【目的】开发水稻粒宽调控基因GW8的荧光分子标记,为快速、准确鉴定其基因型提供技术支持。【方法】通过与宽粒亲本GW8基因序列进行比对可知,窄粒杂交稻亲本美B的GW8基因序列在第二内含子有2个碱基缺失差异的特性之一,据此结合五引物扩增受阻突变体系技术,建立GW8基因荧光分子标记PM-GW8。【结果】利用荧光分子标记PM-GW8对42份籼稻亲本材料进行鉴定,仅在美B中检测到有2个碱基缺失的荧光信号。对亲本材料的谷粒宽度进行测量,其中美B的粒宽相对其他品种较窄,验证了该分子标记检测GW8的基因型与粒宽表型相符合。【结论】GW8荧光分子标记PM-GW8能快速检测水稻是否存在2个碱基缺失的GW8基因,为利用分子标记辅助选择改良水稻粒宽提供高效、可靠的基因分型技术。

【目的】建立抗稻瘟病基因Pigm的荧光分子标记,为抗稻瘟病水稻品种分子育种提供简便、可靠的基因分型检测方法。【方法】利用抗稻瘟病基因Pigm基因序列与其等位基因Pi2、Pi9及感病品种日本晴中等位基因序列差异,结合PARMS技术(Penta-primer amplification refractory mutation system),建立Pigm基因的荧光分子标记。【结果】利用荧光分子标记PM-Pigm对48份水稻亲本材料进行检测,仅在谷梅4号中检测到Pigm荧光信号,并采用广西收集到的两个稻瘟病菌株ZB1和ZB13对48份水稻亲本进行了苗瘟抗性鉴定,验证分子标记有较强可靠性。【结论】Pigm荧光分子标记PM-Pigm能快速检测水稻是否包含Pigm抗性基因,为抗稻瘟病水稻分子标记辅助育种提供简便、可靠的基因筛选技术。

【目的】白叶枯病是水稻主要病害之一,经常会引起水稻严重减产。利用寄主自身对白叶枯病的抗性,不仅能提高水稻产量,还能减少因大量施用农药造成的环境污染。研究表明Xa23对白叶枯病有较好抗性并已成功用于水稻抗白叶枯病抗性育种中。已有的Xa23分子标记均位于基因外侧。为了提高分子标记的准确性,并简化分子标记辅助选择步骤,本研究拟开发一个位于Xa23基因内部的分子标记以利于水稻抗白叶枯病育种实践。【方法】抗白叶枯病材料CBB23与感病材料JG30、日本晴、MDJ8等在Xa23基因启动子区存在序列差异和缺失,通过测序确认该差异序列存在于待改良材料川恢907、川航恢908、川恢991、川恢992中,针对差异序列设计引物开发分子标记,该引物以Xa23基因供体CBB23的DNA为模板能扩增出特异PCR产物,其他则不能扩增到特异PCR产物。利用该分子标记对部分水稻重要种质资源的Xa23基因型进行了鉴定。【结果】本研究开发了一个位于Xa23基因启动子区的分子内标记,该分子标记为显性标记,以阳性或杂合体对照DNA为模板均扩增到一条198 bp左右的亮带,阴性对照中则无对应的条带。利用该标记对354个引自不同稻区的水稻亲本进行Xa23基因背景鉴定,发现5个材料包括华航G528、R418、R419、R433、R440含有Xa23基因,其他亲本不含有Xa23基因。【结论】本研究开发了一个位于Xa23基因内部的分子标记,这不仅提高了分子标记辅助育种的准确性,还通过简化检测步骤提升了检测效率。本标记的开发可为Xa23的高效利用提供技术参考。

【目的】对水稻粒宽突变体gw87(grain width 87)进行表型鉴定、遗传分析、基因定位及候选基因分析,为探明该基因调控水稻籽粒大小的分子机制及应用潜力奠定基础。【方法】利用甲基磺酸乙酯诱变籼稻恢复系材料676R,获得一份籽粒宽度和千粒重显著增加的突变体gw87。对该突变体进行表型观察、农艺性状调查及外源油菜素内酯(BL)敏感性、叶绿素含量、光合参数测定,了解其表型特征及生理特性。调查gw87与676R杂交F1的表型和F_2群体的分离情况,分析其遗传行为;选取该群体中的突变植株进行高通量测序,并利用gw87与粳稻品种日本晴杂交的F_2代作为定位群体,通过MutMap分析和分子标记定位,遴选候选基因并进行DNA和cDNA测序验证。利用qRT-PCR分析gw87和676R中BR合成途径基因OsDWARF4、D11和D2的表达差异。【结果】与野生型亲本676R相比,gw87突变体的株高降低,节间缩短,其中,倒一节间长度缩短最大,并呈现出扭曲的形态;叶片长度减少,宽度增加;单株有效穗数、主穗穗长和结实率显著降低,但籽粒宽度和千粒重显著增大。BL敏感性试验显示,gw87突变体幼苗对外源BL的敏感性降低。光合色素和光合参数测定表明,gw87光合色素含量增加,光合速率也有所增加。遗传分析表明gw87的突变性状是由1对隐性核基因控制。MutMap分析显示gw87突变基因位于第5染色体中部,在该染色体区域仅有1个碱基突变引起编码氨基酸变化;分子标记连锁分析表明该突变基因位于InDel标记X2和X3之间约101 kb的染色体区域;综合这两方面分析结果,最后遴选出gw87候选基因是编码一个含有AP2/EREBP DNA绑定结构域的转录因子基因LOC_Os05g32270。对该候选基因进行DNA和cDNA测序验证,发现gw87突变体中该基因DNA的第1 041位的碱基由G突变为A,导致与该位点相邻的76 bp内含子序列被剪接为外显子,引起阅读框移码,蛋白翻译提前终止。qRT-PCR分析显示gw87突变体中BR合成途径基因的表达量显著上调,表明gw87突变体中BR信号减弱。【结论】gw87是smos1、shb、rla1、ngr5的新等位突变体,但与这些突变体表型不同,gw87籽粒的宽度和千粒重显著增加,可能是LOC_Os05g32270的突变位点不同,导致其编码蛋白的功能活性不同所造成。

水稻粒形是重要的产量和品质性状,阐明其形成机理,是进一步提高水稻单产和改良其品质的基础.粒形是受多基因共同作用的数量性状,但其每一个构成基因,尤其是主效基因符合单基因孟德尔遗传模型,基于这一特点以及基因组学和分子生物学的巨大进步,目前,已有大量的数量性状基因座和不少于22个粒形相关基因被克隆.本文总结了水稻粒形的遗传特点,重点阐述了已克隆基因的功能以及存在的问题.

【目的】在已鉴定的稻谷粒长、粒宽和粒厚ＱＴＬ的基础上，对控制粒厚的主效ＱＴＬ进行精细定位和候选基因分析，以解析川１０６Ｂ（Ｃ－１０６Ｂ）细长粒形的遗传基础，为进一步通过分子技术改良其产量水平提供科学依据。【方法】以细长粒形的优质籼稻保持系川１０６Ｂ与籽粒较宽厚的籼稻保持系川３４５Ｂ（Ｃ－３４５Ｂ）杂交，构建包含１８２个单株的Ｆ＿２群体，采用ＱＴＬ ＣａＴｏｇｒａｐｈｅｒ ｖ２．５软件基于复合区间作图法发掘与稻谷粒形性状相关的ＱＴＬ；进一步从ＢＣ＿３Ｆ＿２群体筛选隐性单株（稻谷厚度较薄）对粒厚主效ＱＴＬ（ＱｇＴ８）进行精细定位，并对候选基因进行测序和荧光定量ｐＣｒ分析。分别构建ＱｇＴ８位点携带川．．．

利用实验室收集的优良种质资源籼稻亲本B91及B233分析影响粒质量的关键表型性状,挖掘粒质量相关的遗传位点与候选基因,进一步了解多基因调控粒型性状的遗传基础,以期在种质资源改良中加以应用。以2个籼稻亲本B91和B233及杂交繁育的F_2群体为研究材料,对B91和B233籽粒颖壳和胚乳进行扫描电镜观察,测定两亲本灌浆速率;对B91和B233构建的F_2分离群体进行QTL-seq分析,通过注释基因表达位置以及预测功能进一步筛选出粒质量候选基因。结果表明,根据籽粒颖壳和胚乳扫描电镜观察,B233与B91粒长、粒宽、粒厚的差异是由细胞大小和细胞数量共同决定的,且与B91相比B233籽粒饱满度较差。通过灌浆参数的比较,B233起始生长势,活跃灌浆时间,最大灌浆速率等指标均大于B91。QTL-seq分析共得到了430 762个有效SNP位点,发现了位于6条染色体上共8个QTL。主要关注正阈值区内的5个QTL,对正阈值区QTL位点内△(SNP-index)>0.7的SNP位点进行了筛选,选出在基因中非同义突变及剪接位点上的SNP突变23个基因,同时挑选出Indel突变基因共11个。根据NCBI网站对注释基因的转录表达分析及基因功能预测筛选出6个可能为调控粒质量性状的候选基因,其中基因Os04g0617600、Os04g0619600编码蛋白起到蛋白激酶或转录调节因子作用,Os04g0624600、Os04g0631000调控碳水化合物的合成与分解,Os04g0653100调控生物大分子的运输,同时也是花粉壁细胞的重要组成成分,Os02g0611450可能调控生物大分子的合成和细胞周期。综上,水稻粒长、粒宽、粒厚及饱满度均直接影响水稻籽粒质量,通过扫描电镜观察,灌浆速率调查从细胞水平和生理水平解释粒质量差异。通过QTL-seq结合注释基因转录表达分析及功能预测等手段可以更高效的筛选出粒质量的候选基因。水稻粒质量可能受到蛋白磷酸化、转录调节相关基因的影响。

研究利用Ｐｉ１基因与其等位基因Ｐｉｋｍ同感病基因序列的差异，开发出Ｐｉ１基因的特异性分子标记ｍ－Ｐｉ１。并以７２个水稻品种及含抗稻瘟病基因Ｐｉ１的品种ｉＲＢＬ１－ＣＬ与感病品种ＬＴＨ杂交的Ｆ２代分离群体为材料，结合抗病表型和标记检测结果，分析了ｍ－Ｐｉ１的特异性和选择的准确性。实验结果表明：标记ｍ－Ｐｉ１在抗病品种ｉＲＢＬ１－ＣＬ中扩增出４６０ ＢＰ的特异性条带，在其他７１个水稻材料中无产物；３８４株Ｆ２分离群体中，２９３株表现抗病，９１株表现感病，与标记ｍ－Ｐｉ１检测的Ｆ２群体的基因型完全一致，说明标记ｍ－Ｐｉ１特异性强，能准确用于抗病基因Ｐｉ１的辅助选择。

为稻米品质分子育种改良提供新的辅助选择标记和理论依据，以籼爪交（籼稻×爪哇稻）组合Ｖ２０Ｂ／ＣＰＳＬＯ１７衍生的１５０份重组自交家系（ＲＩＬ）为作图群体，结合ＲＩＬ群体的粒形性状表型数据，运用ＱＴＬ ＩＣＩＭａＰＰＩｎｇ ４．０软件进行粒形性状ＱＴＬ检测及其遗传效应分析。结果表明，在７条染色体（１，２，３，４，５，７，１０）上共检测出５个粒长性状ＱＴＬＳ（ＱｇＬ－１，ＱｇＬ－２，ＱｇＬ－３，ＱｇＬ－７，ＱｇＬ－１０）、３个粒宽性状ＱＴＬＳ（ＱｇＷ－２，ＱｇＷ－４，ＱｇＷ－５）和４个长宽比性状ＱＴＬＳ（ＱＬＷＲ－１，ＱＬＷＲ－３，ＱＬＷＲ－５，ＱＬＷＲ－７）。第３染色体的ＭａＲｋｅＲ９１０２０９．．．

为了深入剖析水稻粒形性状的遗传调控机理,以典型籼稻品种七山占(Qishanzhan)和典型粳稻品种秋光(Akihikari)为亲本构建的重组自交系群体为材料,于2011~2013年分别对各株系的粒长、粒宽和粒厚3个粒形性状进行表型测定,并基于完备区间作图法(ICIM)进行粒形性状基因定位研究。试验结果表明:共检测到27个控制粒形性状的QTLs,包括3个粒长QTLs,11个粒宽QTLs和13个粒厚QTLs,它们分布于第1,2,3,4,5,11和12号染色体上,可分别解释14.45%~38.48%,28.98%~52.36%和38.77%~44.23%的表型变异;进一步分析发现,在第3,5和12号...

目的水稻谷粒形状(粒长、粒宽和长宽比)是衡量稻米外观品质的重要指标之一,为更好地开展粒形分子育种,对水稻粒形QTL进行分子定位。方法以单片段代换系(SSSL)为材料构建分离群体,利用微卫星标记对控制水稻谷粒长和谷粒宽的2个粒形QTL进行分子定位。结果粒宽QTLGw-8被定位于第8染色体长臂末端微卫星标记RM502与RM447之间,遗传距离均为0.3cM。在此基础上构建了覆盖Gw-8的物理图谱,RM502与RM447位于同一克隆AP005529,两者之间的物理距离为55.0kb。粒长QTLgl-3被定位于第3染色体着丝粒附近的微卫星标记RM6146和PSM377之间,遗传距离分别为1.5cM和1...

[目的]通过水稻粒质量和粒形相关基因的QTL分析,挖掘普通野生稻(Oryza rufipogon Griff.)中优异基因,为高产水稻资源的鉴定与品种改良提供研究基础和创新材料。[方法]以籼稻品种‘9311’为受体亲本,普通野生稻为供体亲本构建的染色体片段置换系群体为研究材料,考察2015、2016和2017年水稻种子千粒质量、粒长、粒宽和长宽比等性状,利用QTL IciMapping 4.1软件对控制籽粒大小的QTL进行定位分析。并利用‘9311’与小粒家系Q8衍生的次级F_2群体验证第3染色体1个效应明显的QTL(qGL3.2)。[结果]3年共定位到16个QTL,分布于第2、3、6、8和11染色体上,解释遗传变异的4.52%～13.08%。‘9311’与Q8家系衍生的次级F_2群体验证了标记Indel3-17和RM3646之间qGL3.2位点的真实性,其对千粒质量、粒宽和长宽比的贡献率分别为33.18%、8.76%和59.92%;对粒长的效应尤为明显,LOD值高达39.29,可解释表型变异的贡献率达61.43%。精细定位和测序分析表明qGL3.2在基因Os03g0407400编码区发生1个C-A的替换,导致蛋白翻译提前终止。对130份种质资源等位变异类型和籽粒长度的分析表明C-A等位变异与粒长高度相关。[结论]qGL3.2位点Os03g0407400基因C-A突变对水稻粒质量和粒形有重要影响,这为该基因的进一步育种利用和分子标记辅助选择提供依据。

【目的】通过对粳稻粒形性状的QTL检测,为粳稻粒形性状相关QTL的精细定位和分子标记辅助选择育种提供理论依据。【方法】利用大粒粳稻DL115与小粒粳稻XL005杂交获得的F2代200个个体为作图群体,在北京进行稻谷粒长、粒宽、粒厚、长宽比、千粒重等粒形性状的鉴定。采用复合区间作图法,利用SSR标记对上述粒形性状进行数量性状基因座检测。【结果】上述粒形性状在F2群体均呈正态连续分布,表现为由多基因控制的数量性状。共检测到与粒形性状相关的QTL16个,分布于第2、3、5和12染色体上。其中qGL3a、qGW2、qGW5、qGT2、qRLW2、qRLW3、qGWT2和qGWT3对表型变异的贡献率分别...

[目的]磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)参与植物碳代谢,并且在碳氮耦合代谢调节过程中扮演着重要角色。分析导入外源C_4-PEPC对水稻稻谷粒形和稻米品质及成分变化的影响,进一步阐明C_4-PEPC在C_3植物水稻中的作用。[方法]以航2号(对照)和转C_4-PEPC水稻为材料,采用万深SC-G型自动考种及千粒重分析仪分析稻谷的粒形,采用电镜扫描观察稻米内部淀粉粒结构,参照标准米质测定方法测定稻米品质(直链淀粉含量、胶稠度、碱消值);同时,测定稻米中支链淀粉、蔗糖、可溶性总糖及碳氮的含量,并采用高效液相色谱法测定稻米中的氨基酸含量。[结果]粒形分析表明,与对照航2号相比,转C_4-PEPC水稻的谷粒明显较短较窄,其长、宽、周长及千粒质量也明显较小。电镜扫描显示,航2号淀粉粒排列紧密,而转C_4-PEPC稻米淀粉粒排列明显比较松散。转C_4-PEPC株系稻米中直链淀粉含量明显较低,而支链淀粉含量明显较高,胶稠度和碱消值与对照无明显差别,垩白率和垩白度降低,蔗糖和可溶性糖含量极显著降低。转C_4-PEPC稻米的总氮含量明显较低,其中天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、精氨酸、苏氨酸、丙氨酸、酪氨酸、缬氨酸、胱氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸等14种氨基酸含量明显较低,而其余3种氨基酸,即脯氨酸、异亮氨酸、色氨酸含量与对照无明显差别。[结论]导入外源C_4-PEPC后,水稻谷粒变小,淀粉粒排列松散,稻米中直链淀粉、蔗糖、可溶性糖、总氮及大部分氨基酸含量降低,而支链淀粉含量升高。

【目的】基于GBS(Genotyping-by-sequencing)高密度遗传图谱初步定位结果，通过图位克隆方法对西瓜果形基因进行精细定位，并开发功能性分子标记，有助于全面研究果形基因的功能及分子标记辅助选择育种。【方法】利用114份纯合西瓜品系全基因组重测序数据及其果形指数表型进行GWAS(genome-wide association study)分析，结合GBS高密度遗传图谱初步定位结果确定果形基因候选区段，以商业小型西瓜品种纯化所得品系K2（椭圆形、FSI=1.54±0.13）和L1（圆形、FSI=1.11±0.07）为材料构建F2群体，通过开发分子标记对果形基因ClFSI进行精细定位，根据西瓜参考基因组‘97103’v1注释信息确定候选基因，并通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)进行验证。【结果】利用1 152份F2群体，最终将ClFSI精细定位于3号染色体的FMFSI-1与FMFSI-2标记之间物理距离约63 kb区间内，共包含5个注释基因。其中Cla011257属于已报道与控制果实纵径和果形相关的SUN基因家族。经测序分析发现，西瓜椭圆形品系K2在该基因第3外显子上存在两个非同义突变位点Chr3:26846636 G-A和Chr3:26847041 G-A（‘97103’v1），分别导致天冬酰胺（Asn）替换为天冬氨酸（Asp）和谷氨酸（Glu）替换为赖氨酸（Lys），并利用Chr3:26847041突变位点开发功能性分子标记FSICAPS-2。qRT-PCR分析表明，K2（椭圆形）与Charleston Gray（细长形）中候选基因表达量无显著性差异，但均显著高于L1（圆形）。【结论】本研究将控制西瓜果形的ClFSI精细定位于3号染色体63 kb区间内，推测Cla011257为最终目的基因，Chr3:26847041和Chr3:26846636突变位点是导致果形不同程度伸长的重要位点，并开发了可以同时鉴定Cla011257多种突变类型的功能标记FSICAPS-2。