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第三代杂交水稻研究与实践

分子植物育种 2024年第15期22卷 5124-5131页

作者：李雅礼唐华园黄群策李新奇北京大学深圳研究生院深圳518055 湖南杂交水稻研究中心农业农村部耐盐碱水稻生物学与遗传育种重点实验室长沙410125

本研究介绍了以普通核雄性不育系为遗传工具的第三代杂交水稻育种的研究进展及其探索历程,阐述了第三代杂交水稻的技术特点及其应用价值。从2015年成功创制出符合水稻核雄性不育系标准的第三代杂交水稻不育系Gt1s、繁殖系Gt1S及其第三... 详细信息

本研究介绍了以普通核雄性不育系为遗传工具的第三代杂交水稻育种的研究进展及其探索历程,阐述了第三代杂交水稻的技术特点及其应用价值。从2015年成功创制出符合水稻核雄性不育系标准的第三代杂交水稻不育系Gt1s、繁殖系Gt1S及其第三代杂交水稻组合以来,已逐步建立起较为成熟的第三代杂交水稻理论与应用体系,选育了G3s等一批第三代杂交水稻优良不育系和R17-1等一批优良恢复系;通过籼粳亚种间杂种优势利用,培育出‘三优1号’等一批强优势苗头组合在生产上示范推广。研究表明,第三代杂交水稻技术体系的建立及其生产应用将改变水稻遗传改良和生产格局,由此开创水稻育种和生产新局面。

关键词：第三代杂交水稻籼粳杂种三优1号普通核雄性不育系

水稻DUF1771基因家族的全基因组鉴定与表达谱分析

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农业生物技术学报 2024年第3期32卷 493-504页

作者：肖秀文杜强王志龙高芙蓉杜文唐文帮陈秋红湖南农业大学农学院水稻油菜抗病育种湖南省重点实验室国家耐盐碱水稻技术创新中心/湖南杂交水稻研究中心

未知功能结构域1771 (domain of unknown function 1771, DUF1771)基因家族是植物中一个功能未被鉴定的家族。本研究通过生物信息学技术在水稻(Oryza sativa)中鉴定了5个DUF1771家族成员，与拟南芥(Arabidopsis thaliana)中鉴定到的4个D... 详细信息

未知功能结构域1771 (domain of unknown function 1771, DUF1771)基因家族是植物中一个功能未被鉴定的家族。本研究通过生物信息学技术在水稻(Oryza sativa)中鉴定了5个DUF1771家族成员，与拟南芥(Arabidopsis thaliana)中鉴定到的4个DUF1771家族成员进行系统进化树分析，9个DUF1771家族成员可分为2个亚族，保守基序分析发现motif 1和motif 2在所有的DUF1771家族成员中存在。5个OsDUF1771基因家族成员的启动子中与各类胁迫响应和激素响应相关的顺式作用元件整体相对较少，以OsDUF1771-1为最少。实时荧光定量PCR分析显示，OsDUF1771家族成员在各类激素处理前后水稻中的表达水平变化幅度整体上不大。在低温、干旱和稻瘟菌(Magnaporthe oryzae)处理水稻时，OsDUF1771-1, 2, 3, 5虽然有一些响应变化，但变化幅度亦不大，OsDUF1771-4对低温处理具有相对最大的响应，在处理12 h的表达水平是未处理样品的4.54倍。在4个OsDUF1771家族成员的启动子中均发现了种子储存蛋白代谢调控相关元件O2-site，仅OsDUF1771-1的启动子中未发现此元件，这与各成员的组织表达谱检测结果相吻合，OsDUF1771-2, 3, 4, 5均在穗中具有最高的表达水平，而OsDUF1771-1在叶中具有最高的表达水平，且OsDUF1771-1编码蛋白预测定位于叶绿体。此外OsDUF1771-3的启动子中还含有胚乳特异表达元件GCN4-motif，进一步说明OsDUF1771-3在水稻种子的胚乳储存蛋白代谢中发挥功能，本研究为深入解析OsDUF1771家族成员的生物学功能提供了重要线索。

关键词：水稻未知功能结构域1771(DUF1771)基因家族进化分析表达谱分析

水稻乙酰乳酸合酶Ala179Val突变赋予ALS抑制剂类除草剂广谱抗性

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植物遗传资源学报 2024年第2期25卷 259-269页

作者：安晨韶也彭彦毛毕刚赵炳然湖南大学生物学院隆平分院长沙410125 湖南杂交水稻研究中心杂交水稻全国重点实验室长沙410125

为了鉴定新型水稻突变体ALS179对乙酰乳酸合酶(ALS,acetolactate synthase)抑制剂类除草剂的抗性,本研究以野生型水稻华航31(HH31)、耐咪唑啉酮除草剂水稻ALS627突变体和甲基磺酸乙酯(EMS,ethyl methyl sulfone)诱变的新型水稻突变体ALS... 详细信息

为了鉴定新型水稻突变体ALS179对乙酰乳酸合酶(ALS,acetolactate synthase)抑制剂类除草剂的抗性,本研究以野生型水稻华航31(HH31)、耐咪唑啉酮除草剂水稻ALS627突变体和甲基磺酸乙酯(EMS,ethyl methyl sulfone)诱变的新型水稻突变体ALS179为试验材料,通过不同浓度下的4类乙酰乳酸合酶抑制剂类除草剂包衣浸种和苗期喷施处理,进一步测定表型及相关酶活性指标来探究突变体ALS179的抗性。结果表明,经过除草剂包衣浸种以及苗期喷施处理后,突变体ALS179对苯磺隆、咪唑乙烟酸、双草醚及啶磺草胺具有不同程度的抗性,且乙酰乳酸合酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的活性随除草剂浓度的升高呈下降趋势。除了20×,30×的咪唑乙烟酸处理条件下过氧化氢酶和过氧化物酶的酶活性低于野生型HH31外,其他处理条件下ALS179的乙酰乳酸合酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶的酶活性均高于野生型HH31。因此,本研究发现Ala179Val突变赋予了对ALS抑制剂类除草剂的广谱抗性,为后续ALS类除草剂广谱抗性水稻品系的培育提供遗传种质资源。

关键词：水稻乙酰乳酸合酶 ALS抑制剂类除草剂广谱抗性

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水稻叶色基因OsClpP6的功能研究

中国水稻科学 2024年

作者：龚蒙萌宋书锋邱牡丹董皓张龙辉李磊李斌谌伟军李懿星王天抗雷东阳李莉湖南农业大学农学院湖南杂交水稻研究中心杂交水稻全国重点实验室

【目的】探究OsClpP6在叶绿体发育过程中的功能，为提高植物光合速率提供了新的基因资源。【方法】对OsClpP6基因、蛋白进行生物信息学分析，通过实时定量PCR和亚细胞定位技术分析该基因的表达模式，利用CRISPR/Cas9技术对该基因进行定... 详细信息

【目的】探究OsClpP6在叶绿体发育过程中的功能，为提高植物光合速率提供了新的基因资源。【方法】对OsClpP6基因、蛋白进行生物信息学分析，通过实时定量PCR和亚细胞定位技术分析该基因的表达模式，利用CRISPR/Cas9技术对该基因进行定点编辑，通过透射电镜观察突变体叶肉细胞叶绿体结构，RNA-seq分析OsClpP6影响叶色途径。【结果】Clp基因家族在水稻叶绿体早期发育中起重要作用，且在植物进化过程中十分保守，Oryza sativa L. caseinolytic protease P6 (OsClpP6)是水稻Clps基因家族的重要成员之一。通过研究OsClpP6的时空表达模式发现OsClpP6主要在苗期地上部分及营养生长期的茎中表达，水稻原生质体亚细胞定位实验发现OsClpP6定位在叶绿体。本研究在华占水稻背景下构建了OsClpP6的CRISPR/Cas9敲除突变株系clpp6-6s-ko-1、clpp6-6s-ko-2，突变体较WT出现株高降低、叶色变浅、千粒重减少的表型。对WT、clpp6-6s-ko-1和clpp6-6s-ko-2灌浆期剑叶叶片进行透射电镜观察叶肉细胞的叶绿体微观结构发现，突变体叶肉细胞叶绿体结构、类囊体片层结构和淀粉粒积累明显少于WT。通过对突变体和WT进行转录组分析发现差异基因主要富集在光合作用通路，多个叶绿体发育的关键蛋白表达出现显著变化。【结论】OsClpP6通过参与叶绿体发育影响水稻源库的平衡，进而影响千粒重。

关键词：水稻叶色 OsClpP6 Clp复合物

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水稻耐极端高温育种研究进展

杂交水稻 2024年第3期39卷 1-11页

作者：陈劲唐文帮湖南杂交水稻研究中心湖南长沙410125 杂交水稻全国重点实验室湖南长沙410125

厄尔尼诺与拉尼娜现象导致全球极端天气频发,使我国水稻安全生产面临新的挑战。筛选、鉴定、创制耐极端高温水稻种质资源,培育耐热性强的水稻新品种是解决这一问题的可靠途径。对水稻耐高温育种现状进行了综述,分析当前耐高温育种研究... 详细信息

厄尔尼诺与拉尼娜现象导致全球极端天气频发,使我国水稻安全生产面临新的挑战。筛选、鉴定、创制耐极端高温水稻种质资源,培育耐热性强的水稻新品种是解决这一问题的可靠途径。对水稻耐高温育种现状进行了综述,分析当前耐高温育种研究所面临的困难与问题,结合多年的育种实践,提出了水稻耐极端高温概念,研创出耐极端高温鉴定育种技术体系;提出了耐高温基因的鉴定需与实际生产相结合,并利用耐高温基因加性效应培育多基因聚合的耐极端高温水稻新品种的策略。运用该策略与技术体系,筛选出耐极端高温且米质优良的恢复系5份(7W1446、5W0373、X233、X155、粤早香)和不育系4份(J2340S、599S、368S、天511S),具有较大育种应用价值。

关键词：水稻孕穗期扬花期耐极端高温分子聚合育种

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多基因聚合抗病虫水稻恢复系的创制及鉴定

杂交水稻 2024年第05期 25-33页

作者：丁佳陈思扬孙志忠彭克帆刘玲袁定阳段美娟水稻逆境生物学湖南省重点实验室/作物生理与分子生物学教育部重点实验室/湖南农业大学农学院湖南杂交水稻研究中心杂交水稻全国重点实验室湖南大学研究生院隆平分院湖南女子学院

螟虫、稻瘟病及白叶枯病是水稻主要病虫害，单纯依靠化学防治、单个抗性位点改良效果不佳。生产实践表明，借助分子标记辅助选择技术，创制具有复合抗性的多基因聚合水稻新材料是抵御多种病虫害、保障水稻安全生产的有效途径。以水稻强... 详细信息

螟虫、稻瘟病及白叶枯病是水稻主要病虫害，单纯依靠化学防治、单个抗性位点改良效果不佳。生产实践表明，借助分子标记辅助选择技术，创制具有复合抗性的多基因聚合水稻新材料是抵御多种病虫害、保障水稻安全生产的有效途径。以水稻强优恢复系R900为受体，转Cry1Ab基因材料mfb-MH86为抗虫供体、携带Pi9和Xa23基因的R9001为抗病供体，借助高效KASP标记等分子检测技术开展回交转育，成功将Cry1Ab、Pi9和Xa23等3个基因聚合到R900中，筛选获得YA19-1、YA48-1、YA50-1、YA103-3、YA108-8和YA109-8等6个综合性状稳定的改良恢复系新材料。农艺性状调查结果显示，与R900相比，改良新材料的株高均显著或极显著降低，除YA103-3外，其他材料的有效穗和单株产量等性状有所改善。病虫抗性结果显示，所有改良株系的螟虫、白叶枯病和稻瘟病抗性均明显优于亲本R900。螟虫主要取食部位茎秆和叶鞘中的抗虫蛋白占总蛋白比例明显高于叶片，能够有效地降低螟虫所造成的危害。改良恢复系杂交组合丰产性评价试验显示，组合晶4155S/YA19-1、广湘24S/YA48-1、广湘24S/YA103-3、Y58S/YA19-1表现为增产，其中Y58S/YA19-1增产幅度最大。对Y58S所配组合进行螟虫抗性鉴定，与Y58S/R900相比，其抗性明显提高。研究结果为选育适宜长江中下游稻区的抗病虫高产新组合提供了科学依据和材料储备。

关键词：水稻恢复系抗病虫基因 Cry1Ab Pi9 Xa23 分子标记辅助选择 KASP 聚合育种

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水稻类病斑突变体及其发生机制研究进展

杂交水稻 2024年第05期 1-12页

作者：廖海丽刘剑镔梁毅肖贵梁金清袁炜蓉易兆峰吴俊湖南大学生物学院隆平分院杂交水稻全国重点实验室/湖南杂交水稻研究中心湖南农业大学农学院

水稻是我国主要的粮食作物之一，生物和非生物胁迫给水稻生产带来巨大的隐患。鉴定和克隆水稻抗病抗逆基因，解析其分子遗传机制，对水稻抗性改良和新品种培育具有重要的理论价值和实践意义。类病斑突变体是一类没有病原菌等外界胁迫下... 详细信息

水稻是我国主要的粮食作物之一，生物和非生物胁迫给水稻生产带来巨大的隐患。鉴定和克隆水稻抗病抗逆基因，解析其分子遗传机制，对水稻抗性改良和新品种培育具有重要的理论价值和实践意义。类病斑突变体是一类没有病原菌等外界胁迫下叶片等组织上自发形成不同大小和颜色的坏死斑，具有类似于过敏反应和细胞死亡的材料。因此，类病斑突变体成为挖掘广谱抗病基因、阐释抗性和环境胁迫反应机制的理想材料。近年来，随着越来越多的水稻类病斑基因被定位和克隆，其参与抗性的功能机理也逐步清晰。对水稻类病斑的来源、命名、分类、基因定位与克隆以及其发生机制进行梳理，并对如何利用水稻类病斑突变体培育抗病和抗逆水稻品种进行讨论，为水稻广谱抗病和抗逆育种研究提供理论支持。

关键词：水稻类病斑突变体抗性调控途径

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水稻糖苷水解酶基因OsINV3影响花粉育性的研究

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杂交水稻 2024年第1期39卷 35-43页

作者：夏思奇杨汉树邱牡丹李磊李懿星宋书锋李莉王建龙湖南农业大学农学院湖南长沙410128 湖南杂交水稻研究中心杂交水稻全国重点实验室湖南长沙410125

花粉育性是水稻生殖发育中的重要性状,直接影响水稻的产量。本研究鉴定到一个包含Glyco_32核心结构域的糖苷水解酶编码基因OsINV3。通过实时定量PCR对OsINV3的时空表达模式分析发现,该基因在穗发育各阶段均有表达且在幼穗分化第6期具有... 详细信息

花粉育性是水稻生殖发育中的重要性状,直接影响水稻的产量。本研究鉴定到一个包含Glyco_32核心结构域的糖苷水解酶编码基因OsINV3。通过实时定量PCR对OsINV3的时空表达模式分析发现,该基因在穗发育各阶段均有表达且在幼穗分化第6期具有较高的表达水平。通过亚细胞定位分析,发现OsINV3定位于细胞质。利用CRISPR/Cas9技术获得了粳稻9522和籼稻五山丝苗背景下的功能缺失突变体952201590-1和952201590-2、WSSM01590-1和WSSM01590-2。通过对表型分析及农艺性状统计发现,2种不同背景的突变体材料均表现为株高矮化、花粉育性下降、结实率降低。进一步分析发现,不同背景的突变材料,对育性下降的程度存在差异,在籼稻五山丝苗背景下,OsINV3的功能缺失导致花粉完全败育。通过半薄切片超显微观察发现,OsINV3的功能缺陷导致花药壁和小孢子发育异常。本研究为水稻花药发育提供新的研究思路,为水稻遗传育种提供遗传材料。

关键词：水稻花粉育性 OsINV3基因糖苷水解酶 CRISPR/Cas9

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模拟干旱对不同耐旱能力水稻根系的影响

分子植物育种 2024年

作者：严圣杰刘雪黄一轩梅振浩王伟平黎妮刘志杨华张先文湖南农业大学生物科学技术学院湖南杂交水稻研究中心杂交水稻国家重点实验室

干旱胁迫通过降低植物根系的水分吸收效率，从而严重影响植物根系乃至整个植株的生长发育。在前期对一批从全球收集到的水稻材料进行耐旱性鉴定的基础上，本试验进一步探究了干旱敏感型水稻材料‘旱195 (WAB 878-6-37-5-1-P1-HB)’和耐... 详细信息

干旱胁迫通过降低植物根系的水分吸收效率，从而严重影响植物根系乃至整个植株的生长发育。在前期对一批从全球收集到的水稻材料进行耐旱性鉴定的基础上，本试验进一步探究了干旱敏感型水稻材料‘旱195 (WAB 878-6-37-5-1-P1-HB)’和耐旱型水稻‘旱022 (IR 65610-38-2-4-2-6-3)’在15%的PEG6000处理2 d后地上部分和地下部分的生长情况，分析了其根部生理生化和相关基因表达的变化。结果表明，干旱处理下，干旱敏感型水稻‘旱195’地上和地下部分的生长受到较严重的抑制，而耐旱型水稻‘旱022’几乎不受影响。在根系活力、MDA、H2O2等指标上，‘旱195’与‘旱022’之间也存在明显差异。伊文思蓝染色结果表明，‘旱195’的根尖比‘旱022’出现了更多的细胞死亡，随后的qRT-PCR试验显示，干旱处理后，与细胞死亡相关的基因在‘旱195’根中表达水平大幅度上调，而在‘旱022’根中的表达水平几乎不受影响，相反，与‘旱195’相比，干旱处理的‘旱022’根中抑制细胞死亡的基因有显著上调。本研究初步揭示了干旱胁迫引起不同耐旱能力水稻根部细胞死亡差异的分子机制，也为水稻耐旱种质资源的筛选与鉴定提供了新的线索。

关键词：水稻干旱胁迫根系损伤细胞死亡耐旱性