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水稻矮化小穗突变d18新等位基因的发现及生理功能分析

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中国科学：生命科学 2018年第6期48卷 692-704页

作者：徐江民方云霞曾龙军徐娜焦然胡娟马路肖飒清黄玲胡江饶玉春王跃星浙江师范大学化学与生命科学学院金华321004 中国农业科学院深圳农业基因组研究所深圳518120 中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室杭州310006

株高和穗型是决定水稻产量密切相关的农艺性状.本研究从粳稻品种台北309经甲基磺酸乙酯诱变的群体中分离出一个能稳定遗传的矮化小穗突变体,主要表现矮化、粒长增加而宽度变小和穗型变小等特点.遗传分析表明,该突变体受单隐性核基因控制... 详细信息

株高和穗型是决定水稻产量密切相关的农艺性状.本研究从粳稻品种台北309经甲基磺酸乙酯诱变的群体中分离出一个能稳定遗传的矮化小穗突变体,主要表现矮化、粒长增加而宽度变小和穗型变小等特点.遗传分析表明,该突变体受单隐性核基因控制.定位于水稻第1号染色体的Indel标记P4和P5之间,物理距离约为20 kb.由于该区间只有一个已经克隆的矮化基因Dwarf18(d18),其功能编码赤霉素3β-羟化酶(GA3ox2).所以,表明突变基因与d18可能等位.测序比对发现,该突变基因的第2个外显子发生了1个碱基(G)的缺失,造成无义突变,实时荧光定量PCR结果显示,OsGA3ox2基因在突变体中表达量显著下降.因此,将该突变基因暂命名为d18-1.组织切片观察结果显示,与野生型相比,突变体的茎部倒三节间纵向细胞长度显著变短,但细胞数目增多.生理功能结果分析表明,突变体对外源激素GA更敏感,但对外源激素BR不如野生型敏感.检测与GA和BR生物合成与信号传导途径相关基因的表达结果发现,与野生型相比,在突变体中参与GA失活基因OsGA2ox3出现了下调表达,GA生物合成相关基因OsGA20ox2和OsGA3ox2也出现了下调表达,GA信号传导途径中的关键基因都没有明显的差异表达变化.另外,参与BR的合成或者信号传导途径的大部分相关基因在突变体中的表达都出现了下调.由此证明,突变体矮化是由于GA激素的不能正常合成所导致,并且对外源活性BR的响应通路受损而造成对BR激素的低敏感反应.另外,对孕穗期的野生型和突变体的幼穗进行转录组测序分析表明,与野生型相比,突变体检测到1497个差异表达基因,这些差异基因涉及苯丙素的生物合成、糖代谢和碳代谢等.因此,推测突变体中的OsGA3ox2基因发生了无义突变影响了GA和BR生物合成与信号传导途径以及穗型发育相关调控途径,这为更深入研究调控水稻矮化以及穗型的遗传网络提供了新的信息.

关键词：水稻矮化小穗 Dwarf18 基因定位功能分析

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水稻耐淹性的QTL定位与候选基因分析

浙江师范大学学报（自然科学版） 2020年第3期43卷 312-319页

作者：饶玉春林晗肖飒清吴仪张月王盛胡佳青薛大伟浙江师范大学化学与生命科学学院浙江金华321004 杭州师范大学生命与环境科学学院浙江杭州311121

为研究水稻苗期对淹水胁迫的耐受性,以籼稻品种台中本地1号(TN1)和粳稻品种春江06(CJ06)为亲本构建的DH群体为实验材料,将淹水条件下的成苗率作为考察指标,利用该群体前期构建的分子连锁图谱对淹水数据进行数量性状基因座(quantitative ... 详细信息

为研究水稻苗期对淹水胁迫的耐受性,以籼稻品种台中本地1号(TN1)和粳稻品种春江06(CJ06)为亲本构建的DH群体为实验材料,将淹水条件下的成苗率作为考察指标,利用该群体前期构建的分子连锁图谱对淹水数据进行数量性状基因座(quantitative trait loci,QTL)检测分析.利用实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)技术对淹水处理前后相关基因的表达量进行分析,并对表达量存在显著差异的基因进行测序分析.结果表明:挖掘到6个与淹水胁迫相关的QTL,分别位于水稻第1,2,6,8和9号染色体上;位于8号染色体QTL区间内的基因LOC_Os08g42750的表达在两亲本间存在显著差异,该基因在两亲本的编码区域存在4处差异.检测到的QTL位点对QTL精细定位和克隆耐淹相关基因具有重要参考价值,并为研究水稻耐淹分子机制及水稻直播育种提供了新的观点和见解.

关键词：水稻淹水胁迫数量性状基因座(QTL) 直播育种

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水稻叶形控制基因的挖掘及分析

浙江师范大学学报（自然科学版） 2019年第3期42卷 316-323页

作者：饶玉春胡娟金哲伦胡锦春邓琳杰周纯叶珺浙江师范大学化学与生命科学学院

叶片的形态结构和生理功能与水稻的产量关系密切,水稻叶片形态包括叶长、叶宽、叶面积、叶周长、叶厚、叶片卷曲度、叶倾角等性状.目前通过对水稻分离群体和突变体的深入研究,已定位和克隆到较多的叶形控制基因或数量性状位点(QTLs).根... 详细信息

叶片的形态结构和生理功能与水稻的产量关系密切,水稻叶片形态包括叶长、叶宽、叶面积、叶周长、叶厚、叶片卷曲度、叶倾角等性状.目前通过对水稻分离群体和突变体的深入研究,已定位和克隆到较多的叶形控制基因或数量性状位点(QTLs).根据水稻叶形控制基因或QTLs的最新研究进展情况,着重从叶长、叶宽、叶面积和叶卷曲度等性状,对已克隆叶形基因和QTLs的功能进行梳理和总结,以期为挖掘水稻叶形控制基因和理想株型育种提供参考,为进一步提高水稻的产量奠定理论基础.

关键词：水稻叶形控制基因 QTLs定位

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水稻抽穗期QTL定位及候选基因分析

植物学报 2022年第5期57卷 588-595页

作者：魏和平芦涛贾绮玮邓飞朱浩岂泽华王玉玺叶涵斐殷文晶方媛穆丹饶玉春安庆师范大学生命科学学院安庆市林业科技创新研究院皖西南生物多样性研究与生态保护安徽省重点实验室安庆246133 浙江师范大学化学与生命科学学院金华321004 金华市农业科学研究院金华321051

水稻(Oryza sativa)抽穗期是决定产量和品质的重要性状,在育种、制种及引种驯化过程中发挥重要作用。将热研2号(*** *** cv.‘Nekken2’)和华占(*** *** cv.‘HZ’)杂交获得F_(1)代,经连续多代自交得到120个重组自交系(RILs)群体。在常... 详细信息

水稻(Oryza sativa)抽穗期是决定产量和品质的重要性状,在育种、制种及引种驯化过程中发挥重要作用。将热研2号(*** *** cv.‘Nekken2’)和华占(*** *** cv.‘HZ’)杂交获得F_(1)代,经连续多代自交得到120个重组自交系(RILs)群体。在常规水肥管理条件下,对120个RILs株系的抽穗时间进行统计分析。利用已构建好的高密度遗传图谱,对水稻抽穗期相关性状进行QTL定位分析,结果共检测到11个QTLs,分别位于第1、3、4、5、6、8和12号染色体上,其中1个LOD值高达5.75。通过分析QTLs区间内的候选基因,筛选出可能影响两亲本抽穗期的相关基因,并利用实时定量PCR进行基因表达量分析,发现LOC_Os03g03070、LOC_Os03g50310、LOC_Os03g55389、LOC_Os04g55510、LOC_Os08g07740和LOC_Os08g01670共6个基因在双亲间的表达量差异显著,其中LOC_Os03g50310在Nekken2中的表达量比HZ高3.6倍。对双亲间候选基因LOC_Os03g50310进行测序分析,发现该基因在5′UTR、CDS区及3′UTR存在4处差异,其中CDS区的单核苷酸多态性(SNP)差异引发单个氨基酸改变。研究通过挖掘水稻抽穗期QTL位点为进一步克隆水稻抽穗期相关基因和品种选育提供了新线索。

关键词：水稻抽穗期 QTL定位候选基因单核苷酸多态性

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水稻籽粒维生素E QTL挖掘及候选基因分析

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植物学报 2022年第2期57卷 157-170页

作者：叶涵斐殷文晶管易安杨凯如陈芊羽俞淑颖朱旭东辛德东章薇王跃星饶玉春浙江师范大学化学与生命科学学院金华321004 中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室杭州310006

维生素E(VE)是稻米营养品质的重要指标。水稻(Oryza sativa)是我国种植最广泛的粮食作物,增加其籽粒的VE含量是实现国民营养强化的一条便捷有效的途径。该研究以籼稻华占(HZ)为父本,粳稻热研2号(Nekken2)为母本,构建120个重组自交系(RI... 详细信息

维生素E(VE)是稻米营养品质的重要指标。水稻(Oryza sativa)是我国种植最广泛的粮食作物,增加其籽粒的VE含量是实现国民营养强化的一条便捷有效的途径。该研究以籼稻华占(HZ)为父本,粳稻热研2号(Nekken2)为母本,构建120个重组自交系(RILs)群体。采用高效液相色谱法(HPLC)对RILs群体的VE各组分含量进行测定,并基于构建的高密度分子遗传图谱进行QTL定位,谱系分析后挖掘到122个VE总量和分量相关QTLs,分布在12条染色体上。其中qT3α/to2-1的LOD值高达10.32,qT3α2-1的LOD值高达9.91,另有多个控制各异构体含量的主效QTLs,且区间内包含OsGGR1、OsGGR2、OsTC及OsγTMT等VE生物合成基因。通过qRT-PCR检测亲本中VE合成基因的表达量,发现在华占中候选基因的表达量均极显著高于热研2号,推测这些基因的高表达是华占生育酚及生育三烯酚含量高于热研2号的原因。研究挖掘到的QTL数目较多,LOD值也较大,为进一步筛选和培育高VE含量的水稻新品种奠定了分子基础,同时为揭示水稻VE生物合成的分子调控机制提供了重要基因资源。

关键词：水稻维生素E QTL定位候选基因稻米质量

水稻叶绿素含量QTL定位与候选基因表达分析

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植物学报 2023年第3期58卷 394-403页

作者：金佳怡罗怿婷杨惠敏芦涛叶涵斐谢继毅王珂欣陈芊羽方媛王跃星饶玉春浙江师范大学生命科学学院金华321004 中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室杭州310006

水稻(Oryza sativa)是我国主要粮食作物之一。提高水稻叶片叶绿素含量,进而提高其光合作用效率是实现高产稳产的重要途径之一。该研究以父系籼稻品种华占(HZ)、母系粳稻品种热研2号(Nekken2)及其构建的120个重组自交系(RILs)为实验材料... 详细信息

水稻(Oryza sativa)是我国主要粮食作物之一。提高水稻叶片叶绿素含量,进而提高其光合作用效率是实现高产稳产的重要途径之一。该研究以父系籼稻品种华占(HZ)、母系粳稻品种热研2号(Nekken2)及其构建的120个重组自交系(RILs)为实验材料,在分蘖期和成熟期分别对亲本及其后代剑叶的叶绿素含量(SPAD值)进行测定,同时基于已构建的高密度遗传连锁图谱进行QTL定位。结果共挖掘到20个与叶绿素含量相关的QTLs(分蘖期7个,成熟期13个),LOD值最高达4.77。利用qRT-PCR方法检测QTL区间内与叶绿素含量相关的候选基因的表达,发现LOC_Os06g11780、LOC_Os06g12360、LOC_Os06g39716、LOC_Os08g42610、LOC_Os02g18500、LOC_Os03g21240、LOC_Os03g21400、LOC_Os03g21780、LOC_Os03g30950及LOC_Os03g40550基因的表达量在双亲间差异显著。结合基因表达量及亲本叶绿素表型数据,推测LOC_Os06g11780、LOC_Os06g12360和LOC_Os08g42610的高表达极大地提高了水稻叶绿素含量,进而有效提高植物光合产能。研究结果为筛选和培育高光能利用效率的水稻新品种提供了有利的遗传资源,并为揭示水稻叶绿素含量的动态变化规律及分子调控机制奠定了重要基础。

关键词：候选基因叶绿素含量遗传图谱水稻光合作用 QTL定位

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水稻籽粒镉积累QTL定位及候选基因分析

植物学报 2021年第1期56卷 25-32页

作者：潘晨阳叶涵斐周维永王盛李梦佳路梅李三峰朱旭东王跃星饶玉春戴高兴浙江师范大学化学与生命科学学院金华321004 广西农业科学院南宁530007 中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室杭州310006

水稻(Oryza sativa)是全世界重要的经济作物之一,稻田镉(Cd)污染和镉积累问题严重威胁世界水稻的产量和品质以及人类健康,如何降低水稻中镉积累已成为热点问题.以籼稻品种华占(HZ)为父本、粳稻品种热研2号(Nekken2)为母本,连续自交多代... 详细信息

水稻(Oryza sativa)是全世界重要的经济作物之一,稻田镉(Cd)污染和镉积累问题严重威胁世界水稻的产量和品质以及人类健康,如何降低水稻中镉积累已成为热点问题.以籼稻品种华占(HZ)为父本、粳稻品种热研2号(Nekken2)为母本,连续自交多代后得到120个重组自交系群体,对其镉积累进行检测和分析,同时利用遗传图谱进行QTL作图.结果共检测到7个QTLs,分别位于水稻第2、3、9和12号染色体上,其中1个LOD值高达4.97.对这些QTL区间内与耐金属离子胁迫相关的候选基因进行定量分析,发现LOC_Os02g50240、LOC_Os02g52780、LOC_Os09g31200、LOC_Os09g35030和LOC_Os09g37949这5个基因在双亲间的表达量差异显著,结合亲本对不同金属离子的浓度积累数据,推测LOC_0s02g50240、LOC_Os09g31200及LOC_0s09g35030的高表达可能极大地提高了水稻对镉离子的吸收和胁迫耐受能力.通过QTL挖掘和分析,发现这些基因与水稻籽粒的镉积累有关,可能影响水稻耐镉胁迫的能力.研究结果为进一步筛选和培育耐镉胁迫的水稻品种创造了条件,为阐明水稻镉积累的分子调控机制奠定了基础.

关键词：水稻镉积累 QTL定位候选基因离子胁迫遗传图谱

来源：评论

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水稻分蘖调控基因HTD3的克隆与功能研究

水稻黄绿叶调控基因YGL18的克隆与功能解析

中国水稻科学 2021年第6期35卷 535-542页

作者：吴先美李三峰胡萍何瑞焦然毛一剑鲁草林胡娟林晗吴荣梁朱旭东饶玉春王跃星中国水稻研究所国家水稻改良中心/水稻生物学国家重点实验室杭州 310006 浙江师范大学化学与生命科学学院浙江金华 321004

[目的]克隆水稻分蘖相关基因,为构建理想株型水稻,提高粮食产量提供理论基础及有利基因资源.[方法]在常规大田种植条件下分别比较突变体htd3(high-tillering dwarf 3)与野生型在幼苗期、抽穗期和成熟期表型及主要农艺性状差异,利用图位... 详细信息

[目的]克隆水稻分蘖相关基因,为构建理想株型水稻,提高粮食产量提供理论基础及有利基因资源.[方法]在常规大田种植条件下分别比较突变体htd3(high-tillering dwarf 3)与野生型在幼苗期、抽穗期和成熟期表型及主要农艺性状差异,利用图位克隆方法克隆候选基因,利用荧光定量PCR方法分析HTD3及独脚金内酯和脱落酸相关基因的表达水平,测序比对分析HTD3在147份种质资源中的自然变异情况.[结果]与野生型相比,突变体htd3的分蘖芽生长较快,分蘖数和有效穗数显著增多,株高、一次枝梗数和每穗粒数显著降低,结实率和千粒重没有显著变化.遗传分析表明,htd3多分蘖的性状受一对隐性核基因控制.图位克隆将HTD3基因定位在第12染色体CM8和CM10之间约63.5 kb的物理区间内,互补转基因实验证明该区间内LOC_Os12g21710为控制突变体多分蘖表型的基因.HTD3在野生型和突变体中呈组成型表达,该基因突变会引起部分独脚金内酯和脱落酸相关基因的表达水平上调.水稻品种中HTD3编码区G2674A自然变异使得分蘖数显著增多.[结论]HTD3是最近报道的T20/MIT1基因的一个新的等位基因,HTD3突变导致水稻出现分蘖适度增加,株高略矮的表型,在培育理想株型水稻和高产育种上具有较大的应用潜力.

关键词：水稻多分蘖图位克隆生物学功能

来源：评论

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植物学报 2022年第3期57卷 276-287页

作者：杨凯如贾绮玮金佳怡叶涵斐王盛陈芊羽管易安潘晨阳辛德东方媛王跃星饶玉春浙江师范大学化学与生命科学学院金华321004 中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室杭州310006

叶色突变体往往伴随着叶绿素含量变化及叶绿体结构异常,是研究叶绿体发育与光合作用相关基因功能的重要材料。该研究通过甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼稻(***)品种华占(HZ)获得黄绿叶突变体,将其命名为ygl18(yellow-green leaf 18)。与野生... 详细信息

叶色突变体往往伴随着叶绿素含量变化及叶绿体结构异常,是研究叶绿体发育与光合作用相关基因功能的重要材料。该研究通过甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼稻(***)品种华占(HZ)获得黄绿叶突变体,将其命名为ygl18(yellow-green leaf 18)。与野生型相比,黄绿叶突变体ygl18自三叶期起叶片开始变黄且程度不断加深,同时伴随着光合速率与叶绿素含量下降,且结实率、千粒重及有效穗数均显著降低。透射电镜观察结果显示,ygl18的叶绿体结构紊乱,基质片层疏松,发育受到抑制,与叶片出现黄绿色表型一致。遗传分析表明,ygl18突变性状受1对隐性等位核基因控制,这对等位基因位于水稻第3号染色体长臂标记InDel2和InDel3之间115.2 kb范围内。进一步研究发现该突变体表型是编码铁氧还蛋白FdC2的基因LOC_Os03g48040的5’UTR发生突变所致。通过CRISPR转基因实验验证了该基因对表型的控制作用。研究结果揭示了叶色调控网络的遗传基础,可为今后选育高光效水稻品种提供新线索。

关键词：水稻叶色变异遗传分析图位克隆铁氧还蛋白

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