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空育131与稻花香2号衍生的双单倍体群体的构建及米质遗传分析

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空育131与稻花香2号衍生的双单倍体群体的构建及米质遗传分析

作者：薄晋芳黑龙江大学

学位级别：硕士

空育131是黑龙江省主栽水稻品种,因为熟期适中、耐寒、高产、抗逆性强等特征深受人们喜爱,在黑龙江省推广时间约20年。稻花香2号因优良的食味品质成为五常市农业经济中的一大特色。当今随着经济的发展,人们对稻米品质特别是蒸煮食味品... 详细信息

空育131是黑龙江省主栽水稻品种,因为熟期适中、耐寒、高产、抗逆性强等特征深受人们喜爱,在黑龙江省推广时间约20年。稻花香2号因优良的食味品质成为五常市农业经济中的一大特色。当今随着经济的发展,人们对稻米品质特别是蒸煮食味品质的要求越来越高。因此分析空育131和稻花香2号稻米品质差异的原因,可以为空育131稻米品质的改良奠定分子基础。水稻花药培养构建的DH(doubled haploid)群体可用于构建基因图谱和基因定位;分子标记辅助选择育种则可以直接改良水稻品种。将这两种方法结合在一起来分析空育131和稻花2号的米质差异,不仅分析快速、结果准确,还为今后研究提供了很多分子标记信息,可以加快改良空育131米质的进程。实验室前期工作证明稻花香2号的食味品质要优于空育131。本试验通过分析空育131和稻花香2号的蒸煮食味品质,明确差异所在;基于2009年田志喜的研究,对淀粉合成途径中的17个相关基因进行分析,找出引起两品种蒸煮食味品质差异的基因。选择两个合适的群体DH系和BC代群体验证上述原因。分析得到胶稠度是两品种蒸煮食味品质差异的一个重要原因;测序分析17个淀粉合成酶基因,只有SBE3和SSII-1在空育131和稻花香2号间存在序列差异,且均为单碱基差异。因此推测SBE3和SSII-I基因是两品种胶稠度差异的主要原因。分析DH群体含稻花香2号SBE3、SSII-1基因且空育131背景较多的株系的胶稠度和BC1F4代中交换单株的胶稠度,表明来自稻花香2号的SBE3或SSII-1基因可以提高植株的胶稠度,SBE3对胶稠度的提高作用较大,而SSII-1基因对于胶稠度的提高作用很小。最后试验得出SBE3和SSII-1基因特别是SBE3基因是造成稻花香2号食味品质优于空育131的主要原因之一。DH群体构建中得到171个株系,花药诱导率为10%,绿苗率为5.9%,结实率为71%。对DH花药培养的分化培养基进行了优化,得出最佳分化培养为添加60mg/L 硅素,0.25mg/L AgN03 和 0.75mg/L CuSO4 · 5H20 的培养基。用 38 个 SSR多态性标记对DH群体的纯合性、偏分离情况进行了分析,群体均为纯合株系且未发生异常的偏分离,证明该DH群体适合于遗传图谱的构建、基因定位分析。分子标记辅助选择育种中,BC1F2代 SSII-1筛到两侧交换单株,SBE3筛到一侧交换单株,目前BC代群体自交到BC1F4代,回交到BC3F1代,基本上已经是空育131背景。

关键词：空育131 稻花香2号 DH(doubled haploid)群体分子标记辅助选择育种蒸煮食味品质

水稻主栽品种空育131抗稻瘟病位点的扫描及其基因组重构建

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植物学报 2017年第1期52卷 30-42页

作者：张晓慧冯晓敏林少扬中国科学院遗传与发育生物学研究所北京100101

空育131粳稻(Oryza sativa ***)品种因具有早熟质优、丰产稳产及耐低温冷害等优点成为黑龙江省的第一大主栽品种。为了挽救其近年来由于感染稻瘟病而从生产上退出的局面,通过对主栽品种空育131基因组的重测序和扫描,明确其遗缺多个优良... 详细信息

空育131粳稻(Oryza sativa ***)品种因具有早熟质优、丰产稳产及耐低温冷害等优点成为黑龙江省的第一大主栽品种。为了挽救其近年来由于感染稻瘟病而从生产上退出的局面,通过对主栽品种空育131基因组的重测序和扫描,明确其遗缺多个优良抗稻瘟病Pi基因(Pi2、Pi9、Pi36、Pi5-1、Pb1、Pid3、Pi25、Pikh、Pi1、Pik-m、Pik-p和Pi56t等),并通过回交育种的方法,将MP水稻材料中的Pb1广谱抗瘟基因片段导入空育131染色体组中。该基因组的再构建过程尽可能不改变原品种的其它优良性状,并利用控制目标导入片段长短的策略来缩短Pb1位点附近的连锁累赘。在目前得到的导入系中,目标导入片段长约700 kb,背景回复率为99.38%。表型鉴定结果显示,该导入系可能和亲本MP水稻材料发挥同等的抗瘟能力。

关键词：空育131 Pb1 稻瘟病抗性

利用分子标记选择培育早粳稻软米‘空育131'(Wx-mq)导入系

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分子植物育种 2020年第22期18卷 7441-7449页

作者：李荣田王梦露苏迪孟德鑫刘长华黑龙江大学生命科学学院农业微生物技术教育部工程研究中心黑龙江省普通高等学校分子生物学重点实验室哈尔滨150080 黑龙江大学农业资源与环境学院哈尔滨150080

为改良早粳稻品种‘空育131’的食味品质,培育低直链淀粉含量的水稻新品系,以水稻‘空育131’为受体亲本,含有低直链淀粉含量基因Wx-mq的软米水稻‘关东194’为供体亲本,利用软米SNP分子标记将Wx-mq基因回交转育到‘空育131’中,创制了... 详细信息

为改良早粳稻品种‘空育131’的食味品质,培育低直链淀粉含量的水稻新品系,以水稻‘空育131’为受体亲本,含有低直链淀粉含量基因Wx-mq的软米水稻‘关东194’为供体亲本,利用软米SNP分子标记将Wx-mq基因回交转育到‘空育131’中,创制了候选的‘空育131’(Wx-mq)导入系。通过对候选‘空育131’(Wx-mq)导入系的田间农艺性状调查及其耐冷性、抗稻瘟病性及抗倒伏性鉴定,选择及培育了与‘空育131’类似的早粳稻软米‘空育131’(Wx-mq)导入系。早粳稻软米‘空育131’(Wx-mq)导入系与‘空育131’比较,碾米性状未见差异,直链淀粉含量极显著降低,碱消值及胶稠度极显著升高。早粳稻软米‘空育131’(Wx-mq)导入系培育成功,可以在黑龙江省水稻生产中示范应用。

关键词： Wx-mq 基因空育131 SNP分子标记回交转育

利用分子标记辅助选择回交转育培育早粳稻空育131(fgr)导入系

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种子 2020年第5期39卷 5-12页

作者：李荣田孟德鑫苏迪王梦露刘长华黑龙江大学生命科学学院黑龙江省普通高等学校分子生物学重点实验室哈尔滨150080 黑龙江大学农业微生物技术教育部工程研究中心哈尔滨150500 黑龙江大学农业资源与环境学院哈尔滨150080

为了改良综合性状优良的早粳稻空育131的香味性状,培育水稻空育131(fgr)导入系,以非香米空育131为受体亲本,香米稻花香2号为香味基因fgr供体亲本,利用功能性SNP-fgr标记鉴定选择香味基因,同时利用34个双亲间具有多态性的SSR标记进行背... 详细信息

为了改良综合性状优良的早粳稻空育131的香味性状,培育水稻空育131(fgr)导入系,以非香米空育131为受体亲本,香米稻花香2号为香味基因fgr供体亲本,利用功能性SNP-fgr标记鉴定选择香味基因,同时利用34个双亲间具有多态性的SSR标记进行背景选择,经过3次回交转育创制了背景恢复率达100%的候选水稻空育131(fgr)导入系。对候选水稻空育131(fgr)导入系的农艺性状、抗稻瘟病性、耐冷性、抗倒伏性及香味性状进行鉴定,培育出了除香味以外其他性状与空育131相似或相同的早粳稻空育131(fgr)导入系。水稻空育131(fgr)导入系可以在黑龙江省香米水稻生产中示范试种。

关键词：早粳稻空育131 分子标记辅助选择香味基因导入系

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结实期施氮对水稻空育131品质的影响

四川农业大学学报 2016年第1期34卷 19-23页

作者：王龙仲维君张丽微黄成亮潘世驹姜玉伟赵婷婷宋泽周健钱永德黑龙江八一农垦大学农学院黑龙江省普通高校寒地作物栽培技术重点实验室黑龙江大庆163319

【目的】研究结实期不同施氮量对寒地水稻品质的影响,为结实期合理施氮提供理论依据。【方法】采用随机区组设计,研究结实期5个施氮水平对空育131品质的影响。【结果】空育131的碾磨品质与结实期施氮量呈单峰曲线,施氮量22.5kg/hm^2有... 详细信息

【目的】研究结实期不同施氮量对寒地水稻品质的影响,为结实期合理施氮提供理论依据。【方法】采用随机区组设计,研究结实期5个施氮水平对空育131品质的影响。【结果】空育131的碾磨品质与结实期施氮量呈单峰曲线,施氮量22.5kg/hm^2有最适值;垩白粒率与垩白度随着施氮量的增加而增加;蛋白质含量呈单峰曲线且与对照差异显著,但直链淀粉和脂肪酸含量与对照差异不显著;结实期施用低氮量时,对稻米品质影响不明显,但在最高肥量90kg/hm^2空育131的食味综合有明显降低趋势。【结论】在寒地条件下,施氮22.5kg/hm^2时,空育131的品质为佳。

关键词：空育131 结实期氮肥品质

早粳稻空育131(Pigm)和空育131(Pi9)的创制

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早粳稻空育131(Pigm)和空育131(Pi9)的创制

作者：季璐璐黑龙江大学

学位级别：硕士

水稻是世界上最主要的粮食作物,一半以上的世界人口以水稻为食,中国是水稻总产量最多的国家。黑龙江省是中国水稻生产大省之一,是中国北方生产面积最大的省,是中国商品稻谷生产最大的省,黑龙江水稻生产的发展及稳定与国家粮食安全息息相... 详细信息

水稻是世界上最主要的粮食作物,一半以上的世界人口以水稻为食,中国是水稻总产量最多的国家。黑龙江省是中国水稻生产大省之一,是中国北方生产面积最大的省,是中国商品稻谷生产最大的省,黑龙江水稻生产的发展及稳定与国家粮食安全息息相关,水稻品种空育131具有早熟、高产、米质优良等特点,是黑龙江省主栽品种,但由于种植面积大、时间长,病情日益加剧。Pigm是南方地方水稻品种谷梅4号,广谱高抗的抗稻瘟病基因。Pi9是在小粒野生稻中发现的广谱高抗的抗稻瘟病基因,为培育水稻空育131(Pigm)和空育131(Pi9)导入系,从水稻空育131稻瘟病病样中,分离可鉴别Pigm及Pi9基因的稻瘟病菌,筛选进行抗稻瘟病基因Pigm及Pi9的前景选择、交换选择和背景选择的SSR标记,利用分子标记辅助选择(MAS)技术结合稻瘟病菌接种选择抗病基因,通过回交转育培育水稻空育131(Pigm)和空育131(Pi9)。主要研究结果如下:1.从水稻空育131稻瘟病病样中,分离得到了25个致病性强而稳定的稻瘟病菌单孢菌株。利用25个稻瘟病菌单孢菌株混合液(以下称混合液)给水稻接菌,空育131表现感病,抗1及抗2表现抗病。说明混合液可以鉴别抗稻瘟病基因Pigm及Pi9基因存在与否。2.建立了水稻空育131(Pigm)及水稻空育131(Pi9)的MAS鉴定选择体系。抗稻瘟病基因Pigm前景选择SSR分子标记是AP5659-5,上端交换选择标记是RM19780,下端交换选择标记是RM19913,以及均匀分布于水稻12条连锁群上的51个SSR作为背景选择分子标记。AP565930作为Pi9抗稻瘟病基因前景选择标记,以RM527和RM19913分别作为上端及下端交换标记,同时确定了均匀分布在12条染色体上的、多态性良好的SSR标记用于背景选择。3.以水稻空育131为受体亲本,抗1为Pigm供体亲本,回交转育创制空育131(Pigm)导入系。每个回交世代按着目的基因前景选择阳性、两侧发生交换、人工接种混合菌液以及背景恢复率高的原则选择植株。本研究经过BCF、BCF、BCF、BCF和BCF等5个世代的工作,选择到了Pigm-1、Pigm-2和Pigm-3等3株材料,作为创制空育131(Pigm)导入系的基础。Pigm-1、Pigm-2和Pigm-3等材料均携带抗稻瘟病基因Pigm,上端未发生交换,背景恢复率分别为98%、100%和100%。4.与培育水稻空育131(Pigm)的工作类似,空育131为受体,抗2为Pi9供体,MAS结合人工接种稻瘟病菌鉴定抗稻瘟病基因Pi9,经过BCF～BCF等5个回交世代的工作,选择到了Pi9-1、Pi9-2、Pi9-3、Pi9-4和Pi9-5等作为培育空育131(Pi9)导入系的育种材料。Pi9-1～Pi9-5均携带抗稻瘟病基因Pi9、两侧发生交换,Pi9-1和Pi9-3背景恢复率为98%,Pi9-2、Pi9-4和Pi9-5为100%。5.利用水稻品种鉴定技术规程SSR标记法对Pigm-1～Pigm-3及Pi9-1～Pi9-5等水稻和空育131进行同质性检测,结果证明Pigm-1、Pigm-2及Pigm-3和空育131为极近似品种或相同品种,Pi9-1、Pi9-2、Pi9-3、Pi9-4和Pi9-5也为极近似品种或相同品种。

关键词：空育131 分子标记辅助选择 Pigm Pi9 导入系

水稻抗稻瘟病基因导入系空育131 (Pi2)和空育131(Pi9)的鉴定

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水稻抗稻瘟病基因导入系空育131 (Pi2)和空育131(Pi9)的鉴定

作者：王冰鑫黑龙江大学

学位级别：硕士

水稻作为世界上最重要的粮食作物之一,是全世界近半数人口的主食。黑龙江省是中国水稻生产面积最大的省份之一,近些年来由于稻瘟病的频发,导致水稻大面积减产,严重影响了水稻生产和国家粮食安全。水稻品种空育131具有产量高、早熟、米... 详细信息

水稻作为世界上最重要的粮食作物之一,是全世界近半数人口的主食。黑龙江省是中国水稻生产面积最大的省份之一,近些年来由于稻瘟病的频发,导致水稻大面积减产,严重影响了水稻生产和国家粮食安全。水稻品种空育131具有产量高、早熟、米质优良、耐冷等特点,适宜在寒区种植,但空育131不含有有效的稻瘟病抗性基因,严重受到稻瘟病的危害。Pi2是被定位于水稻第6号染色体着丝粒区域附近,是广谱、主效抗稻瘟病基因。Pi9基因是来自于小粒野生稻,具有广谱高抗的抗稻瘟病基因。本实验将抗稻瘟病基因Pi9和Pi2分别导入到空育131中,利用MAS育种技术,培育出抗稻瘟病基因导入系空育131(Pi2)和空育131(Pi9),利用DNA指纹法对其鉴定,并对导入系进行田间农艺性状调查,结合Sanger测序方法和全基因组测序,直接鉴定空育131(Pi2)和空育131(Pi9)抗病基因的存在。主要研究结果如下:1、从空育131的病样中筛选出可鉴定水稻中是否含有Pi2和Pi9基因的稻瘟病菌株,分别命名为Mg HD(Pi2)和Mg HD(Pi9)。建立了水稻Pi2基因导入系及Pi9基因导入系的MAS鉴定选择体系。筛选到Pi2前景选择标记AP22,Pi9前景选择标记AP5930。从300对SSR标记中,筛选出48对可用于Pi2基因导入系背景选择的SSR标记,26对可用于空育131(Pi9)背景选择的SSR标记。利用筛选出的SSR标记和稻瘟病单胞菌株对空育131(Pi2)和空育131(Pi9)BCF世代植株进行分子标记间接鉴定和稻瘟病接种直接鉴定,最终分别筛选出了含有抗稻瘟病基因Pi2和Pi9且目的基因两侧未发生交换、遗传背景恢复率为100%的品系,分别为空育131(Pi2)-1、空育131(Pi2)-2、空育131(Pi2)-3和空育131(Pi9)-1、空育131(Pi9)-2、空育131(Pi9)-3。2、利用DNA指纹法对空育131(Pi2)和空育131(Pi9)进行品种鉴定,空育131(Pi2)与空育131无差异为极近似品种或相同品种,空育131(Pi9)与空育131也未有差异,为极近似品种或相同品种。3、对空育131(Pi2)-1、空育131(Pi2)-2、空育131(Pi2)-3和空育131(Pi9)-1、空育131(Pi9)-2、空育131(Pi9)-3进行田间农艺性状考察及产量测定,从中筛选出农艺性状与空育131一致且产量高的品系,分别为空育131(Pi2)-3和空育131(Pi9)-3,将其作为最终推广的品系以及后续实验材料。4、对筛选得到的空育131(Pi2)和空育131(Pi9)品系进行耐冷性和群体稻瘟病抗性鉴定。通过对空育131(Pi2)和空育131(Pi9)在发芽期、苗期、孕穗期耐冷性鉴定,鉴定出水稻导入系空育131(Pi2)和空育131(Pi9)具有良好的耐冷性,与空育131基本一致。利用Mg HD(Pi2)和Mg HD(Pi9)稻瘟病单孢菌株对导入系水稻进行群体稻瘟病抗性鉴定,空育131(Pi2)和空育131(Pi9)叶瘟病的发病指数远低于空育131,对稻瘟病具有较强的抗性。5、通过Sanger测序方法分别对目的基因Pi2和Pi9进行分子直接鉴定,检测与MAS检测结果一致。通过全基因组测序对空育131(Pi2)、空育131(Pi9)进行背景扫描,将空育131(Pi2)和空育131(Pi9)12条染色体上基因序列分别与空育131进行对比,空育131(Pi2)和空育131(Pi9)分别与空育131在3号和6号基因序列有差异。两个导入系6号染色体差异片段区域分别含有目的Pi2和Pi9,进一步证明目的基因的存在,3号染色体差异片段区域为与花青素合成有关的基因,未对空育131(Pi2)和空育131(Pi9)造成败育现象。

关键词：空育131 MAS选择体系 Pi2 Pi9 基因组重测序

水稻Pi21和OsBadh2基因编辑改良空育131的稻瘟病抗性及香味品质

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水稻Pi21和OsBadh2基因编辑改良空育131的稻瘟病抗性及香味品质

作者：张会军华中农业大学

学位级别：硕士

空育131是我国东北主栽的常规稻品种之一,该品种在低温和高湿的条件下易感稻瘟病。前期的研究表明Pi21和Os Badh2在隐性状态下分别具有抗稻瘟病和稻米香味的特性,而品种空育131的Pi21和OsBadh2基因都是显性的。本研究拟通过CRISPR-Cas9... 详细信息

空育131是我国东北主栽的常规稻品种之一,该品种在低温和高湿的条件下易感稻瘟病。前期的研究表明Pi21和Os Badh2在隐性状态下分别具有抗稻瘟病和稻米香味的特性,而品种空育131的Pi21和OsBadh2基因都是显性的。本研究拟通过CRISPR-Cas9技术编辑空育131的Pi21和OsBadh2基因,改良空育131的稻瘟病抗性和香味品质。本研究的主要研究结果如下:1.设计了4个靶位点(sgRNA1-4)特异地结合Pi21基因,针对Pi21基因的sgRNA1和sgRNA2靶位点构建的编辑载体,分别获得了2株和6株杂合突变体。针对Pi21基因的sgRNA3和sgRNA4靶位点构建的双靶位点编辑载体,获得了13株杂合突变体。针对sgRNA1和sgRNA2靶位点获得的8株杂合突变体,鉴定到5个单拷贝转基因植株,在T1代共获得12株无Cas9转基因位点的pi21纯合突变体。qRT-PCR和RT-PCR的结果显示Pi21基因在叶鞘中的表达量最高,其次是茎秆;3个纯合突变体(62-2、61-3和18-23)叶鞘和茎秆组织中Pi21基因的表达量与对照空育131相比均下降。2.苗期室内接种稻瘟病的结果显示:空育131对5个检测的菌株均表现为感病,基因Pi21的纯合编辑材料62-2(缺失碱基C)和36-18(缺失4个碱基)对14-7303-1菌株有较强的抗性,但17-1(插入碱基A)对14-7303-1菌株感病,这3个编辑位点纯合家系对接种的另外4个菌株都表现为感病。共分离检测的结果表明抗病表型和Pi21的编辑位点共分离,说明植株的抗病反应确实是由于Pi21的碱基缺失引起的。农艺性状考察的结果显示:这3个编辑位点纯合家系(62-2、17-1和36-18)的主要农艺性状与野生型相比基本没有改变。比较测序的结果表明这3份材料中与Pi21基因连锁的LOCs04g32890基因序列与野生型一致,说明编辑Pi21基因时没有导致临近品质基因序列的改变。3.针对OsBadh2基因的sgRNA1靶位点构建的单靶位点编辑载体,获得了2株杂合突变体;针对OsBadh2基因的sgRNA3和sgRNA4靶位点构建的双靶位点编辑载体,获得了7株杂合突变体。

关键词：空育131 CRISPR-Cas9 Pi21基因 OsBadh2基因

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水稻稻花香2号和空育131的性状遗传改良

水稻稻花香2号和空育131的性状遗传改良

作者：毕浩然黑龙江大学

学位级别：硕士

水稻品种稻花香2号和空育131是北方的优质主栽水稻品种。前者存在抽穗期晚、抗倒伏能力差等缺点,严重影响其适应种植区域的选择及稻米产量;后者的稻米品质不具有芳香特征且植株的稻瘟病抗性弱。本试验第一部分通过EMS诱变处理改良稻花香... 详细信息

水稻品种稻花香2号和空育131是北方的优质主栽水稻品种。前者存在抽穗期晚、抗倒伏能力差等缺点,严重影响其适应种植区域的选择及稻米产量;后者的稻米品质不具有芳香特征且植株的稻瘟病抗性弱。本试验第一部分通过EMS诱变处理改良稻花香2号,第二部分通过分子标记技术和基因聚合改良空育131。1.利用0.82%的EMS对水稻稻花香2号种子进行诱变处理,将12238份植株进行加代并调查统计M代植株的性状遗传表现。在M代发生形态突变的3192份植株中有386份早熟植株、4份极早熟植株。调查M代植株的抽穗期情况,结果显示仍然有198份材料表现为早熟、可遗传变异率为65.56%,其中4份极早熟材料都能稳定遗传。M极早熟突变体与野生型杂交后代性状分离比约3:1,证明是由质量基因或主效QTL控制的遗传性状。对M代调查显示4份极早熟材料都能够稳定遗传,考种分析显示突变体抽穗期明显缩短,株高普遍偏矮,但除此之外的农艺性状与野生型相比并无显著差异。随后用香味基因Osbadh4的内侧标记对4份材料进行验证,证实突变体仍然具有稻花香2号的香味品质。2.通过分子标记辅助选择及分子标记聚合的方法与传统杂交相结合,将香味基因Osbadh4与稻瘟病抗性基因Pi1、Pi2、Pi9聚合到空育131植株中。通过4种改良型空育131(分别含有Pi1、Pi2、Pi9、fgr基因)为试验亲本进行杂交聚合。在(Pi1×fgr)、(Pi2×fgr)、(Pi9×fgr)和(Pi1×Pi2)四种杂交群体的F代中分别选择200株进行分子标记前景筛选,分别获得了6、7、8、4株双基因聚合纯和单株。在F代对聚合植株进行基因芯片分析,除了目标基因片段与空育131存在差异外其余背景均相同。农艺性状调查结果显示改良植株的香味品质和抗病等级得到显著提高且其他性状与空育131无显著性差异。将双基因聚合单株杂交,杂交方式为(Pi1+Pi2)×(Pi1+fgr)和(Pi1+fgr)×(Pi9+fgr),在F代获得4株(Pi1+Pi2+fgr)和6株(Pi1+Pi9+fgr)两种三基因纯和聚合型植株。

关键词：稻花香2号 EMS诱变空育131 分子标记辅助选择基因聚合