青海育成小麦5个主效矮秆基因的分子检测

为系统了解青海小麦矮秆基因的分布特点,并进一步为青海高原小麦的株高育种提供优异种质资源。本研究利用5个矮秆基因的特异性分子标记对82份青海小麦品种资源中的矮秆基因进行了检测,并对不同矮秆基因的降秆效应进行了分析。结果表明:82份青海育成小麦品种中有49份材料至少含有一个矮秆基因,其中Rht-B1b的分布频率最高,约占参试材料的28.0%,其次是分布频率为23.2%的Rht8基因,而矮秆基因Rht-D1b、Rht5以及Rht12的分布频率分别为9.8%、13.4%、9.8%。在49份含有不同种类矮秆基因的材料中,其中16份材料同时含有2种及以上的矮秆基因,即RhtB1b和Rht8、Rht-D1b和Rht8、Rht-B1b和Rht5、Rht-D1b和Rht5、Rht8和Rht5、Rht-B1b和Rht12、Rht5和Rht12,并未发现同时含有矮秆基因Rht-B1b和Rht-D1b的品种;2份材料分别含有3种矮秆基因,即Rht-B1b、Rht8、Rht12和Rht-B1b、Rht5、Rht8;其余31份材料仅含有1种矮秆基因。82份青海育成小麦材料中仅含有Rht-B1b的材料11份,平均株高为86.2 cm,其降秆效应为5.7%;只含有Rht-D1b的材料有5份,平均株高为84.9 cm,其降秆效应为7.1%;仅含有Rht8的材料有9份,平均株高为88.6 cm,其降秆效应为3.1%。因此,在青海育成小麦品种中,矮秆基因的降秆效应为Rht-D1bRht-B1bRht8。     

赤霉素和油菜素内酯信号通路双重调控助力小麦新一轮“绿色革命”

自20世纪60年代以来,半矮秆基因Rht-B1b和Rht-D1b的利用显著提高了小麦(Triticum aestivum)抗倒伏能力和收获指数,使得全世界小麦产量翻了一番,引发了农业第1次“绿色革命”。Rht-B1b和Rht-D1b编码植物生长抑制因子DELLA蛋白,是赤霉素(GA)信号转导途径的负调控因子。DELLA蛋白积累抑制细胞分裂和细胞伸长,导致矮化表型;同时也抑制光合作用并降低氮素利用效率,导致半矮化品种需要较高的化肥投入才能获得高产。如何“减肥增效”是实现低碳绿色农业所面临的重大问题。最近,中国农业大学倪中福团队发现了具有育种应用价值的新型“半矮秆”基因模块,证明通过对赤霉素和油菜素内酯(BR)信号通路的双重调控可实现矮秆高产小麦新品种培育。该团队鉴定并克隆了1个控制小麦株高和粒重的数量性状位点(QTL),该QTL在衡597中存在1个约500 kb的r-e-z大片段缺失,其中包括Rht-B1b基因和1个编码RING E3泛素连接酶的ZnF-B基因。研究发现,ZnF-B蛋白与油菜素内酯信号转导途径的抑制因子TaBKI1相互作用,诱导TaBKI1降解,从而促进BR信号转导。Zn...     

矮秆基因对小麦部分农艺性状的效应

以中国主要麦区的124份小麦品种为材料,利用分子标记和系谱分析相结合,对其按照所含的矮秆基因Rht-B1b、Rht-D1b和Rht8进行分类,结合田间株高、旗叶长、小穗数和穗粒数以及室内苗期根系长度等农艺形状的调查,分析不同矮秆基因对小麦农艺性状的效应.结果显示:(1)参试的124份小麦品种(系)中23份含有Rht-B1b,7份含有Rht-D1b,22份含有Rht8基因,34份同时含有Rht-B1b和Rht8,16份同时含有Rht-D1b和Rht8,可分为6组.(2)Rht-B1b和Rht-D1b在降低株高的同时也缩短了旗叶的长度和苗期叶长,Rht8对株高的影响较弱,对旗叶和苗期叶长的影响也较小;3个矮秆基因对苗期根系长度、小穗数没有显著影响;Rht-D1b和Rht8显著增加穗粒数.研究表明,矮秆基因Rht8对小麦株高以及其他农艺性状的影响均较小,但能够显著增加穗粒数,是小麦矮化育种中比较理想的矮秆基因.     

“绿色革命”新进展:赤霉素与氮营养双重调控的表观修饰助力水稻高产高效育种

以半矮秆育种为代表的“绿色革命”极大地提高了作物产量,但也带来氮营养利用效率降低的严重问题。“绿色革命”主要基于调控赤霉素的代谢和信号转导而实现。前期的研究发现,赤霉素信号转导关键因子DELLA蛋白通过调控GRF4而负调控氮素的吸收利用,为半矮秆品系氮利用效率低的问题提供了解决方案。最近的一项研究进一步揭示了GA信号途径与氮响应交叉互作的新机制。该研究发现水稻(Oryza sativa)NGR5是氮素调控分蘖数目的一个关键基因,其表达受氮诱导。通过招募PRC2,NGR5对D14和OsSPL14等分蘖抑制基因所在位点进行H3K27me3甲基化修饰,从而抑制其表达。而在半矮秆背景下超表达NGR5可以提高低氮水平下的水稻产量。NGR5同时也被发现为赤霉素受体GID1的一个新靶标,受到其负调控。该研究发现了调控赤霉素信号通路的新机制,并对高产高效的新一代“绿色革命”育种实践具有重要启示。     

“绿色革命”新进展:赤霉素与氮营养双重调控的表观修饰助力水稻高产高效育种

以半矮秆育种为代表的"绿色革命"极大地提高了作物产量,但也带来氮营养利用效率降低的严重问题。"绿色革命"主要基于调控赤霉素的代谢和信号转导而实现。前期的研究发现,赤霉素信号转导关键因子DELLA蛋白通过调控GRF4而负调控氮素的吸收利用,为半矮秆品系氮利用效率低的问题提供了解决方案。最近的一项研究进一步揭示了GA信号途径与氮响应交叉互作的新机制。该研究发现水稻(Oryza sativa) NGR5是氮素调控分蘖数目的一个关键基因,其表达受氮诱导。通过招募PRC2, NGR5对D14和OsSPL14等分蘖抑制基因所在位点进行H3K27me3甲基化修饰,从而抑制其表达。而在半矮秆背景下超表达NGR5可以提高低氮水平下的水稻产量。NGR5同时也被发现为赤霉素受体GID1的一个新靶标,受到其负调控。该研究发现了调控赤霉素信号通路的新机制,并对高产高效的新一代"绿色革命"育种实践具有重要启示。     

小麦体细胞无性系矮秆变异体AS34株高构成和育种潜力探讨

创制和利用矮秆资源对于小麦品种改良具有重要意义。到目前为止,在小麦属中虽然已鉴定了多个矮秆资源,但多数矮秆资源在小麦中的利用价值有限。本研究对利用无性系变异途径获得的小麦矮秆材料AS34及其与模式小麦品种中国春杂交F1、F2材料进行了株高构成和主要农艺性状分析。结果发现,AS34共有4个节间,比其野生型豫麦66少了1个节间,各个节间长度按相似比例缩短,穗下节长度短于第2节长度;F1株高、节间长度指数介于2个亲本之间,节数与AS34相同,穗长、小穗数、穗粒数超过2个亲本;F2株高、穗长、穗粒数、小穗数变异范围广泛,约70%植株株高为60~89 cm,穗长6.0~9.9 cm、穗粒数50~79粒、小穗数20~24个。结果表明,AS34的矮秆变异由多基因控制,表现为数量性状,其矮秆性状对杂交后代穗长、小穗数、穗粒数等主要农艺性状有正向遗传效应,F2选择穗大、粒多、株高适中优良单株的机率较大,具有很好的育种利用价值。     

一个超矮秆核质杂种小麦的初步研究

在用普通小麦对长穗偃麦草(Etytrigia elongata=Agropyron elongatum,2n=70)的核代换回交过程中,在BC_9F_1发现了一个超矮秆核质杂种小麦,株高35厘米左右,定名为小偃矮。细胞学观察和与普通小麦正反杂交的遗传分析,证明:(1) 小偃矮是一个异源胞质单体附加系(21″W+1′Ag);(2) 长穗偃麦草细胞质和附加的外来染色体没有携带矮秆基因;(3) 矮秆遗传主要受细胞核内一对显性矮化基因控制。     

一个水稻矮秆突变体的遗传分析及基因定位

水稻（Oryza sativa）是我国重要的粮食作物之一。水稻矮秆材料的引入掀起了第1次＂绿色革命＂。但近年来,在水稻育种中矮生基因遗传单一的问题越来越突出,已经严重影响到水稻产量的持续提高。利用60Co-γ射线辐照籼稻亲本材料M804获得了一个性状能够稳定遗传的矮秆突变体MU101。对该矮秆突变体和台粳16号杂交获得的F2代的遗传分析表明,该矮秆性状受1对隐性单基因控制,并暂命名为ds1。利用已有的SSR分子标记将DS1基因定位在水稻第5号染色体上,通过扩大群体和开发新的Indel标记,进一步将DS1基因定位在2个Indel标记之间,两者间的物理距离大约为384kb。该研究为DS1基因的克隆及其在生产中的应用奠定了基础。     

ph1b基因在Aegilops有益基因直接遗传转移中利用的可能性

第一次用中国春和中国春ph1b突变体对(中国春phlb突变体×Ae.uariabilis)F_1和(中国春ph1b突变体×Ae.turcomenica)F_1回交获得了成功,并通过连续回交,把Ae.turcomenica的抗白粉基因转移到了普通小麦中。证实了利用ph1b基因从山羊草属的一些种“直接遗传转移”有益基因到普通小麦中的可能性。     

作物氮肥利用效率遗传改良研究进展

氮素是植物生长发育所需的大量元素之一,施用氮肥是农业生产中提高农作物产量的重要手段.自20世纪60年代以来,"绿色革命"半矮秆农作物品种的育成和大面积推广有效地解决了"高产与倒伏"之间的矛盾,提高了农作物的收获指数和产量.然而半矮秆水稻和小麦品种也表现出生长发育对氮肥响应减弱、根系对铵态氮和硝态氮的吸收能力下降以及氮肥...     

“绿色革命”与特异种质资源

本世纪六十年代,由于小麦、水稻上半矮秆抗病品种的育成和推广以及与之相适应的栽培措施的运用,使世界粮食产量有了大幅度的提高,并由此对世界经济产生了较大的影响.这一世界性的粮食生产的大飞跃被称之为"绿色革命"."绿色革命"迄今已有廿年左右的历史了.由于人口的持续增加和耕地面积的逐年减少,粮食问题仍然是我国和许多第三世界国家面临的一个严峻问题.今天我们来回顾总结"绿色革命"的经验,将会使我们得到一些有益的启示.     

八倍体小偃麦与普通小麦杂交育种的研究

利用八倍体小偃麦与普通小麦杂交,创造了一些异附加系和异代换系,选育出一个特早熟、矮秆、抗病、高产、优质小麦新品种－“早优５０４”。总结了八倍体小偃麦与普通小麦杂交育种程序。     

不同小麦品种吸收利用氮素效率的差异及有关机理研究：I.吸收？…

用盆栽试验研究了１２个冬小麦品种在低、高氮条件下的籽粒产量差异,及吸收和利用氮素的效率对其影响。结果证明在低氮处理中吸收效率和利用效率（ＵｔＥＧ）的共同影响导致了产量差异,但利用效率的影响更大;高氮处理则主要是吸收效率的影响,利用效率的影响较小。研究还发现能高效吸收或利用氮素的品种多为矮秆品种,因此高产品种多为矮秆。在低氮处理中的高产品种具有高效吸收或高效利用的特点;高氮处理中的高产品种主要具有高     

生长素输出载体蛋白PIN1在作物根和胚中的亚细胞定位

生长素输出载体在植物发育中起非常重要的作用。然而,生长素输出载体蛋白PIN1在农作物水稻、小麦、玉米和大豆的根和胚中的亚细胞定位尚不清楚。该研究首先分析了OsPIN1b和它的同源物的氨基酸序列特征,发现小麦(TaPIN1)、玉米(ZmPIN1b)和大豆(GmPIN1b)中的PIN1序列与水稻的OsPIN1b序列分别具有61.5%、62.5%、61.9%的相似性。然后根据水稻‘日本晴’(‘Nipponbare’)的OsPIN1b的氨基酸序列,人工合成OsPIN1b多肽并注射健康的新西兰白兔获得了抗兔的OsPIN1b多克隆抗体,在通过免疫印迹方法检测抗兔的OsPIN1b多克隆抗体的有效性后,发现可以利用该抗体有效检测到水稻叶片及根中OsPIN1b的表达。为检测OsPIN1及其同源物在不同作物胚根和胚中子叶细胞的定位,利用制备的抗兔的OsPIN1b多克隆抗体并通过免疫组化实验,发现水稻的OsPIN1b、小麦的TaPIN1和玉米的ZmPIN1b非极性定位在早期的胚根和胚中子叶表皮细胞的细胞质膜上,大豆中的GmPIN1b非极性定位在胚根表皮细胞的质膜上,而在胚的子叶细胞中是胞质定位。为进一步检测水稻中OsPIN1b的亚细胞定位,对水稻根分生区表皮细胞用蛋白质转运抑制剂BFA (Brefeldin A)及抗兔的OsPIN1b多克隆抗体处理后,进行免疫组化实验,结果发现水稻中的OsPIN1b可以通过胞吞转运途径从水稻根表皮细胞膜进入细胞质中。该研究利用抗兔的OsPIN1b多克隆抗体有效检测了OsPIN1b及其同源物在水稻、小麦、玉米和大豆的胚根表皮细胞及胚中子叶表皮细胞的亚细胞定位,这将有助于进一步揭示生长素输出载体OsPIN1b及其同源物通过调控生长素极性运输而参与作物发育的作用机制。     

一个小麦—黑麦染色体代换的细胞学鉴定

对从六倍体小黑麦与普通小麦的杂种后代中获得的矮秆抗病选系84056-1-36-1进行体细胞C-分带鉴定,结果表明,它的21对染色体中,有1对短臂带型与1R相似的黑麦染色体代换了小麦的1D。观察“中国春”双端二体1A、1B与该选系杂种F_1的花粉母细胞染色体配对,发现分别有82.56%和65.71%的细胞出现异型三价体,所有细胞至少有两个形态不同的单价体;而在“中国春”端二体IDL与84056-1-36-1的杂种中,端体不配对的花粉母细胞占100%,经C-分带后,另外1条单价体显示明显的端带。从上述这些结果推断84056-1-36-1为1R(1D)代换系。     

中国春Ph1基因的分子标记及冬小麦ph1b代换系的获得

利用大麦 (HordeumvulgareL .)第 5染色体上RFLP探针衍生的 19个序列标志位点PCR(STS_PCR)引物对“中国春”小麦 (TriticumaestivumL .) (CS)及其ph1b突变体基因组总DNA进行PCR扩增 ,筛选出Ph1基因的一个连锁标记 ,再用“中国春”第 5部分同源群缺体_四体系和CS×ph1b突变体F2 群体证明并定位于离Ph1基因近着丝点端 5 .7cM (centiMorgan)处。然后将该标记转换成特异的序列特征扩增区 (SCAR)标记。以“阿勃”5B缺体为桥梁亲本 ,冬小麦“京 411”为受体亲本 ,“中国春”ph1b突变体为供体亲本 ,进行三轮杂交和一轮自交 ,每一轮经减数分裂分析和SCAR标记的辅助选择 ,快速地筛选出了ph1b基因型 ,并选得一个冬小麦“京 411”的ph1b中间代换系。     

转基因小麦外源优质亚基基因的杂交转育研究

在获得外源品质基因1Dx5和1Ax1超量表达的转基因小麦的基础上,利用小麦转基因品系‘B72-8-11b’和‘B102-1-2’为父本,主要以湖北省栽培品种‘鄂麦12’为母本,配置杂交组合。杂交后代中采用系谱选择法,结合HMW-GS鉴定,研究了转基因小麦外源品质基因在F1、F2、F3、F4代的传递,并筛选出外源1Dx5或1Ax1基因保持超表达的2个新型转基因株系;同时证明了将外源品质基因向栽培品种转育,是提高小麦优质亚基含量和提高HMW-GS总量的有效方法之一。     

"绿色"基因NGR5

水稻的产量主要是由分蘖数、每穗粒数和千粒重这三个产量要素决定的.既然氮肥促进农作物增产,那么,氮肥是如何影响水稻产量的三个要素呢?2020年的一项研究发现,氮肥能够促进水稻、小麦的分蘖数、每穗粒数和千粒重三个产量要素同时增加;而携带"绿色革命"基因的水稻、小麦品种的分蘖数增加得更多.由此推测,增加DELLA蛋白积累或增...     

小麦Rht10基因与Ms2基因关系的遗传分析

矮变一号是陕西省西安市农科所从小麦品 种矮秆早中选出的矮秆天然突变体,是小麦的 重要矮源之一。陆维忠等〔21和王玉成等［t3l先后 对矮变一号的矮秆性进行了遗传研究,但结果 很不一致。刘秉华（1982年与戴松恩先生私人 通信）根据前人的试验资料和研究结果认为,矮 变一号的矮秆性受一对显性基因（或一对不完 全显性基因）控制,位于4D染色体上。Izumi等 人把矮变一号的显性矮秆基因命名为Rht10, 并且定位在4D染色体短臂上［191。陆维忠等进 一步明确了矮变一号的矮秆性受控于一对不完 全显性基因〔al0     

一个水稻显性高秆突变体的遗传分析和基因定位

从水稻(Oryza sativa L.)的两个半矮秆籼稻品种6442S-7和蜀恢881杂交F2代群体中发现一个高秆突变体D111,其株高和秆长分别比亲本蜀恢881增加63.0%和87.0%。用205个微卫星标记分析D111及其原始亲本6442S-7和蜀恢881之间的基因组DNA多态性,结果未发现D111具有2个原始亲本都没有的新带型,证明D111的确是6442S-7和蜀恢881的杂交后代发生基因突变产生的。将D111分别与蜀恢881、蜀恢527、明恢63、9311、IR68、G46B等6个半矮秆品种和高秆对照品种南京6号杂交,分析F1和F2代株高的遗传行为,结果表明D111的高秆性状由一对显性基因控制,且该基因与南京6号的高秆基因紧密连锁或等位。以蜀恢527/D111 F2群体为定位群体,运用微卫星标记将D111显性高秆突变基因定位于水稻第一染色体长臂,与RM212、RM302和RM472的遗传距离分别是27.7 cM、25.5 cM和6.0 cM,该基因暂命名为LC(t)。认为D111是首例从半矮秆品种自然突变产生的水稻显性高秆突变体,LC(t)为首次定位的水稻显性高秆突变基因。此外,将上述基因定位结果与Causse等(1994)和Temnykh等(2000; 2001)发表的水稻分子连锁图谱进行比较,发现LC(t)基因恰巧位于与水稻“绿色革命基因”sd1相同或十分相近的染色体区域,因此,还就LC(t)基因与sd1基因之间的可能关系进行了讨论。