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小麦抗赤霉病的遗传基础与育种应用

生命科学 2025年

作者：李国强贾海燕孔忠新杨阳李娜谢全袁阳马正强南京农业大学应用植物基因组学实验室和作物遗传与种质创新利用全国实验室生物育种钟山实验室

赤霉病是全球范围的毁灭性小麦穗部病害，严重威胁小麦生产和食品安全。选育和推广抗赤霉病品种是防治赤霉病最有效的策略。然而由于小麦赤霉病抗性的复杂性，传统抗赤霉病育种进展无法满足小麦产业发展的需求。过去20多年来，围绕小麦... 详细信息

赤霉病是全球范围的毁灭性小麦穗部病害，严重威胁小麦生产和食品安全。选育和推广抗赤霉病品种是防治赤霉病最有效的策略。然而由于小麦赤霉病抗性的复杂性，传统抗赤霉病育种进展无法满足小麦产业发展的需求。过去20多年来，围绕小麦抗赤霉病的遗传基础解析取得了一系列重要成果，并在利用分子育种技术改良小麦赤霉病抗性方面取得了关键突破。本文主要从小麦抗赤霉病种质资源发掘、抗赤霉病QTL的定位和克隆以及分子育种等方面综述小麦抗赤霉病研究方面的最新进展，并探讨目前存在的问题和未来发展前景。

关键词：小麦赤霉病抗性 QTL 精细定位克隆分子育种

水稻粉质皱缩胚乳突变体fse4的表型分析与基因克隆

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中国水稻科学 2019年第6期33卷 499-512页

作者：杜溢墨潘天田云录刘世家刘喜江玲张文伟王益华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/农业部长江中下游粳稻生物学与遗传育种重点实验室/江苏省现代作物生产中心/江苏省植物基因工程技术研究中心

【目的】水稻种子主要以淀粉形式储藏能量。淀粉合成需要多种酶类和调控因子参与,机制较为复杂。本研究利用水稻胚乳发育缺陷突变体,克隆和鉴定新的调控淀粉合成相关基因,旨在为研究淀粉合成及其调控提供理论依据。【方法】从化学诱变... 详细信息

【目的】水稻种子主要以淀粉形式储藏能量。淀粉合成需要多种酶类和调控因子参与,机制较为复杂。本研究利用水稻胚乳发育缺陷突变体,克隆和鉴定新的调控淀粉合成相关基因,旨在为研究淀粉合成及其调控提供理论依据。【方法】从化学诱变剂甲基亚硝基脲(1-methyl-1-nitroso-urea, MNU)处理的宁粳3号(Ningjing 3, WT)突变体库中筛选到一个能稳定遗传的胚乳粉质皱缩突变体,命名为fse4 (floury and shrunken 4)。与籼稻品种Dular杂交获得F1种子(F2),通过图位克隆的策略确定FSE4候选基因。利用杂合植株(FSE4fse4)分离出的粉质种子,观察形态学特征,分析其理化性质。使用扫描电镜和半薄切片技术观察胚乳结构。使用q RT-PCR和免疫印迹分析淀粉合成相关基因表达模式和淀粉合成相关酶类的蛋白积累量。利用全自动氨基酸分析仪测定成熟胚乳各氨基酸含量。【结果】突变体fse4籽粒宽度、厚度以及千粒重显著下降,同时胚乳中总淀粉、总蛋白、直链淀粉含量亦显著下降,而脂肪含量显著上升;淀粉黏度、崩解值和消减值显著低于野生型。突变体fse4中多为单粒型淀粉颗粒,且排列分散。FSE4定位于第5染色体长臂约252kb的区间内,测序发现编码Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶基因(Delta 1-pyrroline-5-carboxylate synthetase, P5CS)第1外显子上发生单碱基替换,导致一保守的氨基酸发生变异。突变体fse4中大部分淀粉合成相关基因表达量下调,多种淀粉合成相关蛋白积累量减少。突变体fse4米粉中多种氨基酸含量发生显著变化,游离氨基酸含量是其野生型的3.6倍。此外,外源喷施脯氨酸能部分恢复突变体fse4种子萌发缺陷表型。【结论】FSE4编码脯氨酸合成关键限速酶P5CS,该基因对胚乳中氨基酸的合成及代谢起重要的调控作用,并影响淀粉的合成与积累。

关键词：粉质胚乳淀粉合成基因克隆 Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶氨基酸合成与代谢

一个新的水稻黄绿叶突变体的遗传分析及突变基因的精细定位

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作物学报 2015年第8期41卷 1155-1163页

作者：何旎清柳周张龙白苏阳田云录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/江苏省植物基因工程技术研究中心/农业部长江中下游粳稻生物学与遗传育种重点实验室/长江流域杂交水稻协同创新中心江苏南京210095

在水稻品种Dongjin的T-DNA插入突变体库中筛选到一份黄绿叶突变体T113,该突变体在生长的整个时期叶片都呈现黄绿色,且越到后期表型越明显。T113与野生型亲本Dongjin相比,叶片光合色素含量明显降低,株高变矮,结实率降低,每穗着粒数、穗... 详细信息

在水稻品种Dongjin的T-DNA插入突变体库中筛选到一份黄绿叶突变体T113,该突变体在生长的整个时期叶片都呈现黄绿色,且越到后期表型越明显。T113与野生型亲本Dongjin相比,叶片光合色素含量明显降低,株高变矮,结实率降低,每穗着粒数、穗长和千粒重均明显减少,抽穗期延迟,且黄绿叶性状不受温度影响,叶绿体中的类囊体排列较为疏松,出现更多的嗜锇体,叶绿素合成和质体发育相关基因表达量发生改变。遗传分析表明,T113的突变性状由1对隐性核基因控制。利用T113/N22的F2群体,将突变基因定位在第2染色体长臂Indel标记CX2和JX18之间,物理距离约为79 kb,此区间内包含12个预测基因。

关键词：水稻黄绿叶突变体遗传分析精细定位 Oryza sativaL.

水稻粉质胚乳突变体ws的表型分析及基因克隆

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中国水稻科学 2016年第5期30卷 447-457页

作者：潘鹏屹朱建平王云龙郝媛媛蔡跃张文伟江玲王益华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/农业部长江中下游粳稻生物学与遗传育种重点实验室/长江流域杂交水稻协同创新中心/江苏省现代作物生产中心南京210095

从甲基亚硝基脲(1-Methyl-1-Nitrosourea,MNU)处理的粳稻品种滇粳优1号突变体库中,筛选到一个稳定遗传的胚乳粉质突变体ws,其籽粒的千粒重、籽粒大小、总淀粉含量、直链淀粉含量等指标均降低,淀粉在尿素溶液中的膨胀能力减弱。对成熟及... 详细信息

从甲基亚硝基脲(1-Methyl-1-Nitrosourea,MNU)处理的粳稻品种滇粳优1号突变体库中,筛选到一个稳定遗传的胚乳粉质突变体ws,其籽粒的千粒重、籽粒大小、总淀粉含量、直链淀粉含量等指标均降低,淀粉在尿素溶液中的膨胀能力减弱。对成熟及发育中的胚乳淀粉结构进行观察,发现ws突变体的胚乳中产生大量小而不规则排布的单淀粉颗粒。利用F2群体中分离出的92个隐性极端个体将突变基因连锁在第8染色体近着丝粒位置,随后共用2025个极端个体将目标基因定位于95kb的区间。测序发现ws突变体中编码腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(Adenosine diphosphate glucose pyrophosphorylase,AGPase)小亚基S2的基因发生点突变,导致编码氨基酸的替换。基因表达分析发现,突变体胚乳中编码AGPase各亚基的相关基因表达量没有发生显著改变,而Western杂交分析显示突变体中AGPS2b的蛋白含量下降。同时,ws突变体的胚乳中AGPase活性下降为野生型的一半。研究结果表明,OsAGPS2的突变导致水稻胚乳中AGPase活性降低,从而影响了淀粉合成。

关键词：胚乳粉质突变体 AGPase 淀粉基因表达理化性质水稻

水稻粒质量和粒形QTL定位及粒长位点qGL3.2的鉴定

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南京农业大学学报 2019年第4期42卷 612-621页

作者：游佳谷晗朱泽肖世卓王致远刘子文胡曼曼刘世家陈亮明刘喜田云录江玲刘玲珑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

[目的]通过水稻粒质量和粒形相关基因的QTL分析,挖掘普通野生稻(OryzarufipogonGriff.)中优异基因,为高产水稻资源的鉴定与品种改良提供研究基础和创新材料。[方法]以籼稻品种‘9311’为受体亲本,普通野生稻为供体亲本构建的染色体片段... 详细信息

[目的]通过水稻粒质量和粒形相关基因的QTL分析,挖掘普通野生稻(OryzarufipogonGriff.)中优异基因,为高产水稻资源的鉴定与品种改良提供研究基础和创新材料。[方法]以籼稻品种‘9311’为受体亲本,普通野生稻为供体亲本构建的染色体片段置换系群体为研究材料,考察2015、2016和2017年水稻种子千粒质量、粒长、粒宽和长宽比等性状,利用QTLIciMapping4.1软件对控制籽粒大小的QTL进行定位分析。并利用‘9311’与小粒家系Q8衍生的次级F2群体验证第3染色体1个效应明显的QTL(qGL3.2)。[结果]3年共定位到16个QTL,分布于第2、3、6、8和11染色体上,解释遗传变异的4.52%~13.08%。‘9311’与Q8家系衍生的次级F2群体验证了标记Indel3-17和RM3646之间qGL3.2位点的真实性,其对千粒质量、粒宽和长宽比的贡献率分别为33.18%、8.76%和59.92%;对粒长的效应尤为明显,LOD值高达39.29,可解释表型变异的贡献率达61.43%。精细定位和测序分析表明qGL3.2在基因Os03g0407400编码区发生1个C-A的替换,导致蛋白翻译提前终止。对130份种质资源等位变异类型和籽粒长度的分析表明C-A等位变异与粒长高度相关。[结论]qGL3.2位点Os03g0407400基因C-A突变对水稻粒质量和粒形有重要影响,这为该基因的进一步育种利用和分子标记辅助选择提供依据。

关键词：普通野生稻染色体片段置换系 QTL 千粒质量粒长粒宽长宽比

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控制普通野生稻种子休眠性QTL的定位

作物学报 2018年第1期44卷 15-23页

作者：孙爱伶伍洪铭陈高明张天雨曹鹏辉刘世家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/农业部长江中下游粳稻生物学与遗传育种重点实验室/江苏省植物基因工程技术研究中心江苏南京210095 中国农业科学院作物科学研究所/作物基因资源与遗传改良国家重大科学工程北京100081

水稻种子休眠性是关系到稻米品质和稻种质量的一个重要农艺性状。研究水稻种子休眠性遗传及分子机制对培育具有适度休眠性的优良水稻品种具有重要意义。本研究以籼稻品种9311为受体、普通野生稻为供体的染色体片段置换系群体为材料,在... 详细信息

水稻种子休眠性是关系到稻米品质和稻种质量的一个重要农艺性状。研究水稻种子休眠性遗传及分子机制对培育具有适度休眠性的优良水稻品种具有重要意义。本研究以籼稻品种9311为受体、普通野生稻为供体的染色体片段置换系群体为材料,在后熟不同时间检测群体种子休眠性,对控制种子休眠性的QTL进行定位分析,共定位到14个QTL,分布在第3、第4、第5、第6、第7、第10、第11、第12染色体上。筛选休眠性显著强于背景亲本9311的家系,分析这些家系携带的QTL数目,表明携带的位点越多,休眠性越强。进一步利用家系Q14与9311的F2群体验证了第7染色体标记RM180和RM21323之间存在一个效应较大的QTL q SD-7-2,该位点LOD值为18.49,可解释的表型变异率为33.53%,表明该位点是一个控制普通野生稻种子休眠性的主效QTL,且能稳定遗传。本研究为野生稻种子休眠基因的精细定位及克隆奠定了基础,且为培育强休眠性籼稻品种提供了育种材料。

关键词：野生稻种子休眠染色体片段置换系 QTL

水稻抗褐飞虱种质Swarnalata抽穗期和休眠性相关QTL检测

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植物遗传资源学报 2015年第4期16卷 781-787页

作者：王茜吴涛任雅琨牟昌铃丁宝旭魏子尧刘喜刘裕强江玲南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室/农业部长江中下游粳稻生物学与遗传育种重点实验室南京210095

为有效利用抗褐飞虱水稻Swarnalata,对2013年南京种植的Swarnalata/02428 F2分离群体进行抽穗期和种子休眠性考察,利用172个分子标记构建了Swarnalata/02428 F2的分子遗传连锁图谱,图谱全长为3311.4c M,标记间平均图距为19.22c M。利用W... 详细信息

为有效利用抗褐飞虱水稻Swarnalata,对2013年南京种植的Swarnalata/02428 F2分离群体进行抽穗期和种子休眠性考察,利用172个分子标记构建了Swarnalata/02428 F2的分子遗传连锁图谱,图谱全长为3311.4c M,标记间平均图距为19.22c M。利用Windows QTL Cartographer V2.5软件对该分离群体进行抽穗期和种子休眠性相关QTL检测,共检测到7个抽穗期相关QTL,分别位于第2、3、6、11染色体,其中位于第11染色体的q HD-11-1贡献率最高,为28.85%;检测到3个种子休眠性相关QTL,分别位于第3、6、9染色体,其中位于第9染色体的q Sd-9贡献率最高,为22.11%。分析表明,本研究检测到的抽穗期QTL与种子休眠QTL所在位置不同,说明该群体中种子休眠与抽穗期没有直接关系,它们分别由不同基因控制。本研究不仅为水稻休眠基因的精细定位及克隆奠定基础,也为更有效利用Swarnalata中的抗褐飞虱基因提供基础和一些优良的中间材料。

关键词：水稻抽穗期种子休眠 QTL

稻米淀粉RVA谱特征值与直链淀粉、蛋白含量的相关性及QTL定位分析

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中国水稻科学 2017年第1期31卷 31-39页

作者：张杰郑蕾娜蔡跃尤小满孔飞汪国湘燕海刚金洁王亮张文伟江玲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

【目的】检测到新的控制稻米品质性状相关的QTL并分析各性状间的相关性,为了解控制水稻品质的遗传机理和培育优质水稻品种奠定基础。【方法】利用Sasanishiki×Habataki回交重组自交系(backcross inbred lines,BILs)群体在两个环境下种... 详细信息

【目的】检测到新的控制稻米品质性状相关的QTL并分析各性状间的相关性,为了解控制水稻品质的遗传机理和培育优质水稻品种奠定基础。【方法】利用Sasanishiki×Habataki回交重组自交系(backcross inbred lines,BILs)群体在两个环境下种植的结果,检测与稻米直链淀粉含量、蛋白质含量及RVA谱特征值相关的加性QTL。【结果】表型分析结果显示,Habataki的蛋白含量明显高于Sasanishiki;而除消减值以外其余的稻米品质性状指标,Sasanishiki均高于Habataki。利用BIL群体共检测到加性QTL 42个,其中10个QTL位点在2个环境中均能被检测到,即q PC8、q AC4、q AC10、q PKV2、q PKV7、q HPV7、q CPV1、q BDV4、q BDV7、q SBV7,且q CPV1、q BDV4、q PKV7、q HPV7和q AC10等5个QTL尚未见报道。同时,我们还利用Sasanishiki×Habataki染色体片断置换系(Chromosome segment substitution lines,CSSLs)验证了10个稳定表达的QTL位点。【结论】稻米RVA谱特征值与直链淀粉含量、蛋白质含量之间呈现一定相关性,且控制不同品质性状的QTL之间具有共定位现象。

关键词：水稻稻米品质数量性状基因座回交重组自交系染色体片段置换系

水稻分蘖角度的QTL定位和主效基因的遗传分析

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Acta Genetica Sinica 2005年第9期32卷 948-954页

作者：余传元刘裕强江玲王春明翟虎渠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

利用水稻籼粳亚种间组合Asominori×IR24重组自交系(RIL)群体71个株系和相应的全基因组染色体片段置换系(Chromosome segment substitution line,CSSL)群体65个株系,在2种环境下对分蘖角度性状进行了数量性状基因座(QTL)定位和上位性效... 详细信息

利用水稻籼粳亚种间组合Asominori×IR24重组自交系(RIL)群体71个株系和相应的全基因组染色体片段置换系(Chromosome segment substitution line,CSSL)群体65个株系,在2种环境下对分蘖角度性状进行了数量性状基因座(QTL)定位和上位性效应的遗传分析.在两种群体中都出现了分蘖角度的超亲分离.在RIL群体中发现了5个主效QTLs和3对上位性双位点互作标记基因座,控制水稻分蘖角度.其中在第9染色体上位于XNpb108～C506 RFLP分子标记区间的qTA-9基因座在2种环境中同时出现,其贡献率平均为28.6%,增加分蘖角度的等位基因来自籼稻品种IR24.利用CSSL群体图示基因型分析,证实在第9染色体上含有RFLP标记C609和C506约15 cM的染色体区段,存在增加分蘖角度的基因,来源于染色体片段供体亲本IR24,在Asominori的遗传背景中能增加分蘖角度约15°,该基因的位置与RIL群体在第9染色体上定位的QTL相同,证实了qTA-9的存在.F1表型测定及F2代遗传分析表明,来自IR24的等位基因是一个不完全显性基因.除一对上位性位点存在显著的环境互作效应外,未发现其他位点存在与环境的互作效应.不同基因的加性效应和双位点的上位性效应的共同作用可能是造成水稻分蘖角度超亲分离的主要原因.

关键词：水稻分蘖角度染色体片段置换系数量性状位点上位性