水稻短根突变体Osksr5的遗传分析和基因定位

水稻根系对其生长、发育及产量等起着至关重要的作用。该研究从甲基磺酸乙酯（ethyl methane sulfonate,EMS）诱变的籼稻Kasalath突变体库中筛选到1个根系变短的突变体,命名为Osksr5（Oryza sativa kasalath short root 5）,该突变体植株具体表现为主根、不定根和侧根都明显变短,不定根的数目相对减少,株高与野生型相比也明显矮小。遗传分析结果表明,该突变性状由1对隐性核基因控制。利用图位克隆技术将OsKSR5基因定位在第1染色体的STS（sequence tagged site）分子标记33027k和33471k,物理距离约为444 kb。对OsKSR5基因的定位为进一步克隆该基因和阐明水稻根系发育的分子机理奠定了基础。     

水稻超短根突变体ssr1的遗传分析和基因定位

该研究从甲基磺酸乙酯(EMS)诱变的籼稻‘Kasalath’突变体库中筛选到1个根系超短的突变体,命名为ssr1(super short root 1),8d苗龄突变体的主根和不定根长度分别只有野生型的8.89%和2.29%,其不定根发生正常,但侧根的发生和伸长都受到严重抑制,且根毛也非常短。此外,ssr1植株整体矮小,株高不到野生型的一半。遗传分析结果表明,该突变性状由1对隐性核基因控制。利用图位克隆技术将SSR1基因定位在第9染色体的STS(sequence tagged site)分子标记9g7047K和9g7290K之间,物理距离约为243kb,在定位区间共发现39个预测基因,经分析其中没有已克隆的根系发育基因。对SSR1的定位为进一步克隆该基因和阐明水稻根构型的分子机理奠定了基础。     

水稻短根毛突变体Ossrh2的表型分析与基因定位

在粳稻品种中花11为遗传背景的T-DNA突变体库中筛选获得一个遗传稳定的水稻（Oryzasativa）短根毛突变体Ossrh2（Oryza sativa short root hair2）。突变体在苗期表现为根毛数量减少,为野生型的61.4%,根毛长度明显变短,只有野生型的22.8%,同时根毛增粗,根毛形态也发生了变异,局部扭曲膨胀和分叉,除此之外突变体的地上部和根部生长情况与野生型相比没有显著差异。遗传分析表明,该突变性状受1对隐性单基因控制。通过对突变体T2和F2代的分子检测发现,该突变体表型非T-DNA插入引起。利用Ossrh2纯合体和籼稻品种Kasalath杂交构建的F2群体对OsSRH2进行基因定位,发现其与第10号染色体短臂上的SSR（simple sequence repeat）标记RM6370和RM474连锁,遗传距离分别为1.1cM和3.0cM。通过在两标记间发展3个新的STS（sequence-taggedsite）标记,将OsSRH2基因定位于标记S1227和S1531之间,物理距离约为304kb,为进一步克隆OsSRH2打下了基础。     

水稻高温敏感侧根缺失突变体k209的鉴定和基因定位

该研究以甲基磺酸乙酯（EMS）诱变得到的1个水稻高温敏感侧根缺失突变体k209及其野生型Kasalath为材料,在常温（白天32 ℃/夜晚22 ℃）和高温（34 ℃恒温）培养条件下,对其7 d龄幼苗进行表型比较鉴定,并采用亚甲基蓝染色观察侧根原基形成;以突变体k209为母本,分别与野生型Kasalath和粳稻品种日本晴杂交构建2个F₂群体进行遗传分析和基因定位,确定基因所属染色体以及在该染色体上的位置。结果表明：（1）在正常温度培养下,突变体k209的7 d龄幼苗株高、主根长和不定根长均与野生型Kasalath相似,但侧根长度变短,数量也减少;在高温条件下,k209幼苗株高变矮,主根和不定根的长度变短,表现出无侧根表型。（2）亚甲基蓝染色发现,野生型和k209幼苗主根在正常温度和高温条件下均可以观察到侧根原基,但在高温下k209的侧根原基数目明显少于Kasalath,约为Kasalath的58.03%,且不能突破表皮长出侧根。（3）遗传分析表明,k209的突变表型受隐性单基因控制,利用图位克隆技术将K209基因定位于4号染色体的InDel标记7522K和11524K之间,物理距离约4 002 kb。该研究结果为K209基因的克隆和解析水稻侧根的发生机制奠定了基础。     

一份水稻矮杆小粒突变体的形态特征和基因定位

从水稻T-DNA插入突变体库中鉴定出一个矮杆小粒突变体t129,该突变体与野生型植株相比,植株明显矮化,籽粒粒长明显缩短,千粒重下降。遗传分析表明,t129的突变性状由一对隐性核基因控制,该基因(T129)经图位克隆定位于水稻第5染色体长臂上,引物InDel43和InDel57之间,物理距离为430 kb,并与标记InDel51共分离。本研究明确了该矮杆小粒突变体的表型特征及遗传规律,为进一步研究调控水稻株高和粒型基因奠定基础。     

水稻窄叶突变体nal(t)的表型分析与基因定位

在水稻(Oryza sativa)缙恢10号的EMS诱变群体中发现一个窄叶突变体nal(t), 表现出叶片变窄不变短、植株半矮化、节间变细变短和穗长缩短等特性。突变体苗期和成熟期叶片平均宽度为0.99 cm和1.42 cm, 分别为野生型的76%和74%,均达到极显著差异。nal(t)成熟期倒一、倒二、倒三节间长和宽分别为9.16 cm、6.97 cm、3.57 cm和0.31 cm、0.36 cm、0.45 cm, 仅为野生型的63%、83%、71%和78%、72%、79%。遗传分析表明该突变性状受1对隐性核基因控制, 利用SSR标记将NAL(T)定位在第12染色体长臂RM6869和RM28537之间, 遗传距离分别为3.1 cM和9.0 cM。     

水稻温度超敏突变体ths1的鉴定和基因定位

从籼稻品种‘Kasalath’甲基磺酸乙酯(ethyl methanesulfonate,EMS)诱变突变体库中筛选到一个温度敏感突变体ths1(temperature hyper-sensitive 1)。与野生型相比,突变体ths1的主根伸长和侧根发育对温度变化非常敏感:在30°C条件下ths1表型与野生型一致;在温度低于26°C时,ths1主根变短,侧根缺失。在低温(24°C)条件下ths1侧根原基停留在原基起始阶段,根尖ROS含量显著高于野生型。遗传分析显示,ths1表型由半显性单基因控制。利用F2群体对ths1基因进行定位,将突变基因定位在第1染色体长臂着丝粒附近C01M14到RM11110两个标记之间的694 kb区间。研究结果为进一步克隆THS1基因,揭示植物感受外界温度变化的分子生理机制奠定基础。     

一份水稻叶片反卷突变体的遗传分析及电镜显微观察

叶片是植物进行光合作用的重要器官。叶片适度卷曲能够提高水稻(Oryza sativa)生长中后期群体基部的光能利用率, 因而有利于水稻产量的提高。该研究首先在水稻T-DNA插入突变体库中发现一份叶片反卷的突变体。遗传分析表明, 该性状受到1对隐性核基因控制。扫描电镜观察结果显示, 突变体成熟叶片上下表皮的气孔发生了畸变; 且叶片上表皮气孔数目增多, 而下表皮气孔数目与野生型基本相同。叶片横切面电镜观察结果表明, 与野生型相比, 突变体叶片的泡状细胞数目和面积在早期(二叶期)就开始增加, 在成熟期更加明显, 这可能是导致叶片反卷的主要原因。     

直立密穗基因DEP2-1388的遗传分析及在杂交稻中的育种利用

通过EMS诱变籼型重穗恢复系蜀恢498,获得一个直立穗突变体R1338。与野生型相比,突变体表现为植株变矮、穗直立、穗长变短、一次枝梗变短、着粒密度增加、穗部抗弯曲力极显著增强、籽粒增宽增厚、粒长变短。组织细胞学分析发现,穗颈节直径、纤维素含量和木质素含量在穗部抗弯曲上发挥了重要的作用。遗传分析表明该直立穗表型受一对半显性核基因DEP2控制,通过重测序以及MutMap方法定位发现,在R1338突变体中,DEP2第7外显子有一个A到G的碱基置换,导致第928个精氨酸(AGG)被置换成甘氨酸(GGG),推测R1338直立穗性状可能由DEP2中该SNP导致。用R1338、野生型与不同穗型不育系分别配组,R1338与弯曲穗不育系所配组合穗部表现半直立,且保持较高的结实率和杂种优势,与DEP1直立穗不育系配组表现为基因累加效应的直立穗。本研究还讨论了直立穗突变体R1338在杂交水稻育种中的利用价值。     

水稻窄叶突变体nal（t）的表型分析与基因定位

在水稻（Oryza sativa）缙恢10号的EMS诱变群体中发现一个窄叶突变体nal（t）,表现出叶片变窄不变短、植株半矮化、节间变细变短和穗长缩短等特性。突变体苗期和成熟期叶片平均宽度为0.99cm和1.42cm,分别为野生型的76%和74%,均达到极显著差异。nal（t）成熟期倒一、倒二、倒三节间长和宽分别为9.16cm、6.97cm、3.57cm和0.31cm、0.36cm、0.45cm,仅为野生型的63%、83%、71%和78%、72%、79%。遗传分析表明该突变性状受1对隐性核基因控制,利用SSR标记将NAL（T）定位在第12染色体长臂RM6869和RM28537之间,遗传距离分别为3.1cM和9.0cM。     

氮肥处理对氮素高效吸收水稻根系性状及氮肥利用率的影响

2011—2012年在土培条件下,以氮素吸收效率差异较大的15个常规籼稻为供试材料,研究氮肥运筹对不同氮效率品种根系性状、成熟期吸氮量及氮肥利用率的影响,分析影响氮高效水稻氮素吸收的主要根系性状。结果表明:(1)各氮肥处理下,成熟期吸氮量均表现为氮高效品种氮中效品种氮低效品种。适量增施氮肥及基肥+促花肥处理有利于氮高效品种吸氮量的增加,氮素吸收受品种、氮肥处理的显著影响。(2)在施氮量处理下,氮高效品种单株不定根数、单株根干重、单株不定根总长大或较大,单株根活力在常氮(N2)、高氮(N3)处理下有一定的优势;在施氮时期处理下,氮高效品种单株不定根数、单株不定根总长、单株根干重、单株根系总吸收面积、单株根系活跃吸收面积、抽穗期冠根比多数处理有优势;增施氮肥有利于促进氮高效品种单株不定根总长和单株根活力的提高,适量施氮有利于单株不定根数、单株根干重增加,前期施氮可促进不定根的发生和伸长,后期施氮有利于不定根的充实和根系生理性状的提高。此外,增施氮肥可提高各类品种冠根比;(3)在常氮、高氮处理下,氮高效品种氮肥利用率大于氮中效、氮低效品种。(4)提高单株不定根数、单株不定根总长、单株根活力及抽穗期冠根比有利于各类品种吸氮量的提高,增加根干重对氮高效品种吸氮量的提高也有显著的促进作用。结合相关分析与通径分析结果,抽穗期冠根比及单株不定根数、单株根活力、单株不定根总长、单株根干重是影响氮高效品种吸氮能力的主要根系性状。     

A Dominant Mutation in ARL2 Causes Impaired Adventitious Root Development in Rice

Adventitious roots are vital for water and nutrient assimilation by cereal crops because they comprise the bulk of the fibrous root system. We isolated and analyzed a rice mutant, adventitious rootless 2 (arl2), which failed to initiate adventitious root primordia during early development. Its seminal root produced fewer lateral roots than from the wild type. This mutant also exhibited pleiotropic phenotypes of longer and thicker seminal roots, a different morphology for the first leaf, delayed heading, and a greater tiller angle. Physiological experiments showed that exogenous auxin and ethylene could rescue adventitious root growth, a response opposite that for two previously reported mutants, arl1 and gnom1. Activity in the auxin signal pathway and the polar auxin transport system was normal for arl2. Compared with the wild type, arl2 plants showed enhanced sensitivity to ethephon but decreased sensitivity to AgNO₃, an inhibitor of ethylene. Genetics analysis demonstrated that this mutant is controlled by a single dominant gene; ARL2 was mapped within a 100-kb interval on the short arm of chromosome 2.     

拟南芥ABA敏感突变体asm1的分离与鉴定

以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为研究材料,从T-DNA突变体库中筛选分离得到1株脱落酸(ABA)敏感突变体asm1(ABA sensitive mutant 1,asm1),在含有ABA的培养基中,与野生型相比,asm1突变体的根伸长明显受到抑制,且其种子萌发结果显示asm1对ABA同样表现出敏感特性。在生长发育方面,asm1突变体抽苔时间提前,植株矮化,并且荚果长度明显小于野生型。利用远红外成像系统分析发现,在干旱胁迫下asm1突变体叶面温度高于野生型;失水率分析显示突变体失水率降低以及水分散失减少。遗传学分析表明,asm1是单基因隐性突变且与一个T-DNA插入共分离;通过图位克隆成功获得候选基因ASM1。RT-PCR结果显示,在突变体中ASM1的表达受到抑制,并且能够调控多种ABA信号通路和胁迫应答基因的表达水平。研究结果表明,ASM1可能参与调控ABA信号转导并应答干旱胁迫。     

Roothairless5, which functions in maize (Zea mays L.) root hair initiation and elongation encodes a monocot‐specific NADPH oxidase

Root hairs are instrumental for nutrient uptake in monocot cereals. The maize (Zea mays L.) roothairless5 (rth5) mutant displays defects in root hair initiation and elongation manifested by a reduced density and length of root hairs. Map‐based cloning revealed that the rth5 gene encodes a monocot‐specific NADPH oxidase. RNA‐Seq, in situ hybridization and qRT‐PCR experiments demonstrated that the rth5 gene displays preferential expression in root hairs but also accumulates to low levels in other tissues. Immunolocalization detected RTH5 proteins in the epidermis of the elongation and differentiation zone of primary roots. Because superoxide and hydrogen peroxide levels are reduced in the tips of growing rth5 mutant root hairs as compared with wild‐type, and Reactive oxygen species (ROS) is known to be involved in tip growth, we hypothesize that the RTH5 protein is responsible for establishing the high levels of ROS in the tips of growing root hairs required for elongation. Consistent with this hypothesis, a comparative RNA‐Seq analysis of 6‐day‐old rth5 versus wild‐type primary roots revealed significant over‐representation of only two gene ontology (GO) classes related to the biological functions (i.e. oxidation/reduction and carbohydrate metabolism) among 893 differentially expressed genes (FDR <5%). Within these two classes the subgroups ‘response to oxidative stress’ and ‘cellulose biosynthesis’ were most prominently represented.     

水稻黄绿叶突变体ygl-63的特征和基因定位

叶绿体的正常发育对于植物至关重要,突变体研究是探明叶绿体发育过程中基因功能的有效途径。叶色突变体已引起人们广泛的关注,通过对各种植物材料的研究,叶色突变的分子机制已取得一定进展,但远未被阐明,尤其在水稻当中。目前,已报道的水稻叶色突变体,主要表现为黄化、白化、亮绿、条斑条纹、温敏变色、转绿和转紫等。该研究使用甲基磺酸乙酯( EMS)处理粳稻日本晴,获得一份遗传稳定的突变体ygl-63,其整个生育期叶片均表现为黄绿色。通过测定ygl-63和野生型苗期叶片的叶绿素含量发现,ygl-63中叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量与野生型相比分别下降了31.9％、42.2％和34.1％,同时叶绿素a/b值较野生型增加。这表明叶绿素含量的降低是导致ygl-63黄绿叶突变性状的主要原因,并且叶绿素b的降幅大于叶绿素a。在成熟后调查主要农艺性状发现ygl-63单株有效穗数和结实率分别减少8.9％和8.5％;千粒重增加10.4％;而株高,穗长和每穗着粒数和野生型相比差异并不显著。通过测量微量元素发现,ygl-63种子中的铁和锌含量较野生型显著降低,分别减少85.7％和64.8％。将ygl-63与正常绿色品种明恢63杂交获得F1和F2群体,进行遗传分析发现,ygl-63突变性状受1对隐性基因控制,通过基因定位,将该基因定位到水稻第11染色体长臂的分子标记InDel-3和InDel-5之间约2.4 cM范围内。该基因被认为是一个新的水稻叶色突变基因,暂命名为ygl-63( g)。所得结果为今后对ygl-63( g)基因的进一步研究奠定了基础。     

SHORT-ROOT 1 is critical to cell division and tracheary element development in rice roots

The exocyst is a key factor in vesicle transport and is involved in cell secretion, cell growth, cell division and other cytological processes in eukaryotes. EXO70 is the key exocyst subunit. We obtained a gene, SHORT-ROOT 1 (SR1), through map-based cloning and genetic complementation. SR1 is a conserved protein with an EXO70 domain in plants. SR1 mutation affected the whole root-development process: producing shorter radicles, adventitious roots and lateral roots, and demonstrating abnormal xylem development, resulting in dwarfing and reduced water potential and moisture content. SR1 was largely expressed in the roots, but only in developing root meristems and tracheary elements. The shortness of the sr1 mutant roots was caused by the presence of fewer meristem cells. The in situ histone H4 expression patterns confirmed that cell proliferation during root development was impaired. Tracheary element dysplasia was caused by marked decreases in the inner diameters of and distances between the perforations of adjacent tracheary elements. The membrane transport of sr1 mutants was blocked, affecting cell division in the root apical region and the development of root tracheary elements. The study of SR1 will deepen our understanding of the function of EXO70 genes in Oryza sativa (rice) and guide future studies on the molecular mechanisms involved in plant root development.     

Root morphology and cadmium uptake kinetics of the cadmium-sensitive rice mutant

To understand the physiological mechanism that confers Cd sensitivity, root morphology and Cd uptake kinetics of the Cd-sensitive mutant and wild type rice were investigated. The root length, root surface area, and root number of mutant rice decreased more significantly with increasing Cd concentration in growth media compared with the wild type rice. The uptake kinetics for ¹⁰⁹Cd²⁺ in roots of both the mutant and wild type rice were characterized by a rapid linear phase during the first 6 h and a slower linear phase during the subsequent period. Concentration-dependent Cd²⁺ influx in both species could be characterized by the Michaelis-Menten equation, with similar apparent K_m values for mutant and wild type rice (2.54 and 2.37 μM, respectively). However, the V_max for Cd²⁺ influx in mutant root cells was nearly 2-fold higher than that for wild type rice, indicating that enhanced absorption into the root is one of the mechanisms involved in Cd sensitivity in mutant rice.     

雷公藤组培产物的杀虫杀菌活性研究

采用室内生测法研究了雷公藤愈伤组织、悬浮细胞、不定根等组培产物对小菜蛾毒杀、生长发育影响以及不定根提取物对番茄灰霉病等植物病原真菌菌丝生长抑制作用,以明确雷公藤组培产物的生物活性及其应用前景。结果表明,不同雷公藤组培产物对小菜蛾3龄幼虫都具有明显的毒杀作用,悬浮细胞以及不定根的LC50均超过了根皮粉的效果,其中的不定根提取物对小菜蛾3龄幼虫毒杀作用的LC50为根皮粉的1.95倍;不同组培产物提取物对小菜蛾幼虫的生长均有明显的抑制作用,其中不定根提取物处理后每天的小菜蛾体重显著下降,72h后70%左右已经死亡,存活的试虫体重比试验前下降了18.33%;雷公藤不定根提取物对供试的11种植物病原真菌菌丝生长均有一定的抑制作用,有5种的抑制率超过60%,并对番茄灰霉病菌的抑制作用最强,其EC50为10.074mg/mL,且不定根的抑制效果均超过了根皮粉的抑制效果。