宁夏杂草稻的遗传多样性及其亲缘关系分析

以宁夏杂草稻、选育品种、地方品种共143份水稻种质为试验材料,进行主要农艺性状的的表型鉴定评价,并利用24对SSR引物进行不同类型水稻种质的遗传多样性比较、遗传相似性和聚类分析。表型评价表明,宁夏杂草稻表现为矮秆和早熟,表型变异范围较大;多数杂草稻种皮呈红色,颖壳呈秆黄色,均落粒。SSR标记分析结果,共检测到141个等位基因,每个位点等位基因数目变异在3~11个,平均为5.8333个;Nei's基因多样性指数变幅为0.2241~0.8065,平均为0.5219。杂草稻种质的等位基因数、有效等位基因数、Shannon指数均高于选育品种和地方品种。在不同来源杂草稻群体中,来自吴忠和永宁东河的杂草稻Nei's基因多样性指数最高,分别为0.4912和0.4814,而来自青铜峡的杂草稻Nei's基因多样性指数最低,为0.2802。相似性分析表明,杂草稻与地方品种高度相似,相似系数高达0.9585,而杂草稻与选育品种的相似性较低,其相似系数为0.4584;选育品种与地方品种的相似系数只有0.3560。聚类分析表明,参试材料分为3个类群,其中选育品种单独聚类于第Ⅰ类群,其遗传背景明显区别于杂草稻和地方品种;第Ⅱ类包括大部分杂草稻和地方品种,不同来源杂草稻及地方品种间分布比较均匀;第Ⅲ类是由小部分杂草稻和地方品种组成。宁夏杂草稻的分布没有明显的区域性,宁夏杂草稻与地方品种高度融合且遗传相似性很高。     

东北地区杂草稻与栽培稻的遗传多样性及籼粳分化

利用88对籼粳特异性分子标记对收集于我国东北三省的35份杂草稻和36份栽培稻遗传基础及籼粳分化进行研究,结果表明上述标记能够高效地鉴别稻属资源的籼粳属性,共检测到156个等位基因,平均有效等位基因(Na)为1.773。遗传多样性分析表明,东北地区杂草稻多样性水平略高于当地栽培稻,其中杂草稻的等位基因数(Na)、杂合度(He)、基因多样性(Hsk)以及多态性信息含量(PIC)分别为1.659、0.006、0.076和0.085,而东北栽培稻分别为1.557、0.004、0.060和0.067。遗传结构和聚类分析结果表明,东北地区杂草稻与栽培稻具有较近的亲缘关系,均存在一定程度的籼粳分化。进一步对籼粳血缘进行相对量化分析发现,杂草稻的籼型基因型频率(F_i=0.050)略高于当地栽培稻(F_i=0.043)。东北三省籼型基因型频率变化趋势为:辽宁杂草稻(0.062)辽宁栽培稻(0.058)吉林栽培稻(0.048)黑龙江杂草稻(0.041)吉林杂草稻(0.024)黑龙江栽培稻(0.020)。     

稻田杂草稻发生情况调查

2007年杂草稻在江苏省海安县各类稻田中的发生率达44．35％,平均每公顷穴数和穗数分别为1023穴和10796穗,最高田块分别达12万穴和180万穗,已成为水稻生产上的潜在威胁。杂草稻在不同稻田的发生程度表现以下趋势：轻-中壤〉砂-轻壤〉重壤土稻田、直播〉抛栽〉机插〉手栽稻田、非统一供种〉统一供种稻田。     

杂草稻种质资源的综合评价

从韩国引入３４份杂草稻种质资源,在云南生态条件下进行田间农艺性状、抗病性及品质的综合鉴定,从中筛选出６份综合性状优良或具有某种优异性状的种质,可供育种利用。     

杂草稻的研究现状与展望

杂草稻属于野生稻与栽培稻中间类型.一方面,由于杂草稻与栽培稻之间的前期形态、生理生化特性相似,很难化学控制其在稻田发生,影响水稻产量与品质;另一方面,杂草稻长期自然生长繁衍,其抗病、虫、寒、旱、盐碱等特性优于栽培稻,而且与栽培稻的亲缘关系相对接近,是一种改良栽培稻抗逆性的天然基因库.     

杂草稻种质资源的综合评价

从韩国引入34份杂草稻种质资源,在云南生态条件下进行田间农艺性状、抗病性及品质的综合鉴定,从中筛选出6份综合性状优良或具有某种优异性状的种质,可供育种利用。     

耐盐杂草稻3个锌指蛋白基因家族的实时定量分析

利用在300余份来源于辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古、江苏等地的杂草稻材料中筛选出耐高盐杂草稻材料WR03-12。通过RT-PCR的方法得到盐胁迫下WR03-12与盐敏感栽培稻‘越光’幼苗的cDNA第一链,对3个锌指蛋白基因家族的6个基因表达情况进行了荧光实时定量分析。结果表明,2个C2C2型锌指蛋白基因SRZ1与SRZ2受到高盐胁迫的负向诱导,WR03-12受负向诱导程度要小于‘越光’;2个TFIIIA型锌指蛋白基因ZFP18与ZFP245受到盐胁迫的正向诱导,WR03-12受诱导程度也小于‘越光’;具有A20锌指结构的基因AACZ1基因在越光中不受盐诱导,而在WR03-12中受短时间诱导后,第7天已经恢复到胁迫前水平。具有AN1锌指结构的基因AACZ2在‘越光’与WR03-12中均不受盐胁迫诱导,且表达水平没有显著差别。杂草稻WR03-12与‘越光’对于盐胁迫的应答机制可能在转录调控方面存在差别。     

栽培稻及其近缘野生种间杂交揭示杂草稻的起源

通过水稻种间、亚种间和品种间的杂交,在套袋隔离和自然授粉两种条件下,对其杂交亲本主要农艺性状类型及杂交后代群体中杂草稻发生频率、类型及主要特征以及杂草稻的发生趋势进行调查分析,直接验证和重演杂草稻起源的主要路径。杂草稻的主要特征为:颖壳褐色或金色,种皮红色,散穗、易落粒,中长芒或无芒。结果表明,如果以近缘野生种为亲本,在其F2群体中比较容易发生类似杂草稻的单株;杂交组合中杂草稻出现频率的大小依次为:杂草稻或野生稻/粳稻(44.16%)>杂草稻或野生稻/籼稻(27.84%)>籼稻/粳稻(3.30%)>籼稻/籼稻(1.41%)>粳稻/粳稻(0)。这一结果显示杂交亲本间遗传差异越大,在后代中出现杂草稻类型植株的频率就越高。套袋条件下,后代中杂草稻出现的频率为10.70%,而不套袋情况下为4.90%。     

中国杂草稻种群的发芽期耐冷性研究

以中国75个杂草稻种群及其对应采样田的水稻品种为试验材料,研究了不同处理(破除休眠与不破除休眠、常温25℃与低温15℃、7 d测定和14 d测定)对种子发芽率的影响。结果表明,杂草稻的发芽率与对应采样点水稻品种的发芽率呈现极显著相关性。杂草稻破除休眠处理的发芽率显著或极显著高于不破除休眠处理。破除休眠与不破除休眠下,15℃处理的杂草稻种子发芽率均显著高于对应采样田的水稻品种,证明杂草稻相对于采样田水稻品种具有更强的耐冷性,可能进化出了新的耐冷性机制。25℃处理下杂草稻和对应水稻品种的发芽率均与纬度呈显著或极显著负相关,表明休眠性有随着纬度的降低而减弱的趋势。     

耐旱杂草稻幼苗光合系统对干旱胁迫的响应

干旱胁迫是影响水稻生产最重要的非生物胁迫因子之一。杂草稻具有较强的抗非生物胁迫的能力,是栽培稻遗传改良的重要种质资源。以1份耐旱杂草稻HEB07-2、1份普通杂草稻WR04-6和栽培稻巴西陆稻(iapar9)和越富(yuefu)为材料,研究了杂草稻和栽培稻光合系统、叶温及水分利用效率对干旱胁迫的响应差异。结果表明:PEG模拟干旱胁迫72 h后,旱敏感品种越富总叶绿素含量显著降低,而杂草稻HEB07-2叶绿素含量上升,WR04-6和iapar9总叶绿素含量无显著变化。干旱胁迫期间,供试材料初始荧光(Fo)上升,最大荧光(Fm)下降,旱敏感品种越富上升幅度最大,而HEB07-2的Fo和Fm上升和下降时间较其他试材晚,说明其受伤害时间延后。干旱胁迫使供试材料净光合速率、气孔导度下降,旱敏感品种越富下降幅度最大,HEB07-2最小。利用红外热像仪测定群体温度变化发现,越富和WR04-6在干旱胁迫下叶温显著上升,而HEB07-2和巴西陆稻叶温无显著变化。     

一份绿米水稻种质资源的发现及初步研究

稻米色泽是水稻种质资源多样性的重要组成部分,也是满足彩色稻米市场需求的重要物质基础。本研究团队在野生稻种质资源整理过程中发现了一份包含部分绿米(果皮呈绿色)的资源,经过多代自交,获得稳定的高代品系,命名为LM8。LM8光敏感性强,易与亚洲栽培稻杂交,在广西晚稻种植株高为117.7 cm,剑叶长32.1 cm,剑叶宽1.1cm,穗长22.5 cm,有效分蘖数19,株型直立紧凑。千粒重8.73 g,粒长5.76 mm,粒宽2.09 mm,粒型椭圆,富含脂肪和人体所必需微量元素。亲缘关系研究结果表明,LM8属AA基因组,与亚洲栽培稻在同一个组,应不属于野生稻。但是,LM8在发现初期具有有芒、落粒性强、颖壳坚硬呈深褐色等野生性状,因此推测LM8为杂草稻类型。LM8的发现及研究不仅可以促进水稻果皮颜色遗传发育调控网络的建立和完善,也能够为创制绿色稻米水稻新品种提供遗传材料,满足消费者多元化选择并在乡村振兴中发挥重要作用。     

Genetic Diversity and Population Differentiation of Liaoning Weedy Rice Detected by RAPD and SSR Markers

Weedy rice refers to populations of usually annual Oryza species that diminish farmer income through reduction of grain yield and lowered commodity value at harvest. The genetic diversity and population genetic structure of weedy rice in Liaoning Province were studied by RAPD and SSR markers. The results indicate that the level of genetic diversity of Liaoning weedy rice is very low, with polymorphic loci being only 3.70% (RAPDs) and 47.62% (SSRs). On the other hand, high genetic differentiation was found among populations, in particular between two regions (Shenyang and Dandong), with Fst values of 0.746 (RAPDs) and 0.656 (SSRs), suggesting that more than two thirds of the genetic variation resides among regions. Combined with our investigations of cultural traditions, the low level of genetic diversity in Liaoning Province is attributed to its narrow genetic background enhanced by exchanges of cultivar seeds, whereas the high genetic differentiation between the two regions is most likely the result of different founding parents and gene flow from local rice varieties to weedy rice. The rice cultivars in the two regions are all local varieties and are different genetically. A comparison of the two marker systems demonstrates that SSR is more informative and powerful in terms of the assessment of genetic variability, although both RAPD and SSR provide useful genetic information on weedy rice.     

Origins and population genetics of weedy red rice in the USA

Weedy red rice (Oryza sativa spontonea) is a persistent and problematic weed of rice culture worldwide. A major hypothesis for the mechanism of production of this weed in South and Southeast Asia is hybridization between cultivated rice (Oryza sativa) and wild rice (Oryza rufipogon). However, weedy red rice can often be found outside the range of O. rufipogon leaving questions on the origin and process behind weedy rice infestations. In the USA, weedy red rice was first documented as early as 1846 and has continued to affect rice production areas. In this study, we attempt to identify the origin and population structure of weedy red rice sampled from the USA using both DNA sequence data from a neutral nuclear locus as well as microsatellite genotype data. Results suggest that two major accessions of weedy rice exist, strawhull and blackhull, and these forms may both hybridize with the cultivated rice of the USA, O. sativa japonica. Using population assignment of multilocus genotype signatures with principal component analysis and structure, an Asian origin is supported for US weedy rice. Additionally, hybridization between strawhull and blackhull varieties was inferred and may present the opportunity for the production of new weedy forms in the future.     

有色稻米研究进展

有色稻米是一类特异水稻种质资源,主要由不同色素沉积在水稻种子的种皮内而形成,有色稻米富含蛋白质、氨基酸、植物脂肪、纤维素和人体必需的矿物质,具有特殊的生理功能,而且有色稻米种皮内的色素可作为安全的天然色素用做食品添加剂.其中最为常见的是红色稻米与紫色稻米.水稻红色种皮是由于其种皮内含有原花色素所致,该性状受Rc/rc和Rd/rd 2对基因控制,红色为显性,白色为隐性.RcRd表现红色,Rcrd表现褐色,rcRd和rcrd则呈现白色.Rc已被定位于水稻第7染色体上,而Rd则位于第1染色体上.前人研究表明,Rc基因编码一个典型的含bHLH结构的Myc类转录因子,其第6外显子内一个14bp片段的缺失致使种皮颜色由原先的红色变为白色.水稻紫色种皮是由于其种皮内沉积花色素苷所致.该性状由基因Pb与其互补基因Pa共同作用导致.当Pa基因单独存在时,种皮呈白色;当Pb基因单独存在时,种皮呈棕色;当P6基因和Pa同时存在时,种皮呈紫色.P6基因已被定位于水稻第4染色体上,而Pa基因则位于第1染色体上.