利用分子标记和水稻籼粳交双单倍体群体进行遗传作图研究

利用“圭 630”(籼稻 ,Oryza sativa subsp.indica) /“0 2 4 2 8”(粳型广亲和品种 ,O.sativa subsp.japonica)的 F1代花药培养双单倍体植株 ( DH)群体和 RFLP标记构建了一张水稻分子连锁图谱。图上有 2 33个标记 ,覆盖基因组约 2 0 70 c M( centimorgan) ,定位了 2 5个 RFLP新标记、2个染色体端粒和水稻落粒性基因 sh- 2。亲本间的 RFLP主要来源于碱基取代 ,少数来源于 DNA结构的变化。RFLP标记在图谱上的排序与其它图谱基本相同 ,但标记在染色体间和染色体内分配不均 ,这可能与染色体间的遗传稳定性和染色体内的区段变异性 ,以及各区段交换重组活性不同有关。     

水稻染色体G—带的研究

用改良的ASG法首次在籼稻(O.sativa subsp.indica)品种珍汕97和粳稻(O.subsp.iaponica)品种秀岭的有丝分裂染色体上显示了G-带,并作了相应的G-带核型分析。就同一材料来说,随着有丝分裂时期的推进,染色体上带纹数目逐渐减少。籼、粳亚种间相对应的同源染色体上G-带带纹特征彼此相似。讨论了水稻G-带带型与染色体不同区域分化的关系;G-带带型与籼、粳稻分歧的关系;以及G-显带的方法。     

根际微生物促进水稻氮利用的机制

根际微生物影响植物的生长及环境适应性。不同种属、不同种群的植物影响其环境微生物群落;反之,根际微生物也影响宿主植物生长发育与生态适应性。植物与根际微生物的互作现象及其机制,是生命科学研究关注的热点,也是农业微生物利用的关键问题。近期,中国科学家在该领域取得了突破性进展。通过对不同籼稻(Oryza sativa subsp. indica)和粳稻(O. sativa subsp. japonica)品种的根际微生物组进行研究,发现籼稻根际比粳稻根际富集更多参与氮代谢的微生物群落,且该现象与硝酸盐转运蛋白基因NRT1.1B在籼粳之间的自然变异相关联。通过对籼稻接种籼稻根际特异富集的微生物群体可以提高前者对有机氮的利用,促进其生长。该研究揭示了籼稻和粳稻根际微生物分化的分子基础,展示了利用根际微生物提高水稻营养高效吸收的应用前景。     

普通野生稻线粒体蛋白质编码基因密码子使用偏好性的分析

以普通野生稻(Oryza rufipogon Griff.)线粒体基因组为对象,分析其蛋白质编码基因的密码子使用特征及与亚洲栽培稻(O. sativa L.)的差异,探讨其密码子偏性形成的影响因素和进化过程。结果显示:普通野生稻线粒体基因组编码序列第1、第2和第3位碱基的GC含量依次为49.18%、42.67%和40.86%;有效密码子数(Nc)分布于45.32～61.00之间,其密码子偏性较弱; Nc值仅与GC_3呈显著相关,密码子第3位的碱基组成对密码子偏性影响较大;第1向量轴上显示9.91%的差异,其与GC_3s、Nc、密码子偏好指数(CBI)和最优密码子使用频率(Fop)的相关性均达到显著水平;而GC_3和GC₁₂的相关性未达到显著水平。因此,普通野生稻线粒体基因组密码子的使用偏性主要受自然选择压力影响而形成。本研究确定了21个普通野生稻线粒体基因组的最优密码子,大多以A或T结尾,与叶绿体密码子具有趋同进化,但是与核基因组具有不同的偏好性。同义密码子相对使用度(RSCU)、PR2偏倚分析和中性绘图分析显示,普通野生稻线粒体基因功能和其密码子使用密切相关,且线粒体密码子使用在普通野生稻、粳稻(O. sativa L. subsp. japonica Kato)和籼稻(O. sativa L. subsp.indica Kato)内具有同质性。     

水稻籼粳交F2、F6群体遗传连锁图谱的比较分析

以部分基因组和全基因组测序水稻籼稻(O sativa L. indica)品种“培矮64S”(Pei’ai 64S♀)和粳稻(O sativa L. japonica)品种“日本晴”(Nipponbare♂)为构图亲本, 选取F2代180个株系为作图群体, 构建含138个微卫星位点的水稻遗传连锁图谱, 覆盖基因组2 046.2 cM, 平均图距17.1 cM, 即F2 图谱; 采用单粒传法获得F2:6 代330个株系, 用相同的多态性标记分析F6群体, 构建含92个标记连锁图谱, 覆盖基因组2 563.5 cM, 平均图距27.86 cM, 即F6图谱; F2、F6图谱在连锁群数、定位标记数、标记的位置顺序、遗传图距、平均图距等方面发生了较大变化, 并对产生这些差异的原因进行了初步分析。     

杂交稻亲本核糖体DNA的ITS序列比较

以典型粳稻(O．sativa ssp．japonicn)秋光作为外类群,典型籼稻(O．sativa ssp．indica)南京11号作为对照,对两优培9、培两优288、汕优63三个籼型组合的6个亲本的核糖体基因(nrDNA)内转录间隔区(ITS)的全序列进行了比较分析,结果表明：供试材料的ITS序列有较丰富的遗传差异,以ITS序列信息构建的系统树能反映出品种间的亲缘关系,3个组合亲本间遗传距离以超级稻两优培九的亲本9311与培矮64S遗传距离最远．     

普通野生稻线粒体蛋白质编码基因密码子使用偏好性的分析

以普通野生稻（Oryza rufipogon Griff.）线粒体基因组为对象,分析其蛋白质编码基因的密码子使用特征及与亚洲栽培稻（O.sativa L.）的差异,探讨其密码子偏性形成的影响因素和进化过程。结果显示：普通野生稻线粒体基因组编码序列第1、第2和第3位碱基的GC含量依次为49.18%、42.67%和40.86%;有效密码子数（Nc）分布于45.32~61.00之间,其密码子偏性较弱;Nc值仅与GC₃呈显著相关,密码子第3位的碱基组成对密码子偏性影响较大;第1向量轴上显示9.91%的差异,其与GC_3s、Nc、密码子偏好指数（CBI）和最优密码子使用频率（Fop）的相关性均达到显著水平;而GC₃和GC₁₂的相关性未达到显著水平。因此,普通野生稻线粒体基因组密码子的使用偏性主要受自然选择压力影响而形成。本研究确定了21个普通野生稻线粒体基因组的最优密码子,大多以A或T结尾,与叶绿体密码子具有趋同进化,但是与核基因组具有不同的偏好性。同义密码子相对使用度（RSCU）、PR2偏倚分析和中性绘图分析显示,普通野生稻线粒体基因功能和其密码子使用密切相关,且线粒体密码子使用在普通野生稻、粳稻（O.sativa L.subsp.japonica Kato）和籼稻（O.sativa L.subsp.indica Kato）内具有同质性。     

一氧化氮释放体硝普钠对水稻根系的影响

实验材料为粳稻（Oryza sativa ssp．japonica）品种‘秀水ll号’、籼稻（O．sativa．ssp．indica）品种‘湘晚籼11号’。     

粳稻和灿稻D1蛋白光抑制敏感性的差异与其编码基因序列结构特征的相关性分析

粳稻（Oryza sativa L.ssp.japonica)和籼稻（O.sativa ssp.indica)对光抑制的敏感程度存在差异,它们的叶绿体光反应中心Ⅱ核心蛋白D1的稳定性不同。以菌落原位杂交法克隆了粳稻“9516”和籼稻“籼优63”叶绿体D1蛋白的编码基因psaA。核苷酸序列同源比较显示：两在启动子枢和5′－UTR完全相同。编码区存在着个别碱基的差异,但均位于三联体密码的第三位,不影响氨基酸编码特性,在蛋白质氨基酸序列上没有差异,在3′－UTR内存在寡聚U4长度的差异。因此,粳稻和籼稻D1蛋白对光抑制作用敏感性的差异与其蛋白质的氨基酸序列结构无关,可能与调控psaA基因表达的上游因子或光保护机制的差异有关。     

水稻(籼稻)全基因组框架序列研究简介

水稻为世界一半以上的人口提供了主要食物。水稻基因组的常染色质部分长约 43 0个ｍｂ ,是拟南芥基因组长度的 3 .7倍 ,约为人类基因组长度的七分之一。我们最近完成了水稻的籼亚种——— (ＯｒｙｚａｓａｔｉｖａＬ .ｓｓｐ .ｉｎｄｉｃａ)中的全基因组序列草图的绘制 (Ｓｃｉｅｎｃｅ ,2 96 :79～ 92 ,2 0 0 2 )。籼稻在中国与东南亚广泛种植。我们分析的籼稻品种 93＿1 1就是袁隆平院士培育的超级杂交水稻两优培 9(ＬＹＰ9)的父本。水稻基因组全长 46 6ｍｂ ,包含有 46 0 2 2～ 5 5 0 1 5个基因。在已测序的序列中功能区占 92 .0 %。通过…     

The divergence of brassinosteroid sensitivity between rice subspecies involves natural variation conferring altered internal auto-binding of OsBSK2

Japonica/geng and indica/xian are two major rice (Oryza sativa) subspecies with multiple divergent traits, but how these traits are related and interact within each subspecies remains elusive. Brassinosteroids (BRs) are a class of steroid phytohormones that modulate many important agronomic traits in rice. Here, using different physiological assays, we revealed that japonica rice exhibits an overall lower BR sensitivity than indica. Extensive screening of BR signaling genes led to the identification of a set of genes distributed throughout the primary BR signaling pathway with divergent polymorphisms. Among these, we demonstrate that the C38/T variant in BR Signaling Kinase2 (OsBSK2), causing the amino acid change P13L, plays a central role in mediating differential BR signaling in japonica and indica rice. OsBSK2^L13 in indica plays a greater role in BR signaling than OsBSK2^P13 in japonica by affecting the auto-binding and protein accumulation of OsBSK2. Finally, we determined that OsBSK2 is involved in a number of divergent traits in japonica relative to indica rice, including grain shape, tiller number, cold adaptation, and nitrogen-use efficiency. Our study suggests that the natural variation in OsBSK2 plays a key role in the divergence of BR signaling, which underlies multiple divergent traits between japonica and indica.     

Polymorphic proteins in rice seed embryo revealed by two-dimensional gel electrophoresis and their application for subspecies identification

Two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis revealed 10 polymorphic proteins in seed embryos of 29 cultivated rices (Oryza sativa L.) including 16 japonica cultivars, three so-called ‘Javanica’ ones and 10 indica ones. We attempted to use these polymorphic proteins to identify rice subspecies by scoring the polymorphisms. Since all japonica cultivars examined showed the same pattern of protein spots, we considered it to be a standard one with a score of zero, and the protein polymorphisms of other cultivars were given scores of 0.0, 0.5 or 1.0 according to spot density. This scoring method gave characteristic scores for indica and ‘Javanica’ cultivars, i.e. typical japonica cultivars selected as standards presumed the score of 0.0 whereas ‘Javanica’ cultivars and indica ones had the scores of 2.5–4.0 and of 5.0–8.0, respectively. By using this scoring method and the subspecies-specific proteins previously reported, 19 cultivars of unknown subspecies were classified as three indica cultivars and 16 japonica ones including four so-called ‘Javanica’ ones. This scoring method also detected a difference between the perennial wild rice Oryza rufipogon and the annual one O. nivara at the protein level.     

根际微生物促进水稻氮利用的机制

根际微生物影响植物的生长及环境适应性。不同种属、不同种群的植物影响其环境微生物群落; 反之, 根际微生物也影响宿主植物生长发育与生态适应性。植物与根际微生物的互作现象及其机制, 是生命科学研究关注的热点, 也是农业微生物利用的关键问题。近期, 中国科学家在该领域取得了突破性进展。通过对不同籼稻(Oryza sativa subsp. indica)和粳稻(O. sativa subsp. japonica)品种的根际微生物组进行研究, 发现籼稻根际比粳稻根际富集更多参与氮代谢的微生物群落, 且该现象与硝酸盐转运蛋白基因NRT1.1B在籼粳之间的自然变异相关联。通过对籼稻接种籼稻根际特异富集的微生物群体可以提高前者对有机氮的利用, 促进其生长。该研究揭示了籼稻和粳稻根际微生物分化的分子基础, 展示了利用根际微生物提高水稻营养高效吸收的应用前景。     

籼稻颖花分化与退化对不同播期温光的响应

试验以三系杂交籼稻‘五优308’和‘天优华占’以及常规籼稻‘黄华占’为材料,在大田条件下,设置10个播期,研究田间不同温光条件对籼稻生育期天数、颖花分化和退化数的影响.结果表明: 温度对3个籼稻品种生育期的影响比日照长度大,平均温度升高1 ℃,播种-穗分化始期天数平均减少1.5 d,而穗分化历期天数与光照和温度的关系均不密切.不同播期间每穗颖花数和颖花分化数存在显著差异.穗分化期间平均温度、最高温度和最低温度升高,有效积温增加,昼夜温差扩大,光辐射增强,有利于穗分化期干物质积累和颖花分化,各品种趋势一致.穗分化期间有效积温增加50 ℃,颖花分化数增加10.5朵,昼夜温差扩大1 ℃,颖花分化增加14.3朵,总光辐射量增加50 MJ·m^-2,颖花分化数增加17.1朵.颖花退化率与温度呈现二次项相关,极端高温或极端低温的自然条件不利于颖花形成,但低温天气对颖花退化的影响大于高温.温度低于临界温度,颖花退化率大幅增加,穗分化期临界积温为550～600 ℃,日平均温度为24.0～26.0 ℃,日最高温度为32.0～34.0 ℃,日最低温度为21.0～23.0 ℃.适宜高温、昼夜温差大、光照辐射强的自然条件利于颖花分化,并减少颖花退化.     

水稻穗长基因PAL3的克隆及自然变异分析

穗型是决定水稻(Oryza sativa)产量的关键因素之一。我们从粳稻品种圣稻808 (SD808)的EMS诱变突变体库中发现4份短穗突变体,这些突变体的穗长、一级枝梗数、二级枝梗数和穗粒数发生不同程度的降低。基因定位和图位克隆表明,这些突变体的表型受同一基因控制,将该基因命名为PAL3 (PANICLE LENGT...     

利用低温水浴鉴定水稻苗期耐寒性

高效准确鉴定苗期耐寒性是水稻(Oryza sativa)耐寒研究的前提。基于流动水浴温度均一这一特性, 建立了一种恒温水浴鉴定水稻幼苗耐寒性方法。该方法中环境温度设定为20°C, 水浴温度设定为4°C。根据对2个水稻亚种不同材料的处理结果, 总结出几种常见品种的低温处理时间与存活率参考值, 并对操作过程中的一些注意事项进行了说明。     

利用低温水浴鉴定水稻苗期耐寒性

高效准确鉴定苗期耐寒性是水稻(Oryza sativa)耐寒研究的前提。基于流动水浴温度均一这一特性, 建立了一种恒温水浴鉴定水稻幼苗耐寒性方法。该方法中环境温度设定为20°C, 水浴温度设定为4°C。根据对2个水稻亚种不同材料的处理结果, 总结出几种常见品种的低温处理时间与存活率参考值, 并对操作过程中的一些注意事项进行了说明。     

2016年中国植物科学若干领域重要研究进展

2016年中国植物科学持续稳步发展, 表现在中国植物科学家在国际主流高影响力学术期刊发表文章的数量稳中有升, 中国植物科学领域的期刊逆风出行, 进入研究性期刊世界前三甲行列。中国科学家在植物学诸多领域取得了丰硕的成果。水稻(Oryza sativa)产量性状杂种优势的分子遗传机制解析入选2016年中国科学十大进展; 植物受精过程中雌雄配子体信号识别机制的研究和独脚金内酯的受体感知机制入选2016年生命科学十大进展。我国植物科学, 特别是以水稻为代表的作物研究在国际学术界已占有一席之地。例如, 在水稻组学(如基因组和转录组等)资源和技术平台的建立、重测序的开发及功能基因的克隆和调控网络的解析方面取得了系列重要成果(如揭示了独脚金内酯信号转导的“去抑制化激活”机制、从分子水平上阐释了水稻籼粳杂种不育和广亲和性基因S5的作用机理及发现了控制水稻耐冷的基因组位点), 已经引领世界水稻乃至作物科学研究。该文对2016年中国本土植物科学若干领域取得的重要研究进展进行了概括性评述, 旨在全面追踪当前中国植物科学领域的发展前沿和研究热点, 与读者共享我国科学家所取得的杰出成就。