生长素代谢、运输及信号转导调控水稻粒型研究进展

水稻(Oryza sativa)是世界主要粮食作物。随着我国经济飞速发展, 耕地面积逐年减少, 提高水稻总产量唯有依靠单产的增加。粒重是决定水稻产量的重要因素之一, 其遗传稳定, 受外界环境因素影响较小。粒重由粒型和灌浆程度决定, 而粒型性状包括粒长、粒宽、粒厚和长宽比。水稻种子颖壳和胚乳发育决定了粒型和粒重, 颖壳细胞的增殖和扩张限制籽粒发育, 胚乳占据成熟种子的大部分体积。而生长素调控受精后颖壳和胚乳的发育, 是调控种子发育和影响水稻产量的重要植物激素。生长素的时空分布受生长素代谢、运输和信号转导的动态调节, 以维持生长素在种子发育中的最适水平。该文综述了生长素代谢、运输和信号转导调控水稻粒型的研究进展, 以期为深入探究生长素调控水稻粒型发育机制和提高水稻产量提供线索。     

水稻产量数量性状的遗传调控机制研究进展

粒重、每穗粒数和每株穗数是决定水稻产量的三大要素,也是水稻育种改良的重点．这些性状都是遗传复杂的数量性状．近十年来,水稻数量性状遗传学领域取得了突破性的进展,成功克隆了一批控制水稻产量性状的数量性状位点（QTL）．本文将简要介绍产量性状相关QTL的功能与作用机制．这些研究成果不仅有助于揭示产量性状形成的遗传基础,也将有力推动水稻分子设计育种的进程．     

水稻粒形性状的遗传及相关基因定位与克隆研究进展

作物育种的首要目标是提高产量。水稻粒形是与水稻产量性状直接相关,与品质性状存在着密切关系的数量性状,其评价指标主要是粒长、粒宽、粒厚、长/宽和长/厚。近年来,水稻粒形的数量遗传研究取得了重要进展,并成功定位克隆了一批控制水稻粒形的基因。文章综述了水稻粒形的经典遗传研究、QTL定位、粒形基因的克隆和功能分析以及在水稻超高产育种中的利用。     

水稻产量相关QTL研究现状

产量是最为复杂的数量性状,对它的遗传机理了解甚微。近15年来,许多学者利用随机分离群体定位了许多影响水稻产量及其组分的QTL,即以QTL定位的方法对产量潜力进行遗传剖析。试验证明上位性效应对产量及其组分性状遗传变异起着重要作用,但目前大多数QTL研究仍侧重于发掘和克隆单个主效QTL,然而对单一基因／QTL的深入了解还不足以诠释复杂性状遗传基础的全貌,还没有为育种家提供足够的可应用于分子标记辅助育种的遗传信息并用于提高水稻产量。笔者认为今后的数量性状研究尚需加强复杂性状QTL遗传网络的发掘,在改良水稻品种性状的同时发展并完善QTL研究。     

水稻垩白的研究现状与改良策略

文章综合分析了水稻垩白与其他稻米品质性状的相关性、垩白形成机理、经典遗传以及分子遗传方面的国内外研究进展。表明垩白形成是一个复杂的生理过程, 与稻株“源-库”关系、籽粒灌浆动态以及胚乳内淀粉的合成与积累密切相关。垩白属于复杂的数量性状, 其遗传具有母体效应、胚乳效应以及细胞质效应, 还受环境条件的影响。在多条染色体上存在一些稳定表达的控制垩白性状的QTL, 其中3个与垩白形成相关的影响淀粉合成、淀粉代谢和果实发育的基因已被克隆。然而, 关于垩白的形成机制和调控网络目前仍不清楚。在育种实践中, 降低垩白仍是我国优质稻育种, 尤其是籼稻品质育种的主要目标之一。文章对今后稻米垩白的遗传研究方向及其改良措施进行了讨论。     

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。     

水稻QTL分析的研究进展

水稻许多重要的性状是由多基因控制的数量性状,经典的数量遗传学只能把数量性状作为一个整体进行研究。近年来．高密度分子标记连锁图的构建和有效的生物统计学方法的发展使人们对数量性状遗传基础的研究出现了革命性的变化。通过对不同群体内的个体或品系的分子标记基因型和表型数据的共分离分析,能对QTL进行检测和定位。本文对QTL定位的原理和方法进行了介绍,从QTL的数目和效应、上位性效应、QTL基因型与环境的互作、相关性状的QTL以及个体发育不同阶段的QTL等方面对水稻QTL分析的研究进展进行了综述。水稻基因组测序计划已经完成,本文还对基因组时代水稻QTL精细定位和克隆的方法进行了探讨,对QTL分析在水稻育种中的应用前景进行了展望。     

水稻QTL定位研究进展

水稻的许多重要农艺性状均属于数量性状,研究水稻数量性状遗传对水稻育种具有十分重要的意义.近年来大量的研究揭示了水稻QTL的基本特征,剖析了重要农艺性状的遗传基础,给水稻遗传改良带来了新策略,不断深入的研究已经完成了水稻特定数量基因的精细定位和克隆,到目前为止已经有一万多个水稻QTL进行了定位,其中有19个进行了克隆,这对水稻育种具有十分重要的意义.本文主要综述了QTL定位的理论基础,水稻QTL定位的研究进展,并对水稻QTL研究的趋势进行了展望.     

miRNA参与植物胚和胚乳发育调控的研究进展

籽粒性状是构成产量的重要基础,是粮食产量的最终体现,也是育种最复杂的性状之一。籽粒主要由胚和胚乳组成,胚乳是积累和贮藏营养物质的场所,主要为胚的萌发和生长提供营养。胚乳细胞的发育、增殖和充实情况决定了籽粒的重量和品质。籽粒发育是一个非常复杂的生物过程,涉及许多基因的时空表达以及转录水平和转录后水平的调控。微小RNA（microRNAs,miRNAs）是一类内源性的非编码小RNA（21～24 nt）,可通过靶向降解和翻译抑制在转录后水平调控植物基因表达。miRNA及其靶基因组成精密的调控网络参与籽粒的发育。基于此,概述了植物miRNAs的生成及作用机制,综述了miRNAs在植物胚和胚乳发育中的调控功能研究进展,以期为进一步鉴定与玉米籽粒发育相关的miRNAs并解析其调控功能提供更好的研究方向。     

水稻qGL3.4调控籽粒大小与株型

籽粒大小与株型对水稻产量具有重要影响,因此其相关基因克隆与功能研究对培育高产水稻具有重大的意义。本研究从以短舌野生稻为供体、华粳籼74 (HJX74)为受体的染色体单片段代换系(SSSLs)中鉴定到一个新的调控籽粒大小与株型的QTL位点qGL3.4。与对照HJX74相比,近等基因系NIL-qGL3.4的粒长、粒宽、千粒重、穗长、穗粒数、一次枝梗数、单株产量与株高显著增加,而NIL-qGL3.4的分蘖数和二级枝梗数与HJX74对应值无显著差异。通过图位克隆,将qGL3.4定位在第3号染色体239.18 kb区间内。细胞学分析表明,NIL-qGL3.4通过调节颖壳细胞的生长进而调控籽粒的大小。分子机理研究表明,qGL3.4可能通过调控籽粒大小相关基因EXPANSINs、GS3、GL3.1、PGL1、GL7、OsSPL13和GS5的表达进而调控籽粒大小。本研究可能为高产与理想株型的水稻培育提供新的靶标位点。     

玉米籽粒淀粉含量遗传基础与调控机制*

玉米是世界上种植面积最大、总产量最高的粮食作物,其籽粒重量的70%来自于淀粉。淀粉不仅是人类及其他动物的主要能量来源,同时也是化工等行业的重要原料。利用拟南芥、水稻等模式植物,淀粉合成相关基因克隆与功能研究已取得较多进展。近年来,随着玉米淀粉含量相关遗传学研究的深入开展,通过数量性状位点(quantitative trait locus mapping,QTL)定位、全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)及各种组学分析方法,发现了较多新的与淀粉含量相关的遗传位点及候选基因,但是尚缺乏归纳总结。综述了玉米籽粒淀粉合成与调控研究进展,对玉米籽粒淀粉含量相关的QTL和基因进行汇总和分析,通过构建一致性物理图谱,提炼玉米籽粒淀粉含量遗传定位热点区间,这为进一步解析玉米籽粒淀粉合成与代谢相关基因的功能提供参考,并为分子标记辅助育种提供遗传资源。     

全基因组关联分析实现水稻粒型自然变异的分子解析

全基因组关联分析(GWAS)近年来被广泛应用于解析生物自然变异的遗传基础。但限于其遗传定位精度, 在水稻(Oryza sativa)遗传学研究中, 该方法尚无法取代传统的图位克隆法在克隆复杂性状调控基因中的作用。近期, 中国科学家在应用GWAS等大数据来克隆控制水稻粒长和粒重等复杂性状的QTL方面取得了新突破。     

玉米叶夹角形成的遗传基础与分子机制解析*

玉米产量取决于植株捕获光能和固定CO₂合成有机化合物的效率。叶夹角是株型重要性状之一,较小叶夹角有利于提高玉米植株光合作用效率和种植密度,因而有利于提高玉米产量。研究表明玉米叶夹角为多基因控制的复杂数量性状,其遗传力较高,主要受基因的加性效应调控。目前,利用数量性状位点(quantitative trait loci, QTL)定位和全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)等方法已鉴定数百个玉米叶夹角相关QTL;结合突变体分析等方法,已克隆数十个调控叶夹角关键基因,这为了解玉米叶夹角遗传机制提供了重要参考。由于前人研究所采用群体、分析方法及参考基因组版本不同,各研究之间所鉴定QTL差异较大,因此无法客观揭示叶夹角性状的遗传规律。为此,通过总结前人所定位叶夹角相关QTL和单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)位点并构建一致性图谱,鉴定出叶夹角性状定位热点区间,并对调控叶夹角的已知基因进行功能分类。这不仅为了解玉米叶夹角的遗传结构、推动叶夹角相关重要基因克隆提供数据支撑,也对进一步开发叶夹角相关分子标记,指导玉米分子育种和提高玉米产量提供有益指导。     

玉米株高和穗位高的遗传基础与分子机制*

株高和穗位高是玉米重要育种性状,直接影响植株的养分利用效率及抗倒伏性,进而影响玉米产量。玉米株高和穗位高属于典型数量性状,目前通过数量性状位点(quantitative trait loci mapping,QTL)定位和全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)等方法已挖掘到较多相关遗传位点,通过QTL精细定位及利用突变体克隆了一些调控株高和穗位高关键基因。但是由于各研究组所利用的群体类型和大小、标记类型和密度以及统计方法不同,所鉴定QTL差异较大,单个研究难以揭示玉米株高和穗位高遗传结构。早期QTL定位的结果多以遗传距离来展示,不同时期GWAS研究所使用参考基因组版本不同,这进一步增加了借鉴和利用前人研究结果的难度。首次将目前已鉴定株高和穗位高遗传定位信息统一锚定至玉米自交系B73参考基因组V4版本,构建了株高和穗位高性状定位的一致性图谱,并鉴定出可被多个独立研究定位的热点区间。进一步对已克隆玉米株高和穗位高调控基因进行总结与分类,揭示株高和穗位高性状调控机制,对深度解析株高和穗位高遗传结构、指导基因克隆和利用分子标记辅助选择优化玉米株高和穗位高性状均具有重要意义。     

复粒稻种质资源及其遗传育种利用

水稻(Oryza sativa)是世界上最重要的粮食作物之一, 也是单子叶植物发育分子生物学研究的理想模式植物。穗部形态是影响水稻产量的重要因素, 也是当前水稻遗传改良和发育生物学研究的热点之一。复粒稻是发生于水稻穗粒部的一种突变体材料, 在形态上可分为小穗簇生型和颖壳多雌型两种, 有自然突变、杂交变异和理化诱变等多种来源途径。作为一种特异的水稻种质资源, 复粒稻在水稻新材料创建、复粒型新品种选育、改善杂交制种结实性及探讨单子叶植物成花机理等方面具有重要的研究价值, 对创造复粒新型育种材料、提高穗着粒密度及穗粒数、有效缩短穗长度、改良水稻植株性状及提高产量等都具有重要意义。该文综述了复粒稻的资源类型、来源途径、遗传分析、基因定位及其育种利用价值等方面的研究进展, 并提出了今后的研究方向, 以期为水稻遗传育种提供参考。     

水稻抗稻瘟病机制的研究进展

稻瘟病严重危害水稻产量与品质.水稻抗病遗传基础及分子机制的解析,可为水稻抗病育种提供有效抗性遗传资源和重要的理论指导.本文从水稻稻瘟病抗病基因的克隆、抗性机制解析、产量与稻瘟病抗性的协同调控,以及稻瘟病抗病育种等方面,综述了近年来水稻稻瘟病抗病研究领域的主要进展,并对目前稻瘟病抗病研究中存在的问题进行了讨论与展望.     

植物数量性状变异的分子基础与QTL克隆研究进展

探讨数量性状变异规律以便对其进行遗传操纵一直是植物遗传学的一个重要领域。DNA分子标记和QTL作图技术的发展以及拟南芥和水稻全基因组测序的完成极大地促进了植物数量性状分子基础的研究。现已克隆了拟南芥ED1、水稻Hdl、玉米Tb1、番茄fw2．2和Brii9-2-5等控制目标数量性状的基因。数量性状表型变异不仅源于多个数量性状基因（QTL）的分离．而且还受到内外环境的修饰。QTL等位基因变异与孟德尔基因变异具有类似的分子基础,即基因表达或蛋白质功能发生改变。通过分析已克隆的植物QTL的变异特征及分子基础,讨论了植物QTL克隆技术策略,并对QTL研究所面临的挑战和应用前景进行了展望。     

一个新的OsBRI1弱等位突变体的鉴定及其调控种子大小的功能研究

水稻(Oryzasativa)籽粒大小是影响其产量的关键农艺性状,克隆并研究水稻籽粒大小相关基因对于提高水稻产量具有重要意义。为深入探究水稻籽粒大小的调控机制,通过EMS诱变品种宽叶粳(KYJ),分离了一系列水稻籽粒大小改变的突变体,其中smg12表现为籽粒变小,株高变矮,一级枝梗数和二级枝梗数减少。遗传分析表明,该小粒突变体受隐性单基因控制。细胞学分析显示,该突变体颖壳纵向细胞长度显著变短,表明SMG12主要影响细胞扩展。利用Mutmap方法对候选基因进行克隆,筛选出SMG12的候选基因OsBRI1,该基因编码油菜素内酯受体激酶。OsBRI1外显子上的第2 074个碱基发生了由C到T的置换,产生非同义突变,使得该位置编码的脯氨酸变为丝氨酸,从而影响OsBRI1的功能。综上,该研究鉴定了OsBRI1基因的1个新等位变异,揭示了油菜素内酯途径调控水稻籽粒大小的细胞和分子基础。     

基于染色体片段置换系的野生稻粒宽QTL qGW8的精细定位与遗传分析

利用以栽培稻9311为受体、普通野生稻为供体的染色体单片段置换系CSSL182,检测到一个与粒宽相关的QTL。CSSL182与受体亲本9311粒型性状差异显著,且只在8号染色体有一个野生稻导入片段。构建CSSL182/9311的F2次级分离群体,将粒宽QTL初定位在8号染色体的标记RM447和RM264之间,贡献率达22.49,将该QTL命名为qGW8。随后进一步设计区间内多态性分子标记引物,检测F2群体的2000株分离个体以及F2：3群体交换单株,结合后代表型验证,最终将qGW8精细定位到8号染色体10kb区间内。该区间内含有3个候选基因,基因测序发现这3个基因在双亲之间均含有丰富的变异。对双亲籽粒颖壳细胞电镜扫描观察发现,CSSL182的颖壳细胞宽度比9311减少16.7%。这一结果表明qGW8中来自野生稻的等位基因通过改变颖壳细胞形状影响粒型。     

豌豆遗传图谱构建及QTL定位研究进展

豌豆的许多性状是多基因控制的数量性状,QTL定位就是以分子标记技术为工具、以遗传连锁图谱为基础、利用分子标记与QTL之间的连锁关系确定控制数量性状的基因在基因组中的位置.本文对QTL定位原理、方法进行了简单介绍;对豌豆遗传图谱构建及主要性状,如产量、品质、抗病性等QTL定位、遗传效应分析等方面的研究进行综述;对目前基于QTL豌豆分子标记育种存在的问题、应用前景进行了探讨.