稻米淀粉品质性状的资源筛选和相关基因初步鉴定北大核心CSCD

淀粉是稻米品质形成的主要理化基础,也是水稻品质改良的重要育种目标。本研究旨在挖掘包含不同淀粉含量的特异种质和鉴定其相关的基因型,为完善水稻淀粉合成调控网络及水稻优质育种工作提供有用信息。以江苏南京水稻种质资源国家野外科学观测研究站收集的119份种质资源为材料,运用改进的免煮简易法测定供试材料的直链淀粉含量;以直链淀粉含量极高、低的材料,利用开发的dCAPS分子标记鉴定其Wx基因型。测定直链淀粉含量极高的15份材料的抗性淀粉含量,并选取3份高抗性淀粉材料,以日本晴为对照,进行SSⅢa与SBEⅡb两个基因的序列比对和基因型鉴定。结果表明,改进的免煮简易法准确性与现行国标法结果相当,但操作更加简便容易。供试材料的直链淀粉含量大部分处于9.0%~33.0%之间,抗性淀粉含量位于1.0%~4.5%之间。dCAPS分子标记鉴定表明高直链淀粉材料的Wx基因型一般为Wxa型。通过序列比对,发现相对于日本晴,SSⅢa基因在3个高抗性淀粉材料(立新粳、南特号、郴晚3号)有3处共同突变,其中第三外显子+2362位为错义突变;SBEⅡb在2个高抗性淀粉品种(立新粳与南特号)第四外显子+96位检测到共同的错义突变。这些错义突变可能是导致水稻抗性淀粉含量增加的原因,这为下一步精确定向编辑目标基因,创制淀粉品质性状优异新种质奠定了基础。     

薏苡属种质资源Waxy基因分型及优异资源筛选

薏苡是重要的药食同源作物,在膳食结构多样性生产中具有重要意义。本研究旨在深入分析薏苡种质资源的粳、糯性特征,并筛选优异资源作为品种选育和生产应用的基础材料。通过大田试验进行表型分析,供试资源的农艺性状和籽粒性状均表现出丰富的遗传多样性。利用碘试剂快速染色法对116份薏苡属资源进行胚乳类型鉴定,并通过Waxy基因分型技术筛选优异薏苡资源。结果显示,在全部资源中,29份野生型资源糯性籽粒百分率在0～25.00%之间,均表现出粳性(非糯性)特征。87份栽培资源中粳、糯性胚乳类型均存在,包括纯粳性资源8份,纯糯性资源17份,62份材料以两种胚乳类型的混杂形式。根据表型鉴定和单籽粒的粳糯性分型,筛选出16份遗传稳定、性状差异明显的优良株系,其中,糯性材料14份,其总淀粉含量为57.82%～71.51%,直链淀粉含量为0～4.98%;粳性材料2份,总淀粉含量分别为67.33%和65.65%,直链淀粉含量分别为23.75%和25.48%。PCR检测结果显示,14份糯性品系扩增出单一的550 bp片段,2份粳性品系扩增出单一的约850 bp片段。糯性和粳性株系材料的直连淀粉和支链淀粉含量差异明显,而且...     

用于筛选直链淀粉含量为中等的籼稻品种的分子标记

用PCR AccⅠ分子标记检测方法 ,检测了来自不同地区的 6 3个栽培水稻品种 (系 )蜡质基因第 1内含子剪接供体 1位碱基是G或是T。另外 ,还测定了这些水稻成熟种子的直链淀粉含量。结果显示该位置是G碱基的水稻品系成熟种子中直链淀粉含量均高于 2 0 % ,该位置是T的均低于 18%。在杂交育种过程中 ,这一分子标记可用于预测水稻植株种子的直链淀粉含量。对高直链淀粉含量的水稻亲本与中等直链淀粉含量的水稻亲本之间 5个籼型杂交组合F2 群体的分析表明 ,蜡质基因第 1内含子 1位碱基是G或是T与水稻种子中直链淀粉含量的高或低是紧密连锁 ,共同分离的。这些结果表明PCR AccⅠ分子标记检测方法可用于选育中等直链淀粉含量的籼稻新品系     

转反义蜡质基因水稻亲本后代性状分析

以单质粒转化的粳稻广粳一号和双质粒共转化的籼稻01早5202所获得的转反义蜡质基因水稻后代为供试材料, 通过潮霉素抗性、PCR检测等手段分析了外源基因的遗传分离特性, 同时, 还分析了转基因材料的直链淀粉含量、waxy蛋白含量的变化特性。结果表明, 无论是采用标记基因(hpt)与目的基因(Anti-sense waxy)连锁的单质粒转化, 还是采用双质粒共转化, 其供试的后代植株材料都发生了外源基因分离现象, 且转基因植株材料的直链淀粉含量都有所下降, 有些单株的直链淀粉含量已降至10%(质量百分比)以下, 远低于对照(其直链淀粉含量为22.04%); SDS-PAGE检测结果显示, 供试的转基因材料的waxy蛋白的含量与对应的直链淀粉含量呈正相关性。     

云南软米直链淀粉含量的遗传分析与基因定位

以低直链淀粉( 软米)品种毫木细与高直链淀粉品种桂朝2号杂交F2代分离群体为试验材料,研究水稻低直链淀粉含量的遗传规律和基因定位。结果表明,软米品种毫木细直链淀粉含量受一个隐性主效基因/QTL控制,该基因位点（QTL）与糯性基因(wx)为非等位。除主效QTL外,可能还有微效基因的作用。用SSR标记检测到该主效基因/QTL位于11号染色体上RM224附近,LOD值为15.4,可解释的表型变异率为32%。     

黄淮冬麦区不同时期主推品种淀粉合成酶基因分子标记鉴定

利用普通小麦直链淀粉合成酶GBSS基因及支链淀粉关键合成酶SSⅡ基因的特异分子标记鉴定了黄淮冬麦区自20世纪50年代以来253份主推品种,发现8份品种缺失Wx-B1基因,其中5份材料（小偃168、秦麦1号、83S502、山东935031、山东928802）是新发现的缺失Wx-B1基因的小麦品种,未发现Wx-A1、Wx-D1基因缺失类型品种;所鉴定253份品种的SSⅡ基因均为野生型,未发现缺失突变类型。通过对8份缺失Wx—B1基因品种直链淀粉含量分析,发现这些品种的直链淀粉含量差异较大．变异范围为19．9％-33．0％,其中豫麦47、83S502和中育5号3个品种的直链淀粉含量较低,分别为19．9％、21．3％和26．4％,可以用于优质面条小麦品质改良。     

优质稻米‘青香软粳’低直链淀粉含量形成分子机制的初步研究

Waxy（Wx）基因在调控直链淀粉含量形成过程中起着重要的作用,是稻米蒸煮食味品质的一个关键决定因素。在本项研究中,我们以直链淀粉含量为8.7%和10.2%的优质稻品种‘青香软粳’和‘南粳46’为主要研究对象,初步分析并探讨了这两个优质稻品种稻米低直链淀粉形成的分子调控机理。结果显示,虽然都为Wx-II型粳稻品种,‘南粳46’的Wx基因在启动子1773位置存在AA/CT的变异,‘南粳46’和‘青香软粳’的Wx基因在启动子＋693位置具有G/A位点多态性。转录水平分析表明,在‘南粳46’和‘青香软粳’稻米发育过程中,Wx基因的表达模式有较大的差异,可能与其启动子序列的多态性相关,AA/CT变异处于Wx基因的转录调控区。Wx基因启动子后＋693位点的多态性与已报道Wxmq多态性位点之一相同,引起Arg158/His158的变异;生物信息学软件分析表明,该位点处于底物进入Wx蛋白催化中心的袋口上,Arg158/His158位点的变异可能影响到底物进入Wx蛋白催化活性中心的速率,从而影响稻米直链淀粉的合成过程和含量。文章丰富了Wx基因多态性的研究,为进一步验证其核苷酸变异与稻米直链淀粉含量的相关性奠定了基础。     

黄淮麦区小麦品种(系)中Yr26基因的SSR检测

选用与Yr26紧密连锁的SSR标记Xgwm11和Xgwm18结合田间抗性鉴定,对239份黄淮麦区小麦品种(系)进行检测,以明确Yr26基因在黄淮麦区小麦品种资源中的分布.结果表明:共有35份品种(系)含有与Yr26紧密连锁的SSR标记Xgwm18或Xgwm11的特征带,占检测样本的14.6%.在这35份材料中,31份田间抗性鉴定表现免疫至中抗,4份表现中感.分子标记检测与田间抗病性检测吻合度较好,该标记可以用于Yr26基因的分子标记辅助选择.综合分子标记和田间鉴定,31份小麦(系)含有Yr26基因,占102份抗病材料的30.39%.     

青海省小麦品种中Yr10和Yr15基因及其1BL/1RS易位的分子检测

利用抗条锈病基因Yr10和Yr15的SCAR和Barc8标记以及1BL/1RS易位的复合标记,对青海省育成和引进的137份小麦品种进行检测,以明确Yr10和Yr15基因以及1BL/1RS易位在青海小麦品种资源中的分布.结果显示:在137份材料中,有4份检测到Yr10基因,19份检测到Yr15基因,分别占参试材料的2.9%和13.9%,没有检测到同时携带Yr10和Yr15基因的材料;有22份材料为1BL/1RS易位,占参试材料的16.1%.研究表明,青海省大部分小麦抗锈品种及1BL/1RS易位品种为外引种品种.     

400份小麦品种（系）条锈病成株期抗性鉴定与评价

发掘新抗源,不断拓宽抗病遗传资源,是确保农业生产可持续发展的重要战略储备。为明确400个小麦品种(系)的抗条锈表现及抗条锈基因分布状况,本研究利用混合小种(CYR31、CYR32和CYR33)在田间进行成株期条锈病抗性鉴定,同时以Yr5、Yr9、Yr10、Yr15、Yr17、Yr18和Yr26已知抗条锈病基因的分子标记进行检测筛查,综合分析供试材料可能携带的抗病基因。结果表明,在400份材料中,成株期对混合菌种表现高抗至免疫(IT=0～1)的品种(系)有177份,占44.25%;中抗(IT=2)品种(系)62份,占15.5%;中感或高感(IT=3/4)品种(系)161份,占40.25%。结合抗病表现和已知Yr基因分子检测结果表明:供试小麦中121份材料携带Yr5,占30.25%;96份携带Yr9,占24%;10份携带Yr10,占2.5%;19份携带Yr15,占4.75%;150份携带Yr17,占37.5%;15份携带Yr18,占3.75%;127份携带Yr26,占31.75%。其中定西24、N7187等25份材料未发现携带Yr5、Yr9、Yr10、Yr15、Yr17、Yr18和Yr26,推测可能含有其他未知抗性基因或新基因。该研究结果建立了小麦条锈病抗源鉴定和评价体系,筛选出177份具有不同抗病性特征的抗源材料,其中25份可能含有新抗源,为进一步培育抗条锈病新品种奠定了基础。     

小麦地方品种淀粉颗粒结合蛋白及淀粉含量差异研究

淀粉颗粒结合蛋白包含了多种淀粉生物合成的关键酶,对作物淀粉品质有重要影响。本研究利用1D-SDS-PAGE,分离了74份四川、西藏及云南毗邻地区小麦的淀粉颗粒结合蛋白,对突变材料进行了分子标记检测,对总淀粉和直链淀粉含量差异进行了比较。发现供试材料中,在分子量57～130 kDa区域共有9种不同的蛋白条带。其中,2个条带可能为新的淀粉颗粒结合蛋白;存在12份Wx-B1缺失的自然突变体和3份稀有的SGP-B1缺失突变体;筛选到直链淀粉含量超过30%的材料2份,直链淀粉含量为15%左右的材料10份。这些材料为小麦淀粉品质改良及淀粉生化合成机理研究提供了基础。     

国内外香稻资源遗传多样性研究

收集来源于16个国家和地区的345份香稻和89份非香材料开展了遗传多样性研究。利用分布于12条染色体上77对SSR标记,共检测出573个等位基因位点,多态信息含量(PIC)变幅为0.090~0.845,平均为0.516;基因多样性(GD)变幅为0.091~0.859,平均为0.573;主效等位基因频率(MAF)平均为0.540,变幅从0.251~0.953。聚类分析和群体结构分析将434份材料分成3个亚群,亚群与亚群间FST平均为-0.116,变幅从-0.623~0.494;据Nei’s方法计算的亚群间遗传距离从0.207~0.355;各亚群内的主效等位基因频率为0.408~0.746,基因多样性变幅为0.354~0.699,多态信息含量则从0.320~0.658。通过对18个水稻品种中的6个线粒体基因测序结果发现5个基因内不存在核苷酸的差异,仅Mit4中包含了3个SNP的两种基因型,可以作为反应籼粳分化与香味基因进化的重要功能标记。本研究较为系统地反映了不同香稻材料间以及与非香稻资源间的亲缘关系,为进一步了解国内外香稻种质资源和优质香稻育种提供了重要的参考依据。     

应用CRISPR/Cas9技术创制低直链淀粉含量水稻种质

Wx基因直接控制水稻胚乳直链淀粉的合成,进而影响胶稠度等多个品质指标,是控制稻米食味的主效基因。适当降低稻米的直链淀粉含量可改善稻米品质。吉丰B是籼型优质杂交稻保持系,直链淀粉含量偏高,影响组配后代的食味品质。本研究以吉丰B为试验材料,对Wx基因编码区上游序列进行编辑,以期获得Wx基因表达下调,直链淀粉含量降低的水稻种质。以农杆菌为介导进行转基因,获得9个转基因株系,从后代中筛到2个大片段缺失的变异株系L8和L9。它们的Wx基因表达大幅下调,直链淀粉含量极显著降低,胶稠度和食味品质也有所改善。L8和L9糙米外观有很大差异,L8与糯米相近,L9与粘米类似。综上所述,本研究利用CRISPR/Cas9技术编辑Wx基因编码区上游序列,获得两份低直链淀粉含量水稻种质,该结果为稻米品质改良研究提供了参考。     

辽宁地区水稻资源抗稻瘟病基因的检测分析

为了明确辽宁地区水稻资源中抗稻瘟病基因的分布情况及抗病效应,选取辽宁地区水稻资源176份,鉴定了抗稻瘟病基因pi21、Pi36、Pi37、Pita、Pid2、Pid3、Pi5及Pib在这些材料中的分布情况,并接种鉴定了这些材料对稻瘟病的抗性。结果表明:176份供试材料中,83份对稻瘟病表现抗病,栽培稻、杂草稻及农家种中抗病品种所占的比率分别为41.48%、1.14%及4.54%。抗稻瘟病基因pi21、Pi36和Pi37在所有参试材料中均未检测到,且分别有74份、49份、47份、52份及89份材料携带Pita、Pid2、Pid3、Pi5及Pib的抗病等位基因。抗病基因绝大部分分布在栽培种中,农家种和杂草稻中分布较少。不含有抗稻瘟病基因和只携带单个抗病基因的材料对稻瘟病的抗性均较差,而抗病基因聚合可不同程度提高材料的抗性。经检测,不含有本试验鉴定的pi21等8个已克隆抗病基因的材料共32份,其中表现抗病的占21.87%;只携带1个抗稻瘟病基因的材料为52份,表现抗病的占17.31%;携带2个抗稻瘟病基因的材料为39份,表现抗病的占69.23%,其中以携带Pita+Pi5的材料最多(14份),且均表现抗病;携带3个抗稻瘟病基因的材料为31份,表现抗病的占77.42%,以携带Pita+Pid3+Pi5的材料抗性最强;携带4个抗稻瘟病基因的水稻材料22份,表现抗病的占72.73%,携带5个抗病基因的水稻材料未检测到。     

导入反义蜡质基因改良水稻稻米的食味品质和营养品质

经PCR、Southern blot和稻米GUS检测,蜡质基因反义片段与gus构成的融合基因已整合到8株水稻基因组中,并能正确表达。通过稻米GUS染色追踪分析获得转反义蜡质基因纯合后代。将转基因植株的稻米送农业部稻米及制品质量监督检验测试中心进行糙米蛋白质含量和直链淀粉含量测定。结果显示：（1）在转反义蜡质基因纯合的超2-10粳稻后代中,大多数单株糙米在直链淀粉含量降低的同时,蛋白质含量有不同程度提高,糙米蛋白质含量和直链淀粉含量呈显著负相关关系;（2）对照糙米直链淀粉平均含量和糙米蛋白质平均含量分别为13.4%和9.5%。在转基因植株中,稻米直链淀粉含量最低的为11.4%,而蛋白质含量也相对最高,为13.5%。本试验结果表明在水稻中导入反义蜡质基因不仅能够降低水稻稻米的直链淀粉含量,还有可能提高水稻稻米的蛋白质含量。     

籼爪交水稻F_2群体的蒸煮食味品质研究

分析了籼型高直链淀粉恢复系CG133R与糯性爪哇稻22号杂交衍生的F2群体的蒸煮品质变异及其与淀粉粘滞性特征间的相关性,以及F2群体颗粒结合淀粉合成酶(Wxa基因)和可溶性淀粉合成酶(SSⅡ-3基因)主效基因的遗传。结果表明:蒸煮品质指标和RVA谱特征值在F2群体中广泛分离,其中变异最大的是消减值,其次为胶稠度、直链淀粉含量。高直链淀粉材料各理化指标与RVA谱特征值的相关性不显著;RVA谱特征值在中、低直链淀粉含量和糯稻群体中与各理化指标存在显著或极显著相关;在中、低直链淀粉材料中,RVA谱特征值与糊化温度(GT)也存在显著或极显著相关。用Wxa基因和SSⅡ-3基因的分子标记检测到这两个基因在F2群体中存在偏分离,分别指向两个亲本类型。除高直链淀粉材料外,可以通过RVA谱特征值来辅助筛选优质水稻品种。     

同源四倍体水稻籼型突变体Wx基因序列分析及特异识别分子标记的建立

同源四倍体水稻突变株D4063-1直链淀粉含量比来源二倍体明恢63下降一半,即其直链淀粉含量为5.23%。为研究其直链淀粉含量下降的原因, 根据普通水稻Wx基因设计引物, 扩增测序获得了D4063-1Wx基因的全序列, 并与已报道的Wx基因进行比对分析; 同源四倍体水稻D4063-1Wx基因最显著变化为在外显子序列中发生碱基缺失, 导致移码突变, 在第9外显子终止密码子提前出现。D4063-1Wx基因碱基位点的变化还导致其序列上酶切位点的变化,对常用限制性内切酶位点分析结果表明, 同源四倍体水稻相对于籼稻和粳稻多了2个sphⅠ酶切位点, 相对于粳稻减少了6个AccⅠ, 增加了4个XbaⅠ, 1个XhoⅠ, 1个PstⅠ和1个SalⅠ酶切位点。聚类分析表明D4063-1Wx基因序列与籼稻亲源关系较近, 由此推测D4063-1Wx基因来源于籼稻的Wxa基因型。另外, 根据D4063-1Wx基因的碱基差异, 推测D4063-1Wx基因外显子碱基变化导致的RNA加工障碍是其直链淀粉降低的主要原因, 并可能与其米饭较软等品质相关。本研究还根据D4063-1和籼稻、粳稻的序列差异及D4063-1在该片段上的特征序列位点设计了用于识别D4063-1的寡核苷酸片段,并作为PCR反应的引物命名为AUT4063-1,将该引物与作者设计的扩增普通籼稻、粳稻Wx基因的引物F5配合使用, 建立了识别D4063-1的显性和共显性两种检测方式的分子标记, 为快速、准确鉴别低直链淀粉含量突变体D4063-1创造了条件。     

基于引物扩增受阻突变技术开发水稻耐冷基因CTB4a特异性分子标记

水稻(Oryza sativa)作为热带与亚热带起源的作物对低温敏感.对水稻种质进行耐冷性鉴定,能筛选出耐冷性强的种质,发展耐冷基因分子标记,能够有效鉴别种质中耐冷基因的基因型.本研究使用芽期4℃低温处理10d对41份水稻材料进行芽期耐冷鉴定,对品种的芽期耐冷能力进行评价,获得了参试材料中除了'昆明小白谷'之外的芽期耐冷性最强的品种'南特号'.对已克隆的耐冷基因CTB4a开发分子标记,能够辅助选择水稻的耐冷育种.水稻孕穗期耐冷基因CTB4a来源于'昆明小白谷',能够影响水稻抵抗低温的能力.参照公布的CTB4a序列信息,从中挑选出序列中的作用位点SNP(单核苷酸多态性,single nucleotide polymorphism),结合引物扩增受阻突变技术(Penta-primer amplification refractory mutation system,PARMS),用Primer 6.0设计引物,建立CTB4a基因荧光分子标记GM-CTB4a,使用荧光分子标记GM-CTB4a对41份水稻品种进行鉴定,使用酶标仪在'昆明小白谷'中检测到利用标记扩增产物中包含'昆明小白谷'特异SNP、T碱基引物携带的FAM荧光信号,在另外40份品种的扩增产物中检测到包含作用位点的C碱基引物携带的HEX荧光信号.本研究利用设计的分子标记,鉴定了 41份水稻品种的耐冷性和基因型.比对分析耐冷性和基因型鉴定结果,说明我们开发的分子标记GM-CTB4a特异性较强,具有实际应用价值.研究结果为利用水稻孕穗期耐冷基因CTB4a培育强耐冷水稻品种奠定坚实基础.     

小豆种质资源子粒淀粉和支链淀粉含量分析

对小豆主产区的325份种质资源的子粒总淀粉和支链淀粉相对含量进行了鉴定评价.结果表明:小豆子粒中总淀粉含量为44.79%～67.44%,平均为57.06%;支链淀粉相对含量为62.61%～98.94%,平均为82.24%;品种间差异均达极显著.筛选出总淀粉高于62.64%和支链淀粉相对含量高于93.57%的种质资源各16份、直链淀粉相对含量高于29.14%的种质资源13份.     

稻瘟病抗性基因Pita和Pib在我国水稻主栽品种中的分布

主效抗稻瘟病基因Pita和Pib在我国很多稻区表现高水平的稻瘟病抗性,被广泛应用于我国的水稻育种和生产.但这2个基因在国内主栽品种中的分布及利用情况一直缺乏详细的资料,致使育种利用上存在着盲目性.本研究利用源于Pita和Pib基因本身的特异性分子标记,结合稻瘟病菌接种鉴定,检测和分析了我国58份水稻主栽品种(杂交稻亲本)的Pita和Pib抗性基因型.结果表明,特籼占25、佳禾早占、密阳46、测64-7等4个籼稻品种携带Pita和Pib 2个基因;籼小占等4个籼稻品种(系)和早丰9号等5个粳稻品种携带抗性基因Pita;绵恢501等5个籼稻品种(系)和粳稻品种武育粳7号、辽粳454携带抗性基因Pib.