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利用CRISPR/Cas9技术编辑OsOFP30基因创制水稻粒型突变体

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中国水稻科学 2024年第5期38卷 507-515页

作者：何勇刘耀威熊翔祝丹晨王爱群马拉娜王廷宝张健李建雄田志宏长江大学生命科学学院/湿地生态与农业利用教育部工程研究中心湖北荆州434025 中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室杭州311401 广西大学农学院/亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室南宁530004

【目的】研究水稻OFP家族转录因子OsOFP30对粒型的影响,创制新的粒型突变材料,为水稻粒型改良提供参考。【方法】以粳稻品种中花11为受体材料,利用CRISPR/Cas9技术对OsOFP30基因进行定向编辑;通过T_(0)、T_(1)和T_(2)代连续筛选,获得3... 详细信息

【目的】研究水稻OFP家族转录因子OsOFP30对粒型的影响,创制新的粒型突变材料,为水稻粒型改良提供参考。【方法】以粳稻品种中花11为受体材料,利用CRISPR/Cas9技术对OsOFP30基因进行定向编辑;通过T_(0)、T_(1)和T_(2)代连续筛选,获得3类无外源片段插入的纯合突变体(长片段删除突变OsOFP30^(-89)、单碱基插入突变OsOFP30^(+1G)和OsOFP30^(+1A));分析粒型变异,进行生物信息学和测序分析,初步确定粒型变异原因。【结果】与野生型相比,3类突变体的粒宽和千粒重都显著降低,OsOFP30^(-89)和OsOFP30^(+1G)仅粒长和粒厚显著降低,穗型指标与野生型无明显差异,OsOFP30^(+1A)的粒长和粒厚与野生型无明显差异,仅一次枝梗数显著低于野生型;生物信息学分析表明,这3类突变体均由移码突变导致的翻译提前终止所产生,OsOFP30^(-89)突变蛋白长度为252个氨基酸,OsOFP30^(+1G)和OsOFP30^(+1A)突变蛋白长度均为282个氨基酸,两者仅第323位的核酸序列存在G和A的单碱基差异,导致突变蛋白第108位产生丝氨酸和天冬酰胺的差别。【结论】初步判断OsOFP30基因可调控水稻粒型变异。本研究创制了新的粒型突变材料,可为水稻粒型改良育种提供参考。

关键词：水稻 OsOFP30 CRISPR/Cas9 基因编辑粒型

粳稻粒型相关性状全基因组关联分析及候选基因挖掘

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华北农学报 2023年第5期38卷 19-28页

作者：段宇轩崔京南徐善斌王敬国刘化龙杨洛淼贾琰辛威吴文申郑洪亮邹德堂东北农业大学寒地粮食作物种质创新与生理生态教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150030

为了促进优质粒型粳稻品种的培育,以295份国内外收集的粳稻品种组成的自然群体为试验材料,对2018-2019年粒长、粒宽、粒厚、长宽比和千粒质量等5个粒型相关性状进行表型分析,结合重测序获得的788,396个多态性SNP,利用TASSEL 5.0的MLM模... 详细信息

为了促进优质粒型粳稻品种的培育,以295份国内外收集的粳稻品种组成的自然群体为试验材料,对2018-2019年粒长、粒宽、粒厚、长宽比和千粒质量等5个粒型相关性状进行表型分析,结合重测序获得的788,396个多态性SNP,利用TASSEL 5.0的MLM模型进行全基因组关联分析,针对2 a间共同检测到的且控制多个粒型相关性状的QTL区间内所有基因进行单倍型分析,结合前人研究结果和基因功能注释挖掘水稻优质粒型候选基因。结果表明,5个粒型相关性状均存在着广泛的表型变异,且均呈近似正态分布,粒型相关性状之间大多呈显著或极显著相关,在P≤5.46×10^(-6)阈值条件下,共检测到221个与水稻粒型相关性状显著关联的QTL,在水稻的12条染色体上均有分布,表型贡献率为8.62%~20.73%,其中,2018,2019年共同检测到7个QTL。进一步针对2 a间共同检测到且同时控制多个粒型相关性状的2个QTL区间内的所有基因进行单倍型分析,结合基因功能注释推测LOC_Os12g44290为水稻粒型的新候选基因。综上,利用全基因组关联分析对295个粳稻品种的粒型相关性状进行QTL定位及候选基因分析,为优质粒型的粳稻品种培育提供了理论基础。

关键词：粳稻粒型全基因组关联分析候选基因

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基于水稻长大粒染色体片段代换系Z66的粒型QTL的鉴定及其聚合分析

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作物学报 2023年第3期49卷 731-743页

作者：向思茜李儒香徐光益邓岢莉余金琎李苗苗杨正林凌英华桑贤春何光华赵芳明西南大学水稻研究所/西南大学农业科学研究院/转基因植物与安全控制重庆市重点实验室重庆400715

水稻籽粒大小是一个复杂的农艺性状,受多基因控制。染色体片段代换系是创造自然变异的有效手段,也是复杂性状研究的理想材料。本研究构建了一个新的水稻长大粒染色体片段代换系Z66,Z66以日本晴的基因组为遗传背景,含有来自R225的12个代... 详细信息

水稻籽粒大小是一个复杂的农艺性状,受多基因控制。染色体片段代换系是创造自然变异的有效手段,也是复杂性状研究的理想材料。本研究构建了一个新的水稻长大粒染色体片段代换系Z66,Z66以日本晴的基因组为遗传背景,含有来自R225的12个代换片段,平均代换长度为3.32Mb。然后,以日本晴/Z66创建的次级F2群体定位出12个控制水稻籽粒大小的QTL,并培育出具有目标QTL的5个新单片段代换系(S1~S5)和4个新双片段代换系(D1~D4)。其中有9个QTL(qGL3、qGL7、qGL10、qGW6、qGW10、qRLW3、qRLW10、qGWT3、qGWT10)可被单片段代换系所验证,表明这些QTL遗传稳定。此外,还利用单片段代换系鉴定到6个新的QTL(qGL9-2、qGW9-2、qRLW6、qRLW7、qRLW9-2、qGWT7)。在这18个QTL中,qGL9-2、qRLW9-1、qRLW9-2、qGW9-2、qGWT9-2可能是新鉴定的QTL。双基因聚合分析表明,不同QTL间聚合产生不同的上位性效应。如qRLW3(a=0.21)和qRLW9-2(a=0.08)聚合产生了0.10的上位性效应,使D2具有比受体日本晴、S1(qRLW3)和S4(qRLW9-2)更大的谷粒长宽比,且差异显著。qGWT3(a=3.99)和qGWT10(a=3.98)聚合产生了-5.35的上位性效应,其遗传效应(2.62)使D3的千粒重比日本晴显著增加,而比S1(qGWT3)和S5(qGWT10)显著减少。了解QTL间的互作效应可对未来基因型的表型进行预测,从而对实现智能型设计育种至关重要。

关键词：水稻粒型 QTL 染色体代换片段加性效应上位性效应

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利用染色体片段置换系群体定位和分析水稻粒重和粒型QTL

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中国水稻科学 2022年第2期36卷 159-170页

作者：黄涛王燕宁钟奇程琴杨朦朦王鹏吴光亮黄诗颖李才敬余剑峰贺浩华边建民作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室南昌330045 江西农业大学生物科学与工程学院南昌330045 江西省水稻高水平工程研究中心南昌330045

【目的】挖掘水稻粒重和粒型相关性状QTL,对于解析水稻籽粒遗传机理具有重要作用。【方法】本研究以籼稻9311为受体、粳稻日本晴为供体构建的染色体片段置换系(Chromosome Segment Substitution Lines,CSSLs)群体为材料,在4个环境下对... 详细信息

【目的】挖掘水稻粒重和粒型相关性状QTL,对于解析水稻籽粒遗传机理具有重要作用。【方法】本研究以籼稻9311为受体、粳稻日本晴为供体构建的染色体片段置换系(Chromosome Segment Substitution Lines,CSSLs)群体为材料,在4个环境下对控制稻谷与糙米的粒重和粒型QTL进行了定位分析。【结果】共检测到77个控制水稻粒重和粒型的QTL,贡献率为4.62%~51.01%,其中19个QTL的增效等位基因来自日本晴,58个QTL的增效等位基因来自9311。这些QTL分布在水稻10条染色体的46个区域,其中16个区域为多效性位点。在两个及两个以上环境中重复检测到的QTL有14个,其中qGW5.1和qLW5能够在4个环境中稳定表达,且位于同一染色体区域;qBRL3.2和qGL4.1为新鉴定的影响水稻粒重和粒型的QTL。【结论】本研究结果为后续克隆这些QTL和解析水稻粒重和粒型遗传机理奠定了基础。

关键词：水稻染色体片段置换系粒重粒型 QTL

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水稻粒型基因克隆研究进展及育种应用展望

中国水稻科学 2020年第6期34卷 479-490页

作者：康艺维陈玉宇张迎信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311401

水稻的育种目标包括高产和优质等。粒型是指籽粒的三维结构,是决定水稻产量的重要因素之一,也是影响稻米品质的重要性状。目前已经克隆了超过60个与水稻粒型相关的基因,但应用于育种的粒型基因尚无完整统计。本文综述了已克隆的水稻粒... 详细信息

水稻的育种目标包括高产和优质等。粒型是指籽粒的三维结构,是决定水稻产量的重要因素之一,也是影响稻米品质的重要性状。目前已经克隆了超过60个与水稻粒型相关的基因,但应用于育种的粒型基因尚无完整统计。本文综述了已克隆的水稻粒型基因特别是数量性状基因座的研究进展,归纳总结了可应用于水稻高产及优质分子育种的重要粒型基因的功能标记,介绍了粒型基因的育种应用现状,并对前景作了展望,以期为水稻育种家提供可直接利用的分子育种信息。

关键词：水稻粒型基因育种

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水稻粒型基因克隆和调控机制研究进展

中国水稻科学 2018年第1期32卷 1-11页

作者：刘喜牟昌铃周春雷程治军江玲万建民南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室南京210095 中国农业科学院作物科学研究所/农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程北京100081

水稻粒型是影响其产量和品质的重要性状,阐明其遗传调控机理,有助于提高水稻单产和改良品质。水稻粒型性状主要包括粒长、粒宽、粒厚、长/宽比,属于数量性状,受胚、胚乳及母体植株等不同遗传体系的控制。随着水稻功能基因组学和重测序... 详细信息

水稻粒型是影响其产量和品质的重要性状,阐明其遗传调控机理,有助于提高水稻单产和改良品质。水稻粒型性状主要包括粒长、粒宽、粒厚、长/宽比,属于数量性状,受胚、胚乳及母体植株等不同遗传体系的控制。随着水稻功能基因组学和重测序技术的快速发展,目前已经定位超过400个与水稻粒型相关的数量性状位点(QTL),并已克隆了60个水稻粒型基因,涉及植物激素、泛素-蛋白酶体通路、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路、G蛋白信号通路及表观修饰等多个调控通路。本文对水稻粒型基因克隆及其调控机制的研究进展进行了系统总结和梳理,并对这些基因在育种上的利用价值进行了评价。

关键词：水稻粒型基因调控机制

利用CSSLs群体研究稻米粒型QTL的表达稳定性

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Acta Genetica Sinica 2004年第11期31卷 1275-1283页

作者：万向元刘世家王春明江玲翟虎渠吉村醇万建民南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室江苏省植物基因工程技术研究中心南京210095 中国农业科学院作物科学研究所南京210095 日本九州大学农学部北京100081

利用Asominori×IR2 4的染色体片段置换系 (CSSLs)群体 ,对稻米粒长、粒宽和长宽比进行连续两年及 4个地点的QTL表达稳定性分析。结果表明 :3个性状“两年四点”的表现型都为连续分布 ,均存在超亲遗传类型 ;共检测到 13个粒型相关QTL ,... 详细信息

利用Asominori×IR2 4的染色体片段置换系 (CSSLs)群体 ,对稻米粒长、粒宽和长宽比进行连续两年及 4个地点的QTL表达稳定性分析。结果表明 :3个性状“两年四点”的表现型都为连续分布 ,均存在超亲遗传类型 ;共检测到 13个粒型相关QTL ,其中在 8个环境中都能被重复检测到的QTL有 6个 ,即影响粒长的 qGL 3、控制粒宽的qGW 5a和 qGW 5b以及共同作用于长宽比的qLWR 3、qLWR 5a和 qLWR 5b。这 6个QTL对应置换系的相应性状与背景亲本Asominori的表现型差异在 8个环境中都达到极显著水平 (P <0 0 0 1) ,且同一QTL对应置换系相应性状的表现型在不同环境间呈显著正相关 (r≥ 0 75 ,r0 0 5=0 6 6 6 ) ,说明这 6个QTL表达稳定性较高。由于 qGL 3和 qLWR 3均位于R19 C16 77标记区间 ,qGW 5a和 qLWR 5a位于C2 6 3标记附近 ,qGW 5b和 qLWR 5b被定位在R5 6 9标记附近 ,因此R19、C16 77、C2 6 3和R5 6 9这 4个RFLP标记对优良水稻外观品质的标记辅助选择 (MAS)

关键词：水稻外观品质粒型染色体片段置换系 QTL 稳定性

利用单片段代换系鉴定巴西陆稻IAPAR9中的粒型基因

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作物学报 2021年第8期47卷 1472-1480页

作者：张波裴瑞琴杨维丰朱海涛刘桂富张桂权王少奎广东省植物分子育种重点实验室/亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室/华南农业大学广东广州510642

水稻粒型是由多基因控制的复杂数量性状,是稻米产量和品质的重要影响因子,水稻粒型基因的定位与遗传研究有助于稻米产量与品质的协同改良。本研究利用巴西陆稻IAPAR9为供体、以华南地区高产籼稻品种华粳籼74为受体,构建的153份水稻单片... 详细信息

水稻粒型是由多基因控制的复杂数量性状,是稻米产量和品质的重要影响因子,水稻粒型基因的定位与遗传研究有助于稻米产量与品质的协同改良。本研究利用巴西陆稻IAPAR9为供体、以华南地区高产籼稻品种华粳籼74为受体,构建的153份水稻单片段代换系材料,连续两季通过单因素方差分析和邓肯氏多重比较,结合代换片段重叠群作图,定位了13个控制水稻粒型及粒重的QTL。这13个位点分别分布于水稻1、2、4、5、6、7、9和11号染色体上,包括9个控制谷粒长的QTL、1个控制谷粒宽的QTL和3个控制千粒重的QTL。其中,qGL1-2、qTGW1-2和qGL11为新鉴定的QTL位点。新的粒型QTL定位将为进一步的基因克隆与粒型遗传调控网络解析提供依据和线索,也可为稻米产量与品质协同改良提供新的种质资源。

关键词：水稻单片段代换系粒型 QTL定位

水稻RIL群体高密度遗传图谱构建及粒型QTL定位

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中国农业科学 2021年第24期54卷 5163-5176页

作者：张亚东梁文化赫磊赵春芳朱镇陈涛赵庆勇赵凌姚姝周丽慧路凯王才林江苏省农业科学院粮食作物研究所/江苏省优质水稻工程技术研究中心/国家水稻改良中心南京分中心

【目的】水稻粒型是与产量直接相关的重要农艺性状,影响稻米的外观品质和商品价值。挖掘新的水稻粒型相关基因,对揭示水稻粒型调控的遗传机理研究有重要意义,同时可为水稻粒型分子育种提供新的基因资源。【方法】以极端粒型差异的粳稻T... 详细信息

【目的】水稻粒型是与产量直接相关的重要农艺性状,影响稻米的外观品质和商品价值。挖掘新的水稻粒型相关基因,对揭示水稻粒型调控的遗传机理研究有重要意义,同时可为水稻粒型分子育种提供新的基因资源。【方法】以极端粒型差异的粳稻TD70和籼稻Kasalath,以及杂交构建的186个家系的重组自交系群体为研究材料,利用高通量测序技术对亲本和RIL株系进行深度测序。统计186个RIL基因型数据,利用滑动窗法(SNP/InDel数目为15),将窗口内SNP/InDel信息转换成窗口的基因型,预测染色体上的重组断点构建RIL群体的BinMap遗传图谱,结合2年的粒长、粒宽、粒厚和千粒重的表型数据,运用QTL IciMapping软件,采用复合区间作图法对RIL群体的4个性状进行QTL定位。【结果】构建了一张包含12 328个Bin标记的高密度遗传图谱,该图谱各染色体Bin标记数为763—1 367个,标记间平均物理距离为30.26 kb。粒长、粒宽、粒厚和千粒重4个性状在RIL群体中呈近正态连续分布,且2年间的变化趋势相似,符合QTL作图要求。2018年对粒长、粒宽、粒厚及千粒重进行QTL分析,共检测到40个粒型QTL,其中,粒长12个,粒宽9个,粒厚8个,千粒重11个,2019年对粒长、粒宽、粒厚及千粒重进行QTL分析,检测到56个籽粒相关的QTL,粒长15个,粒宽11个,粒厚13个,千粒重17个。分析定位到的96个粒型QTL位点,连续2年都能检测到的QTL位点有11个,其中7个为已克隆的粒型基因位点,4个为未知的新位点,分别分布于第1、3、4、5染色体上,分别为粒长qGL-1-2和qGL5-2、粒厚qGT-3-2、粒宽qGW-4-1。【结论】构建了一张包含12 328个Bin标记的分子遗传连锁图谱,解析大粒粳稻资源的粒型基因,获得了qGW-4-1、qGL5-2、qGT-3-2、qGL-1-2等4个新的粒型QTL,可用于后续粒型调控基因的精细定位及克隆研究。

关键词：水稻 Bin图谱粒型 QTL定位