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中国科学：生命科学 2018年第10期48卷 1101-1114页

作者：饶玉春徐娜胡娟焦然徐江民宋周琳黄玲路梅王跃星胡江浙江师范大学化学与生命科学学院金华321004 中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室杭州310006

水稻类病变突变体spl-3t是由粳稻品种云稻经化学诱变剂甲基磺酸乙酯(ethyl methyl sulfonate, EMS)诱变获得.经过连续3代的种植,表型明显,性状稳定一致且未发现分离.该突变体苗期无明显表型,生长4～5周后,叶片开始出现轻微锈褐色坏死斑... 详细信息

水稻类病变突变体spl-3t是由粳稻品种云稻经化学诱变剂甲基磺酸乙酯(ethyl methyl sulfonate, EMS)诱变获得.经过连续3代的种植,表型明显,性状稳定一致且未发现分离.该突变体苗期无明显表型,生长4～5周后,叶片开始出现轻微锈褐色坏死斑点;抽穗后病斑逐渐向四周扩散并最终形成中心枯黄、边缘红褐色的不规则斑块;成熟期坏死斑连接成片并覆盖整张叶片.突变体spl-3t与其野生型云稻品种相比,叶片中的胼胝质含量明显积累.还发现, spl-3t对白叶枯菌表现很敏感.同时, spl-3t还具有株高、结实率下降、穗长增加等表型.遗传分析表明, spl-3t的突变性状受单隐性核基因控制.利用图位克隆的方法,将spl-3t基因定位在水稻第3号染色体109 kb区间内,该区间包含15个候选基因,目前暂无类似表型的基因报道.对所有候选基因编码区及启动子区域进行了测序,未发现与野生型有差异的突变位点.通过RNA-seq分析及qRT-PCR验证,发现候选基因热激转录因子(LOC_Os03g06630)在spl-3t与其野生型有极显著差异,该基因是热胁迫防御响应中的中心调节子,在高温响应中发挥重要作用,能够在热处理时出现上调具有保护作用的基因使植株获得较高的基础耐热性.因此推测该基因的表观修饰造成了类病变性状的产生.本研究为类病变形成的分子机制提供了新的素材和依据.

关键词：水稻类病变精细定位候选基因

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一个水稻低温移栽白条纹突变体wltt的鉴定和基因定位

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中国水稻科学 2019年第1期33卷 1-11页

作者：林添资孙立亭龚红兵王益华刘玲珑赵志刚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/长江流域杂交水稻协同创新中心/江苏省现代作物生产协同创新中心南京210095 江苏丘陵地区镇江农业科学研究所江苏句容212400

【目的】叶色突变相关基因的鉴定与克隆为研究叶绿体发育、叶绿素合成和光合作用等分子机制提供理论基础。【方法】从常规粳稻镇糯19杂交后代中分离出一个低温移栽后叶色转成白条纹的自然变异突变体,命名为wltt (white stripe leaf afte... 详细信息

【目的】叶色突变相关基因的鉴定与克隆为研究叶绿体发育、叶绿素合成和光合作用等分子机制提供理论基础。【方法】从常规粳稻镇糯19杂交后代中分离出一个低温移栽后叶色转成白条纹的自然变异突变体,命名为wltt (white stripe leaf after transplanting at low temperature)。成熟期测定野生型和wltt的主要农艺性状,分别在苗期、移栽后15 d和同时期直播条件下测定新生叶片的色素含量并观察叶绿体的超微结构;将wltt和野生型正反交进行遗传分析;用wltt与籼稻9311杂交产生的F_2作为定位群体进行基因定位;采用RT-qPCR分析叶绿体发育、叶绿素合成和光合作用相关基因在野生型和wltt中的表达水平。【结果】wltt突变体在苗期表现正常绿色,移栽15 d后心叶出现白条纹叶表型,至分蘖末期心叶叶色恢复;而不经移栽,突变体不会出现白条纹叶。人工模拟实验表明该表型是由低温条件下根损伤引起的。与野生型相比,wltt突变体移栽后的新生叶色素含量显著降低,光合速率下降;同时株高变矮,穗长、剑叶长和每穗粒数均显著降低。叶绿体的超微结构显示,突变体的叶肉细胞中,仅少数细胞含有正常的叶绿体,其余大部分叶肉细胞不含叶绿体。进一步研究发现,突变体中部分光合系统相关基因和叶绿体发育相关基因表达下调,叶绿素生物合成相关的14个基因表达也下调。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性核基因控制。利用wltt突变体/9311的F_2群体,将该基因定位于水稻第2染色体着丝粒附近853kb区间内。目前,该区间内没有叶色相关基因的报道。【结论】WLTT是低温条件下移栽调控叶片转色的关键基因,在叶绿体发育过程中发挥重要作用。

关键词：水稻移栽叶片转色叶绿体发育基因定位

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两个垩白突变体的鉴定及突变基因的图位克隆

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中国水稻科学 2017年第6期31卷 568-579页

作者：张习春鲁菲菲吕育松罗荣剑焦桂爱邬亚文唐绍清胡培松魏祥进中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室杭州310006

【目的】研究两个水稻垩白突变体胚乳垩白的形成机制,为稻米品质改良提供理论基础。【方法】以从中花11的EMS突变体库中筛选出的两个稳定遗传的垩白突变体eb6、eb7为材料,对其进行农艺性状、稻米理化性质和遗传学分析,并利用eb6与南京1... 详细信息

【目的】研究两个水稻垩白突变体胚乳垩白的形成机制,为稻米品质改良提供理论基础。【方法】以从中花11的EMS突变体库中筛选出的两个稳定遗传的垩白突变体eb6、eb7为材料,对其进行农艺性状、稻米理化性质和遗传学分析,并利用eb6与南京11衍生的F2群体对控制垩白的基因进行图位克隆。同时对候选基因的表达模式及淀粉合成相关基因在突变体及野生型中表达情况进行了分析。【结果】与野生型相比,两个突变体胚乳中央部位呈现白色且不透明,淀粉复合颗粒形状不规则且排列疏松,而突变体胚乳边缘部位与野生型无异,都为半透明状,淀粉复合颗粒呈多面体且排列致密。相对于野生型,突变体eb6、eb7成熟种子中的直链淀粉含量和胶稠度显著降低,蛋白质含量显著升高。RVA谱分析显示突变体淀粉黏滞性明显低于野生型。同时,支链淀粉聚合度分析显示突变体eb6中聚合度(DP)小于16的短链显著增加,DP为16~23的中长链显著减少。遗传分析表明突变体eb6、eb7胚乳垩白表型由单隐性核基因控制,并且它们为一对等位突变体。利用突变体eb6与南京11杂交衍生的F2群体将突变体基因定位在第1染色体长臂上物理距离86.6 kb的区间内。该区间包含22个开放阅读框(ORF),其中ORF13编码腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶大亚基2(Os AGPL2)。序列分析发现eb6与eb7分别在Os AGPL2第3、第7外显子上发生1个单碱基替换,并分别导致一个氨基酸替换。RT-PCR及原位杂交结果显示,Os AGPL2主要在水稻发育中的籽粒中表达。同时Os AGPL2的突变导致了多个淀粉合成相关基因在水稻籽粒灌浆过程中的表达模式发生改变。【结论】突变体eb6、eb7籽粒胚乳出现严重垩白表型为Os AGPL2突变所致。本研究进一步证明了Os AGPL2在调控水稻籽粒胚乳中淀粉的合成、淀粉复合颗粒的形成及稻米理化性质的平衡中起着重要的作用。

关键词：垩白淀粉合成图位克隆 OsAGPL2 水稻

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稻米品质遗传和基因设计育种

稻米品质遗传和基因设计育种

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第九届全国小麦基因组学及分子育种大会

作者：曾大力钱前中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室杭州 310006

水稻的产量和品质均为复杂的数量性状，迄今为止，人们已经鉴定出水稻产量相关的数量性状基因座位(QTL)或基因达数百之多。我们以前的研究表明，水稻蒸煮品质主要受淀粉合成相关基因组成的遗传网络的调控。经过精心设计，以超高产但综... 详细信息

水稻的产量和品质均为复杂的数量性状，迄今为止，人们已经鉴定出水稻产量相关的数量性状基因座位(QTL)或基因达数百之多。我们以前的研究表明，水稻蒸煮品质主要受淀粉合成相关基因组成的遗传网络的调控。经过精心设计，以超高产但综合品质差的品种"特青"作为受体，以蒸煮和外观品质具有良好特性的品种"日本晴"和"93-11"为供体，对涉及水稻产量、稻米外观品质、蒸煮食味品质和生态适应性的 28个目标基因进行优化组合，经过多年的努力，利用杂交、回交与分子标记定向选择等技术，成功将优质目标基因的优异等位聚合到受体材料，并充分保留了"特青"的高产特性。这些优异的"品种设计"材料，在高产的基础上，稻米外观品质、蒸煮食味品质、口感和风味等方面均有显著改良，并且以其配组的杂交稻稻米品质也显著提高。这项研究结果是作物由传统育种向高效、精准、定向的分子设计育种转变的大胆尝试。

关键词：水稻品质遗传设计育种

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控制水稻金黄色颖壳与节间基因OsCAD2的图位克隆

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中国水稻科学 2017年第5期31卷 465-474页

作者：王宏张迎信孙廉平孟帅徐鹏吴玮勋程式华曹立勇沈希宏中国水稻研究所/浙江省超级稻研究重点实验室/水稻生物学国家重点实验室杭州311401

【目的】水稻色素不仅对其自身生长发育有重要生理作用,而且在水稻育种、农副产品改良等方面运用比较广泛。对水稻色素相关基因进行表型分析和基因定位,为进一步研究色素代谢途径及调控机理奠定基础。【方法】利用EMS诱变粳稻长粒粳(CL... 详细信息

【目的】水稻色素不仅对其自身生长发育有重要生理作用,而且在水稻育种、农副产品改良等方面运用比较广泛。对水稻色素相关基因进行表型分析和基因定位,为进一步研究色素代谢途径及调控机理奠定基础。【方法】利用EMS诱变粳稻长粒粳(CLJ),在突变体库内筛选到一个金黄色颖壳与节间突变体gh881;在成熟期,测定野生型与gh881的主要农艺性状;将gh881与野生型及中恢8015杂交,观察BC1F1及F1植株表型,并对BC1F2及F2表型分离进行卡方检验,对gh881进行遗传分析;利用F2群体和图位克隆的方法对gh881突变基因进行定位;采用q PCR检测颖壳颜色相关基因在gh881与野生型不同发育时期的幼穗、节间以及剑叶叶鞘的相对表达量。【结果】与野生型相比,突变体的颖壳与节间均呈金黄色;除单株有效穗数外,gh881突变体的株高、每穗总粒数及实粒数、结实率和千粒重等性状均极显著降低。遗传分析和基因定位结果表明,gh881的突变表型受1对隐性核基因控制,位于第2染色体短臂,并最终将该基因精细定位于标记FH-13和RH-25之间,物理距离约33.2 kb,该区域中包含4个开放阅读框(ORFs)。【结论】序列分析结果表明,发现其中一个编码肉桂醇脱氢酶(CAD)的基因OsC AD2(Os02g0187800)的3 563 bp处发生了1个单碱基突变(G转换为A),导致该基因编码区的第297位氨基酸由甘氨酸突变为天冬氨酸,由此认为该突变体为OsC AD2基因单碱基突变的新等位基因。q RT-PCR结果表明,突变体的节间中OsCAD2相对表达量极显著下调,而在剑叶叶鞘及穗部则基本都是极显著增加,其他相关基因也发生显著变化,证实OsCAD2是木质素代谢中的重要基因,且可能与其他相关基因存在反馈调节。

关键词：水稻色素突变体颖壳节间基因定位

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突破复杂性状多基因转化技术壁垒,首创胚乳花青素高积累的水稻新种质

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植物学报 2017年第5期52卷 539-542页

作者：朱丽钱前中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室杭州311401

随着转基因技术的日趋成熟,利用生物工程手段加快改良作物农艺性状,已经越来越显示出其巨大的应用潜力。在改良多基因调控的复杂农艺性状方面,单基因转化收效甚微,而长期以来多基因转化不仅受限于技术因素,而且在协调表达调控、代谢及... 详细信息

随着转基因技术的日趋成熟,利用生物工程手段加快改良作物农艺性状,已经越来越显示出其巨大的应用潜力。在改良多基因调控的复杂农艺性状方面,单基因转化收效甚微,而长期以来多基因转化不仅受限于技术因素,而且在协调表达调控、代谢及修饰等一系列相关基因方面更是难于突破。近期,我国科学家首次利用自创的多基因垛叠表达系统,成功在水稻(Oryza sativa)胚乳中合成了具有抗氧化活性的花青素,在复杂性状多基因转化领域取得了突破性进展。

关键词：花青素多基因转化胚乳无选择标记水稻

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矮秆小粒水稻潇湘矮的形态学与分子遗传学分析

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中国水稻科学 2017年第3期31卷 238-246页

作者：吕育松谢耘丰圣忠华邬亚文唐绍清胡培松魏祥进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310006 杭州师范大学生命与环境科学学院杭州310036

【目的】研究揭示潇湘矮矮秆小粒的遗传机制,为潇湘矮的育种利用提供理论基础。【方法】利用水稻育种过程中自然突变而得到的稳定遗传的矮秆小粒水稻材料潇湘矮,对其进行农艺性状考查、赤霉素(GA_3)和油菜素内酯(BR)敏感性分析、遗传学... 详细信息

【目的】研究揭示潇湘矮矮秆小粒的遗传机制,为潇湘矮的育种利用提供理论基础。【方法】利用水稻育种过程中自然突变而得到的稳定遗传的矮秆小粒水稻材料潇湘矮,对其进行农艺性状考查、赤霉素(GA_3)和油菜素内酯(BR)敏感性分析、遗传学分析,并利用潇湘矮与其近等基因系NIL(NIP)衍生的F_2群体对控制矮秆小粒的基因xxa进行图位克隆,最终利用转基因互补试验验证候选基因。【结果】潇湘矮除表现为矮秆小粒外,其穗长变短,穗型紧凑,千粒重极显著下降。不同浓度梯度的赤霉素(GA_3)和油菜素内酯(BR)处理,发现潇湘矮对GA_3部分敏感,而对BR不敏感。遗传分析发现其符合孟德尔3∶1分离规律。图位克隆将xxa基因定位于第5染色体In Del标记F81和F82之间约70 kb区间的物理距离内。该区间包含8个开放阅读框(ORF)。其中,第5个ORF(LOC_Os05g26890)被注释为水稻株高基因D1。序列分析发现,潇湘矮的D1基因在第5和12外显子分别有1个碱基的无义替换和3个碱基的缺失,其中第12外显子3个碱基的缺失导致1个赖氨酸的缺失。转基因互补显示D1可以恢复潇湘矮的表型。【结论】潇湘矮控制株高的途径可能与GA_3代谢有关;潇湘矮矮秆小粒表型符合单隐性核基因控制的遗传规律;潇湘矮矮秆小粒性状是由D1基因突变所致。

关键词：水稻矮秆小粒图位克隆机械化制种

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丙草胺在机直播稻“播种同步”机械化除草新技术中的应用

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浙江农业科学 2018年第12期59卷 2187-2189页

作者：张建萍朱晓群唐伟于晓玥陆永良中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室浙江杭州310006 海盐县农业技术推广中心浙江嘉兴314300

为解决机直播水稻田草害重、防治难的问题,对50%丙草胺水乳剂单剂和混配10%苄嘧磺隆可湿性粉剂后在机直播田"播喷同步"机械化除草新技术中进行应用研究。结果表明,机械施药20 d后,丙草胺单剂或混配苄嘧磺隆处理对水稻出苗均... 详细信息

为解决机直播水稻田草害重、防治难的问题,对50%丙草胺水乳剂单剂和混配10%苄嘧磺隆可湿性粉剂后在机直播田"播喷同步"机械化除草新技术中进行应用研究。结果表明,机械施药20 d后,丙草胺单剂或混配苄嘧磺隆处理对水稻出苗均无影响,与未施药对照比,出苗率在87. 1%～97. 8%。施药48 d后,510～780 g·hm-2处理对稗草植株密度和鲜重防效在98. 0%以上,对阔叶草植株的鲜重防效在94. 3%以上,均为优良水平。表明50%丙草胺单剂或混配10%苄嘧磺隆在机直播稻"播喷同步"机械化除草技术中应用对水稻出苗安全,杂草防效好,有良好的应用前景。

关键词：水稻机械化生产除草剂出苗率杂草防效丙草胺

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33%嗪吡嘧磺隆水分散粒剂在机直播稻“播喷同步”机械除草新技术中的应用

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黑龙江农业科学 2018年第7期 54-57页

作者：张建萍朱晓群唐伟于晓玥陆永良中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室浙江杭州310006 海盐县农业技术推广中心浙江嘉兴314300

为解决机直播水稻田草害重、防治难的问题,研究了33%嗪吡嘧磺隆水分散粒剂在机直播田"播喷同步"机械除草新技术中的应用效果。结果表明:机械施药20d后,33%嗪吡嘧磺隆水分散粒剂有效成分84.2或99.0g·hm^(-2)处理对水稻出... 详细信息

为解决机直播水稻田草害重、防治难的问题,研究了33%嗪吡嘧磺隆水分散粒剂在机直播田"播喷同步"机械除草新技术中的应用效果。结果表明:机械施药20d后,33%嗪吡嘧磺隆水分散粒剂有效成分84.2或99.0g·hm^(-2)处理对水稻出苗没有影响,与未施药对照比出苗率为96.2%。施药48d后,99.0g·hm^(-2)处理,对稗草、阔叶草和莎草植株的密度和鲜重防效达98%以上,降低除草剂剂量15%后,对杂草防效没有显著降低,仍为优良水平。表明33%嗪吡嘧磺隆水分散粒剂采用机直播稻"播喷同步"机械除草技术在水稻生产中应用前景良好。

关键词：水稻机械化生产除草剂出苗率杂草防效安达星

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土壤增氧方式对其氮素转化和水稻氮素利用及产量的影响

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农业工程学报 2017年第1期33卷 167-174页

作者：胡继杰朱练峰胡志华钟楚林育炯张均华曹小闯 Allen Bohr James 禹盛苗金千瑜中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室杭州310006 江西省红壤研究所/国家红壤改良工程技术研究中心南昌331717 华中农业大学植物科学技术学院武汉430070

以3种不同生态型水稻品种中浙优1号(水稻)、IR45765-3B(深水稻)和中旱221(旱稻)为材料,比较研究了不同增氧方式(T1-增施过氧化钙、T2-微纳气泡水增氧灌溉、T3-表土湿润灌溉和CK-淹水对照)下稻田土壤氮素转化和水稻氮素吸收利用特性。结... 详细信息

以3种不同生态型水稻品种中浙优1号(水稻)、IR45765-3B(深水稻)和中旱221(旱稻)为材料,比较研究了不同增氧方式(T1-增施过氧化钙、T2-微纳气泡水增氧灌溉、T3-表土湿润灌溉和CK-淹水对照)下稻田土壤氮素转化和水稻氮素吸收利用特性。结果表明:1)增氧处理明显改善土壤氧化还原状况,3种增氧方式下土壤氧化还原电位均高于CK。稻田增氧促进土壤氮素硝化,在分蘖期和齐穗期T1、T2和T3的土壤硝化强度和脲酶活性均显著高于CK,反硝化强度显著低于CK。2)不同增氧处理对水稻氮素吸收的影响不同,在拔节期、齐穗期和完熟期3品种的植株氮素积累量均表现为T1、T2显著高于CK,而T3显著低于CK;在完熟期,T1处理下中浙优1号、IR45765-3B和中旱221植株氮素积累量分别较CK增加了21.2%、13.2%和17.0%,而T2处理下3品种的植株氮素积累量分别较CK增加了14.3%、6.9%和9.1%。3)与CK相比,T1和T2显著提高水稻籽粒产量和收获指数,氮素籽粒生产效率与CK无显著差异,而T3显著增加水稻氮素干物质生产效率和氮素籽粒生产效率。可见,施用过氧化钙和微纳气泡水增氧灌溉能有效改善稻田土壤氧化还原状况,不仅显著提高水稻产量,而且显著增强稻田氮的硝化而减少氮素损失,从而提高水稻氮素积累量和氮素收获指数。

关键词：土壤氮酶水稻增氧方式氮素转化土壤氧化还原电位氮素利用率

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