基于线粒体基因片段核苷酸多态性的亚洲栽培稻起源进化研究

亚洲栽培稻的祖先是普通野生稻,已成为世界公认的观点,然而亚洲栽培稻的2个亚种:粳稻和籼稻是一次起源还是二次起源仍存在很大争议,其起源地是国内还是国外依然是国际学者间争论的焦点。本文通过对184份亚洲栽培稻和203份普通野生稻3段基因序列cox3、cox1、orf 224和2段基因间序列ssv-39/178、rps2-trnfM的多样性研究,验证了以下观点:1)粳稻起源于中国,籼稻起源于中国和国外;2)亚洲栽培稻的起源为二次起源,即普通野生稻存在偏籼和偏粳2种类型,亚洲栽培稻的2个亚种籼稻和粳稻在进化过程中分别由偏籼型的普通野生稻和偏粳型的普通野生稻进化而来。     

云南地方稻种的遗传变异和籼粳分化

用７ 个单拷贝探针对８７ 份云南稻地方品种进行了ＲＦＬＰ分析．结果表明∶云南稻（Ｏｒｙｚａｓａｔｉｖａ Ｌ．）地方品种中,籼稻（ｉｎｄｉｃａ）和粳稻（ｊａｐｏｎｉｃａ）都表现出较高水平的变异,粳稻的等位基因数目和遗传多样性水平都高于籼稻,表明粳稻的遗传变异比籼稻丰富． 云南稻地方品种中的籼稻和粳稻间表现出明显的遗传分化,且不同染色体区段分化程度不同． 研究结果支持栽培稻的二系起源学说     

中国栽培稻的起源与演化

中国栽培稻起源地主要有4种假说:华南起源说、云南起源说、长江中下游说和长江中游-淮河上游说。对其进行了简要概括,并进行评述:目前没有一种假说能完全符合水稻起源的4个条件,此外有些学者提出水稻的多起源中心;从分子生物学角度综述了栽培稻籼粳分化研究进展,主要有两个起源说:一源论和二次(或多次)起源论,大量研究支持籼稻和粳稻多起源论;从古DNA、水稻落粒性与驯化、植硅石等方面探讨栽培稻起源演化的研究方法。旨在能为水稻的起源演化研究提供有价值的参考。     

亚洲栽培稻起源、演化中两个重要稻种类型的研究

分布子云南及南亚的光稃稻和镰刀谷在研究亚洲栽培稻(O.sativa L.)的起源、演化及稻作育种上有重要意义。它们在分类上的地位往往被误分,进而影响这些类型的开发利用。研究表明,光稃稻是普通野生稻被引上亚洲的热带与亚热带山区在旱地上首先被人类驯化成的原始粳型陆稻,当其进一步被引向高海拔和高纬度时则演化成普通粳稻。镰刀谷迄今多被划为籼稻,我们的初步研究表明,镶刀谷大部分属粳稻,其中也包括一部分籼稻。它的起源及其分类上的地位尚待研究。     

基于叶绿体基因多样性的中国水稻起源进化研究

针对目前亚洲栽培稻起源地和进化途径学说众多、分歧巨大的现状,本研究选择原产中国的98份亚洲栽培稻和125份普通野生稻为材料,对叶绿体中atpA序列、rps16内含子序列、trnP-rpl33间隔区、trnG-trnfM序列、trnT-trnL间隔区序列的五段高突变序列进行测序,利用生物信息学方法进行比对分析,绘制Network网络图,构建系统发育树。结果表明,普通野生稻的Indel和SNP数目均比亚洲栽培稻多,序列多样性丰富;基于单倍型的Network网络图和系统发育树可将所有参试材料归为3个类群,类群I主要为粳稻与普通野生稻,类群II主要为籼稻,类群III主要为普通野生稻,而类群II和类群III亲缘关系较近,提示粳、籼两个亚种可能由偏粳、偏籼的普通野生稻分别进化而来,支持二次起源学说;所有与亚洲栽培稻亲缘关系较近的普通野生稻均来源于华南地区,支持华南地区为我国亚洲栽培稻起源中心的论点。     

中国栽培稻遗传多样性中心和起源研究

本研究对中国栽培稻6个地理分布群的700份古老地方栽培品种进行9个多态性等位酶基因位点的遗传多样性分析.结果表明籼稻和粳稻的平均基因多样性均以云南最大,淮河上游次之,黄河以北最小.中国栽培稻有3个遗传多样性中心:云南,长江中游-淮河上游,华南.长江中游-淮河上游可能是中国栽培稻的起源中心.结合考古学资料及前人的工作,认为云南不是中国栽培稻的起源中心,而可能是中国起源中心衍生的一个次生中心并受到南亚中心的强烈影响.     

水稻长日抑制基因PhyB的多样性及区域适应性初探

Phy 是在长日照条件下抑制水稻开花的关键基因,但目前对水稻PhyB基因的遗传基础还不清楚,研究其分子遗传机制,对于培育光周期适应性广的品种以及扩大水稻种植区域具有重要意义。本研究选择78份亚洲栽培稻(34份籼稻和44份粳稻)及47份野生稻进行测序,对Phy B基因的核苷酸多态性、单倍型进行分析,计算籼稻、粳稻和野生稻的遗传多样性。结果表明,Phy B基因共有28个单倍型,其中有2个高频率的单倍型分别存在于2个栽培稻亚种中。从Network图可以看出栽培稻分为2组(A组和B组),A组栽培稻包括全部的籼稻和4个粳稻个体,B组栽培稻全是粳稻品种。亲缘地理学分析发现,A、B两组栽培稻具有明显不同的地理分布格局,且A组和B组开花时间差异显著,说明Phy B基因的2个高频率单倍型在2个栽培稻亚种中具有区域适应性,Phy B基因在栽培稻中具有明显的驯化信号,随着水稻种植区域的扩大,进化出适应不同地域特有的等位基因,导致开花时间对不同地区的区域适应性及多样性。     

一个AA基因组特异的串联重复序列的克隆及其在中国普通野生稻和栽培稻中的分化特征

从籼稻（ＯｒｙｚａｓａｔｉｖａＬ．ｓｐｐ．ｉｎｄｉｃａ）“窄叶青”中克隆到了１个重复序列（ｐＯｓ１３９）。经分子杂交证明,ｐＯｓ１３９为一稻属内ＡＡ基因组特异的串联重复序列。序列分析表明,ｐＯｓ１３９以３５５ｂｐ为一重复单位。以ｐＯｓ１３９为探针对２９份中国普通野生稻和４３份中国栽培稻的基因组ＤＮＡ进行的分子杂交表明,籼、粳亚种之间具有明显的差异,籼稻杂交带数明显多于粳稻,普通野生稻与籼稻相似,具有较多的杂交带数。拷贝数测定结果表明,ｐＯｓ１３９在普通野生稻和籼稻中丰度均较高,在粳稻中丰度较低。结合ｐＯｓ１３９的Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交结果和以前的ＲＡＰＤ结果,认为籼稻和粳稻共同起源于普通野生稻。     

水稻驯化与长江文明

水稻(即亚洲栽培稻Oryza sativa)是世界上最重要的粮食作物之一, 全球有超过半数以上人口以稻米为食。关于水稻是何时、何地、在什么环境下开始驯化等问题一直是学术界关注的热点。得益于分析技术的进步, 近年来考古学和遗传学研究在水稻驯化起源问题上取得了重要进展。本文简要综述了有关长江流域的水稻驯化起源的遗传学和考古学的研究进展, 并讨论了水稻驯化与稻作文化及长江文明的关系。遗传学研究结果认为水稻(粳稻)最早起源于中国长江流域及以南地区(珠江流域), 考古学证据则表明水稻最先于10,000-8,000 BP在中国长江流域被驯化, 水稻驯化和稻作农业的发展催生了长江文明。这些进展促进了我们对水稻驯化、稻作文化和长江文明的认识, 对长江流域重要植物资源的保护也有启示意义。     

贵州地方水稻种质资源籼-粳遗传分化的InDel分子标记研究

本研究利用36对InDel分子标记引物对贵州地方水稻种质的籼-粳遗传分化和亲缘关系进行分析,结果表明,82份贵州地方栽培稻中49份为粳稻,33份为籼稻,贵州地方栽培稻“禾”品种主要属于粳稻,而“谷”品种主要为籼稻。基于Nei氏遗传距离的亲缘关系分析表明在粳稻群体和籼稻群体中均存在与野生稻亲缘关系近的品种,其中的粳稻品种与野生稻的遗传关系比之籼稻品种近。而基于MCMC算法的遗传结构分析揭示了贵州地方籼稻品种中存在较为复杂的遗传结构。分子变异分析显示,粳稻和籼稻品种的遗传变异主要来自亚种内,遗传多样性分析表明其亚种内籼稻品种的遗传多样性略高于粳稻品种。研究结果揭示了贵州省黔东南地区栽培稻种质资源的籼-粳分化程度、遗传关系及其遗传多样性。     

栽培稻及其近缘野生种间杂交揭示杂草稻的起源

通过水稻种间、亚种间和品种间的杂交,在套袋隔离和自然授粉两种条件下,对其杂交亲本主要农艺性状类型及杂交后代群体中杂草稻发生频率、类型及主要特征以及杂草稻的发生趋势进行调查分析,直接验证和重演杂草稻起源的主要路径。杂草稻的主要特征为:颖壳褐色或金色,种皮红色,散穗、易落粒,中长芒或无芒。结果表明,如果以近缘野生种为亲本,在其F2群体中比较容易发生类似杂草稻的单株;杂交组合中杂草稻出现频率的大小依次为:杂草稻或野生稻/粳稻(44.16%)>杂草稻或野生稻/籼稻(27.84%)>籼稻/粳稻(3.30%)>籼稻/籼稻(1.41%)>粳稻/粳稻(0)。这一结果显示杂交亲本间遗传差异越大,在后代中出现杂草稻类型植株的频率就越高。套袋条件下,后代中杂草稻出现的频率为10.70%,而不套袋情况下为4.90%。     

2012年第11期《遗传》封面说明

作物的驯化是人类从开始种植和储存的野生作物中选择优良性状,使之形态特征适应于农业生产方向进化的过程,因此,大部分种子作物驯化后在落粒性、种子休眠和植株形态等方面都出现了相似的变化。水稻是研究谷类作物驯化的良好模式生物。稻属包含2种栽培稻,分别为亚洲栽培稻(Oryza sativa L.)和非洲栽培稻(O. glaberrima Steud.),其中亚洲栽培稻遍布全世界,包含两个主要亚种,粳稻亚种(O. sativa L. ssp. japonica)和籼稻亚种(O. sativa L. ssp. indica)。稻属丰富的近缘种和广泛的地域分布非常有利于研究确定现代栽培稻的驯化地域。此外,水稻基因组较小、具高质量精细图谱,加上功能基因研究上的进展,也为深入开展水稻驯化进程研究奠定了基础。详见本期第XX-XX页区树俊,汪鸿儒,储成才“亚洲栽培稻主要驯化性状研究进展”,对水稻关键驯化性状研究进行的比较全面的综述。封面图中央是选取23株AA基因组的亚洲栽培稻及其近缘野生稻,利用水稻驯化过程中受到选择的控制稻壳颜色基因Bh4上下游各50 kb中的SNP位点所构建的进化树;图外从左下至右下沿顺时针方向,反映的是水稻驯化过程中稻壳颜色、谷粒形状、穗型的变化趋势。 区树俊,汪鸿儒,储成才（绘图：区树俊）     

一个AA基因组特异的串联重复序列的克隆及其在中国普通野生稻和栽？…

从籼稻“窄叶青”中克隆到了１个重复序列（ｐＯｓ１３９）。经分子杂交证明,ｐＯｓ１３９为一稻属内ＡＡ基因组特异的串联重复序列。序列分析表明,ｐＯｓ１３９以３５５ｂｐ为一重复单位。以ｐＯｓ１３９为探针对２９份中国普通野生稻和４３份中国栽培稻的基因组ＤＮＡ进行的分子杂交表现,籼、粳亚种之间具有明显的差异,籼稻杂交带数明显多于粳稻,普通野生稻与籼稻相似,具有较多的杂交带数。拷贝数测定结果表明,ｐＯｓ１３９     

云南栽培稻种SSR遗传多样性比较

采用64个SSR标记对96份云南水稻（Oryza sativa）地方品种和选育品种的遗传多样性进行比较分析。结果发现64个标记都具有多态性,共检测到741个等位基因,每个多态性位点检测到的等位基因数为2—29个,平均11．57个：Nei基因多样性指数（He）范围在0．345（RM321）-0．932（RM1）之间,平均为0．56。水稻品种的遗传多样性并非按地理位置均匀分布,而是在相似系数为0．17的水平上明显分为2个不同类群,即籼稻类群和粳稻类群,且籼粳亚种间的SSR多样性差异不明显,籼稻平均等位基因数（Ap）和Nei基因多样性指数（Ap=10．6,He=0．46）与粳稻品种（Ap=10．7,He=0．48）十分接近,可能与这些品种间存在一定频率的基因交流有关。糯稻和非糯稻在籼稻群和粳稻群中都有表现,没有特别的分布规律。云南栽培稻选育品种与地方稻亲缘关系较近,其遗传基础可能来源于云南水稻地方品种。本研究结果表明,SSR标记能较好地区分云南栽培稻品种,且云南水稻地方品种遗传多样性丰富,存在大量的优质性状可供育种实践选择。     

普遍野生稻和亚洲栽培稻遗传多样性的研究

用 ４４个 ＲＦＬＰ标记对来自中国、印度、泰国等亚洲 １０个国家的普通野生稻（简称普野,下同）和来自多个国家的７５个栽培稻品种,从多态位点的比率、等位基因数、基因型数、平均杂合度及平均基因多样性等多个方面,比较了不同国家和不同地区的普通野生稻、栽培稻籼粳亚种及栽培稻与普野之间遗传多样性的差异。结果表明：中国普野的遗传多样性最大;其次是印度普野;南亚普野的平均基因多样性大于东南亚普野,而多态位点的比率、等位基因数及基因型数等却低于东南亚普野;栽培稻的遗传多样性明显小于普通野生稻。在所检测的４４个位点中,栽培稻的多态位点数仅为野生稻的３／４,等位基因数约为野生稻的６０％,基因型种类约为野生稻的１／２。栽培稻中籼稻的遗传多样性高于粳稻。在平均每个位点的实际杂合度上,以中国普野杂合度最高,普通野生稻是栽培稻的２倍。说明从野生稻演化成栽培稻的过程中,经过自然选择和人工选择,杂合度降低,等位基因减少,基因多样性下降。     

中国普通野生稻核糖体RNA墓因限制性片段长度多态性

对98份普通野生稻、亚洲栽培稻及稻进行了核糖体RNA基因间间隔区的限制性片段长度多态性（RFLP）分析。共发现30种长度变异类型,组成45种表现型。广西普通野生稻的rDNA间隔序列长度多样性最丰富,24份材料中检测到25种长度变异类型,共组成22种表现型。rDNA间隔区长度变异类型的地理分布与纬度相关,高纬度来源的普通野生稻的rDNA间隔区长度较短,与粳稻的长度变异类型相似;低纬度来源的材料rDNA间隔长度趋长,与籼稻的长度变异类型相似;稻的长度变异类型与粳稻相似。提出了华南是野生稻变异中心的观点,并指出对我国野生稻资源进行保护的重要性。     

基于大样本数据的中国水稻扇型植硅体形态特征研究

水稻扇型植硅体在水稻起源研究中起着重要的作用,但由于野生稻和栽培稻扇型植硅体的区分存在不确定性,限制了扇型植硅体在早期稻作研究中的应用。本研究通过对植硅体大样本数据的统计分析得出:扇型植硅体长宽大小趋势是,普通野生稻大于栽培稻,粳稻大于籼稻;普通野生稻B/A显著大于栽培稻,粳稻B/A又显著小于籼稻。水稻扇型植硅体的长(VL)与宽(HL)呈现正相关的规律,扇型植硅体主要分布在VL<41μm和HL<39μm与VL>41μm和HL>39μm的区间内;在遗址水稻鉴定中,如发掘的扇型植硅体中多数B/A小于等于1.20就有很大可能是粳稻;如B/A大于1.2,可再根据扇型植硅体的大小区分野生稻和籼稻,多数植硅体在VL<41μm和HL<39μm的区间内可能是籼稻,在VL>41μm和HL>39μm的区间内则可能是普通野生稻。     

水稻同工酶基因多样性及非随机组合现象的研究

通过对６８０份栽培稻、８８份中国纯合普通野生稻的同工酶基因多样性和非随机组合现象的研究发现：（１）籼稻的多样性大于粳稻,对中国而言,普通野生稻大于籼稻,籼稻大于粳稻。（２）东南亚品种的非随机组合值很低,分化较低。基因多样性（Ｈ）、基因型频率（Ｆ）很高,是一个多样性中心。（３）南亚品种多样性和东南亚差不多,非随机组合值偏低,分化较差。但Ａｕｓ稻多样性很小,非随机组合值较高,分化较彻底。（４）除中国云南以外的中国其它品种籼粳分化最彻底,多样性很小。中国云南粳稻多样最小,籼稻多样性近中,非随机组合值和中国的其它品种接近,从同工酶上看,中国云南不像是一个多样性中心。但发现和Ｅｓｔ－２座位相关的非随机组合值很低。（５）籼粳交后代材料非随机组合值低,多样性偏高,推测籼粳交在水稻籼粳分化过程中起着很大的作用,有降低分化程度,增加多样性的作用。（６）中国普通野生稻非随机组合值很小,多数座位间不显著。可见,野生稻的分化是很小的。（７）广亲和品种与Ｅｓｔ－２相关的非随机组合值很低,全部不显著,但其余的组合都较高。与中国云南品种的非随机组合值结果十分类似。     

栽培稻种子含氮量的基因型差异

采用田间试验研究了421个常规籼稻、63个常规粳稻和82个籼型杂交稻品种种子含氮量的基因型差异。结果表明,栽培稻种子含氮量变幅在0.85%~2.55%,平均为1.39%。种子平均含氮量最高的是籼型杂交稻,高达1.46%,显著高于常规粳稻(1.39%)和常规籼稻(1.37%)。不同类型的栽培稻种子含氮量呈正态分布,但频数分布最高的区间存在一定的差异。以50%品种的种子含氮量(累积百分数从25%~75%)为依据,常规籼稻、常规粳稻、籼型杂交稻分别集中在1.21%~1.52%、1.21%~1.51%、1.36%~1.53%。LSR测验表明,籼型杂交稻极差显著小于常规籼稻和常规粳稻,但常规粳稻与常规籼稻的差异未达显著水平,即籼型杂交稻种子含氮量比常规籼稻和常规粳稻的分布更加集中。不同类型栽培稻内的种子含氮量极差较大,可分为若干组,且各组间达极显著差异。     

不同水稻品种对稻纵卷叶螟生长发育、存活、生殖及飞行能力的影响

系统研究了稻纵卷叶螟在6种不同水稻品种(常规粳稻武育粳3号,杂交粳稻宁粳1号,常规籼稻TN1,杂交籼稻汕优63,超级杂交籼稻两优培九,超级杂交籼粳稻甬优9号)上取食后的发育历期、存活率、卵巢发育进度、繁殖力和飞行能力.结果表明,武育粳3号和宁粳1号能显著延长稻纵卷叶螟未成熟期的发育历期,降低其存活率,延缓卵巢发育进度,降低成虫繁殖率,并提高成虫的飞行能力;不同水稻品种间的影响存在显著差异,其影响从大到小排列为杂交粳稻＞常规粳稻＞常规籼稻＞杂交籼稻＞超级杂交稻.这说明,幼虫期营养对稻纵卷叶螟的生长发育、存活、生殖和飞行能力具有显著影响.