水稻外观品质的数量性状基因位点分析

利用由98个家系组成的Nipponbare(粳)／Kasalath(秒)∥Nipponbare回交重组自交系(backcross inbred lines,BILs)群体(BC1F9)及其分子连锁图谱,采用复合区间作图的方法,在2个不同年份对粒长、粒宽、粒形、垩白率、垩白大小、垩白度和透明度等7个稻米外观品质性状的数量性状基因位点(Quantiative trait loci,QTL)进行了定位分析。共定位到33个四QTLs,单个性状QTL数目在4-7个之间,以垩白率最多,为7个;粒长和垩白大小次之,为5个;其他性状均为4个,表明该组合外观品质是由多基因控制的数量性状。单个QTL对性状变异解释率粒长为6．2％-15．2％,粒宽为8．3％-32．5％,长宽比为6．8％-19．8％,垩白率为6．4％-28．5％,垩白大小为6．1％-16．9％,垩白度为9．3％-17．2％,透明度为5．6％-25．2％．QTL在染色体上成集中分布的特点,第3染色体C1488-C563、第5染色体R830-R3166和R1436-R2289、第6染色体R2147-R2171均有3个以上的QTLs分布。比较2年的检测结果表明,外观品质性状的QTL定位都受环境影响,但不同性状受影响的程度差异很大。粒长和粒形的QTL定位受环境影响很小,垩白率、垩白大小和垩白度的QTL定位受环境影响很大。     

Time-Course Association Mapping of the Grain-Filling Rate in Rice (Oryza sativa L.)

Detecting quantity trait locus (QTLs) and elite alleles that are associated with grain-filling rate (GFR) in rice is essential for promoting the utilization of hybrid japonica rice and improving rice yield. Ninety-five varieties including 58 landraces and 37 elite varieties from the core germplasm collection were genotyped with 263 simple sequence repeat (SSR) markers. The GFR of the 95 varieties was evaluated at five stages, 7, 14, 21, 28 and 35 days after flowering (DAF) both in 2011 and 2012. We found abundant phenotypic and genetic diversity in the studied population. A population structure analysis identified seven subpopulations. A linkage disequilibrium (LD) analysis indicated that the levels of LD ranged from 60.3 cM to 84.8 cM and artificial selection had enhanced the LD. A time-course association analysis detected 31 marker-GFR associations involving 24 SSR markers located on chromosomes 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 11 and 12 of rice at five stages. The elite alleles for high GFR at each stage were detected. Fifteen excellent parental combinations were predicted, and the best parental combination ‘Nannongjing62401×Laolaihong’ could theoretically increase 4.086 mg grain^-1 d^-1 at the five stages. Our results demonstrate that the time-course association mapping for GFR in rice could detect elite alleles at different filling stages and that these elite alleles could be used to improve the GFR via pyramiding breeding.     

利用染色体片段置换系定位水稻落粒性主效QTL

水稻落粒性是与其生产密切相关的重要性状之一。以7个染色体片段置换系为材料, 采用重叠群代换作图法对控制落粒性的2个主效QTL进行定位。结果表明, 104个SSR标记在亲本间具有多态性, 多态率为68.0%; 4个置换系的落粒性与亲本日本晴的落粒性相似, 表现难落粒。3个置换系与亲本93-11的落粒性相似, 表现易落粒; 7个染色体片段置换系在第1和第6染色体上检出7个置换片段, 其长度分别为23.6、16.5、 6.6、 9.9、 10.4、 20.2和7.1 cM; qSH-1-1被定位在第1染色体RM472－RM1387之间, 遗传距离约为6.6 cM。qSH-6-1为新发现的落粒性主效QTL, 被定位在第6染色体RM6782－RM3430之间,遗传距离约为4.2 cM。利用染色体片段置换系能准确地定位水稻落粒性QTL, qSH-1-1与qSH-6-1的鉴定和初步定位为其进一步的精细定位、图位克隆及分子标记辅助选择奠定了基础。     

Coleoptile Senescence in Rice (Oryza sativa L.)

We investigated the cellular events associated with cell deathin the coleoptile of rice plants (Oryza sativa L.). Seeds germinatedunder submergence produced coleoptiles that were more elongatedthan those grown under aerobic conditions. Transfer of seedlingsto aerobic conditions was associated with coleoptile opening(i.e. splitting) due to death of specific cells in the sideof the organ. Another type of cell death occurred in the formationof lysigenous aerenchyma. Senescence of the coleoptile was alsonoted, during which discolouration of the chlorophyll and tissuebrowning were apparent. DNA fragmentation was observed by deoxynucleotidyltransferase-mediateddUTP nick end labelling (TUNEL) assay, and further confirmedby the appearance of oligonucleosomal DNA ladders in senescentcoleoptile cells. Two nucleases (Nuc-a and Nuc-b) were detectedby in-gel-assay from proteins isolated from coleoptiles. Nuc-a,commonly observed in three cell death phases required eitherCa²⁺or Mg²⁺, whereas Nuc-b which appeared during senescencerequired both Ca²⁺and Mg²⁺. Both nucleases were strongly inhibitedby Zn²⁺. Copyright 2000 Annals of Botany Company Aerenchyma, rice, cell death, coleoptile, fragmentation, nuclease, Oryza sativa, senescence, split, submergence, TUNEL     

水稻分蘖角度的QTL定位和主效基因的遗传分析

利用水稻籼粳亚种间组合Asominori×IR24重组自交系(RIL)群体71个株系和相应的全基因组染色体片段置换系(Chromosomesegmentsubstitutionline,CSSL)群体65个株系,在2种环境下对分蘖角度性状进行了数量性状基因座(QTL)定位和上位性效应的遗传分析。在两种群体中都出现了分蘖角度的超亲分离。在RIL群体中发现了5个主效QTLs和3对上位性双位点互作标记基因座,控制水稻分蘖角度。其中在第9染色体上位于XNpb108~C506RFLP分子标记区间的qTA-9基因座在2种环境中同时出现,其贡献率平均为28·6%,增加分蘖角度的等位基因来自籼稻品种IR24。利用CSSL群体图示基因型分析,证实在第9染色体上含有RFLP标记C609和C506约15cM的染色体区段,存在增加分蘖角度的基因,来源于染色体片段供体亲本IR24,在Asominori的遗传背景中能增加分蘖角度约15°,该基因的位置与RIL群体在第9染色体上定位的QTL相同,证实了qTA-9的存在。F1表型测定及F2代遗传分析表明,来自IR24的等位基因是一个不完全显性基因。除一对上位性位点存在显著的环境互作效应外,未发现其他位点存在与环境的互作效应。不同基因的加性效应和双位点的上位性效应的共同作用可能是造成水稻分蘖角度超亲分离的主要原因。     

水稻低温发芽力QTL定位和遗传分析

以Kinmaze(粳稻)／DV85(籼稻)的重组自交系F10世代群体检测了影响水稻低温发芽力性状的数量性状基因座(QTL)。通过测定不同时期的低温发芽率,确定了15℃低温、第10d为检测低温发芽率的最适处理温度和时间,该条件下能够充分检测到品种的差异和分离群体的变异。通过设置对照,证明所检测的低温发芽率不受休眠及二次休眠的影响。15℃低温、第10d时,Kinmaze的发芽率达35％,DV85的发芽率只有7％,两亲本之间存在明显差异,该群体81个家系的低温发芽率变幅在0％～99％之间。QTL分析结果检测到5个与低温发芽力相关的基因座,分别位于第2、6、7、11和12染色体上。位于第2、6和11染色体上的qLTG-2、qLTG-6和qLTG-11贡献率分别为27．1％、17．1％和15．0％,对低温发芽力性状的增效基因来自DV85;位于第7、12染色体上qLTG-7和qLTG-12的贡献率分别为22．9％和8．8％,增效基因来自Kinmaze。其中,qLTG-6和qLTG-11在染色体上的位置与已报道的有关低温发芽力QTL位置相似,而qLTG-2、qLTG-7和qLTG-12为新检测的低温发芽力基因座。上位性分析结果显示,第3与第5染色体上存在影响低温发芽力的互作位点,其互作可以提高低温发芽力,而第7染色体上的两位点之间的互作降低了低温发芽力。     

水稻体细胞无性系变异

水稻体细胞无性系变异研究取得了很大进展 ,获得了大量抗病、抗逆、优质、矮杆等突变体。对这些突变体遗传分析表明 ,大多数突变性状由 1对或 2对基因控制。水稻体细胞无性系变异的发生与基因型、性状、继代时间、培养方式等有关 ,并具有内在的机制 ,点突变和反转录转座子插入可能是引起水稻无性系变异的两个重要原因。     

利用染色体片段置换系定位水稻落粒性主效QTL

水稻落粒性是与其生产密切相关的重要性状之一。以7个染色体片段置换系为材料,采用重叠群代换作图法对控制落粒性的2个主效QTL进行定位。结果表明,104个SSR标记在亲本间具有多态性,多态率为68.0%;4个置换系的落粒性与亲本日本晴的落粒性相似,表现难落粒。3个置换系与亲本93-11的落粒性相似,表现易落粒;7个染色体片段置换系在第1和第6染色体上检出7个置换片段,其长度分别为23.6、16.5、6.6、9.9、10.4、20.2和7.1 cM;qSH-1-1被定位在第1染色体RM472-RM1387之间,遗传距离约为6.6 cM。qSH-6-1为新发现的落粒性主效QTL,被定位在第6染色体RM6782-RM3430之间,遗传距离约为4.2 cM。利用染色体片段置换系能准确地定位水稻落粒性QTL,qSH-1-1与qSH-6-1的鉴定和初步定位为其进一步的精细定位、图位克隆及分子标记辅助选择奠定了基础。     

水稻生物学产量及其构成性状的QTL定位

QTL的加性效应、加性×加性上位性效应及它们与环境的互作效应是数量性状的重要遗传分量.利用IR64/Azucena的125个DH品系为群体,分析了水稻生物学产量及其两个构成性状干草产量和谷粒产量的遗传组成.用基于混合模型的复合区间作图(MCIM)方法进行QTL定位.检测到12个位点有加性主效应,27个位点涉及双位点互作,18个位点存在环境互作.结果表明水稻生物学产量和它的两个构成性状普遍存在上位性效应和QE互作效应.此外,还探讨了性状间相关的遗传基础.发现4个QTLs和一对上位性QTLs可能与生物学产量与干草产量之间的正相关有关.3个QTL可能与干草产量与谷粒产量之间的负相关有关.这些结果可能部分地解释了这3个性状相关的遗传原因.通过对水稻生物学产量及其两个构成性状所定位QTL的分析,加深了对数量性状QTL的认识.首先,QTL的上位性效应和QE互作效应是普遍存在的;其次,QTL的多效性或紧密连锁可能是遗传相关的原因,当QTL对两个性状作用的方向相同时可导致正向遗传相关,反之则为负向遗传相关,当有些QTL表现为同向作用而另一些QTL表现为反向作用时,则可削弱性状间的遗传相关性;第三,复合性状的QTL效应可分解为其组成性状的QTL效应,如果QTL对各组成性状的效应方向相反而相互抵消,可使复合性状的QTL效应不易被检测;第四,加性效应的QTL常参预构成上位性效应,而具有上位性效应的QTL并非都有加性主效应,表明忽略上位性的QTL定位方法会降低检测QTL的功效;最后,鉴别不同类型的QTL效应有利于指导育种实践,选择主效QTL适用于多环境,QE互作QTL适用于特定环境,对上位性QTL应强调选择基因组合而并非单个基因.     

Association Mapping for Important Agronomic Traits in Core Collection of Rice (Oryza sativa L.) with SSR Markers

Mining elite genes within rice landraces is of importance for the improvement of cultivated rice. An association mapping for 12 agronomic traits was carried out using a core collection of rice consisting of 150 landraces (Panel 1) with 274 simple sequence repeat (SSR) markers, and the mapping results were further verified using a Chinese national rice micro-core collection (Panel 2) and a collection from a global molecular breeding program (Panel 3). Our results showed that (1) 76 significant (P<0.05) trait-marker associations were detected using mixed linear model (MLM) within Panel 1 in two years, among which 32% were identical with previously mapped QTLs, and 11 significant associations had >10% explained ratio of genetic variation; (2) A total of seven aforementioned trait-marker associations were verified within Panel 2 and 3 when using a general linear model (GLM) and 55 SSR markers of the 76 significant trait-marker associations. However, no significant trait-marker association was found to be identical within three panels when using the MLM model; (3) several desirable alleles of the loci which showed significant trait-marker associations were identified. The research provided important information for further mining these elite genes within rice landraces and using them for rice breeding.     

水稻耐亚铁毒QTLs的定位

亚铁毒是潜育性水稻土中限制水稻产量的主要因子。利用龙杂8503／IR64的F2和等价的F3群体,在营养液中培养来定位耐亚铁毒的QTLs。通过构建101SSR标记的遗传连锁图谱来确定耐亚铁毒QTLs的位置和特性。借助叶片棕色斑点指数、株高和最大根长3个性状,利用营养液在水稻苗期来评价F2单株、F3群体和亲本龙杂8503、IR64,共检测到叶片棕色斑点指数、株高和最大根长的QTLs20个,分布在水稻的10条染色体上,表明这些性状受多基因控制。控制叶片棕色斑点指数的QTLs分别定位在第1染色体的RM315-RM212、第2染色体的RM6-RM240和第4染色体的RM252-RM451之间。与前人的研究结果比较发现：1）位于第4染色体RM252-RM451之间的控制叶片棕色斑点指数的QTL与水稻功能图谱上控制叶绿素含量减少的QTL的位置一致。另一个位于第1染色体的RM315-RM212之间的控制叶片棕色斑点指数的QTL与水稻功能图谱上位于C178-R2635之间控制叶绿素含量的QTL连锁。2）位于第2染色体RM6-RM240之间的第3个控制叶片棕色斑点指数的QTL与位于RZ58-CD0686的控制钾吸收的QTL连锁。     

水稻三系不育系育性与温度关系研究

通过自然条件下分期播种实验,对生产上应用的12个三系不育系花粉育性与温度的关系进行比较分析。结果表明:自然高温条件下不育系金23A、T98A、丰源A及冈46A花粉不育性稳定;隆398A、隆香634A、4302A、优IA及D62A出现少量可染花粉;高温诱导天丰A、五丰A和粤泰A花粉可育作用明显。此外,对可染花粉率与水稻不同发育时期的日均温相关性的分析表明,五丰A、天丰A和粤泰A可染花粉率均与抽穗前13~18 d的日均温显著相关(P0.05),高温诱导五丰A、天丰A和粤泰A育性转换敏感期为雌雄蕊原基形成末期至减数分裂期,育性转换临界日均温度分别为27.11℃、26.48℃和27.30℃。     

具广亲和性的水稻隐性高秆细胞突变体

０２４２８ｈ系粳稻隐性高秆细胞突变体。来源于半矮秆广亲和种质０２４２８体细胞无性系变异。在１０３个Ｒ２代株系中,有１株系在抽穗后分离出高、矮秆两种类型,高秆比矮秆高６１．４％,系因例一和倒二节间伸长所致,以倒一节间伸长最为明显,占增长的６６．３％。在Ｒ３、Ｒ４代中矮秆类型继续分离出高秆和矮秆两在型,分离比为３：１,高秆类型未见分离。显示所分离的高秆是供体亲本０２４２８的单基因突变。暂名为０２４２８     

利用最大似然法进行水稻产量性状基因的分子作图

本研究根据对估计标记－数量性状基因座位（ＱＴＬ）之间重组率的两种分析方法（矩量法和最大似然法）、两种方差模型（ＱＴＬ基因型之间的方差同质和异质模型）的分析,揭示了ＬＯＤ值在标记－ＱＴＬ连锁检测上所得结果的相关性高于重组率估计值的相关性。采用最大似然法和异质方差模型,估计了水稻产量构成有关的ＱＴＬ与分布于１１对染色体上的５１个限制性片段长度多态性（ＲＦＬＰ）标记之间的重组率,并对似然比（以ＬＯＤ值表示）进行Ｘ￣２检验,发现７个存在显著连锁关系的标记－性状组合,其平均重组率为１０．０％。这些标记分布于第１、５、６、８和１１等５对染色体上,涉及７个ＲＦＬＰ标记和３个产量构成性状,即每穗颖花数（ＲＧ５７３、ＲＺ６１７、ＲＧ１０３）、单株穗数（ＲＧ６４Ｂ）和每穗实粒数（ＲＧ１０１、ＲＧ２４４、ＲＧ６５３）。     

Linkage Disequilibrium in Salt Tolerant Genotypes of Rice (Oryza sativa L)

Genome wide linkage disequilibrium (LD) was investigated in a set of 32 genotypes representing salt tolerant improved varieties and landraces and six salt sensitive genotypes of rice with 64 microsatellite markers to identify the genomic regions that are associated with salt tolerance in rice. Out of 64 markers analyzed, 36% SSR pairs exhibited significant LD at 0.05. A few regions were identified as targets of selection in 10 chromosomes with high r ² values. The model-based groups from Bayesian clustering analysis are largely consistent with known pedigrees of the lines. The increased percentage of association of SSR loci in the improved varieties indicated the role of selection in linkage disequilibrium especially for salt tolerance. LD was extended as far as 100 cM in the present study. Most of the markers (43.8%) with significant LD values were observed in the genomic regions of reported QTL for salt tolerance in rice.     

水稻花药培养力的遗传分析及基因定位

在栽培稻的籼粳亚种间,花药培养力存在显著差异,这一差异主要是由遗传因素引起的。以适合籼粳稻杂种花药培养的SK_3培养基,经花药培养获得了一个籼粳交F_1代的加倍单倍体(DH)群体,对该群体的110个株系用同一种培养基进行花药培养,利用该群体构建的分子图谱进行有关水稻花药培养力的数量性状基因座位(QTLs)的分析。结果表明,与水稻花药培养力有关的4个性状在DH群体中均表现为连续分布,愈伤组织诱导率与绿苗分化率之间不存在相关性,而绿苗产率与愈伤组织诱导率和绿苗分化率均显著相关。在第6、7、8、10和12 5条染色体上分别检测到与愈伤组织诱导率有关的5个QTLs,其加性效应均为正。在第1和第9染色体上检测到与绿苗分化率有关的2个QTLs,这两个性状间的QTs不存在连锁。在第9染色体上有一个主效基因与白苗分化率有关,对绿苗产率则没有检测到特有的QTL。     

Amelioration of Salinity Effect in Salt Tolerant Rice (Oryza sativa L.) by Foliar Application of Putrescine

Amelioration of NaCl (electric conductivity 15 mmho cm^–1)toxicity in the salt tolerant rice cultivar Co 43 was investigatedon 25th and 45th day old plants by foliar application of diamineputrescine (10 µM) in a pot culture experiment. Exogenoussupply of putrescine on salt stressed plants considerably increasedthe shoot growth (fresh weight and dry weight) and grain yield.Foliar application of putrescine inhibited the Na⁺ and Cl^–uptake, and accelerated the accumulation of K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺,proline and endogenous putrescine in the leaves of salt-stressedplants. Furthermore, putrescine application prevented degradationof chlorophyll and inhibited the reductions of soluble protein,total protein, RNA and DNA contents, and elevated their concentrationsin the leaves of plants exposed to salinization. The physiologicalrole of putrescine in several stress-related processes is discussedwith salt tolerance of plants. (Received March 15, 1991; Accepted May 10, 1991)     

水稻(Oryza sativa L.)苗期低温白化突变体al12的超微结构与基因定位

水稻苗期低温白化突变是水稻在发育早期对低温胁迫的一种适应性,是一种受发育和温度控制的条件表达,它与其他水稻白化突变有本质的不同.本研究利用便携式叶绿素测量仪测定了白化时期植株的叶绿素含量和用透射电镜观察了叶绿体的结构变化.结果发现叶绿素平均含量仅为1.2(SPAD),而叶绿体也不能正常发育仅有囊泡状结构.通过与9311的正反交实验及子代的分离表现证明该性状受一个隐性核基因的控制.另外利用SSR分子标记技术将该基因定位在第8染色体上,两侧最近的SSR标记RM5068和RM3702分别距基因0.5～1.1 cM和4.9 cM,基因被定位在约6个cM的区间内.我们将该基因暂时命名为al12.