传特征的初步分析

2012年江苏省杂交晚粳区试11份材料的平均亩产为683.24kg,仅甬优杂交组合E240(Z06)在6个试点的平均亩产达到796.1kg的超高产水平,较对照甬优8号增产15.13%.为探索该杂交组合的超高产遗传结构,利用在籼粳有多态性的分布于12条染色体的36对InDel标记检测,发现该组合的籼型基因频率为0.47,属于中间型,其他组合的籼型基因频率都低于0.4,属于粳型或偏粳型.分子标记检测杂交组合Z06在第5和第12染色体的基因型为纯合籼型和杂合型,与其他组合明显不同.广亲和基因的功能标记检测仅发现Z03、Z05和Z06这3个杂交粳稻携带广亲和基因S5n,其中Z05为纯合基因型,Z03和Z06为杂合基因型.该研究表明杂交粳稻超高产组合应该接近一半籼型一半粳型,第5和12染色体片段为籼型基因型,并携带广亲和基因.