Nature系列期刊导读

<正>研究发现控制水稻粒形和稻米品质的重要基因近日,中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究员领导的团队从优质杂交水稻不育系泰丰A中成功分离并克隆了一个控制水稻粒形和提升稻米品质的重要基因GW7。这一基因能通过改变细胞分裂模式,让稻米变得更为细长,有效地减少垩白率和垩白面积,从而提高稻米在外观、口感等方面的     

研发动态

<正>中科院发现控制水稻粒形和稻米品质的重要基因中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究员领导的团队在水稻品质和产量协同遗传改良的研究中取得重要进展,从优质杂交水稻不育系泰丰A中成功分离并克隆了一个控制水稻粒形和提升稻米品质的重要基因GW7。这一基因能通过改变细胞分裂模式,让稻米变得更为细长,有效地减少垩白率和垩白面积,从而提高稻米     

水稻营养品质的改良

稻米是我国的主要食粮 ,但其蛋白质含量低、营养不够全面 ,满足不了人们对营养的需求。长期以来 ,人们一直采用传统的育种方法来选育高蛋白质的水稻新品种 ,但收效不大。近年来 ,水稻遗传转化技术的飞速发展和不断完善 ,应用生物技术改良水稻营养品质已逐步变为现实 ,并显示出诱人的前景。综述了利用生物技术进行水稻营养品质改良的途径、研究进展 ,并指出在水稻营养品质改良中存在的问题及解决途径。     

绿色优质高产水稻新品种的选育与应用

该团队针对长江上游稻作生态特点及水稻生产中存在的问题,开展了绿色优质高产新品种的培育研究。先后发掘出与稻飞虱抗性、产量、品质性状相关的基因/QTL;研发了稻米品质、稻瘟病抗性、稻飞虱抗性、磷高效利用、抗旱性、抗倒伏等绿色性状的改良技术;创制出兼具优质、高配合力、抗稻瘟病、抗飞虱等优良性状的新材料;培育出适合长江上游生态条件的绿色优质高产新品种并在生产上推广应用。     

江苏省水稻品质性状遗传和重要基因克隆研究进展

水稻(Oryza sativa L.)是保障我国粮食安全和农业可持续发展的主粮作物,江苏是我国重要的水稻种植区。经过40多年的发展,江苏水稻产量和品质性状研究都取得了重要进展。稻米品质性状组成复杂,涉及生产、加工、销售和消费多方面。本文对江苏省水稻几个主要品质性状的遗传研究历程进行了概括,重点对水稻外观品质、蒸煮食味品质和营养品质的遗传调控研究进行了总结。文章介绍了稻米品质性状的经典遗传规律和分子遗传特点,综述了各个品质性状遗传调控相关的重要功能基因。相关研究成果凸显了江苏水稻品质遗传改良基础研究在国内外的重要地位。特别指出,随着水稻功能基因组学的发展和品质性状遗传调控网络的明晰,未来针对特定或复合品质性状的分子设计育种是江苏水稻品质遗传改良研究中要重点推进的方向。     

水稻基因设计育种

本书系统地介绍了水稻转基因技术、花药培养、分子标记辅助育种和基因组辅助育种的基本原理和方法,阐述了水稻产量性状、抗病虫性、抗逆性状、营养品质和特异种质的遗传研究及分子育种的最新进展、水稻基因设计育种数据库建设和水稻基因设计育种的展望,反映了在水稻分子育种方面获得的成果。全书共分12章,各章节前后呼应,     

辐射诱变创制水稻新种质研究进展及浙粳99突变体库的建立

辐射诱变育种所需年限短、变异率高、后代性状稳定快,在作物遗传育种中已广泛应用。本文统计了我国近10年来利用辐射诱变技术培育的在生产应用上发挥重要作用的部分优良新品种18个,说明通过辐射诱变可加速水稻变异,丰富水稻遗传图谱,为培育高产、优质、抗病水稻新品种提供更多类型种质资源。此外总结了利用辐射诱变获得的各种类型突变,包括茎秆突变体如高秆、矮秆、粗秆、茎扭曲等;叶部性状突变体如叶色、叶长、条纹、叶斑等;穗部性状突变体如穗型、穗色、籽粒大小、籽粒形状等;生理性状相关突变体如早衰、不育、晚熟、不抽穗等。系统介绍了产量相关突变体、茎秆相关突变体、叶形相关突变体、穗部相关突变体、抗性相关突变体和稻米品质突变体等各类水稻突变体及其基因定位、作用机理研究进展,并通过辐射技术诱变浙粳99水稻种子,初步研究了获得的多种类型突变体,进行了相关表型分析,为水稻功能基因克隆奠定了基础,同时为水稻育种提供了优异种质资源。     

中国水稻遗传育种历程与展望

我国的水稻育种经历了矮化育种、杂种优势利用和绿色超级稻培育3次飞跃,其间伴随矮化育种(第一次绿色革命)、三系杂交稻培育、二系杂交稻培育、亚种间杂种优势利用、理想株型育种和绿色超级稻培育等6个重要历程。育种目标从唯产量是举到高抗、优质和高产并重,育种理念从高产优质逐步提升为“少投入,多产出,保护环境”。水稻功能基因组研究为第二次绿色革命准备了大量的有重要利用价值的基因,水稻育种正迈向设计育种的新时代。基因组选择技术和转基因技术将为培育“少打农药,少施化肥,节水抗旱,优质高产” 绿色超级稻保驾护航。本文对我国水稻遗传育种的发展历程进行了概括,指出了各种育种方法和育种技术的优缺点,系统介绍了水稻细胞质雄性不育和光温敏雄性核不育以及籼粳杂种不育的分子机制的研究进展,综述了水稻株型、穗型、粒形和养分高效利用相关的重要功能基因,阐明了产量与开花期联动的关系,凸显了我国水稻基础研究在国际上的重要地位。特别指出,近年来,我国水稻生产方式发生了或正在发生巨大变革,育种理念也要与时俱进。未来,杂交育种技术要与现代育种技术紧密结合,选育水稻品种不仅要满足市场需求,而且更要具备绿色健康的特点,同时还要适应新耕作制度和新耕作方法。     

采用基因工程技术提高水稻铁营养品质的策略

文章介绍采用基因工程技术提高水稻铁营养品质的策略（包括导入铁吸收相关基因促进水稻对铁的吸收,导入金属结合蛋白基因提高水稻中铁的贮存量,降低稻米中铁吸收抑制因子和增加铁吸收促进因子以提高铁元素的生物有效性等）的研究进展。     

江苏省优良食味粳稻的遗传与育种研究

为了培育适合在江苏种植的优良食味粳稻品种,以优良食味为主攻目标,对江苏省优质、抗病、高产粳稻品种的遗传基础开展了系统研究。通过关联分析,研究稻米蒸煮品质、营养品质与食味品质的关系,明确直链淀粉含量是影响食味品质的关键性状。直链淀粉含量为10%～14%的半糯米米饭表面光泽透亮、质地柔软、富有弹性,综合了糯米的柔软性和粳米的弹性,冷饭不硬,食味品质极佳,符合长三角地区人们喜食柔软香型粳米的口感需求。筛选出直链淀粉含量在10%左右、含有低直链淀粉含量基因Wx~(mp)的日本半糯粳稻品种"关东194"作为食味品质改良的核心种质。开发Wx~(mp)基因的分子标记,结合利用与抗病、高产相关基因紧密连锁的分子标记,开展优良食味、抗病、高产粳稻聚合育种。育成适合江苏省不同稻区种植的南粳46、南粳5055、南粳9108和南粳5718等优良食味粳稻系列新品种通过审定,形成了覆盖江苏省不同稻区的优良食味粳稻品种布局,累计推广面积超过533万公顷,有力地促进了江苏省及周边地区优质稻米产业的发展,为水稻产业供给侧结构调整,提质增效,保障粮食安全作出了重要贡献。     

Advances to improve the eating and cooking qualities of rice by marker-assisted breeding

The eating and cooking qualities of rice are heavily emphasized in breeding programs because they determine market values and they are the appealing attributes sought by consumers. Conventional breeding has developed traditional varieties with improved eating and cooking qualities. Recently, intensive genetic studies have pinpointed the genes that control eating and cooking quality traits. Advances in genetic studies have developed molecular techniques, thereby allowing marker-assisted breeding (MAB) for improved eating and cooking qualities in rice. MAB has gained the attention of rice breeders for the advantages it can offer that conventional breeding cannot. There have been successful cases of using MAB to improve the eating and cooking qualities in rice over the years. Nevertheless, MAB should be applied cautiously given the intensive effort needed for genotyping. Perspectives from conventional breeding to marker-assisted breeding will be discussed in this review for the advancement of the eating and cooking qualities of fragrance, amylose content (AC), gel consistency (GC) and gelatinization temperature (GT) in rice. These four parameters are associated with eating and cooking qualities in rice. The genetic basis of these four parameters is also included in this review. MAB is another approach to rice variety improvement and development in addition to being an alternative to genetic engineering. The MAB approach shortens the varietal development time, and is therefore able to deliver improved rice varieties to farmers within a shorter period of time.     

转基因技术在玉米遗传育种中的应用

玉米转基因育种是通过基因转移方法创造玉米新种质或新品种。将转基因技术与玉米常规育种技术相结合,能尽快地培育出符合育种目标的新品种,带来了育种水平的提高、创新和突破,加快了玉米育种进程。论述了转基因技术在玉米育种中的主要应用方法、研究进展及应用现状。随着转基因技术的飞速发展及其研究的日趋成熟,转基因技术在拓宽玉米种质资源、提高杂交种的抗逆性、抗病虫性、提高产量和品质等方面将发挥更大的作用,应用前景广阔。     

花生抗病基因分离克隆研究进展

花生是重要的油料作物和经济作物。近年来多种病害严重威胁着花生产业的发展,筛选花生抗病基因并对其进行研究成为花生抗性育种的新热点。结合抗病基因分离克隆在花生育种工作和遗传研究等领域逐渐显现的广阔前景,我们简要综述了国内外花生抗病基因分离克隆的研究现状,介绍了抗病基因分离克隆的类型及特点,并探讨了今后的研究方向。     

Morpho-Physiological Aspects of Productivity and Quality in Squash and Pumpkins (Cucurbita spp.)

Squash and pumpkins are important horticultural crops worldwide, but there has been relatively little research to systematically describe yield components and improve productivity in this species. This review outlines some of the basic growth-analysis techniques for describing different aspects of productivity and attempts to summarize investigations on physiological, morphological, and ecological aspects of productivity and the relationship of these factors to eating quality in the three most important domesticated species of Cucurbita—C. pepo, C. maxima, and C. moschata. The emphasis of this review is on components of yield that can be modified either by selective breeding or through use of cultural techniques. Increasing economic crop yield while also balancing the needs to maintain and improve culinary qualities of the edible product will also be discussed. The bush phenotype is being increasingly exploited in new cultivar development. Advantages and disadvantages of using bush genotypes in cultivar development are addressed. In addition, because of increasing use of Cucurbita seeds for vegetable oils, snackseeds, and pharmaceutical purposes, physiological components of seed yield are also discussed.     

小麦HMW谷蛋白亚基基因克隆研究进展

高分子量麦谷蛋白亚基 (HMW GS)作为小麦胚乳中的重要贮藏蛋白 ,其组成及含量对小麦面粉的烘烤品质具有重要的决定作用。因此 ,改变小麦中HMW 谷蛋白的组成及含量是小麦品质改良的主要内容。而定向克隆小麦HMW GS基因则为利用基因工程方法改良小麦品质提供新的基因资源 ,从而为优质小麦的发展起到积极的推动作用。综述了近 2 0年来国内外小麦HMW GS基因克隆的研究进展 ,并讨论了近年来发展起来的一些新的基因克隆方法及其在小麦HMW GS基因克隆上的应用前景。     

提高植物磷营养效率（候选）基因研究进展

低磷限制植物产量提高和品质改良是全球亟待解决的土壤养分问题之一,利用现代转基因技术结合常规育种手段培育磷高效新品种是解决这一问题的有效途径。目前,已有百余个磷营养效率候选基因被克隆,但真正用于植物转基因育种实践的却寥寥无几,且进展缓慢。究其原因可能是由于现有候选基因种类繁杂且未系统分类,有些基因的功能尚未明确,缺少克隆与育种交流平台等问题。鉴于此,本文将目前已克隆的植物磷营养效率候选基因按照其功能不同进行分析,对基因的生物学功能及其潜在应用价值进行归纳总结。这不仅为分子生物学家选择目标基因,解析植物磷高效分子机制提供参考,同时为育种学家进行基因转化,培育磷高效新品种搭建平台。     

The origin of Wxla provides new insights into the improvement of grain quality in rice

Appearance and taste are important factors in rice (Oryza sativa) grain quality. Here, we investigated the taste scores and related eating‐quality traits of 533 diverse cultivars to assess the relationships between—and genetic basis of—rice taste and eating‐quality. A genome‐wide association study highlighted the Wx gene as the major factor underlying variation in taste and eating quality. Notably, a novel waxy (Wx) allele, Wx^la, which combined two mutations from Wx^b and Wxⁱⁿ, exhibited a unique phenotype. Reduced GBSSI activity conferred Wx^la rice with both a transparent appearance and good eating quality. Haplotype analysis revealed that Wx^la was derived from intragenic recombination. In fact, the recombination rate at the Wx locus was estimated to be 3.34 kb/cM, which was about 75‐fold higher than the genome‐wide mean, indicating that intragenic recombination is a major force driving diversity at the Wx locus. Based on our results, we propose a new network for Wx evolution, noting that new Wx alleles could easily be generated by crossing genotypes with different Wx alleles. This study thus provides insights into the evolution of the Wx locus and facilitates molecular breeding for quality in rice.     

小麦谷蛋白亚基基因的PCR鉴定及其在品质改良中的应用

小麦谷蛋白是胚乳中的主要贮藏蛋白,对面包品质具有重要作用。因此,改变品种的谷蛋白等位基因组成是品质改良的主要内容,而谷蛋白亚基基因的选择手段是决定品质育种成效的关键。本文介绍了近年来发展起来的小麦谷蛋白亚基基因PCR分子鉴定技术,通过与传统SDSPAGE方法的比较,总结了PCR技术应用于谷蛋白基因鉴定和品质改良计划的优越性及其研究进展,并讨论了分子标记技术在小麦品质改良计划中的应用前景及今后的研究方向。     

ALK, the key gene for gelatinization temperature, is a modifier gene for gel consistency in rice

Gelatinization temperature (GT) is an important parameter in evaluating the cooking and eating quality of rice. Indeed, the phenotype, biochemistry and inheritance of GT have been widely studied in recent times. Previous map-based cloning revealed that GT was controlled by ALK gene, which encodes a putative soluble starch synthase II-3. Complementation vector and RNAi vector were constructed and transformed into Nipponbare mediated by Agrobacterium. Phenotypic and molecular analyses of transgenic lines provided direct evidence for ALK as a key gene for GT. Meanwhile, amylose content, gel consistency and pasting properties were also affected in transgenic lines. Two of four nonsynonymous single nucleotide polymorphisms in coding sequence of ALK were identified as essential for GT. Based on the single nucleotide polymorphisms (SNPs), two new sets of SNP markers combined with one cleaved amplified polymorphic sequence marker were developed for application in rice quality breeding.     

水稻籽粒灌浆速率的分子机制与遗传调控研究进展

水稻(Oryza sativa)的高产优质是我国粮食安全的重要保障, 也是育种家一直追求的目标。水稻籽粒灌浆速率(GFR)是一个重要而复杂的农艺性状, 直接影响籽粒充实度、粒重和米质。目前, 快速灌浆的优良水稻品种缺乏, 可供育种利用的相关优异基因资源有限, 已成为制约水稻产量和品质进一步提高的瓶颈。相对于水稻的其它农艺性状, GFR具有复杂的时空动态和环境可变性, 相关研究长期围绕灌浆过程的生理生化特性和栽培措施展开, 而分子机制和遗传调控研究启动较晚。该文以近年来国内外发现的水稻GFR相关基因为主线, 从糖类代谢和运输相关基因对GFR的影响、转录和翻译调控基因对GFR的调节、粒型和粒重等相关数量性状位点(QTL)对GFR的作用, 以及GFR相关QTL的分析和克隆4个方面, 对GFR分子机制与遗传调控进行综述; 并对GFR的研究策略特别是表型组学相关技术的应用前景进行展望, 以期推动该领域的基础研究和育种应用。