缺失OSR结构域功能的GS3蛋白正向调控水稻籽粒大小

水稻种子粒型是影响产量的重要因素。GS3基因是水稻第一个被克隆的粒型基因,主要调控籽粒的粒长和粒重。GS3蛋白包含N端的OSR(Organ size regulation)和C端的Cys-rich功能结构域。GS3基因主要存在4种自然变异类型,分别为GS3-1至GS3-4。其中,GS3-1编码全长GS3蛋白;GS3-2编码的蛋白质插入1个氨基酸;GS3-3导致GS3完整蛋白缺失,表现为籽粒变长;GS3-4编码N端的OSR结构域,表现为籽粒明显变短。截至目前,在水稻自然变异中仍未发现仅编码C端的Cysrich结构域的GS3变异类型,其对籽粒大小的调控也不清楚。本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术在DNA序列两侧设计靶点删除大片段序列,创制出仅编码C端Cys-rich功能结构域的突变类型gs3-5,并获得纯合突变株系。与受体背景中花11相比,gs3-5纯合突变株系表现为粒长和千粒重增加。上述结果表明OSR结构域是GS3蛋白作为籽粒大小的负调控因子所必需的,为进一步解析OSR结构域对籽粒大小的调控以及探索新的育种改良方法提供了参考。     

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。     

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...     

水稻直立穗型基因DEP1研究进展

随着分子生物学的发展,已有多个水稻(Oryza sativa)产量相关基因被相继克隆,其中直立穗型基因DEP1在我国粳稻育种得到了广泛应用,本文总结了前人关于DEP1的研究结果,展望了未来的发展前景.DEP1编码的G蛋白γ亚基的富含半胱氨酸区域缺失突变增强了G蛋白信号的传递,提高了分生组织活性,增加枝梗数和每穗粒数,提高氮素利用效率,从而提高水稻的单株产量潜力.同时,穗型直立使水稻具有良好的群体结构和抗倒伏能力,从而具有较高的群体物质生产能力.因此,继矮化育种和杂种优势利用后,以直立穗型基因DEP1为基础的株型改良将可能实现水稻产量的第三次飞跃.     

水稻穗型的遗传调控研究进展

穗型作为水稻(Oryza sativa)重要的农艺性状,近年来一直是研究热点。该文简要介绍了水稻穗部发育的一般过程,总结了近年来发现的调控水稻穗型相关基因,并根据水稻幼穗发育过程将其分为4类:分别调控枝梗分生组织的形成、枝梗分生组织的大小、小穗分生组织的转变时间以及枝梗的伸长;并概括分析了上述基因在调控水稻幼穗发育过程中所呈现出的路径关系。最后对水稻穗型遗传调控研究的未来发展方向进行了展望。     

不同土壤类型对北方粳稻穗部性状及产量构成的影响

以北方粳稻品种“长白9”、“东稻4”为试材,研究了水稻土(pH =7.25,ESP=7.60)、苏打盐碱土壤(pH=9.11,ESP=32.80)条件下两品种穗部性状及产量构成的变化规律.结果表明:与水稻土相比,在苏打盐碱土壤条件下,两品种大部分穗部性状有显著变化,枝梗数、枝梗长度、枝梗粒数均显著下降;各产量构成因素也发生显著变化,尤其是穗粒数显著减少(“东稻4”减少30.0％,“长白9”减少30.5％);单株产量与穗部性状相关分析表明,穗粒数较结实率、千粒重对产量的贡献率最大;每穗一次枝梗总粒数的减少主要受每穗一次枝梗数减少的影响,每穗二次枝梗总粒数的减少受每穗二次枝梗数及二次枝梗单枝着粒数减少共同影响;在苏打盐碱土壤条件下,相对一次枝梗来说,二次枝梗粒数更容易受环境影响.     

普通野生稻（Oryza rufipogon）DNA导入栽培稻后代主要性状的遗传变异

通过花粉管通道法将普通野生稻(Oryza rufipogon)DNA导入宁夏水稻品种宁粳16号和宁粳23号中,获得外源DNA导入系(以D表示),选择的导入系经4次连续自交获得D4代材料.选择其中36个株系在北京种植,进行农艺性状调查和变异类型分析.结果表明,这些导入系分别在株型、生育期、分蘖力、株高、每穗粒数、每穗粒重、穗长、千粒重等性状上发生变异;一些导入系的每穗实粒数、每穗粒重、穗长、千粒重和分蘖数等明显高于受体,表现出高产潜力.本文着重阐述导入系的每穗实粒数、千粒重、分蘖数等与产量相关性状的遗传变异.     

水稻穗型突变体cl的鉴定、保护与遗传分析

通过神州八号飞船搭载广东省常规优质稻主导品种粤农丝苗获得一个稳定遗传的穗型突变体cl,中文名为粤花占1号,2015年完成农业部植物新品种权的申请工作(申请号:20151728.8,公告号:CNA014491E)。该突变体农艺性状与野生型极为相似,熟色好,产量高,但表现出异常的花序结构,一次枝梗数增加,二次枝梗、小穗梗长度严重缩短,枝梗顶端小穗3粒簇生在一起。进一步的细胞学观测发现,差异主要源自幼穗分化的第3期到第4期发育异常所致。遗传分析表明该性状由非完全显性单基因控制,BSA性状定位法初步将该基因定位于染色体6,命名为CL-6。本研究的结果为进一步精细定位和克隆CL-6基因、找到控制水稻幼穗枝梗伸长缩短的功能基因或调控因子奠定基础,同时为培育理想穗型水稻和观赏农业提供优良种质。     

miR396-GRF模块: 水稻分子育种的新资源

籽粒大小与颖花数量是影响水稻(Oryza sativa)产量的重要因素。miR396-GRF模块在拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻等植物的营养器官和花器官生长发育过程中扮演着多面角色。最近, 中国科学家在miR396-GRF模块调控水稻籽粒大小和穗粒数的分子机理研究方面取得了突破性进展。     

密穗型水稻品种籽粒垩白性状改良研究

采用籽粒长宽比较大、穗部着粒密的散穗型材料(EG23)改良粳稻密穗型品种的籽粒垩白性状.结果表明,经改良后得到的密穗型品系EA6,与原亲本浙粳20比较,其穗部长度缩短,每穗总粒数增加,着粒密度增大,而籽粒垩白特性得到明显的改善,表明在穗部长度和着粒结构未得到改良的情况下,调节籽粒长宽比对改善密穗型品种籽粒垩白性状具有可能性.穗部不同粒位籽粒垩白性状改良的效果不同,穗顶部和穗中部的改良效果明显优于穗基部.设计的4个不同杂交配组方式中,以反回交配组方式(浙粳20/ EG23//浙粳20)选育效果最好.EA6具有较好的农艺性状,既可作为优异种质资源利用,也可直接应用于生产.这一结果从育种实践上较好地协调了密穗型品种高产与优质的矛盾,对于培育既有密穗型的高产株型又有优良籽粒外观品质的水稻品种具有重要意义.     

水稻轮回选择群体XTBG-HP1表型遗传多样性分析

该研究基于4个陆稻群体及172个水稻品种或杂交组合,构建了水稻多亲本隐性核不育轮回选择群体XTBG-HP1,并经过4次轮回重组,采用16个表型性状对其进行了遗传多样性分析。结果表明:(1)该群体14个数量性状符合正态分布,各表型均存在极端性状个体。(2)数量性状变异系数范围为0.08～0.41,均值为0.20; Shannon-Wiener多样性指数范围为0.72～1.92,均值为1.50。(3)群体在株型与产量构成因子性状方面有显著的相关性,对株型的选择可以实现产量性状的改良。(4)剑叶长、每穗粒总数、千粒重、穗长、粒长、一次枝梗数、有效穗数、剑叶宽、二次枝梗数、抽穗期10个性状可作为群体综合评价指标。(5)剑叶长、二次枝梗数、每穗粒总数3个表型性状具有较高的遗传变异、丰富的遗传多样性及与综合得分F值相关系数较高。综合以上结果发现,后期群体进行基因挖掘、品种改良以及优良育种材料的选育可以基于剑叶长、二次枝梗数及每穗粒总数3个表型性状,同时要充分利用群体株型与产量构成因子性状间的显著相关性。此外,该研究群体中极端单性状或综合得分F值较高的个体,可进一步用于品种选育。     

籼型常规早稻穗分化期低温对颖花形成和籽粒充实的影响

以籼型常规早稻中嘉早17为材料,于盆栽条件下采用人工气候箱控温,在水稻穗分化一次枝梗原基分化期(Ⅱ)与花粉母细胞减数分裂期(Ⅵ)进行17和20 ℃的低温胁迫处理,研究不同低温对水稻枝梗、颖花分化与退化及籽粒充实的影响.结果表明： 与对照相比,不同低温处理均显著降低每穗枝梗及颖花分化数和现存数,颖花现存数降幅为7.2%～12.4%,同时增加了枝梗和颖花的退化数,影响了花粉活性、花药开裂等花器官发育,导致籽粒充实不良,以17 ℃低温胁迫效应更明显.穗分化Ⅵ期低温处理总枝梗和颖花分化数与现存数低于穗分化Ⅱ期,但二次枝梗和颖花退化数较多,颖花退化数较穗分化Ⅱ期高11.6%;穗分化Ⅱ期低温处理穗部籽粒结实率显著低于穗分化Ⅵ期,降幅达3.7%,主要与花粉粒活性、柱头花粉散落数、花药开裂系数和籽粒充实度受低温影响较大有关.另外,穗分化Ⅱ、Ⅵ两时期受17 ℃低温胁迫效应大于20 ℃.综合穗分化两时期低温胁迫效应的差异,生产中需加强相应栽培措施的调控.     

小麦中国春-Synthetic 6x代换系的光合速率与产量性状研究

以中国春(Chinese Spring-Synthetic 6x)代换系及其亲本为材料,通过测定旗叶光合速率在各生育时期的变化,研究外源染色体对光合作用的效应;通过观测产量性状,分析外源染色体对小麦产量性状的调控效应.结果表明,从孕穗到灌浆期,5A、5B代换系叶片的光合速率显著高于中国春,说明来自Synthetic 6x的5A、5B染色体上可能携有改良光合特征的相关有利基因;5A、5B代换系的每穗粒数、单穗粒重、千粒重均显著或极显著高于中国春,说明来自Synthetic 6x的5A、5B染色体上可能携有改良每穗粒数、单穗粒重、千粒重有关的有利基因,研究结果可以为小麦的遗传育种提供理论依据.     

小麦中国春-Synthetic 6x代换系的光合速率与产量性状研究

以中国春（Chinese Spring-Synthetic 6x）代换系及其亲本为材料,通过测定旗叶光合速率在各生育时期的变化,研究外源染色体对光合作用的效应;通过观测产量性状,分析外源染色体对小麦产量性状的调控效应。结果表明,从孕穗到灌浆期,5A、5B代换系叶片的光合速率显著高于中国春,说明来自Synthetic 6x的5A、5B染色体上可能携有改良光合特征的相关有利基因;5A、5B代换系的每穗粒数、单穗粒重、千粒重均显著或极显著高于中国春,说明来自Synthetic 6x的5A、5B染色体上可能携有改良每穗粒数、单穗粒重、千粒重有关的有利基因,研究结果可以为小麦的遗传育种提供理论依据。     

与水稻籼粳分化有关的穗颈维管束性状基因的分子标记定位

水稻穗颈维管束数及其与穗一次枝梗数之比（V／R）是与籼粳分化有关的重要性状,采用籼粳交（圭630／02428）杂种F1花药培养获得的DH群体,对水稻穗颈维管束数,穗一次枝梗数及V／R比进行了QTL分析,检测到3个控制穗颈维管束数的QTL;其中,效应最大的qVB-8的贡献率为31．1％,加性效应值为1．96％,增效等位基因来自灿稻亲本圭630,2个控制一次枝梗数的QTL效应较小,但分别与控制穗颈维管束数的2个QTL同位,检测到影响V／R比的3个QTL,其中,效应最大的qV/R-1的贡献率为25．3％,被定位于第1染色体上,与落粒性基因sh-2紧密连锁（亦或为一因多效）。此外,还检测到4对和2对分别控制穗颈维管束数和V／R比的互作QTL。结果分析表明,水稻穗颈维管束数与穗一次枝梗数受不同的多基因系统控制,但这2个多基因系统的某些位点在基因组中具有同位性;在第1染色体上,控制V／R比,且效应最大的qV/R-1所在的染色体区段在水稻籼粳分化过程中可能具有重要作用。     

水稻产量库相关穗部性状的遗传分析

收人李源于珍汕97/明恢63的重组系群体中与产量库容有关的10个穗部性状的表现型数据。总体上,每穗颖花数与每穗二次枝梗数、每个二次枝梗上的颖花数、颖花密度有更大的相关性。对所研究的10个性状,两年间共检测到53个QTLs。约43.4%的QTLs能在两年同时检测到。5个染色体区域（第1染色体上G359-RG532和C567-C86-RG236,第2染色体上R712-RM29,第6染色体上P-RG424,第10染色体上C148-RM258）分别对多个穗部性状表现出效应。结果显示相关性状的QTLs大致定位在相似的染色体区域,这表明基因的多效性或紧密连锁是穗部性状间相关的遗传基因。在检测到的大量2位点互作对中,约18.2%在两年都能被检测到。不同性状的共同互作对的比例为8.7%～32.6%。在两年都能检测到2位点组合中,约26.7%的组合同时影响着多个性状,表现出多效效应。结果表明每个性状都由数个QTL、基因型与环境互作、大量的上位性互作所控制。     

封面说明

<正>独脚金内酯(strigolactones,SLs)是一类新型植物激素,能够抑制植物分枝的生长发育。近年来,关于SLs合成与信号在调控水稻株型方面的研究取得了重要进展。研究发现,独脚金内酯不仅可以调控水稻的分蘖数目,而且可影响分蘖角度和株高,进而影响穗部形态和籽粒大小,对水稻的产量具有显著的影响。鉴于独脚金内酯对于水稻株型的综合调控功     

水稻半矮生基因sd—1的遗传性状表现：Ⅲ.半矮生与穗粒数的结合

半矮生基因ｓｄ－１有抗倒伏和改善株型的效果,广泛存在于世界各地的水稻丰产品种中,最近发现该基因具有减少穗长和千粒重的副作用。为澄清此副作用,能否通过遗传背景的改良得以克服,进而培育成粳稻型的半矮生大穗品咱,本研究用高秆品种农林２９号及其半矮生纯合系ＳＣ－ＴＮ１和大穗品种Ａｋｅｎｏｈｏｓｈｉ的杂种进行了分析。用Ｆ４代系统的实验结果表明,半矮生系统的穗长较高秆系统的为小。但是,由于半矮生系统的枝梗数。     

留桩高度对培两优210再生稻产量和源库性状的影响

水稻主季稻留桩高度是影响再生稻高产的重要因素之一.以两系杂交稻组合培两优210为研究材料,在主季稻收割时设3个留桩高度处理(40 cm、20 cm和10 cm),研究主季稻留桩高度对再生稻产量及源库性状的影响.结果表明,随留桩高度的降低,(1) 培两优210再生稻生育期延长,株高、穗长与叶面积指数增加;(2) 灌浆期间叶片磷酸蔗糖合成酶活性衰减率减小,作物生长率增加,节间维管束数目和大小及枝梗过氧化氢酶活性增加;(3) 茎鞘非结构碳水化合物积累和输出速率增加,比叶重和粒叶比提高,穗总粒数增加,进而增加产量.两系杂交稻培两优210作中稻栽培时其适宜留低桩,留桩高度10 cm处理再生稻具有"源"足"流"畅"库"大的特点.     

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。