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Genetic dissection of rice appearance quality and cooked rice elongation by genome-wide association study

The Crop Journal 2021年第6期9卷 1470-1480页

作者： xianjin qiu Jing Yang Fan Zhang Yanan Niu Xiuqing Zhao Congcong Shen Kai Chen Sheng Teng Jianlong Xu Engineering Research Center of Ecology and Agricultural Use of Wetland Ministry of Education/Hubei Collaborative Innovation Center for Grain IndustryJingzhou 434025HubeiChina Laboratory of Photosynthesis and Environmental Biology CAS Center for Excellence in Molecular Plant SciencesShanghai Institute of Plant Physiology and EcologyShanghai Institutes for Biological SciencesChinese Academy of SciencesShanghai 200032China National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement Institute of Crop SciencesChinese Academy of Agricultural SciencesBeijing 100081China Shenzhen Branch Guangdong Laboratory for Lingnan Modern AgricultureGenome Analysis Laboratory of the Ministry of AgricultureAgricultural Genomics Institute at ShenzhenChinese Academy of Agricultural SciencesShenzhen 518120GuangdongChina University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China

Appearance and cooked rice elongation are key quality traits of rice. Although some QTL for these traits have been identified, understanding of the genetic relationship between them remains limited. In the present study, large phenotypic variation was observed in 760 accessions from the 3 K Rice Genomes Project for both appearance quality and cooked rice elongation. Most component traits of appearance quality and cooked rice elongation showed significant pairwise correlations, but a low correlation was found between appearance quality and cooked rice elongation. A genome-wide association study identified 74 QTL distributed on all 12 chromosomes for grain length, grain width, length to width ratio, degree of endosperm with chalkiness, rice elongation difference, and elongation index. Thirteen regions containing QTL stably expressed in multiple environments and/or exerting pleiotropic effects on multiple traits were detected. By gene-based association analysis and haplotype analysis, 46 candidate genes, including five cloned genes, and 49 favorable alleles were identified for these 13 QTL. The effect of the candidate gene Wx on rice elongation difference was validated by a transgenic strategy. These results shed light on the genetic bases of appearance quality and cooked rice elongation and provide gene resources for improving rice quality by molecular breeding.

关键词： Appearance quality Cooked rice elongation Genome-wide association study Candidate gene Favorable allele Quantitative trait locus/loci(QTL)

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QTL underlying iron and zinc toxicity tolerances at seedling stage revealed by two sets of reciprocal introgression populations of rice(Oryza sativa L.)

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The Crop Journal 2016年第4期4卷 280-289页

作者： Huan Liu Aijaz Soomro Yajun Zhu xianjin qiu Kai Chen Tianqing Zheng Longwei Yang Danying Xing Jianlong Xu Hubei Collaborative Innovation Center for Grain Industry Yangtze University Institute of Crop Science/National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement Chinese Academy of Agricultural Sciences Agricultural Genomics Institute at Shenzhen Chinese Academy of Agricultural Sciences Shenzhen Institute of Breeding for Innovation Chinese Academy of Agricultural Sciences

Iron and zinc are two trace elements that are essential for rice. But they are toxic at higher concentrations, leading to severe rice yield losses especially in acid soils and inland valleys. In this study, two reciprocal introgression line(IL) populations sharing the same parents were used with high-density SNP bin markers to identify QTL tolerant to iron and zinc toxicities. The results indicated that the japonica variety 02,428 had stronger tolerance to iron and zinc toxicities than the indica variety Minghui 63. Nine and ten QTL contributing to iron and zinc toxicity tolerances,respectively, were identified in the two IL populations. The favorable alleles of most QTL came from 02,428. Among them, q FRRDW2, q ZRRDW3, and q FRSDW11 appeared to be independent of genetic background. The region C11S49–C11S60 on chromosome 11 harbored QTL affecting multiple iron and zinc toxicity tolerance-related traits, indicating partial genetic overlap between the two toxicity tolerances. Our results provide essential information and materials for developing excellent rice cultivars with iron and/or zinc tolerance by marker-assisted selection(MAS).

关键词： Rice Reciprocal introgression lines Iron tolerance Zinc tolerance Quantitative trait locus/loci(QTL)

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A prolific and robust whole-genome genotyping method using PCR amplification via primer-template mismatched annealing

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Journal of Integrative Plant Biology 2023年第3期65卷 633-645页

作者： Sheng Zhao Cuicui Zhang Liqun Wang Minxuan Luo Peng Zhang Yue Wang Waqar Afzal Malik Yue Wang Peng Chen xianjin qiu Chongrong Wang Hong Lu Yong Xiang Yuwen Liu Jue Ruan Qian Qian Haijian Zhi Yuxiao Chang National Key Laboratory for Crop Genetics and Germplasm Enhancement National Center for Soybean ImprovementNanjing Agricultural UniversityNanjing 210095China Guangdong Laboratory of Lingnan Modern Agriculture Genome Analysis Laboratory of the Ministry of Agriculture and Rural AffairsAgricultural Genomics Institute at ShenzhenChinese Academy of Agricultural SciencesShenzhen 518120China College of Agriculture Yangtze UniversityJingzhou 434023China Guangdong Provincial Key Laboratory of New Technology in Rice Breeding Rice Research InstituteGuangdong Academy of Agricultural SciencesGuangzhou 510640China

Whole-genome genotyping methods are important for ***,it has been challenging to develop a robust method for simultaneous foreground and background genotyping that can easily be adapted to different genes and *** our study,we accidently discovered that in adapter ligation-mediated PCR,the amplification by primertemplate mismatched annealing(PTMA)along the genome could generate thousands of stable PCR *** on this observation,we consequently developed a novel method for simultaneous foreground and background integrated genotyping by sequencing(FBI-seq)using one specific primer,in which foreground genotyping is performed by primer-template perfect annealing(PTPA),while background genotyping employs *** DNA arrays,multiple PCR,or genome target enrichments,FBI-seq requires little preliminary work for primer design and synthesis,and it is easily adaptable to different foreground genes and ***-seq therefore provides a prolific,robust,and accurate method for simultaneous foreground and background genotyping to facilitate breeding in the postgenomics era.

关键词： background selection foreground genotyping primer-template mismatched annealing marker-assisted breeding whole-genome genotyping

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磁化水灌溉对农作物生长发育影响的研究进展

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作物杂志 2022年第6期 1-6页

作者：周浩邱先进徐建龙长江大学农学院湖北荆州434025 中国农业科学院作物科学研究所北京100081

磁化水处理应用于农作物的生产实践是一个比较特殊的领域,国内外科研人员在开发磁化水的基础上开展了磁化水对农作物生长发育影响的诸多研究,比较了磁化水与普通水灌溉对种子发芽、秧苗生长素质、田间相关农艺性状及土壤理化性质影响的... 详细信息

磁化水处理应用于农作物的生产实践是一个比较特殊的领域,国内外科研人员在开发磁化水的基础上开展了磁化水对农作物生长发育影响的诸多研究,比较了磁化水与普通水灌溉对种子发芽、秧苗生长素质、田间相关农艺性状及土壤理化性质影响的异同,表明磁化水对水稻生长发育调控和土壤改良效应有一定的影响。通过系统总结,发现磁化水对水稻及其他农作物表现出的差异主要集中于土壤特性、生长指标、叶片叶绿素含量、根系性状、产量及品质方面,同时磁化水灌溉影响水稻及其他农作物的生理特性。研究结果为磁化水灌溉在农作物生产中的推广应用提供参考依据。

关键词：磁化水土壤特性生长发育高产水稻稻米品质

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水稻种质资源粒型的评价与筛选

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中国稻米 2023年第1期29卷 76-81页

作者：姜洁锋邱先进金林灿应泉盛宁波市农业科学研究院浙江宁波315040 长江大学农学院湖北荆州434025

筛选粒型优异的种质资源是选育优质水稻品种的前提。本研究引进了546份籼稻种质资源和326份粳稻种质资源,于2019—2020年在宁波考察了这些种质资源的粒型表现。结果表明,籼型种质资源粒长、粒宽和长宽比的变异系数分别为10.23%、10.90%... 详细信息

筛选粒型优异的种质资源是选育优质水稻品种的前提。本研究引进了546份籼稻种质资源和326份粳稻种质资源,于2019—2020年在宁波考察了这些种质资源的粒型表现。结果表明,籼型种质资源粒长、粒宽和长宽比的变异系数分别为10.23%、10.90%和18.17%,粳型种质资源则分别为12.62%、12.88%和24.22%,3个性状变异均十分丰富,其中长宽比的变异最丰富;籼型种质资源的粒长与粒宽的相关系数为-0.47(2019年)~-0.48(2020年)、粒长与长宽比的相关系数为0.84,粒宽与长宽比的相关系数为-0.86(2019年)~-0.87(2020年),而粳型种质资源则分别为-0.47(2019年)~-0.42(2020年)、0.82(2019年)~0.80(2020年)和-0.88(2019年)~-0.87(2020年),粒长与粒宽表现为中度负相关,长宽比受粒长和粒宽的影响程度相同。最终筛选出了18份粒型优异的籼稻种质资源和34份粒型优异的粳稻种质资源。育种家可以根据需要选择合适的粒型种质资源作为亲本选育优质稻品种。

关键词：水稻种质资源粒型农艺性状

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利用东乡普通野生稻染色体片段置换系定位水稻苗期耐盐性QTL

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植物遗传资源学报 2024年第8期25卷 1245-1253页

作者：程怡冰黄倩韩冰崔迪邱先进马小定韩龙植长江大学农学院湖北荆州434025 中国农业科学院作物科学研究所/作物基因资源与育种全国重点实验室北京100081 重庆师范大学生命科学学院重庆401331

本实验室前期以东乡普通野生稻和日本晴为亲本创制了强耐盐染色体片段置换系CSSL91,本研究将其与日本晴和强耐盐种质Pokkati比较,结果显示CSSL91耐盐性与Pokkali相当。以CSSL91与日本晴构建的F2:3群体为试验材料,日本晴和CSSL91为对照,... 详细信息

本实验室前期以东乡普通野生稻和日本晴为亲本创制了强耐盐染色体片段置换系CSSL91,本研究将其与日本晴和强耐盐种质Pokkati比较,结果显示CSSL91耐盐性与Pokkali相当。以CSSL91与日本晴构建的F2:3群体为试验材料,日本晴和CSSL91为对照,以耐盐等级和幼苗存活率为指标。结果表明2个指标均成正态分布,QTL连锁定位分析共检测到5个耐盐相关QTL,分别分布于第4、9、10号染色体上,LOD值介于2.95~3.97,表型贡献率为9.83%~18.48%;其中耐盐等级QTL-q ST4的表型贡献率最高,其定位在第4号染色体DX-C4-1~DX-S4-16标记间。分离群体分组分析法(BSA,bulked segregation analysis)分析检测到第4号染色体0~5.0 Mb区间有一个超过阈值的QTL,该区间与QTL-q ST4重合,QTL连锁分析方法和BSA方法均在第4号染色体的0~5.0 Mb区间定位到耐盐等级QTL,说明QTL-qST4是可靠的耐盐位点;耐盐等级QTL-qST4-1和幼苗存活率QTLqSSR4均定位在第4号染色体DX-C4-12和DX-C4-13标记间,LOD值分别为3.36和3.92,表型贡献率分别为13.97%和9.49%;在第9号、10号染色体还定位到两个耐盐等级QTL-qST9和QTL-qST10;其中QTL-qST4-1、QTL-qSSR4和QTL-qST10是本研究新定位的耐盐性QTL。本研究结果将为水稻耐盐性相关基因克隆和分子标记辅助改良水稻品种的耐盐性奠定基础。

关键词：耐盐等级幼苗存活率分离群体分组分析

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小麦品种中梁16抗条锈病基因遗传分析与微卫星标记

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湖北农业科学 2014年第22期53卷 5351-5354页

作者：马东方方正武邱先进孙正祥周燚长江大学农学院湖北荆州434023 西北农林科技大学植物保护学院旱区作物逆境生物学国家重点实验室陕西杨凌712100

中梁16具有适应性广、抗条锈性强等许多优良的生物学特性。为了给抗病育种和小麦条锈病的区域治理提供参考,利用中国当前流行的条锈菌小种CYR29对中梁16、铭贤169及其杂交群体进行抗条锈性遗传分析,并对其抗条锈基因进行SSR分子标记。... 详细信息

中梁16具有适应性广、抗条锈性强等许多优良的生物学特性。为了给抗病育种和小麦条锈病的区域治理提供参考,利用中国当前流行的条锈菌小种CYR29对中梁16、铭贤169及其杂交群体进行抗条锈性遗传分析,并对其抗条锈基因进行SSR分子标记。结果表明,中梁16对CYR29小种具有良好的抗性,由1对显性基因控制,暂命名为Yr Zh16。该基因与位于小麦2AS染色体上的5个SSR位点Xbarc124、Xbarc212、Xwmc177、Xwmc602和Xwmc827连锁,遗传距离跨度从5.4 c M到16.9 c M。系谱分析该基因可能来自水源11。与已定位于2A染色体上暂命名抗条锈病基因的比较表明,Yr Zh16可能是一个抗条锈病的新基因。

关键词：中梁16 小麦条锈病遗传分析

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BDD电极去除废水中氨氮的反应机理

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工业水处理 2015年第4期35卷 32-35页

作者：王春荣邱县金李贵伟张梦茹惠百川中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

采用硼掺杂金刚石(BDD)膜电极对氨氮废水进行处理,重点探讨了氨氮的氧化机理。结果表明:碱性条件下,氨氮在BDD电极上可直接氧化,其氧化率达6%。在氯离子存在条件下,氨氮氧化以间接氧化为主,氨氮去除率可达到87%,其中直接氧化率为8%,间... 详细信息

采用硼掺杂金刚石(BDD)膜电极对氨氮废水进行处理,重点探讨了氨氮的氧化机理。结果表明:碱性条件下,氨氮在BDD电极上可直接氧化,其氧化率达6%。在氯离子存在条件下,氨氮氧化以间接氧化为主,氨氮去除率可达到87%,其中直接氧化率为8%,间接氧化率为79%,且在氧化过程中活性游离氯更易与氨氮发生反应,转化为N2或硝酸盐,而不是转化为氯酸盐或有害的高氯酸盐。

关键词：氨氮硼掺杂金刚石膜电极氧化

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水稻核心种质资源的苗期耐冷性鉴定与评价

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分子植物育种 2020年第9期18卷 3068-3078页

作者：商水根邱先进杨隆维邢丹英徐建龙长江大学农学院主要粮食作物产业化湖北省协同创新中心荆州434025 中国农业科学院作物科学研究所北京100081 湖北省农业科学院粮食作物研究所武汉430064

苗期冷害是一种影响水稻群体建成和生长发育的延迟性冷害,最终导致水稻减产。筛选苗期耐冷性强的种质资源可以为水稻耐冷育种提供亲本资源。本研究采用3000份全球水稻核心种质资源中的1542份在人工气候箱进行苗期耐冷鉴定及评价,以存活... 详细信息

苗期冷害是一种影响水稻群体建成和生长发育的延迟性冷害,最终导致水稻减产。筛选苗期耐冷性强的种质资源可以为水稻耐冷育种提供亲本资源。本研究采用3000份全球水稻核心种质资源中的1542份在人工气候箱进行苗期耐冷鉴定及评价,以存活率为评价指标。发现种质资源苗期耐冷性变异非常丰富,筛选出存活率80%以上的苗期耐冷资源材料73份,其中籼稻9份,温带粳稻47份,热带粳稻4份,粳稻混合型8份,籼粳中间型和香稻类型各1份,籼粳混合型3份,XI-B、XI-2和亚热带粳稻中未筛选到苗期耐冷材料。耐冷材料主要集中在温带粳稻中,但亦有部分籼稻材料表现出较强的耐冷性。多数苗期耐冷资源材料的综合农艺性状较差,结合株高、生育期性状等筛选出14份半矮秆和生育期适中的强耐冷性材料,可作为水稻苗期耐冷育种亲本应用。对利用种质资源开展苗期耐冷基因挖掘和选育全生育期耐冷品种进行了讨论。本研究初步阐明了水稻耐冷种质资源的分布,为水稻耐冷育种提供了优异的供体亲本材料。

关键词：水稻种质资源苗期耐冷

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木薯MebZIP2基因克隆及其功能分析

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福建农业学报 2024年第2期39卷 137-146页

作者：陈甘露颜彦孟宪伟付莉莉邱先进丁泽红胡伟长江大学农学院湖北荆州434025 中国热带农业科学院热带生物技术研究所海南海口571101 中国热带农业科学院三亚研究院海南三亚572025

【目的】bZIP转录因子在植物生长发育、淀粉合成和非生物胁迫等方面发挥重要作用。克隆木薯MebZIP2基因并进行亚细胞定位、表达分析和酵母单杂交分析,为进一步研究MebZIP2基因的功能提供参考。【方法】从木薯SC205中扩增MebZIP2基因编码... 详细信息

【目的】bZIP转录因子在植物生长发育、淀粉合成和非生物胁迫等方面发挥重要作用。克隆木薯MebZIP2基因并进行亚细胞定位、表达分析和酵母单杂交分析,为进一步研究MebZIP2基因的功能提供参考。【方法】从木薯SC205中扩增MebZIP2基因编码区(CDS)序列,对其进行生物信息学分析,并构建pNC-GreenSubN融合表达载体,通过农杆菌介导转染烟草表皮细胞,观察荧光信号以确定MebZIP2蛋白的亚细胞定位情况。在木薯不同组织和块根不同发育阶段分析MebZIP2基因表达特征,利用酵母单杂交研究其与淀粉合成基因启动子的互作情况。【结果】MebZIP2基因CDS序列长度为465 bp,编码154个氨基酸,蛋白分子量为17891.35 Da,理论等电点为5.23,属于不稳定亲水性蛋白。MebZIP2含有bZIP保守结构域,其氨基酸序列与橡胶树bZIP蛋白的相似性最高,为74.22%。MebZIP2基因启动子区域含有光响应元件,赤霉素、水杨酸和茉莉酸等激素响应元件,以及胚乳表达和胁迫响应元件。MebZIP2蛋白亚细胞定位于细胞核和细胞膜。MebZIP2基因在根尖分生组织、须根、茎和块根发育前期的表达量较高。MebZIP2与淀粉合成基因MeAPL5a、MeGBSS1和MeISA1共表达,而且MebZIP2蛋白可以与它们的启动子互作。【结论】MebZIP2基因属于bZIP基因家族成员,其表达具有组织特异性和块根发育阶段性,MebZIP2蛋白可以与淀粉合成基因MeAPL5a、MeGBSS1和MeISA1的启动子互作,可能参与了木薯块根发育和淀粉合成。

关键词：木薯 bZIP转录因子 MebZIP2 基因克隆功能分析

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