生长素代谢、运输及信号转导调控水稻粒型研究进展

水稻(Oryza sativa)是世界主要粮食作物。随着我国经济飞速发展, 耕地面积逐年减少, 提高水稻总产量唯有依靠单产的增加。粒重是决定水稻产量的重要因素之一, 其遗传稳定, 受外界环境因素影响较小。粒重由粒型和灌浆程度决定, 而粒型性状包括粒长、粒宽、粒厚和长宽比。水稻种子颖壳和胚乳发育决定了粒型和粒重, 颖壳细胞的增殖和扩张限制籽粒发育, 胚乳占据成熟种子的大部分体积。而生长素调控受精后颖壳和胚乳的发育, 是调控种子发育和影响水稻产量的重要植物激素。生长素的时空分布受生长素代谢、运输和信号转导的动态调节, 以维持生长素在种子发育中的最适水平。该文综述了生长素代谢、运输和信号转导调控水稻粒型的研究进展, 以期为深入探究生长素调控水稻粒型发育机制和提高水稻产量提供线索。     

水稻SL基因调控水稻的粒形

水稻产量和稻米品质的提高是水稻研究的中心问题。水稻产量主要取决于单株穗数、每穗粒数和粒重;粒重作为一个非常重要的产量性状,由粒长、粒宽和粒厚所决定。影响粒重和粒形的基因多为数量性状基因,精细定位并克隆到的较少。本研究中,我们克隆到一个影响粒形的基因SL,超表达（SL-OE）转基因植株表现出粒长增加、粒宽减小、叶宽减小的表型;同时,SL-RNAi的转基因植株呈现出粒长缩短、叶宽增加的表型。颖壳表面细胞在超表达转基因植株中伸长,而在RNAi转基因植株中缩短。叶片横向细胞数目在转基因植株中发生变化,推测乩基因可能与细胞分裂相关。SL-OE转基因植株中G嗽因被明显上调,说明盟基因可能通过调节GW2的表达对水稻粒宽造成影响。另外,观基因影响稻米的品质。     

水稻大粒种质资源和遗传分析

谷粒重量是构成产量的三要素之一, 对提高水稻产量具有重要意义。本文概述了国内外水稻大粒种质资源的现状, 同时对粒重基因遗传分析的研究进展进行了综述。粒重是一个受多基因控制的数量性状, 目前定位的粒重数量性状位点至少达89个、精细定位1个粒重基因gw3.1和１个长粒基因Lk-4(t)以及克隆1个粒重基因GS3, 并在此基础上讨论了粒重在育种上的应用。     

水稻大粒种质资源和遗传分析

谷粒重量是构成产量的三要素之一,对提高水稻产量具有重要意义.本文概述了国内外水稻大粒种质资源的现状,同时对粒重基因遗传分析的研究进展进行了综述.粒重是一个受多基因控制的数量性状,目前定位的粒重数量性状位点至少达89个、精细定位1个粒重基因gw3.1和1个长粒基因Lk-4（t）以及克隆1个粒重基因GS3,并在此基础上讨论了粒重在育种上的应用.     

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。     

拟南芥中RING型E3泛素连接酶基因AtGW2的克隆和功能分析

水稻RING型E3泛素连接酶基因OsGW2在调控水稻产量性状方面起着十分重要的作用.根据OsGW2的cDNA序列,通过RT-PCR方法从拟南芥中克隆了一个与OsGW2同源的基因,命名为AtGW2.序列分析表明,该基因编码一个RING-C2型E3泛素连接酶蛋白,含有401个氨基酸.通过构建AtGW2 RNA干扰植物表达栽体并转化拟南芥,结果表明,获得的转基因后代植株的子粒较野生型大,并且转基因拟南芥子粒千粒重高于野生型,这表明AtGW2负调控拟南芥子粒大小及粒重.     

DUF640基因BEAK-SHAPED GRAIN1/TRIANGULAR HULL1影响水稻粒形和粒重

种粒的形状和大小都会影响其重量并最终影响产量,然而对于种粒形状和大小的分子调控机制仍然未被研究清楚.最近本研究组分离到一株粒形呈鸟嘴状的水稻突变体beak-shaped grain1(bsg1),其粒长、粒厚和粒重都有所减少,内外颖也发生弯曲而导致其无法完全闭合.与野生型相比,突变体种子的淀粉粒呈现不规则状.组织切片显示bsg1内外颖的外薄壁细胞层细胞变小且数目减少,与粒形的表型一致.图位克隆表明,BSG1基因编码一个DUF640蛋白TRIANGULAR HULL1(TH1).定量PCR和启动子活性分析表明,BSG1主要在幼穗和茎杆中表达.BSG1的突变影响细胞分裂相关基因以及粒宽基因GW2的表达.实验结果表明,BSG1可能通过调控细胞分裂和扩展来影响种粒形状及大小.     

水稻粒型调控相关信号通路的鉴定与解析

水稻是最重要的粮食作物之一，其产量对世界粮食安全影响巨大。提高水稻的产量是育种的永恒主题，也是解决全球人口迅速增长和耕地面积持续下降矛盾的迫切需求。水稻粒型是决定其单株产量的主要因素之一，是受多基因控制的能够稳定遗传的数量性状，由籽粒的粒长、粒宽和粒厚共同决定。籽粒大小由调控母体组织和合子的信号协同控制，与颖壳细胞的增殖和扩张、胚乳的生长发育密切相关。近年来，基于图位克隆和全基因组关联分析技术的发展，对粒型调控机制的的遗传研究逐步深入。大量粒型相关数量性状位点(quantitative trait locus, QTL)被确定，许多粒型相关基因被克隆并进行了功能解析，这些基因大多表现为一因多效，与其他粒型基因共同协调表达，进而构成调控网络。鉴定和解析水稻粒型调控的遗传和分子机制，能为水稻分子设计育种提供新的思路。本文从胚乳发育和颖壳发育视角，概述了水稻籽粒发育的基本过程，以及粒型相关QTL的研究现状，聚焦于近来取得较大进展的G蛋白信号通路、促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)级联、泛素-蛋白酶体途径以及miRNA相关通路在...     

水稻粒长新基因GL12 1定位与利用分析

水稻的粒长是水稻粒型构成的因素之一,直接影响水稻的单产,而粒长又是稻米品质的重要指标之一。该研究利用选育含有稻瘟病抗性基因Pigm 1的长粒恢复系R20 4为研究材料,通过图位克隆的方法,对粒长基因进行鉴定,并对该长粒性状在育种中的应用进行了分析。结果显示：(1)该长粒为显性基因控制的性状。(2)将粒长基因GL12 1初步定位在水稻第12染色体上Indel 12 3和Indel 12 7之间,物理距离约4.5 Mb。(3)通过进一步开发标记,最终将该粒长基因GL12 1定位在标记Indel 10和Indel 16之间,物理距离约900 kb。(4)长粒恢复系R20 4与‘庆源A’、‘定源A’和‘启源A’测交组合的粒长均表现R20 4表型,而与‘靓香A’测交组合的粒长比R20 4更长。研究表明,粒长基因GL12 1为显性基因控制的性状,可能为一个新的粒长控制基因,该研究为后期GL12 1基因的克隆、功能研究以及粒型分子育种奠定了基础。     

全基因组关联分析实现水稻粒型自然变异的分子解析

全基因组关联分析(GWAS)近年来被广泛应用于解析生物自然变异的遗传基础。但限于其遗传定位精度, 在水稻(Oryza sativa)遗传学研究中, 该方法尚无法取代传统的图位克隆法在克隆复杂性状调控基因中的作用。近期, 中国科学家在应用GWAS等大数据来克隆控制水稻粒长和粒重等复杂性状的QTL方面取得了新突破。     

水稻粒形遗传的研究进展

水稻（Oryza sativa）粒形性状包括粒长、粒宽、粒厚、粒重和长宽比等,是构成水稻产量的重要因素之一。因此,阐明水稻粒形遗传控制的机理,对提高水稻产量具有十分重要的意义。水稻粒形的遗传是多基因共同作用的数量性状遗传,相对于单一基因控制的性状,研究要相对复杂。该文综述了水稻粒形的遗传特点、QTL定位和基因克隆,并展望了粒形遗传的研究前景。     

RNAi介导的OsBTF3基因沉默及其对水稻籽粒相关性状的影响

为了创制OsBTF3基因沉默的水稻植株、验证该基因在水稻籽粒相关性状中的功能、评价其在水稻遗传改良中潜在的应用价值,设计和合成OsBTF3基因序列的引物、扩增部分基因片段,构建RNAi基因沉默载体、通过农杆菌介导转化愈伤组织、植株再生、潮霉素抗性筛选和PCR验证、定量分析OsBTF3基因表达量,测定转基因水稻籽粒相关性状。结果表明,成功地获得了20个T1代OsBTF3-RNAi转基因株系,OsBTF3基因表达量得到显著的抑制和干扰,抑制效果平均达到85%;与野生型对照株相比,5个所测定RNAi转基因株系的穗长、穗粒数、千粒重和穗粒重等籽粒相关性状明显地减小或降低。因此,RNAi介导的基因沉默导致了OsBTF3基因表达水平抑制以及在籽粒性状中的功能缺失;OsBTF3可能是一个调控水稻籽粒相关性状重要的功能基因。     

水稻qGL3.4调控籽粒大小与株型

籽粒大小与株型对水稻产量具有重要影响,因此其相关基因克隆与功能研究对培育高产水稻具有重大的意义。本研究从以短舌野生稻为供体、华粳籼74 (HJX74)为受体的染色体单片段代换系(SSSLs)中鉴定到一个新的调控籽粒大小与株型的QTL位点qGL3.4。与对照HJX74相比,近等基因系NIL-qGL3.4的粒长、粒宽、千粒重、穗长、穗粒数、一次枝梗数、单株产量与株高显著增加,而NIL-qGL3.4的分蘖数和二级枝梗数与HJX74对应值无显著差异。通过图位克隆,将qGL3.4定位在第3号染色体239.18 kb区间内。细胞学分析表明,NIL-qGL3.4通过调节颖壳细胞的生长进而调控籽粒的大小。分子机理研究表明,qGL3.4可能通过调控籽粒大小相关基因EXPANSINs、GS3、GL3.1、PGL1、GL7、OsSPL13和GS5的表达进而调控籽粒大小。本研究可能为高产与理想株型的水稻培育提供新的靶标位点。     

OsRAMOSA2基因调控水稻的粒形

高产优质是水稻研究的重要目标,水稻产量由单株穗数、每穗粒数、结实率和千粒重等因素决定,而粒长、粒宽和粒厚是影响千粒重的三要素。本研究中,我们克隆到一个影响水稻粒形的基因OsRAMOSA2,通过遗传转化方法,分别获得了OsRAMOSA2基因表达下调(dsRNAiOsRA2)转基因植株和超表达(pUbi::OsRA2)转基因植株。dsRNAiOsRA2转基因种子长宽比增加,粒厚和千粒重降低;而pUbi::OsRA2转基因种子长宽比减小,粒厚及千粒重增加。利用原位杂交的方法揭示出Os RAMOSA2在未成熟种子的幼胚、胚乳、种皮、背部维管束、珠心表皮、珠心突起处、幼胚内的盾片、胚芽、胚根、胚芽鞘、胚根鞘、外胚芽中均有表达。野生型‘ZH11’种子的胚乳细胞中,淀粉粒呈现多面体,形状均一、排列紧密;而在ds RNAi OsRA2转基因种子中,胚乳细胞的淀粉粒变为球状,排列松散。淀粉合成途径中关键酶类编码基因OsSSIIa、OsGBSSI和OsSSIVb在dsRNAiOsRA2转基因植株中的表达被上调,而在pUbi::OsRA2转基因种子中的表达被下调;pUbi::OsRA2转基因种子中的表观直链淀粉含量(apparent amylose content,AAC)相比‘ZH11’显著降低,而dsRNAiOsRA2转基因种子的AAC显著增加。说明OsRAMOSA2可能通过调控淀粉合成途径中关键基因的表达影响籽粒内直链淀粉的合成积累过程进而正调控粒重。     

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。     

一份绿米水稻种质资源的发现及初步研究

稻米色泽是水稻种质资源多样性的重要组成部分,也是满足彩色稻米市场需求的重要物质基础。本研究团队在野生稻种质资源整理过程中发现了一份包含部分绿米(果皮呈绿色)的资源,经过多代自交,获得稳定的高代品系,命名为LM8。LM8光敏感性强,易与亚洲栽培稻杂交,在广西晚稻种植株高为117.7 cm,剑叶长32.1 cm,剑叶宽1.1cm,穗长22.5 cm,有效分蘖数19,株型直立紧凑。千粒重8.73 g,粒长5.76 mm,粒宽2.09 mm,粒型椭圆,富含脂肪和人体所必需微量元素。亲缘关系研究结果表明,LM8属AA基因组,与亚洲栽培稻在同一个组,应不属于野生稻。但是,LM8在发现初期具有有芒、落粒性强、颖壳坚硬呈深褐色等野生性状,因此推测LM8为杂草稻类型。LM8的发现及研究不仅可以促进水稻果皮颜色遗传发育调控网络的建立和完善,也能够为创制绿色稻米水稻新品种提供遗传材料,满足消费者多元化选择并在乡村振兴中发挥重要作用。     

一个控制水稻籽粒长度主效基因--Lk-4(t)的BC2F2群体定位及其遗传效应分析

水稻籽粒大小和形状是影响稻米外观品质和产量的重要影响因素,对控制这些性状基因的定位和克隆有助于弄清籽粒大小基因的表达模式和相应的代谢系统,最终实现该性状的自由调控。运用SSR和CAPs标记对来源于蜀恢527//蜀恢527／小粒回交组合BC2F2群体800隐性长粒单株进行分析,定位了一个控制水稻籽粒长短的基因,Lk-4（t）。对F2和BC2F2群体籽粒大小形状和千粒重的遗传分析表明,回交能将大部分对目的基因效应具有干扰修饰作用的微效基因多态性除去,从而有利于对目的基因型的准确鉴定;在F2和BC2F2群体中只发现两类籽粒长短表现型,即短粒和长粒,并且二者分离比例符合3：1的典型一对等位基因分离比例。这说明群体中籽粒长短变异是受一对基因控制。通过对BC2F2群体中隐性（长粒）单株进行分子标记分析,将这个控制籽粒长短的主效基因定位在3个CAPs标记,P1-EcoRV,P2-SacⅠ和P3-MboⅠ附近。连锁分析表明,Lk-4（t）位于水稻第3染色体着丝粒附近,离标记P1-EcoRⅤ和P2-SacⅠ分别有0．90cM和0．50cM的距离。     

水稻基因组加倍对籽粒大小调控基因表达的影响

水稻是最重要的粮食作物之一,提高水稻产量一直是育种的主要目标。水稻四倍体相对于二倍体具有籽粒变大、粒重增加的特点,研究基因组加倍后籽粒大小基因的调控模式,在育种应用方面具有十分重要的意义。本文以二倍体 -四倍体水稻为材料,分析6个控制籽粒大小基因在幼穗发育中的表达差异,同时结合转基因实验,探讨基因剂量增加对基因表达水平和籽粒大小的影响。结果发现：基因组加倍后,水稻的发育进程不变,但株高增加,叶片变宽,籽粒变大,增大后的籽粒在籼稻表现为长、宽均增加显著,而在粳稻中长度比宽度增加更为明显。进一步分析控制籽粒大小基因的表达差异情况,发现这些基因的表达不仅受发育时期的影响,在籼粳亚种间也明显不同,即受遗传背景的影响。在基因组加倍的情况下,正调控基因GS5、HGW的表达普遍高于对应的二倍体;负调控基因GS3在籼稻D9311中趋于下调或沉默,而在粳稻DBl中趋于上调,GW2在D9311中上调,而在DBl中趋于沉默。通过转基因实验分析负调控基因GW2在二倍体Bl中的表达趋势,发现其在基因剂量线性增加的情况下,表达水平高于二倍体和四倍体,导致其籽粒变小。本研究结果有助于了解水稻中控制籽粒大小的基因在二倍体和四倍体中的表达模式,为高产育种提供理论依据。     

复粒稻种质资源及其遗传育种利用

水稻(Oryza sativa)是世界上最重要的粮食作物之一, 也是单子叶植物发育分子生物学研究的理想模式植物。穗部形态是影响水稻产量的重要因素, 也是当前水稻遗传改良和发育生物学研究的热点之一。复粒稻是发生于水稻穗粒部的一种突变体材料, 在形态上可分为小穗簇生型和颖壳多雌型两种, 有自然突变、杂交变异和理化诱变等多种来源途径。作为一种特异的水稻种质资源, 复粒稻在水稻新材料创建、复粒型新品种选育、改善杂交制种结实性及探讨单子叶植物成花机理等方面具有重要的研究价值, 对创造复粒新型育种材料、提高穗着粒密度及穗粒数、有效缩短穗长度、改良水稻植株性状及提高产量等都具有重要意义。该文综述了复粒稻的资源类型、来源途径、遗传分析、基因定位及其育种利用价值等方面的研究进展, 并提出了今后的研究方向, 以期为水稻遗传育种提供参考。     

水稻分蘖氮响应调控机理研究进展

氮肥是作物产量增加最主要的驱动因素,然而氮肥滥用会造成生态环境的严重破坏。因此,提高作物氮素利用效率(nitrogen use efficiency,NUE)对未来农业可持续发展至关重要。产量性状对氮素的敏感性是衡量作物氮素利用效率的重要指标。禾本科作物的分蘖数、穗粒数和粒重是产量的直接决定因子,虽然影响三者本身的分子机制已有大量研究,但氮素对这些性状的调控机理仍知之甚少。分蘖数是对氮素响应最为敏感的性状之一,也是氮肥促进作物增产的关键要素。因此,研究氮素如何调控水稻的分蘖发育对于提高作物产量尤为重要。本文总结了水稻氮素利用效率的影响因素和分蘖发育的调控机理,聚焦氮素如何调控水稻分蘖发育的机制,并对该领域未来研究工作进行了展望,以期为作物氮高效精准改良提供参考。