转拟南芥AtNPR1基因增强水稻对水稻白叶枯病和稻瘟病的抗性

AtNPR1基因是拟南芥系统获得抗性的一个重要调节基因,在拟南芥中过量表达AtNPR1基因能使拟南芥对细菌和真菌的抗性同时增强.为了研究在水稻中过量表达AtNPR1基因对水稻抗病性的影响,将该基因转入到广西主栽籼稻恢复系品种桂99中.经PCR验证得到了79株转基因植株,DNA斑点杂交表明ATNPR1基因已经整合到桂99染色体DNA中.Northern杂交和RT-PCR分析表明,AtNPR1基因在桂99中已经表达;同时还检测了转基因植株对水稻白叶枯病和稻瘟病的抗性,结果表明转基因植株对该两种病害的抗性均显著增强.     

水稻SL基因调控水稻的粒形

水稻产量和稻米品质的提高是水稻研究的中心问题。水稻产量主要取决于单株穗数、每穗粒数和粒重;粒重作为一个非常重要的产量性状,由粒长、粒宽和粒厚所决定。影响粒重和粒形的基因多为数量性状基因,精细定位并克隆到的较少。本研究中,我们克隆到一个影响粒形的基因SL,超表达（SL-OE）转基因植株表现出粒长增加、粒宽减小、叶宽减小的表型;同时,SL-RNAi的转基因植株呈现出粒长缩短、叶宽增加的表型。颖壳表面细胞在超表达转基因植株中伸长,而在RNAi转基因植株中缩短。叶片横向细胞数目在转基因植株中发生变化,推测乩基因可能与细胞分裂相关。SL-OE转基因植株中G嗽因被明显上调,说明盟基因可能通过调节GW2的表达对水稻粒宽造成影响。另外,观基因影响稻米的品质。     

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.     

基因枪法转化水稻E32后代非目标农艺性状变异的研究

采用基因枪法将4个抗真菌性病害基因(RAC22、RCH10、β-1,3-Glu和B-Rip)导入超级稻(Oryza sativa L.)恢复系E32中,经选择获得10个T4代转基因株系。分蘖盛期纹枯病抗性鉴定表明外源基因已在转基因株系中得到表达并获得抗性,这些转基因株系除了产生抗病性等目标性状的变异外,还发生生育期、植株形态、谷粒外观及产量性状等非目标农艺性状变异。对这些非目标性状进行遗传增益和稳定性分析表明,不同转化株系间或性状间的遗传增益均存在较大差异,其中遗传增益最高的性状是单株穗数、着粒密度和单株产量;各性状中以株高、穗长和谷粒外观性状的变异程度最低,单株穗数和千粒重的变异系数最大。通过选择可获得产量与品质性状均有提高的转基因水稻。     

虫压胁迫对抗虫转基因水稻生长发育及产量性状的影响

在大田条件下,以转基因抗虫水稻Bt63、R1和R2及非转基因水稻汕优63(对照)为材料,设置高、低两种虫压环境条件,研究虫压胁迫对转Bt抗虫基因水稻生长发育及产量相关性状的影响.结果表明： 抗虫水稻在虫压胁迫条件下可充分体现出外源基因的抗性特点.在高虫压条件下,3种转Bt基因水稻受螟虫危害程度远低于对照植株,株高、分蘖数、地上部鲜质量、穗长、穗质量、单株穗数、单株实粒数、实粒质量、结实率、千粒重等生长发育和产量指标均高于对照,但仅株高、分蘖数和穗长3个指标与对照有显著差异.因此,抗虫外源Bt基因的引入对水稻结实性不会产生负面效应,高虫压胁迫条件对抗虫转基因水稻产量的影响较小.     

转基因玉米株系纯合系选育及其农艺性状表现

目的：以携带水稻矮缩病毒（RDV）运动蛋白缺陷型（MP-）基因的转基因玉米种子T0为试验材料,通过分子分析、抗病鉴定及农艺性状筛选得到转基因纯合株系。方法：首先对转化种子进行潮霉素抗性筛选,其后对各代转基因材料进行PCR检测、农艺性状调查和抗病鉴定。结果：从645粒T0转化种子得到抗潮霉素植株246株,即T1转基因植株。T1、T2、T3、T4代材料的PCR检测阳性率分别为56.9%、83.9%、94.6%和99.8%,证明RDVMP-基因已被导入玉米自交系中,且目的基因可以稳定遗传到转基因植株及其后代。田间人工接种抗病鉴定结果表明,经过连续筛选,转基因后代植株（系）的抗病性不断提高,T1、T2、T3和T4代中的高抗病材料分别占总材料数的8.9%、31.5%、70.7%和100%;所选纯合系连续2年的发病率均为0,抗病性比相应对照株系提高4级。农艺性状调查结果表明,转基因株系的株高比对照株系高15.0～33.4cm,穗位高提高13.4～20.2cm,;穗长增加2.0～3.8cm,穗粒数增加10.2～22.8粒。结论：根据分子检测、田间抗病鉴定及农艺性状鉴定结果,选育到96C0502、96C0507和96C0513等抗矮花叶病转基因玉米纯合株系。     

太湖流域粳稻地方品种遗传多样性研究

太湖流域稻作历史悠久,是我国粳稻高产地区之一。但育成品种的遗传基础日趋狭窄,将会给农业生产带来潜在风险。为了有效利用地方水稻资源以扩大改良品种的遗传基础,作者通过调查19个农艺性状,对823个太湖流域粳稻地方品种的遗传多样性进行了研究。结果表明:15个数量性状的变异系数(CV)范围在4.6%(结实率)和33.7%(单株产量)之间。颖壳色、稃尖色、芒型和粒型4个质量性状分别有10、6、5、4种表现型。19个农艺性状的多样性指数(H′)变化范围在0.757(粒型)和1.930(每穗实粒数)之间,平均为1.540。9月10日以后抽穗的品种比9月10日及其以前抽穗的品种具有更丰富的表型变异。主成分分析表明,株高、单株有效穗、每穗总粒数、每穗实粒数、着粒密度、千粒重、单株产量和穗颈长等8个性状是解释太湖流域粳稻地方品种多样性的重要性状。     

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。     

水稻产量性状的功能基因及其应用

水稻产量是一个复杂的农艺性状,由单株有效穗数、每穗实粒数和粒重三要素决定。自参考基因组序列释放之后,水稻产量的遗传基础研究取得较大进展。产量相关基因图位克隆获得重大突破,一大批产量相关的主效QTL得到克隆,产量形成的分子机制正在逐步得到解析。同时,相关基因功能标记的创建大大提高了产量定向改良的效率。现综述水稻产量功能基因组研究进展。     

粳稻穗部性状遗传分析

从粳稻（Oryzasativassp.japonica）RIL群体中选取每穗颖花数极端少的品系丙堡3201和丙堡3205及每穗颖花数极端多的品系丙堡3145和丙堡3214,配制丙堡3201×丙堡3145和丙堡3214×丙堡3205两个组合的P1、P2、F1、B1、B2和F26个世代,调查每穗颖花数、每穗实粒数、穗长、一次枝梗数和二次枝梗数的表型分布,并运用主基因＋多基因混合遗传模型,对这5个性状进行了遗传分析。结果表明,每穗颖花数性状在2个组合的各分离世代均未出现超亲分离,而其它4个性状均有不同程度的超亲分离。一次枝梗数受1对主基因＋多基因控制;其余4个性状均受2对主基因＋多基因控制。每穗颖花数、每穗实粒数、穗长和二次枝梗数4个性状以主基因遗传为主,一次枝梗数性状以多基因遗传为主。     

Putative zeatin O‐glucosyltransferase OscZOG1 regulates root and shoot development and formation of agronomic traits in rice

As a ubiquitous reaction, glucosylation controls the bioactivity of cytokinins in plant growth and development.Here we show that genetic manipulation of zeatin-Oglucosylation regulates the formation of important agronomic traits in rice by manipulating the expression of OscZOG1 gene,encoding a putative zeatin O-glucosyltransferase. We found that OscZOG1 was preferentially expressed in shoot and root meristematic tissues and nascent organs. The growth of lateral roots was stimulated in the overexpression lines, but inhibited in RNA interference lines. In shoots, knockdown of OscZOG1 expression by RNA interference significantly improved tillering, panicle branching, grain number per panicle and seed size, which are important agronomic traits for grain yield. In contrast, constitutive expression of OscZOG1 leads to negative effects on the formation of the grain-yielding traits with a marked increase in the accumulation levels of cis-zeatin O-glucoside(c ZOG) in the transgenic rice plants. In this study,our findings demonstrate the feasibility of improving the critical yield-determinant agronomic traits, including tiller number, panicle branches, total grain number per panicle and grain weight by downregulating the expression level of OscZOG1. Our results suggest that modulating the levels of cytokinin glucosylation can function as a fine-tuning switch in regulating the formation of agronomic traits in rice.     

云南元江普通野生稻穗颈维管束和穗部性状的QTL分析

以云南元江普通野生稻为供体亲本,籼稻品种特青为轮回亲本构建高代回交群体,用SSR标记构建连锁图谱,在第1、2、3、4、7和10染色体上定位到7个控制穗颈大维管束数的QTL,在第1、2、3、4和8染色体上定位到5个控制穗颈小维管束数的QTL,在第11和12以外的10条染色体上,共定位到15个控制穗一、二次枝梗数和穗颖花数QTL。来自野生稻的等位基因大多表现负效,能显著减少群体的穗颈维管束数、枝梗数和颖花数,说明从野生稻演化成栽培稻的过程中,可能淘汰了一些对产量不利的QTL,保留了有利的QTL。相当一部分控制穗颈维管束数、枝梗数及颖花数的QTL在染色体上成簇分布或紧密连锁,且加性效应的方向一致,从理论上解释了这些性状表型显著相关的遗传基础,同时也说明在人工选择或自然选择下,这些性状可能存在平行进化或协同进化的关系。     

Transgenic elite Indica rice varieties,resistant to Xanthomonas oryzae pv. oryzae

The agronomically important Indica (group 1) rice varieties IR64, IR72, hybrid restorer line Minghui 63, and BG90-2 were co-transformed by microbombardment of embryogenic suspensions with plasmids that contain the Xa21 gene which confers resistance to Xanthomonas oryzae pv. oryzae and the hph gene for resistance to hygromycin B. Six of the 55 transgenic R0 plant lines containing the Xa21 gene displayed high levels of resistance to the pathogen, and no partial resistance was observed. The trait was stably inherited in subsequent generations, and transgenic plants are currently in field tests. The ability to transfer agronomically important genes into elite Indica rice varieties demonstrates the applicability of genetic engineering for the agronomic improvement of rice.     

不同遗传背景下杂交籼稻功能叶与产量构成因素的相关性

为明确水稻功能叶与产量构成因素间的相关性,以不同遗传背景下籼稻的10个不育系和16个恢复系为亲本,按照NCII设计配制两套双列杂交组合,对水稻12个功能叶性状与8个产量性状构成因素进行了相关分析,结果表明：3片功能叶叶长与叶面积、剑叶宽、倒2叶宽等性状之间均存在极显著正相关,功能叶夹角之间也存在极显著正相关,但不同遗传背景对夹角性状与9个形态性状之间的相关性则存在明显差异,在第1套组合中,其相关系数均为负值,且相关均不显著;而第2套组合则相反。8个产量构成因素中,单株穗数与平均穗长、着粒密度、穗实粒数以及穗着粒数之间存在极显著负相关,平均穗长与穗着粒数、结实率与单株产量呈显著或极显著正相关,遗传背景对产量组成上有较大影响,在第1套组合中单株产量主要由结实率、单株穗数以及穗实粒数等性状决定,而在第2套中则主要由穗实粒数和结实率等性状决定。在功能叶与产量构成因素的相关中,叶长、叶面积、剑叶宽、倒2叶宽与着粒密度、穗实粒数以及穗着粒教等3个性状之间存在显著或极显著正相关。12个水稻功能叶性状与8个产量构成因素之间的主成分分析表明,在不同的遗传背景下,产量构成因素均主要受叶面积和叶夹角影响,两种不同遗传背景中其累积贡献率分别为69．8％和84．0％。     

直播条件下水稻6个穗部性状的QTL分析

在大田直播条件下,利用来源于＂Lemont/特青＂的重组自交系群体,对水稻6个穗部性状及其相互间遗传相关的分子基础进行了QTL分析,共检测到19个QTL,各性状QTL数为2～4个,单个QTL贡献率为4%～22%。共检测到3个染色体区段能同时影响多个穗部性状,其中第1染色体RM212-RM104和第2染色体RM263-RM221区段的QTL能同时影响单株产量、每穗颖花数、着粒密度和二次枝梗数中的3个或4个性状,且这2个区段的QTL对各性状的效应方向相同,增效等位基因均来自‘特青’,为各性状间表型正相关提供了重要的遗传解释。第11染色体RG1022附近的QTL对着粒密度的效应值为负,来自‘特青’的等位基因增加性状值,而对穗长的效应值为正,来自‘特青’的等位基因降低性状值,为这2个性状间表型负相关也提供了一定的遗传解释。此外,对水稻穗部性状QTL在多种环境和遗传背景下的稳定表达及其在分子标记辅助育种中的应用进行了讨论。     

开放式空气CO2浓度增高对水稻产量形成的影响

在大田栽培条件下 ,研究开放式空气CO2 浓度增加 (FACE) 2 0 0 μmol·mol-1的处理对水稻产量及产量构成因素的影响 .结果表明 ,FACE处理对水稻株高和主茎叶片数没有明显影响 ,但使水稻生育进程加快 ,全生育期显著缩短 ,增加施N量可减缓FACE处理对水稻全生育期缩短的程度 ;FACE处理能显著增加分蘖数 ,极显著增加穗数 ,提高结实率 ,但使每穗颖花数显著减少 ;FACE处理能显著提高水稻产量 ,在高N条件下增产幅度更大 ;提高FACE处理的每穗颖花数和单位面积颖花数能极显著提高水稻产量 ,增加施N量是提高FACE处理每穗颖花数和单位面积颖花数的重要措施 .     

开放式空气CO2浓度增高对水稻产量形成的影响

在大田栽培条件下,研究开放式空气CO₂浓度增加(FACE)200μmol·mol^-1的处理对水稻产量及产量构成因素的影响.结果表明,FACE处理对水稻株高和主茎叶片数没有明显影响,但使水稻生育进程加快,全生育期显著缩短,增加施N量可减缓FACE处理对水稻全生育期缩短的程度;FACE处理能显著增加分蘖数,极显著增加穗数,提高结实率,但使每穗颖花数显著减少;FACE处理能显著提高水稻产量,在高N条件下增产幅度更大;提高FACE处理的每穗颖花数和单位面积颖花数能极显著提高水稻产量,增加施N量是提高FACE处理每穗颖花数和单位面积颖花数的重要措施.     

Engineering broad-spectrum disease-resistant rice by editing multiple susceptibility genes

Rice blast and bacterial blight are important diseases of rice (Oryza sativa) caused by the fungus Magnaporthe oryzae and the bacterium Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), respectively. Breeding rice varieties for broad-spectrum resistance is considered the most effective and sustainable approach to controlling both diseases. Although dominant resistance genes have been extensively used in rice breeding and production, generating disease-resistant varieties by altering susceptibility (S) genes that facilitate pathogen compatibility remains unexplored. Here, using CRISPR/Cas9 technology, we generated loss-of-function mutants of the S genes Pi21 and Bsr-d1 and showed that they had increased resistance to M. oryzae. We also generated a knockout mutant of the S gene Xa5 that showed increased resistance to Xoo. Remarkably, a triple mutant of all three S genes had significantly enhanced resistance to both M. oryzae and Xoo. Moreover, the triple mutant was comparable to the wild type in regard to key agronomic traits, including plant height, effective panicle number per plant, grain number per panicle, seed setting rate, and thousand-grain weight. These results demonstrate that the simultaneous editing of multiple S genes is a powerful strategy for generating new rice varieties with broad-spectrum resistance.