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基于高密度遗传图谱定位水稻籽粒大小相关性状QTL

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中国农业科学 2020年第2期53卷 225-238页

作者：张健杨靖王豪李冬秀杨瑰丽黄翠红周丹华郭涛陈志强王慧华南农业大学/国家植物航天育种工程技术研究中心

【目的】通过对水稻籽粒大小相关性状进行QTL定位及候选基因的筛选,为水稻籽粒大小相关基因的精细定位、克隆及基因功能等研究奠定基础。【方法】以籼稻品种特华占搭载高空气球空间诱变后产生的特异矮秆突变体CHA-1为母本,以籼稻品种航... 详细信息

【目的】通过对水稻籽粒大小相关性状进行QTL定位及候选基因的筛选,为水稻籽粒大小相关基因的精细定位、克隆及基因功能等研究奠定基础。【方法】以籼稻品种特华占搭载高空气球空间诱变后产生的特异矮秆突变体CHA-1为母本,以籼稻品种航恢7号搭载"神州八号"飞船经空间诱变后筛选出的突变体H335为父本杂交衍生出的275个RIL群体作为供试材料,利用GBS测序技术构建高密度遗传图谱,RIL群体及亲本分别于2017年早季和2017年晚季在华南农业大学实验教学基地种植。成熟收获后通过扫描仪获取水稻籽粒图像,利用SmartGrain软件获取籽粒大小相关性状表型数据。采用QTL IciMapping v 4.0软件基于完备复合区间作图法,对水稻籽粒大小相关性状进行QTL定位。【结果】构建的高密度遗传图谱包含2 498个Bin标记,总图距2 371.84cM,标记间平均遗传图距为0.95 cM。两季共检测到26个籽粒大小相关QTL,分布于第1、2、3、4、7和9染色体上,单一QTL贡献率为0.16%—14.41%。在第1、2、3、7染色体上检测到5个QTL簇（qGS1、qGS2、qGS3-1、qGS3-2和qGS7）。其中qGS1、qGS3-2和qGS7与前人报道相似,qGS2和qGS3-1是新发现的籽粒大小相关QTL,qGS2在2个季别的不同性状中被检测在同一标记区间附近,LOD值介于4.00—8.08,贡献率为6.67%—11.38%。qGS3-1在2个季别下均检测到与籽粒厚度相关,LOD值介于2.94—8.59,贡献率为4.69%—14.41%。使用的高密度遗传图谱定位区间较小,结合功能注释和CREP数据库表达谱,在qGS2位点筛选到4个潜在的与籽粒大小相关的注释基因LOC;s02g42310、LOC;s02g42314、LOC;s02g42370和LOC;s02g42380。其中LOC;s02g42310编码一个丝氨酸羧肽酶;LOC;s02g42314编码一个泛素E2结合酶;LOC;s02g42370编码一个类受体蛋白激酶;LOC;s02g42380编码一个TCP转录因子。在qGS3-1位点筛选到3个潜在的与籽粒大小相关的注释基因LOC;s03g39020、LOC;s03g39150和LOC;s03g39230。其中LOC;s03g39020编码一个驱动蛋白结构域;LOC;s03g39150编码一个蛋白激酶结构域;LOC;s03g39230编码一个具有去蛋白质泛素化功能的OTU-like半胱氨酸肽酶。其中编码泛素E2结合酶的LOC;s02g42314和编码驱动蛋白结构域的LOC;s03g39020在幼穗和授粉后的胚乳中表达量较高,推测其为最可能的调控籽粒大小的候选基因。【结论】共检测到26个水稻籽粒大小相关QTL。在第1、2、3和7染色体上检测到5个QTL簇（qGS1、qGS2、qGS3-1、qGS3-2和qGS7）,其中qGS2和qGS3-1为新发现的控制籽粒大小QTL,并在该位点筛选到2个可能调控水稻籽粒大小相关的候选基因。

关键词：水稻 RIL群体高密度遗传图谱籽粒大小 QTL定位候选基因

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水稻航天生物育种研究进展

华南农业大学学报 2019年第5期40卷 195-202页

作者：陈志强周丹华郭涛王慧华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心

我国自 1987 年首次开展水稻等农作物种子返回式卫星空间搭载至今已有 32 年。本文对我国 30 多年来在水稻航天诱变机理,航天生物育种共性关键技术,航天诱变新种质(基因)创新,优质绿色高产水稻新品种培育方面的研究进行概述,并提出了进... 详细信息

我国自 1987 年首次开展水稻等农作物种子返回式卫星空间搭载至今已有 32 年。本文对我国 30 多年来在水稻航天诱变机理,航天生物育种共性关键技术,航天诱变新种质(基因)创新,优质绿色高产水稻新品种培育方面的研究进行概述,并提出了进一步的发展战略。

关键词：水稻航天生物育种诱变机理种质创新品种培育

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水稻耐淹成苗率相关性状全基因组的关联分析

中国农业科学 2019年第3期52卷 385-398页

作者：孙凯李冬秀杨靖董骥驰严贤诚罗立新刘永柱肖武名王慧陈志强郭涛华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心

【背景】耐淹成苗率低是限制直播稻产量的重要因素,挖掘高种子活力、低氧萌发能力强的水稻材料是提高耐淹成苗率的关键,但控制耐淹成苗率的遗传位点的挖掘仍然比较有限。【目的】利用来源广泛的自然种质,分析影响耐淹成苗率的关键表型性... 详细信息

【背景】耐淹成苗率低是限制直播稻产量的重要因素,挖掘高种子活力、低氧萌发能力强的水稻材料是提高耐淹成苗率的关键,但控制耐淹成苗率的遗传位点的挖掘仍然比较有限。【目的】利用来源广泛的自然种质,分析影响耐淹成苗率的关键表型性状,挖掘相关的遗传位点和候选基因,为直播稻耐淹成苗机理研究提供一定的理论和材料基础。【方法】以200份来源广泛的水稻种质为材料,在有氧环境下进行发芽试验,测量种子发芽率、发芽指数和活力指数;在低氧条件下测量芽鞘长和芽鞘直径;进行耐淹成苗试验,水深10 cm,20 d后测量耐淹成苗率。分析各性状间的相关性,挖掘影响耐淹成苗率的关键性状;利用简化基因组测序对以上6个表型进行全基因组关联分析,鉴定与性状显著关联的SNP位点,并在关联区间内筛选候选基因;对02428和YZX 2份材料进行有氧、无氧以及氧气含量转换条件下的转录组检测,结合全基因组关联分析结果,分析候选基因的表达模式差异。【结果】种子活力、芽鞘表型和耐淹成苗率在200份材料间存在广泛的遗传变异,其中,芽鞘长和活力指数的变异系数最大;相关分析结果表明,芽鞘长、活力指数与耐淹成苗率呈极显著正相关;通过全基因组关联分析,共鉴定出8个与活力指数显著关联的位点,15个与芽鞘长显著关联的位点;结合基因组注释,在关联区间筛选出6个与活力指数相关的候选基因,7个与芽鞘长度相关的候选基因;进一步比较13个基因在有氧、无氧及氧气转换条件下的表达模式以及表达量的变化,发现Os02g0657000、Os03g0592500、Os08g0380100表达量变化显著,表现出对氧气处理的敏感性。【结论】种子活力、芽鞘长与耐淹成苗率密切相关,可作为筛选高耐淹成苗水稻材料的重要性状。全基因组关联分析、转录组分析与基因表达模式比较的联合应用可提高候选基因的筛选效率。水稻耐淹成苗过程可能受到与逆境胁迫、光合作用相关基因的调控。

关键词：水稻种子活力耐低氧萌发全基因组关联分析转录组分析

水稻叶鞘原生质体转化体系的构建及Pik-H4和AvrPik-H4蛋白的瞬时表达

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中国农业科学 2017年第23期50卷 4575-4584页

作者：刘维刘浩董双玉古丰玮陈志强王加峰王慧华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心

【目的】探索水稻叶鞘原生质体最佳游离时间以及转化时间,提高瞬时表达效率,在蛋白水平对目的基因进行检测且大批量表达。探索该系统表达抗稻瘟病蛋白Pik1-H4、Pik2-H4及无毒蛋白Avr Pik-H4的可行性,对目的基因的功能进行分析。【方法... 详细信息

【目的】探索水稻叶鞘原生质体最佳游离时间以及转化时间,提高瞬时表达效率,在蛋白水平对目的基因进行检测且大批量表达。探索该系统表达抗稻瘟病蛋白Pik1-H4、Pik2-H4及无毒蛋白Avr Pik-H4的可行性,对目的基因的功能进行分析。【方法】以高抗稻瘟病品种H4及对照品种中二软占作为试验材料,利用1/2 MS培养基种植水稻幼苗25℃恒温培养7—10 d。利用纤维素酶及离析酶对水稻叶鞘进行酶解,血球计数板分别统计游离1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12 h的细胞数目获得最佳的酶解时间。将目标基因Pik1-H4、Pik2-H4及Avr Pik-H4分别与GFP融合,构建瞬时表达载体,利用PEG介导转入水稻叶鞘原生质体。设置转化10、12、14、16、18、20、22和24 h,分别提取细胞总RNA,UBQ管家基因为对照,设计GFP特异性扩增引物,利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)检测GFP的相对表达量,探索最佳的转化时间。通过激光共聚焦扫描显微镜对目标基因进行亚细胞定位观察,推测基因功能。提取细胞总蛋白,以Anti-GFP为一抗用Western blot对目标蛋白表达进行验证。【结果】相对室温土壤栽培,营养丰富且均衡的1/2 MS培养基恒温种植的水稻幼苗质量更优质,活力更高。游离时间的长短对游离效率影响较大,游离的最佳时间为4—6 h,在3—4 h细胞游离数目增长速度最快,4—6 h细胞数量趋于平稳,6 h以后细胞总量呈现下降趋势,特别是7 h以后,显微下细胞碎片增多,细胞死亡速度加快。检测GFP的相对表达量,获得最佳转化时间为14—16 h,16 h达到最高值,之后逐渐下降。随着时间的推移,荧光显微镜下观察到GFP蛋白发出的荧光逐渐淬灭。亚细胞定位观察发现Avr Pik-H4蛋白主要被定位于水稻细胞膜上,初步推测是一种膜蛋白,通过某种形式运输到宿主细胞作为激发子触发一系列反应。Pik-H4是高效广谱抗稻瘟病基因,分为Pik1-H4和Pik2-H4两个部分,Pik1-H4主要定位在内质网,Pik2-H4主要定位在质体,从定位结果初步推定Pik1-H4可能主要参与Avr Pik-H4蛋白的识别反应,Pik2-H4主要起到调控下游抗病的作用。Western blot结果显示目标蛋白表达成功,分子大小正确。Pik1-H4和Avr Pik-H4的表达量高于Pik2-H4,说明分子量的大小不是影响转化效率的关键因素。【结论】水稻叶鞘原生质体瞬时表达系统具有高效快速的特点,通过对游离及转化时间的探索为水稻瞬时表达体系的广泛实践应用提供参考。目标基因的成功表达为Pik-H4与无毒蛋白互作机制的研究提供了有价值的理论依据。

关键词：水稻原生质体亚细胞定位 Western杂交

利用分子标记辅助选择改良水稻保持系香味和稻瘟病抗性

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华南农业大学学报 2022年第3期43卷 9-17页

作者：杨瑰丽张瑞祥王慧陈淳黄翠红郑陶陶刘永柱华南农业大学农学院/国家植物航天育种工程技术研究中心广东广州510642

【目的】优质抗病水稻保持系的获得是改良不育系品质与抗性的前提,利用分子标记辅助选择技术进行定向改良,可以加速优异水稻保持系的改良进程。【方法】以‘恒丰B’、‘广8B’为轮回亲本,利用携带香味基因Badh2和抗稻瘟病基因Pita的‘B3... 详细信息

【目的】优质抗病水稻保持系的获得是改良不育系品质与抗性的前提,利用分子标记辅助选择技术进行定向改良,可以加速优异水稻保持系的改良进程。【方法】以‘恒丰B’、‘广8B’为轮回亲本,利用携带香味基因Badh2和抗稻瘟病基因Pita的‘B39’作为供体亲本,利用分子标记开展连续回交育种,定向改良‘恒丰B’、‘广8B’的品质和抗性性状。【结果】通过多代回交选育,获得了14份BC3F2改良材料。利用改良单株系与对应的不育系测交,测保对应的小区不育等级为全不育和高不育;通过品质和抗性鉴定,改良后的目标株系香味评级为香味较浓;稻瘟病抗性均有进一步提高,经病圃鉴定表现为抗或高抗稻瘟病;稻米品质表现为米粒细长、低直链淀粉、低垩白;其他农艺经济性状与轮回亲本相似;改良后的株系遗传背景回复率在80%~90%之间,达到预期回复效果。【结论】结合分子标记辅助选择的定向改良缩短了优质抗性保持系改良的育种进程,在较短时间内获得了在稻米品质、抗病性、香味性状上具有改良的新保持系,实现了‘恒丰B’、‘广8B’在香味性状和稻瘟病抗性方面的定向改良,为进一步协同改良三系杂交水稻的稻米品质和抗性提供了新的材料基础。

关键词：水稻保持系分子标记辅助选择稻瘟病抗性稻米品质

水稻两系不育系‘M20S’穗部性状配合力和遗传力分析

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华南农业大学学报 2019年第1期40卷 8-14页

作者：林鑫吴林宣王慧刘永柱陈志强黄明华南农业大学农学院/国家植物航天育种工程技术研究中心广东广州510642

【目的】分析水稻两系不育系‘M20S’穗部性状的配合力和遗传力,加快‘M20S’潜在育种价值的应用进程。【方法】利用4个光温敏水稻不育系(‘望S’、‘深08S’、‘Y58S’以及‘M20S’)和3个恢复系(‘航恢1173’、‘航恢91’和‘航恢24’)... 详细信息

【目的】分析水稻两系不育系‘M20S’穗部性状的配合力和遗传力,加快‘M20S’潜在育种价值的应用进程。【方法】利用4个光温敏水稻不育系(‘望S’、‘深08S’、‘Y58S’以及‘M20S’)和3个恢复系(‘航恢1173’、‘航恢91’和‘航恢24’)按4×3不完全双列杂交(NCⅡ)设计组配,对不育系穗部性状的配合力及遗传力进行分析。【结果】所有性状一般配合力和特殊配合力方差差异均达显著或极显著水平,穗长和一次枝梗数主要受基因加性效应控制,总粒数、结实率、千粒质量、着粒密度和单穗质量主要受非加性效应影响。7个性状广义遗传力从大到小依次为:千粒质量、着粒密度、总粒数、单穗质量、一次枝梗数、穗长和结实率,狭义遗传力从大到小依次为:一次枝梗数、穗长、着粒密度、千粒质量、总粒数、结实率和单穗质量。‘M20S’总粒数、一次枝梗数和着粒密度3个性状一般配合力最佳,分别为42.96、17.69和45.35,单穗质量的一般配合力为正值。【结论】‘M20S’一般配合力好的性状较多,是一个优良的亲本;‘M20S/航恢24’总粒数、着粒密度和单穗质量的特殊配合力较高,符合大穗型育种要求。总粒数、千粒质量、着粒密度和单穗质量主要受遗传效应的控制;一次枝梗数和穗长等性状可以在杂交早代选择,以提高育种效率。

关键词：杂交水稻两系不育系穗部性状配合力遗传力

基于全基因组测序构建水稻RIL群体遗传图谱

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华南农业大学学报 2021年第2期42卷 44-50页

作者：王朝欢宋博文余思佳肖武名黄明华南农业大学农学院/国家植物航天育种工程技术研究中心广东广州510642

【目的】以籼稻品种‘MDS’和‘R315’为亲本,构建一张高密度的遗传图谱,挖掘水稻Oryza sativa L.重要农艺性状相关基因并加快水稻品种选育。【方法】对两亲本及其192个重组自交系(RILs)群体进行全基因组测序,筛选高质量单核苷酸多态性(... 详细信息

【目的】以籼稻品种‘MDS’和‘R315’为亲本,构建一张高密度的遗传图谱,挖掘水稻Oryza sativa L.重要农艺性状相关基因并加快水稻品种选育。【方法】对两亲本及其192个重组自交系(RILs)群体进行全基因组测序,筛选高质量单核苷酸多态性(SNPs),划分bin标记,针对每个连锁群使用JoinMap4.0对bin标记进行排序,用perl SVG模块绘制连锁图,并对标记在基因组和遗传图谱上的位置进行共线性分析。【结果】两亲本间共筛选出221 494个高质量SNPs,构建了一张高密度遗传图谱,包含1 612个bin标记,总图距为1 327.82 cM,相邻标记间平均遗传图距为0.82 cM。共线性分析显示各连锁群上的大部分标记顺序与基因组保持一致,共线性较好,图谱质量高。【结论】本研究构建的高密度遗传图谱质量较高,为后续功能基因的鉴定提供了基础。

关键词：水稻重组自交系全基因组测序遗传图谱

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稻米蒸煮品质性状与分子标记关联研究

中国农业科学 2017年第4期50卷 599-617页

作者：高维维陈思平王丽平陈立凯郭涛王慧陈志强华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心

【目的】调查分析代表性水稻种质重要的品质性状和淀粉RVA谱变异,筛选与性状显著关联的分子标记,为稻米品质改良提供依据。【方法】以48份国内外水稻多样性种质为材料,进行稻米品质性状变异调查分析;利用快速淀粉粘滞测定仪(rapid visco... 详细信息

【目的】调查分析代表性水稻种质重要的品质性状和淀粉RVA谱变异,筛选与性状显著关联的分子标记,为稻米品质改良提供依据。【方法】以48份国内外水稻多样性种质为材料,进行稻米品质性状变异调查分析;利用快速淀粉粘滞测定仪(rapid visco analyzer)鉴定材料淀粉RVA谱。利用已报道的稻米淀粉合成相关基因等位标记及稻米籽粒相关QTL连锁分子标记对种质材料进行基因分型。利用GLM模型进行分子标记与品质性状的关联检测,并对显著关联标记进行逐步回归分析;评估等位基因及其组合对目标性状的表型影响效应,同时鉴别对应优异等位基因型及载体品种。【结果】供试材料在直链淀粉含量(AC)、胶稠度(GC)和碱消值(ASV)等表现出广泛的表型变异和多样性,变异系数为26.5%—36.3%。RVA谱检测表明崩解值、消减值和回复值等在材料间具有明显差异,能较好地反映不同种质的淀粉糊化特性。相关分析表明,AC与冷胶黏度、消减值和回复值呈显著正相关,与最高黏度和崩解值呈显著负相关;GC同时与消减值和回复值呈显著负相关。利用154个多态性标记共检测到491个等位变异,基因多样性平均为0.447,多态信息含量(PIC)平均为0.390。性状-标记关联检测共获得22个与稻米品质性状显著关联的位点,单个关联标记位点解释的表型变异(R~2)范围为14.11%—75.62%。GBSSI是影响AC和GC的主效基因,分子标记Wx-G/T对AC和GC的表型变异解释率分别为61.44%和41.87%。SSIIa是影响ASV的主效基因,alk-GC/TT和SSIIa-F对ASV的表型变异解释率分别为75.62%和74.46%。利用显著关联标记构建AC、GC和ASV的回归模型方程,决定系数分别为85.30%、40.62%和80.38%。【结论】水稻淀粉RVA谱与AC、GC和ASV密切相关,利用RVA谱可更全面地评价稻米品质性状。利用稻米品质表型-分子标记关联,共鉴定出22个与品质性状显著关联的位点,其中5个位点同时与AC和GC关联。回归模型表明标记的组合可产生不同的表型效应。

关键词：水稻稻米品质性状-标记关联等位变异

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水稻基因遗传转化方法研究进展

华南农业大学学报 2023年第6期44卷 843-853页

作者：郭涛沈任佳王加峰华南农业大学农学院/国家植物航天育种工程技术研究中心广东广州510642

介绍水稻遗传转化方法的发展历程和科研成果,为水稻遗传转化体系的研究和应用提供借鉴。从生物介导转化法和非生物介导转化法2类方法出发,介绍各种转化方法在水稻上的首次报道和重要进展并进行了展望。生物介导转化法中,农杆菌Agrobacte... 详细信息

介绍水稻遗传转化方法的发展历程和科研成果,为水稻遗传转化体系的研究和应用提供借鉴。从生物介导转化法和非生物介导转化法2类方法出发,介绍各种转化方法在水稻上的首次报道和重要进展并进行了展望。生物介导转化法中,农杆菌Agrobacterium介导转化法通过侵染种胚、稻穗、愈伤组织和茎尖进行转化,种胚及其诱导的愈伤组织作为材料的转化体系较为成熟,稻穗和茎尖转化法则操作简便、转化再生周期短;此外,有研究尝试用根瘤菌Sinorhizobium和Rhizobium以及附着剑菌Ensifer adhaerens转化水稻。非生物介导转化法中,物理方法转化法(基因枪法、电击法、花粉管通道法和显微注射法)是较为传统的转化方法,基因枪法应用较为成熟,花粉管通道法则取得较多育种成果;介质介导转化法中,纳米材料的应用正逐步成为研究热点。水稻遗传转化体系的发展可从转化材料的筛选和优化介导转化的载体入手,同时将转化体系和DNA-free、单倍体诱导等技术结合起来,以提高转化效率和安全性,缩短转化再生周期。

关键词：水稻遗传转化农杆菌纳米材料