水稻孢子体细胞质雄性不育系线粒体DNA的RAPD分析

利用200个10nt随机引物对水稻孢子体细胞质雄性不育系珍汕97A、保持系珍汕97B、F1代汕优63、恢复系明恢63和另一种孢子体细胞质雄性不育系马协A、保持系马协B、F1代马协63的线粒体DNA进行PCR扩增。在36℃的退火温度下,有132个引物扩增出了清晰的、重复性较好的条带。同一组合内的不育系同保持系、恢复系之间线粒体DNA随机引物扩增产物的多态性明显高于不育系与F1代。不育系与F1代线粒体DNA的扩增产物也存在多态性。一些特异性的差异片段可能与水稻CMS相关。     

水稻细胞质雄性不育系与保持系的呼吸途径比较

比较水稻细胞质雄性不育系珍汕97A及其保持系珍汕97B之幼穗、叶片和花药的呼吸代谢。结果表明：不育系花药的总呼吸速率、抗氰呼吸所占总呼吸比例和细胞色素氧化酶（COD）、苹果酸脱氢酶（MDH）和6－磷酸葡萄糖脱氢酶（6－PGDH）活性低于保持系;幼穗中则仅6－PGDH低于保持系;叶片间各指标均无差异。Na3PO4可抑制保持系的叶片和幼穗及不育系叶片总呼吸的30％,而仅能抑制不育系幼穗总呼吸的24％;丙二酸则抑制不育系与保持系的叶片和幼穗的总呼吸的70％。     

红莲型水稻与细胞质雄性不育相关mtDNA片段的分离及序列测定

应用AFLP分析技术,比较了红莲型水稻雄性不育系和保持系线粒体DNA,找到一不育系特异条带TA1。以该条带DNA为探针与不育系、保持系以及F1杂种线粒体总RNA杂交,结果显示该片段黄化苗期三者均转录一个RNA分子,但转录产物分子量各不相同,说明三者该片段阅读框架不同。经测序,该片段长202bp,序列内含密码子ATG、ATT、AGA、AGG以及正向重复序列5’TGTAC3’、5’ATTATTTT3’和倒重复序列5’GGGAAACA3’。上述特点表明该片段可能是某一蛋白编码序列,并可能与红莲型水稻雄性不育性状形成有关。     

水稻细胞质雄性不育系和保持系的线粒体COⅠ、COⅡ基因组织结构差异的分析

我们研究了水稻珍汕97不育系和保持系的线粒体DNA的PstⅠ、HindⅢ、BamHⅠ酶切电泳带型,发现了不育系和保持系的线粒体DNA分子结构的显著不同,而不育系和保持系的叶绿体DNA的HindⅢ酶切片段没有差异。以线粒体的细胞色素C氧化酶亚基Ⅰ、Ⅱ(COⅠ、COⅡ)基因为探针,与珍汕97不育系、保持系的叶绿体、线粒体DNA酶切片段进行分子杂交,证明叶绿体DNA没有COⅠ、COⅡ基因的同源顺序,发现不育系和保持系COⅠ、COⅡ基因有组织结构上的差异,但不能确证这些差异是否与细胞质雄性不育有关。     

BT型细胞质雄性不育水稻及其三系的线粒体DNA研究

用RAPD技术对BT型水稻胞质雄性不育系秀A及其保持系秀B、恢复系湘晴以及杂种F1代的线粒体DNA进行了比较分析。结果表明不育系与其保持系间存在显著差异;不育系与其F1之间mtDNA也存在差异。在引物OPJ－08的扩增产物中,秀A扩增出一条分子量为800bp的多态性片段,在引物OPK－10的扩增产物中,杂种F1扩增出一条分子量为900bp的片段。把这两片段回收、克隆并制备探针,OPJ－08800的Southern杂交结果显示不育系与其F1杂交图谱存在多态性;OPK－10900的Suthern杂交结果显示不育系与其保持系同存在差异。推测这两片段与育性可能有一定的联系。     

水稻红莲型细胞质雄性不育系与保持系mtRNA差异显示和差别片段的分析

将T4 RNA连接酶和AFLP技术特点相结合构建了适于mtRNA的差异显示方法 ,并比较了水稻 (OryzasativaL .)红莲型细胞质雄性不育系、保持系和杂种一代mtRNA的差异。在 4组引物对的选择扩增产物中共找到 6个差异片段 ,其中差异条带DTA为不育系仅有 ,条带DAB为不育系和保持系特有 ,而条带DBF1、DBF2 、DBF3 、DBF4 为保持系和F1杂种共有。这表明水稻红莲型不育系粤泰A与杂种一代泰优 2号mtRNA的差异大于保持系粤泰B和杂种一代泰优 2号mtRNA的差异。Northern杂交证实条带DTA在不育系、保持系和杂种一代的转录确有差异 ,表明它与红莲型细胞质雄性不育有关。条带DTA全长 2 5 9bp ,尽管未发现有同源序列和新的开放阅读框 ,但它可作为探针从cDNA文库中筛选全基因序列 ,进而寻找与细胞质雄性不育有关的开放阅读框架。     

水稻雄性不育与花药中类脂褐素的积累

细胞质雄性不育水稻不育系珍汕９７Ａ和其保持系珍汕９７Ｂ,处于不育期的光（温）敏核不育水稻Ｗ６１５４ｓ和培矮６４ｓ的花药中类脂褐素（ＬＦＬＰ）含量随花粉发育或败育而增高．不育花药中ＬＦＬＰ的形成速率比可育花药快,三核期的珍汕９７Ａ和不育期Ｗ６１５４ｓ的花药,其ＬＦＬＰ比相应具育性花药高２４％．用抗氧化剂ＧＳＨ、ＢＨＴ和Ｎ２处理离体的单核期花药,发现ＧＳＨ可降低珍汕９７Ａ和不育期的Ｗ６１５４ｓ的ＬＦＬＰ含量．结果认为,水稻雄性不育与膜脂过氧化作用的荧光产物类脂褐素的积累有关．     

细胞质雄性不育水稻幼穗和花粉发育期的蛋白酶活性变化

水稻细胞质雄性不育系珍汕97A,在花粉母细胞形成期以后可溶性蛋白含量迅速降低。单核期仅为花粉母细胞形成期的56％,二核期和三核期分别为花粉母细胞形成期的36．4％和30．3％。保持系珍汕97B虽在花粉母细胞形成期后可溶性蛋白含量降低,但在二核期则有所增高,表现为鞍形变化过程。在花粉母细胞形成期后,珍汕97A的酪蛋白水解酶活性增高,单核期为前一时期的1倍,而珍汕97B的酶活性增幅较小。第一次枝梗分化期珍汕97A的内肽酶活性较珍汕97B高,而雌雄蕊形成期两者的酶活皆降低。整个发育期中珍汕97A的内肽酶活性较珍汕97B高15％至55．5％。珍汕97A在幼穗第一次枝梗分化期时氨肽酶活性较珍汕97B高。第二次枝梗分化期后,不育系和保持系的氨肽酶活性均下降。但花粉母细胞形成期后,珍汕97A的氨肽酶活性迅速增高,三核期达最高水平,这可能意味着此时大量蛋白质被水解。蛋白酶类抑制剂的实验表明,在雌雄蕊形成期后不育系和保持系含有半胱氨酸型氨肽酶和约10％含金属型氨肽酶;而在三核期,保持系的氨肽酶则主要为半胱氨酸型。不育系三核期含有的BAPA内肽酶包括半胱氨酸型、丝氨酸型,以及部分含金属酶类;而保持系三核期的内肽酶仅为丝氨酸型。不育系肽酶类型的变化,可能反映酶基因编码的去抑制。     

细胞质雄性不育水稻幼穗和花药的呼吸酶活性研究

研究珍汕97A和珍汕97B的雌雄蕊原基形成期、花粉母细胞形成期和花粉母细胞减数分裂期的幼穗及单核期、二核期和三核期的花药中呼吸代谢三羧酸循环（TCA）的苹果酸脱氢酶（MDH）和异柠檬酸脱氢酶（IDH）及戊糖途径（PPP）的磷酸葡萄糖脱氢酶（G6PDH）、磷酸葡萄糖酸脱氢酶（6PGDH）和5一磷酸核糖异构酶（RSPI）的活性。结果表明：可育花药的5种酶活性皆高于同期不育花药;而幼穗中,TCA途径中的MDH和IDH在不育系与保持系之间无差异,PPP途径的G6PDH和6PGDH及R5PI则保持系高于不育系。这说明不育系中PPP发生的变化早于TCA途径,PPP途径的改变可能与小孢子败育有着更为直接的关系。     

转bar基因水稻在杂种优势育种中的利用

以3个美国转bar基因水稻抗除草剂品种Bengal Hu-10、Cypress PB-6和Gulfmont为父本,分别与三系、两系不育系及人工去雄恢复系杂交。考种结果发现：这3个抗性亲本所配组合杂种优势不明显。通过杂交将抗除草剂亲本中的bar基因转移到常规恢复系,已经培育出3个抗除草剂恢复系明恢63－B、测64－B和特青－B;且已选配出5个抗性杂交组合,它们能保持原组合的产量水平。还讨论了水稻杂种优势利用面临的问题和转bar基因水稻抗性亲本在杂种优势上的应用前景。     

利用SSR标记定位明恢63的2对恢复基因

选取珍汕97A和明恢63杂交组合的F2高可育和高不育单株构建基因池,利用302对SSR引物对其进行了多态性分析。结果表明,位于第1染色体上的RM1和位于第10染色体上的RM258,RM304在亲本,基因池间表现多态性,用F2单株验证证明它们与野败型恢复基因连锁,完全不育株分析表明,与恢复基因间的遗传距离分别为1.9,2.9和0.0cM,野败型,红莲型,BT型3种不育胞质恢复基因在第10染色体上可能为同一基因或家族成员。     

A new AOX homologous gene OsIM1 from rice (<Emphasis Type="Italic">Oryza sativa</Emphasis> L.) with an alternative splicing mechanism under salt stress

"Zhenshan 97" is the female parent of a number of widely used hybrids for rice production in China. However, this line is of poor quality because of a high amylose content (AC), a hard gel consistency (GC) and a low gelatinization temperature (GT), together with a chalky endosperm. It had been determined that the three traits for cooking and eating quality, AC, GC and GT, are controlled by the Waxy locus and/or the tightly linked genomic region. In this study we improved the eating and cooking quality of Zhenshan 97 by introgressing the Waxy gene region from Minghui 63 (wx-MH), a restorer line, that has medium AC, soft GC and high GT. The wx-MH fragment was transferred to Zhenshan 97B by three backcrosses and one selfing, then from Zhenshan 97B to Zhenshan 97A by a cross and a backcross. Molecular marker-assisted selection was applied in the series to select for individuals carrying wx-MH, to identify recombination between the Waxy and flanking markers, and also to recover the genetic background of the recurrent parent. According to the marker genotypes, the improved versions of Zhenshan 97B and Zhenshan 97A, or Zhenshan 97B(wx-MH) and Zhenshan 97A(wx-MH), were the same as the originals except for the Waxy region of less than 6.1 cM in length. The selected lines and their hybrids with Minghui 63, or Shanyou 63(wx-MH), showed a reduced AC and an increased GC and GT, coupled with a reduced grain opacity. Field examinations of agronomic performance revealed that Zhenshan 97B(wx-MH) and Shanyou 63(wx-MH) were essentially the same as the originals except for a significant decrease in grain weight. The simultaneous improvement of AC, GA, GT and opacity, indicated that the Waxy region had major effects on the four quality traits. The improved versions of Zhenshan 97 A and B should be immediately useful in hybrid rice production.     

水稻雄性不育新质源的研究──新型水稻细胞质雄性不育系马协A与野败型珍汕97A不育性的遗传学比较

采用套袋自交结实率和自然结实率为主,花粉育性和田间目测整株育性为辅的综合性状,判定新型细胞质雄性不育系马协Ａ以及它与明恢６３的杂种Ｆ_１、Ｆ_２和ＢＦ_１的植株育性,并以野败型珍汕９７Ａ作对照,比较研究了其不育性的遗传规律。结果表明,马协Ａ与珍汕９７Ａ不育性的遗传均由两对基因控制,但新型细胞质雄性不育系马协Ａ两对基因的作用方式与珍汕９７Ａ不同。前者Ｆ_２群体的育性分离符合９：３：３：１的比例,ＢＦ_１符合１：２：１的比例;后者相应群体则符合１２：３：１和２：１：１的比例,两对基因间表现为显性上位。斯米尔诺夫检验也表明马协Ａ／明恢６３和珍汕９７Ａ／明恢６３的Ｆ_２群体的结实率频率分布差异显著（Ｐ＜０．０１）。并讨论了细胞质雄性不育的遗传机理及分子基础。     

杂交水稻和不育系种子的劣变与生理生化变化

杂交水稻和不育系种子在人工加速老化处理后,其发芽率、发芽指数和活力指数均比常规水稻种子下降迅速。在人工老化过程中,前者种子浸泡液的外渗氨基酸和钾离子含量均比后者高,游离的有机酸、氨基酸和脂肪酸含量增加的速度相似,均大于常规水稻种子。蛋白酶活性和可溶性蛋白质含量的增减,在易发生劣变种子与常规水稻种子之间均有显著差异。     

水稻杂种一代与亲本幼苗基因表达差异的分析

杂种优势是一种普遍存在的生物学现象,其形成的原因十分复杂。本世纪初,Bruce和Shull相继提出的杂种优势形成的显性互补假设和超亲优势假设至今仍作为一种理论模型而缺乏实验证实。水稻杂种优势的利用自70年代三系配套技术建立得到了广泛的应用,但水稻杂种优势形成的遗传学基础目前还知之甚少。在水稻杂种优势形成机理研究中,分别从生理生化代谢、同工酶分析、DNA限制性片段多态性和DNA含量差异进行了分析,但杂种优势形成的分子机理仍未得到阐明。杂种优势的形成是与异质化相关的过程,它涉及到两个遗传背景不同的体系的相互作用。因此,在相互作用过程中,亲本基因的表达与调控就决定了杂种一代的基因表达类型和特性。因此,我们从分析基因表达与调控入手,运用mRNA差异展示技术分析了玉米杂种一代与亲本基因表达的差异,揭示了不少有意义的现象。本研究以水稻籼型杂交组合(汕优63:珍汕97A×明恢63)为材料,探讨水稻杂种一代与亲本基因表达的差异,揭示了杂种优势形成过程中的一些重要现象。     

Assembly of yield heterosis of an elite rice hybrid is promising by manipulating dominant quantitative trait loci

In the past, rice hybrids with strong heterosis have been obtained empirically, by developing and testing thousands of combinations. Here, we aimed to determine whether heterosis of an elite hybrid could be achieved by manipulating major quantitative trait loci. We used 202 chromosome segment substitution lines from the elite hybrid Shanyou 63 to evaluate single segment heterosis (SSH) of yield per plant and identify heterotic loci. All nine detected heterotic loci acted in a dominant fashion, and no SSH exhibited overdominance. Functional alleles of key yield-related genes Ghd7, Ghd7.1, Hd1, and GS3 were dispersed in both parents. No functional alleles of three investigated genes were expressed at higher levels in the hybrids than in the more desirable parents. A hybrid pyramiding eight heterotic loci in the female parent Zhenshan 97 background had a comparable yield to Shanyou 63 and much higher yield than Zhenshan 97. Five hybrids pyramiding eight or nine heterotic loci in the combined parental genome background showed similar yield performance to that of Shanyou 63. These results suggest that dominance underlying functional complementation is an important contributor to yield heterosis and that heterosis assembly might be successfully promised by manipulating several major dominant heterotic loci.     

应用RAPD标记检测与水稻株高和抽穗期有关的QTLs

以生产上广泛应用的杂交稻组合汕优１０号的保持系珍汕９７Ｂ和恢复系密阳４６构建Ｆ２群体。应用ＲＡＰＤ标记检测,分析了与株高和抽穗期有关的ＱＴＬｓ,并探讨了基因的互作方式。在Ｆ２群体中性状表型分离明显,基本符合正态分布。单因子方差分析检测到与抽穗期和株高相关的标记数９个,并计算了单个ＱＴＬ对相关性状的贡献率。双因子方差分析发现上述检测到的ＱＴＬｓ之间大多不存在互作,但发现了一些有显著互作的新的ＱＴＬｓ,其互作贡献率远大于单因子方差分析检测到的ＱＴＬｓ,说明该群体中株高和抽穗期主要由不同座位间的互作控制,进一步的分析表明互作方式以重叠基因为主。     

超高产杂交稻不同生育期的光合色素含量、净光合速率和水分利用效率

 较为系统地研究了两个超高产杂交稻‘两优培九’、‘华安3号’和多年来大面积推广的常规杂交稻‘汕优63’不同生育期的光合色素含量、净光合速率和水分利用效率。结果表明,在苗期,3个杂交稻的单位叶面积的叶绿素（Chl）含量差别不大,类胡萝卜素（Car）的含量以‘汕优63’为最高。然而,随着发育阶段的推进,到分蘖期,尤其是抽穗期剑叶的单位叶面积Chl和Car含量,两个超高产杂交稻高于‘汕优63’。从苗期到抽穗期,超高产杂交稻‘两优培九’和‘华安3号’的净光合速率（Pn）都比‘汕优63’高,而在苗期的午间强光条件下和分蘖期的早晨以及抽穗期的早晚相对弱光条件下其Pn的差别尤为显著。在苗期,‘汕优63’的水分利用效率（WUE）略高于‘两优培九’和‘华安3号’;到分蘖期和抽穗期,在上午10时之前和下午14时以后的时间段,则是两个超高产杂交稻明显高于‘汕优63’。这些结果说明,超高产杂交稻‘两优培九’和‘华安3号’不仅有较高的Pn和较强的抗光抑制能力,而且还能充分利用早晨和傍晚较弱的光强进行光合作用,这些是它们之所以高产的重要生理基础。此外,超高产杂交稻在生长发育的中后期（分蘖期和抽穗期）具有较高的WUE,有利于节约农业用水。