水稻根系遗传育种研究进展

根系作为水稻(Oryza sativa)植株的重要组成部分, 在水稻生长发育过程中发挥多种作用, 包括植物的固定、水分和营养物质的获取以及氨基酸和激素的生物合成等, 其形态结构和生理功能与水稻产量和稻米品质以及抗性等密切相关。目前, 通过遗传及生化等诸多手段, 已挖掘到较多水稻根系QTLs与控制基因。该文综述了水稻根系QTL和基因的研究进展, 并对未来根系研究进行展望, 以期为进一步克隆水稻根系基因和完善水稻理想株型模型提供参考。     

水稻典型品种日本晴和IR24根系微生物组的解析

植物的各项生命活动与其根系微生物组密不可分,且根系微生物组的组成易受到植物生长环境和基因型的影响。为进一步探究中国北方地区种植的不同品种水稻根系微生物组的差异及其相互作用机制,本研究以种植于北京昌平和上庄农场的水稻典型品种日本晴(Nipponbare)和IR24为研究对象,基于16S rRNA基因扩增子测序技术获得根系微生物组序列,利用多样性分析、组成型分析、机器学习的随机森林和网络分析等方法,对旺盛生长期的两种不同品种的水稻根系微生物组进行详细比较。研究发现,种植地点和水稻基因型显著影响了水稻根系微生物组的群落结构,不同基因型导致了根系微生物组在物种分类组成上以及细菌间相互关系的差异,而且根系微生物组能作为生物标记跨地点区分宿主的基因型。本研究结果为深入理解我国北方种植的水稻根系微生物组的组成规律以及从根系微生物与植物互作的角度对品种进行改良提供了数据和理论基础。     

水稻根系研究进展

水稻(Oryza sativa)是我国最重要的粮食作物之一, 在保障国家持续的粮食供给中扮演着重要角色。根系作为水稻生长发育必不可少的器官, 间接地决定着水稻地上部产量、品质、抗逆及广适性等诸多农艺性状的表现。近年来, 随着水稻根系法的不断改进和图位克隆技术的完善及广泛应用, 水稻根系研究也取得了较大进展, 并已成功定位、分离、克隆了一些控制水稻根系的相关基因。该文从水稻根系法、相关性、基因定位、克隆及功能解析等层面综述了国内外水稻根系的研究进展, 并阐述了水稻根系研究存在的问题和今后研究的重点。     

早籼杂交水稻根系生理特性的研究

以早籼杂交水稻及其亲本三系为材料,对它们在不同生育期根系生长量和活力的动态变化、根系再生能力以及根系对~(32)P中的吸收等进行了探讨和分析。试验结果表明,早籼杂交水稻根系生长量和活力、根系再生能力及对~(32)P的吸收机能等都有明显的优势。但生育后期杂交水稻根系活力下降幅度较大,需加强田间管理,防止根系早衰。近年来,杂交水稻的生理研究已取得了     

C2H2型锌指基因 OsZPT5-07调节水稻根系的发育

根系是水稻的重要营养器官,起固着、吸收养分和水分的作用。已有的表达分析结果显示,水稻C2H2型锌指基因OsZPT5-07主要在水稻根系中表达,推测该基因可能参与调节水稻根系的发育。为了分析OsZPT5-07的功能,我们构建了OsZPT5-07的过量表达载体ProUbi:OsZPT5-07和抑制表达的RNAi载体pTCK303-OsZPT5-07,将这两种载体转到粳稻品种中花15后,分别获得了18个过量表达和21个抑制表达的转基因株系。观察这些转基因水稻幼苗的根部形态,发现增强OsZPT5-07的表达能明显促进水稻幼苗根系的生长;而减少OsZPT5-07的表达则明显抑制水稻幼苗根系的生长。这些结果表明,OsZPT5-07可能参与调节水稻根系的发育。     

水稻根系泌氧对土壤微生物区系及氮素矿化影响的研究进展

根系泌氧(radial oxygen loss,ROL)是水稻在长期淹水状况下从土壤中有效获得养分的重要机制之一,对水稻的生长发育具有重要意义。近年来,研究人员发现并阐明了水稻根系泌氧对于包括厌氧菌、好氧菌及兼性厌氧菌在内的土壤微生物种群数量和种群多样性的影响;大量研究也报道了根系泌氧能促进水稻根际土壤中有机氮的矿化。土壤有机氮矿化与土壤中的微生物区系密切相关,二者之间的相互作用进一步促进水稻对氮素营养的吸收与代谢。本文就水稻根系泌氧对土壤微生物区系和有机质矿化作用的影响进行综述,系统介绍了水稻根系泌氧可能的机理、对微生物区系的影响以及对有机氮矿化的促进作用,提出了目前水稻根系泌氧研究所面临的问题,并展望了水稻根系泌氧的研究前景。     

黄河水灌溉水稻根系及植株生态效应的研究

沿黄稻区是一个水稻新区 ,具有独特的生态类型。由于黄河水携带有大量泥沙并含有一定量的营养物质 ,使得在黄河水灌溉条件下水稻根系及植株的生育状况与井水灌溉有较大不同。从目前的报道来看 ,对井灌条件下水稻根系及根系对地上部发育的影响进行了较多研究 ,从不同角度探讨了水稻根系的发育规律及其对产量的影响。川田信一郎曾对不同水分条件下根的发育形态以及施用堆肥对水稻“浅层根”分布进行了研究[10 ],番场宏治研究了土壤水分条件对水稻根分布的影响[9],山崎耕宇研究了水稻根系的形成及其与产量的关系[8]。于贵瑞等研究了高产水稻群…     

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。     

鸭稻共作方式对水稻生长的影响

对鸭稻共作生产方式下水稻几个生育期的株高、叶面积指数、生物量、根系活力、根系形态特征指标等进行了对比研究。结果表明,鸭稻共作生态模式中由于鸭子的活动,对水稻生长发育具有一定影响。与常规水稻栽培方式相比,鸭稻共作方式下水稻株高、叶面积指数、生物量有减小的趋势,而且在有效分蘖期和幼穗分化期存在着显著或极显著差异。鸭子活动对水稻根系生长状况(根/冠比、根系活力)也具有一定作用,与常规水稻栽培方式相比,鸭稻共作方式下水稻根冠比和根系活力有增加趋势,根冠比在幼穗分化期达到显著差异,根系活力在有效分蘖期存在显著差异;鸭稻共作方式下水稻根系总长变化无明显规律,根系表面积与常规栽培方式下相比无显著差异。     

OsPIN1a基因在水稻植株不同组织表达与定位研究

目的:为了探讨水稻生长素极性运输输出载体蛋白OsPIN1a的在水稻不同组织的作用和分布。方法:以带有GFP和GUS标记的转OsPIN1a基因水稻和野生型中花11水稻为研究材料。通过PCR方法检测抗性标记基因潮霉素基因判断植株是否阳性;通过半定量RT-PCR方法分析OsPIN1a基因在转基因植株幼穗、叶片、根系的表达;通过GUS组织染色检测OsPIN1a在幼穗、叶片、根系中的活性;通过激光共聚焦显微镜观察OsPIN1a-GFP蛋白在根尖亚细胞定位情况。结果:实验所用的水稻株系均为转基因株系;RT-PCR检测发现,在根尖、叶片和幼穗中hpt和OsPIN1a基因均有表达;GUS组织染色结果表明,幼穗、叶片、根系均有GUS活性,其中在幼嫩的组织中表达量最大,如刚萌发种子胚芽鞘、花药和柱头;GUS活性受外源生长素诱导而受生长素极性运输抑制剂(TIBA)的抑制;激光共聚焦显微镜观察发现,OsPIN1a-GFP蛋白主要分布在根尖细胞膜上。结论:实验表明OsPIN1a基因参与了水稻各个器官和组织的发育,这些组织发育可能都受到生长素极性运输的调控。     

低温潜沼性逆境下不同耐受能力水稻根系动态变化

水稻根系生长分布与地上部生长及产量形成密切相关,定量研究低温潜沼性逆境下水稻根系分布特征对改进稻田管理方式及耐潜品种的选育等具有重要意义。以4个耐潜等级的8个水稻品种为实验材料,在水稻栽培环境模拟系统中连续栽植3年(2012—2014年),研究水稻根系在低温潜沼性逆境下的动态变化规律和分布规律,明确低温潜沼性逆境下水稻根系变化与产量构成的关系。结果表明:1)低温潜沼性逆境下水稻根系长度和数量的M值(绝对变化率)均大于0,P值(相对变化率)均小于0。表明,低温潜沼性逆境下水稻根系仍有一定增长,但与非低温潜沼性逆境相比,根系长度和数量均显著降低,降低程度因品种耐潜等级的高低而不同,耐潜指数高的品种(泸优5号和C优130)降低程度显著低于耐潜指数低的品种(川谷优204和协优027)。2)低温潜沼性逆境对0—10 cm土层根系的影响在5月底6月初最大;对10—30 cm土层根系的影响在6月底最大;对30—50 cm土层根系的影响在6月30日前后最大。3)低温潜沼性逆境下,水稻孕穗-抽穗期根系长度和数量与穗粒数、实粒数、结实率、产量之间呈显著正相关;与单株有效穗数和千粒重呈显著负相关,根系长度和数量的M值与P值,尤其是白根长度和数量的M值与P值可作为一个水稻耐潜能力评价指标进行考虑。4)低温潜沼性逆境下,不同土层水稻根系与产量构成因素间的相关性不同。0—10 cm土层根系长度和数量与有效分蘖数呈显著负相关;10—20 cm土层白根长度和数量与结实率呈显著正相关;30—50 cm土层根系长度和数量与着粒数呈显著正相关。     

水稻诱导结瘤和根瘤菌导人

一定的水稻品种以无菌水培和砂培,待秧苗长到一定时期,用一定浓度的合成植物生长激素2,4——二氯苯氧乙酸(2,4—D)或二甲四氯钠处理水稻根系,并接种田菁茎瘤根瘤菌(Azorhizobium Caulinodans)处理后10～15天内水稻根系产生瘤状结构(类根瘤),20天后水稻类根瘤经电镜检查,发现根瘤菌已侵入水稻根系,以及根瘤菌在水稻类根瘤内转化形成的类菌体。不同的水稻品种和不同浓度的2,4—D或二甲四氯钠处理,植株的生长状况和根系的结瘤状况各不相同。在参试的11个水稻品种中以湘晚籼4号等四个品种结瘤状况较好。水稻水培2,4—D处理浓度以0.5ppm,水稻砂培2,4—D处理浓度以1ppm、二甲四氯钠以2ppm较为适宜。     

不同氮、磷状况对水稻根生长及细胞周期蛋白激酶(CDKs)基因表达的影响

用蛭石与石英砂作为混合固体培养介质研究了低磷 (PO4 3 -)胁迫和部分根系供氮 (NO-3 )对水稻 (O ryzasativaL .)苗期根系生长的影响。结果表明 :低磷胁迫和供氮均能诱导水稻不定根和不定根上侧根的伸长。细胞分裂的进程受依赖细胞周期蛋白的蛋白激酶(CDKs)的调控 ,在缺磷和供氮条件下 ,细胞周期蛋白激酶cdc2Os 1在根系表达都增强 ,而cdc2Os 2的表达无明显变化。cdc2Os 1的这种表达模式与这两种处理下根系的加速伸长具一致性 ,表明在磷缺乏和供氮处理下 ,cdc2Os 1基因在根系表达的增强 ,可能促进了根细胞的分裂活性 ,从而加速不定根和侧根的伸长     

封面说明

正植物的根根部定植植着特定的的微生物物组,其组成往往往受到到土壤环境境和植物物基因因型的影响响。根系系微生物与与植物间间的相相互作用能能够影响响植物的各各项生命命活动动。水稻是是重要的的粮食作物物,我国国目前前广泛种植植的水稻稻品种包括括籼稻和和粳稻稻,二者的的根系微微生物组存存在显著著差异异。本期胡胡雅丽等等"水稻典典型品种种日本本晴和IR224根系微微生物组的解析"一文文用多样性性比较、机器学习习及网络络分析析等方法对对旺盛生生长期的日日本晴(粳稻)和IR24 (籼籼稻)的根根系微生物物组进行行了全全面比较,以期为为深入探究究水稻根根     

CO2 浓度升高对水稻根系分泌物的影响——总有机碳、甲酸和乙酸含量变化

在大气ＣＯ２浓度升高条件下采用水培方法对水稻根系生长及根系分泌物进行了初步研究,ＣＯ２浓度倍增对水培水稻的根系生长具有明显的促进作用,约为７０％,但是根冠比却有所降低,水稻根系单位干重总有机碳,乙酸以及甲酸的释放量在ＣＯ２浓度倍增条件下变化不明显,但是单株奶系分泌物总量,乙酸以及甲酸的释放总量在ＣＯ２倍增处理下明显增加,推测水稻根系分泌物的增加是高浓度ＣＯ２下稻田ＣＨ４排放增加的重要原因之一。     

相同遗传背景不同植株形态水稻等基因系与杂草的竞争及化感作用

利用相同遗传背景不同株形水稻浙辐802等基因系为材料,研究了IG1、IG4、IG25和IG26与无芒稗的竞争和化感作用潜力,探索了二者之间的相互关系.结果表明,IG1和IG4的植株高度和分蘖角度显著大于IG25和IG26,但它们的根系活力却显著小于IG25和IG26.IG1和IG4对无芒稗生物量干重抑制率分别达到15%和17%,显著高于IG26的64%,表明水稻与无芒稗竞争力与水稻植株高度和分蘖角度成正比,而与水稻根系活力成反比.IG1叶片水浸提液对无芒稗根长抑制率为77.6%,显著高于非化感对照品种秀水63,而植株形态相近的IG4的化感作用却未达到显著水平,显示在相同遗传背景下水稻化感作用强弱与水稻株型无相关性.     

利用基因组数据分析水稻基因顺式作用元件

为了研究籼粳亚种基因调控序列的总体特性,我们利用籼粳稻以及拟南芥基因组和全长mRNA序列获取了大量高可信度的调控序列,通过这些序列,分析了水稻基因调控序列顺式作用元件(信号)的数量、分布以及与GC含量的关系等．研究结果表明:一些信号在水稻基因调控序列中发生显著的数量变化,同时一些信号数量在水稻与拟南芥基因间存在明显差异, 这说明这两种单双子叶植物间信号的使用上存在偏好,同时水稻不同类型基因以及特有与非特有基因间在信号的使用上也存在差异．这些差异信号的分布直接导致了调控序列GC含量的波动．本研究没有发现水稻籼粳两个亚种间在调控序列方面(顺式调节因子和GC含量等)存在明显差异．     

基于焦磷酸测序技术建立基因编辑水稻检测方法

基因编辑技术发展迅速,但对应的检测方法较少。为寻找创建基因编辑作物适用的检测方法,以 PL3 基因编辑水稻编辑位点为靶标,有效设计了焦磷酸测序的扩增引物及测序引物,并进行有效性检测,分别利用Sequence to Analyze等程序以及SNP和AQ两种模式完成了对PL3 基因的定性和定量检测试验,建立了 PL3 基因编辑水稻编辑位点焦磷酸测序检测方法。结果表明,基于焦磷酸测序技术可以通过检测编辑位点从而将基因编辑型水稻与野生型水稻进行区分。与常规的转基因检测方法相比,该检测方法具有较好的准确性、高效性及高灵敏度等优点,在基因编辑型水稻编辑位点定性和定量检测分析方面具有很好的应用前景。     

水稻蜡质基因及其利用研究进展

简要介绍了水稻蜡质基因的等位基因位点及其表达特性。并从蜡质基因第1内含子核苷酸和蜡质基因剪切方式以及蜡质基因相关的顺式作用元件与反式作用因子等方面阐述了水稻蜡质基因表达调控,还概述了水稻蜡质基因的分子标记辅助选育方面的研究。从近年来的报道显示,利用反义RNA技术抑制水稻内源蜡质蛋白的表达是目前蜡质基因应用研究的主要方向。关于蜡质基因的研究,在其它作物中也都有报道。     

大豆和水稻对铝胁迫响应的生理机制

通过水培方式,研究了铝处理对双子叶植物大豆和单子叶植物水稻根系生长、养分吸收、根系内含物及根分泌物的影响.结果表明,低铝 (10 μmol·L^-1)浸种刺激大豆种子萌发和根系的生长,对水稻无明显促进作用.铝处理增加了两种作物根系对P的吸收,降低K、Ca、Mg的吸收.水稻比大豆根系积累较少的Al和更多的P.铝胁迫条件下,大豆和水稻根系内源可溶性蛋白含量升高、可溶性酚含量下降、可溶性糖含量先上升后下降,且大豆根系内源柠檬酸含量下降明显.与大豆相比,水稻积累较低的柠檬酸和较高的可溶性蛋白、可溶性酚,但两者可溶性糖没有差异.铝处理增加大豆根系柠檬酸、可溶性蛋白、可溶性酚、可溶性糖的分泌量,且大豆分泌量显著高于水稻.在铝处理条件下,大豆根系具有较高的阳离子交换量(CEC),而水稻的CEC较低.这说明大豆和水稻对铝胁迫具有不同的生理反应,水稻的高耐铝性可能与其较高的磷吸收和较低的CEC有关,而与其根系分泌物的关系不大.