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OsNramp5基因敲除对水稻产量的影响
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作者 龙起樟 贺更清 +7 位作者 苌兴超 黄永兰 王燕宁 唐秀英 王会民 芦明 徐斌 万建林 《江西农业学报》 CAS 2023年第12期1-8,共8页
利用华占、五山丝苗、中早35和五丰B等4个品种背景的多个OsNramp5基因敲除株系及其原始品种(对照)作为供试材料,在3个不同环境采用随机区组设计进行了小区产量的比较试验。试验结果表明:虽然OsNramp5基因敲除材料显示出了优越的降镉特性... 利用华占、五山丝苗、中早35和五丰B等4个品种背景的多个OsNramp5基因敲除株系及其原始品种(对照)作为供试材料,在3个不同环境采用随机区组设计进行了小区产量的比较试验。试验结果表明:虽然OsNramp5基因敲除材料显示出了优越的降镉特性,但在不同环境中几乎全部表现为不同程度的减产(减幅2.9%~25.6%),在不同OsNramp5基因敲除株系与野生型对照的42次产量比较事件中,减产幅度超过4%并且统计上显著的占比为57.1%,减产幅度超过5%但统计上不显著的占比为28.6%,减幅4%以下但不显著的占比为11.9%,略微增产(仅1例,增幅2.6%)但不显著的占比为2.4%;相同OsNramp5基因敲除材料在不同环境减产幅度不同,多数OsNramp5基因敲除株系的产量变异度比原始品种大,且不同品种背景基因敲除材料在不同环境下的减产幅度波动情况也存在差异,此外,相同品种背景的不同OsNramp5基因敲除株系(不同株系组培中发生的基因组背景突变存在差异)以及一个株系分离后代相同突变基因型不同姊妹系都存在产量显著差异的情况。OsNramp5基因敲除对水稻产量的影响受品种类型、组培突变和环境等因素的综合影响,多数OsNramp5基因敲除材料的稳产性能下降。因此,推荐选择合适品种进行OsNramp5基因敲除,获得基因敲除株系后精心选择优良株系或回交并进行多年多点试验再进行应用。 展开更多
关键词 水稻 低镉 osnramp5 基因编辑 产量 稳产性
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水稻OsNRAMP5基因低镉积累突变位点功能标记的开发与验证 被引量:3
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作者 于江辉 李焱瑶 +3 位作者 秦冠男 翁绿水 蒋显斌 邓力华 《江苏农业学报》 CSCD 北大核心 2022年第2期289-295,共7页
为了对水稻低镉积累基因进行精准检测和世代跟踪,提高低镉积累水稻品种的分子标记辅助育种(MAS)选育效率,基于籼稻品种9311及其低镉积累突变体lcd1材料7号染色体上OsNRAMP5基因第7外显子单核苷酸的突变,参照四引物扩增受阻突变PCR(Tetra... 为了对水稻低镉积累基因进行精准检测和世代跟踪,提高低镉积累水稻品种的分子标记辅助育种(MAS)选育效率,基于籼稻品种9311及其低镉积累突变体lcd1材料7号染色体上OsNRAMP5基因第7外显子单核苷酸的突变,参照四引物扩增受阻突变PCR(Tetra-primer amplification refractory mutation system-PCR,Tetra-primer ARMS-PCR)原理设计了共显性功能标记nra5fun,且采用PCR方法分别对18份籼稻、18份粳稻及金23B/lcd1杂交F_(1)代材料进行分子标记特异性验证。电泳结果表明,含OsNRAMP5基因SNP突变材料lcd1可扩增出大小为723 bp、210 bp的条带,含野生型OsNRAMP5基因的材料9311可扩增出大小为723 bp、557 bp的条带,金23B/lcd1 F_(1)代杂合型材料可扩增出大小为723 bp、557 bp、210 bp的条带,共显性标记nra5fun得到的电泳条带与引物设计时预测的目标片段完全吻合;Sanger测序结果表明,电泳扩增条带片段的序列与目的基因的DNA序列和SNP突变位点的序列一致;18份籼稻和18份粳稻种质资源均能扩出大小为723 bp、557 bp 2个目的条带,说明这些材料均不含有OsNRAMP5基因的单个SNP突变,表明该标记特异性较高。因此,开发的功能标记nra5fun能够准确、高效地识别水稻低镉积累基因的纯合突变型、纯合野生型和杂合型,可在水稻低镉积累分子育种中推广应用。 展开更多
关键词 水稻 低镉 分子标记 分子育种 osnramp5基因
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OsNramp5基因变异影响水稻重要农艺性状的研究进展 被引量:3
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作者 李小秀 吕启明 袁定阳 《中国水稻科学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期562-571,共10页
筛选和培育镉(Cd)低积累水稻品种是解决稻米镉污染问题最经济、有效的办法。现有研究表明OsNramp5是介导水稻Cd吸收最重要的基因,其功能缺失后,水稻籽粒Cd含量极显著下降,但同时会影响水稻必需元素锰(Mn)的吸收,而在前人关于OsNramp5变... 筛选和培育镉(Cd)低积累水稻品种是解决稻米镉污染问题最经济、有效的办法。现有研究表明OsNramp5是介导水稻Cd吸收最重要的基因,其功能缺失后,水稻籽粒Cd含量极显著下降,但同时会影响水稻必需元素锰(Mn)的吸收,而在前人关于OsNramp5变异影响水稻生长发育的研究中,结论并不一致。系统了解OsNramp5基因变异对水稻重要农艺性状的影响有助于推动低Cd优质水稻新品种的培育。本文重点对OsNramp5基因变异对水稻中金属离子的含量,水稻的生长发育、产量性状及米质的影响进行了综述,以期为利用OsNramp5基因突变选育低Cd积累水稻品种提供参考。 展开更多
关键词 水稻 osnramp5 农艺性状
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Reduction in cadmium accumulation in japonica rice grains by CRISPR/Cas9-mediated editing of OsNRAMP5 被引量:19
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作者 YANG Chang-hong ZHANG Yang HUANG Chao-feng 《Journal of Integrative Agriculture》 SCIE CAS CSCD 2019年第3期688-697,共10页
Cadmium(Cd) intake is harmful to human health and Cd contamination in rice grains represents a severe threat to those consuming rice as a staple food. Knockout of Cd transporters is a promising strategy to reduce Cd a... Cadmium(Cd) intake is harmful to human health and Cd contamination in rice grains represents a severe threat to those consuming rice as a staple food. Knockout of Cd transporters is a promising strategy to reduce Cd accumulation in rice grains. OsNRAMP5 is the major transporter for Cd and manganese(Mn) uptake in rice. Nevertheless, it is uncertain whether knockout of OsNRAMP5 is applicable to produce low Cd rice without affecting plant growth and grain yield. In this study, we adopted CRISPR/Cas9-based gene editing technology to knock out OsNRAMP5 in two japonica varieties. We generated three independent transgene-free osnramp5 mutants and investigated the effect of osnramp5 mutations on Cd accumulation and plant growth. Hydroponic experiments showed that plant growth and chlorophyll content were significantly reduced in osnramp5 mutants at low Mn conditions, and this defective growth in the mutants could be fully rescued by supply of high levels of Mn. Cd and Mn accumulation in both roots and shoots was markedly reduced in the mutants compared to that in wild-type plants. In paddy field experiments, although Cd in flag leaves and grains was greatly reduced in osnramp5 mutants, some agronomic traits including plant height, seed setting rate, and grain number per panicle were affected in the mutants, which ultimately caused a mild reduction in grain yield. The reduced plant growth in the mutants can be attributed to a marked decrease in Mn accumulation. Our results reveal that the manipulation of OsNRAMP5 should be treated with caution: When assessing the applicability of osnramp5 mutants, soil pH and soil water content in paddy fields need to be taken into consideration, since they might affect the levels of available Mn in the soil and consequently determine the effect of the mutation on grain yield. 展开更多
关键词 CADMIUM content CRISPR/Cas9 osnramp5 ORYZA sativa(rice)
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高温对OsNRAMP5基因突变杂交稻及其父本结实率的影响
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作者 孟前程 李曜魁 +6 位作者 方升亮 黄国龙 冀中英 凌文彬 刘龙生 唐丽 赵炳然 《杂交水稻》 CSCD 北大核心 2023年第6期33-41,共9页
在前期已获得华占背景的OsNRAMP5基因突变材料P7及其与隆科638S背景的OsNRAMP5基因突变材料低镉1S配制的镉低积累杂交稻组合DG801的基础上,通过在衡阳和株洲两地进行分期播种试验,研究了高温对OsNRAMP5基因突变杂交稻及其父本结实率的... 在前期已获得华占背景的OsNRAMP5基因突变材料P7及其与隆科638S背景的OsNRAMP5基因突变材料低镉1S配制的镉低积累杂交稻组合DG801的基础上,通过在衡阳和株洲两地进行分期播种试验,研究了高温对OsNRAMP5基因突变杂交稻及其父本结实率的影响。结果表明,孕穗期和开花期同时遇高温(日最高温度≥35℃),父本P7的结实率显著低于对照,而组合DG801与对照无显著性差异,说明OsNRAMP5基因突变材料对高温的耐受性可能与遗传背景相关,杂种优势的利用可能是提高OsNRAMP5基因突变材料对高温耐受性的有效途径。研究结果对通过突变OsNRAMP5基因培育镉低积累水稻及其生产应用提供了参考。 展开更多
关键词 水稻 osnramp5基因 播期 高温 结实率
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不同锰浓度环境下OsNRAMP5突变对水稻耐热性和主要经济性状的影响 被引量:9
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作者 董家瑜 吴天昊 +7 位作者 孙远涛 何含杰 李曜魁 彭彦 冀中英 孟前程 赵炳然 唐丽 《杂交水稻》 CSCD 北大核心 2021年第2期79-88,共10页
OsNRAMP5是水稻吸收镉、锰的主效转运蛋白。OsNRAMP5突变造成水稻镉含量大幅度降低,使其成为镉低积累水稻分子育种中最重要的靶标基因,而其突变造成的锰含量大幅度降低是否会影响水稻农艺性状和环境适应性一直备受关注且存在争议。以籼... OsNRAMP5是水稻吸收镉、锰的主效转运蛋白。OsNRAMP5突变造成水稻镉含量大幅度降低,使其成为镉低积累水稻分子育种中最重要的靶标基因,而其突变造成的锰含量大幅度降低是否会影响水稻农艺性状和环境适应性一直备受关注且存在争议。以籼稻华占、粳稻中花11这2种不同遗传背景下同一突变位点的osnramp5突变株系为材料,采用不同锰浓度水培和大田试验比较分析了它们的耐热性和主要经济性状。结果表明,苗期在正常浓度锰供应条件下,2种遗传背景的osnramp5突变株系耐热性并未明显下降,但在环境锰不足的条件下,2种遗传背景osnramp5突变株系的耐热性均大幅度下降。在土壤锰含量为312 mg/kg的正常锰浓度大田条件下,籼稻华占的osnramp5突变株系产量和稻米品质较野生型均无显著差异,但粳稻中花11的osnramp5突变株系的千粒重和胶稠度降低;开花期高温使2种遗传背景的osnramp5突变株系的每穗总粒数、结实率和千粒重均显著下降,且造成粳稻中花11的osnramp5突变株系的垩白粒率和垩白度上升。在土壤锰含量为102mg/kg的低锰浓度大田条件下,2种遗传背景的osnramp5突变株系的有效穗、每穗总粒数、结实率和千粒重均显著下降,垩白粒率和垩白度上升。说明籼稻的osnramp5突变株系在富含锰的镉污染地区有很大的应用潜力,但在种植时应避开抽穗期高温和低锰田块,而粳稻的osnramp5突变株系在南方稻区的环境适应性较差。 展开更多
关键词 水稻 osnramp5 耐热性 产量 米质
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水稻‘宜香优2115’OsNramp5基因的克隆及生物信息学分析 被引量:1
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作者 王建伟 汤宏 +1 位作者 贺晓岚 秦绍钊 《分子植物育种》 CAS 北大核心 2022年第7期2096-2104,共9页
天然抗性相关巨噬蛋白(natural resistance associated macrophage protein,Nramp)在调控植物吸收转运Fe^(2+)、Mn^(2+)、Zn^(2+)和Cd^(2+)等重金属离子方面具有重要作用,其成员OsNramp5基因在锰、铁及镉的吸收和转运过程中扮演重要角... 天然抗性相关巨噬蛋白(natural resistance associated macrophage protein,Nramp)在调控植物吸收转运Fe^(2+)、Mn^(2+)、Zn^(2+)和Cd^(2+)等重金属离子方面具有重要作用,其成员OsNramp5基因在锰、铁及镉的吸收和转运过程中扮演重要角色。本研究根据水稻OsNramp5(AB690551.1),同源克隆了富铁锌低镉水稻‘宜香优2115’OsNramp5基因的cDNA全长序列,命名为OsNramp5-YXY2115,并对其序列进行生物信息学分析。研究结果表明,其开放阅读框为1617 bp,编码538个氨基酸,蛋白序列含有12个跨膜结构,分子量约为58.5 kD,理论等电点为6.76。功能结构域分析结果证实,Os Nramp5-YXY2115蛋白包含有Nramp金属离子转运结构域MntH,属于Nramp超家族成员。多序列比对及进化树分析结果表明该序列与NCBI中公布的粳稻Os Nramp5(XP_015645014)氨基酸序列相似性最高,为100%,推测OsNramp5-YXY2115基因可能参与响应Fe^(2+)、Mn^(2+)、Zn^(2+)和Cd^(2+)等重金属胁迫。本研究结果为进一步研究OsNramp5-YXY2115的生物学功能提供了基础资料,也为植物重金属研究提供了重要候选基因。 展开更多
关键词 水稻(Oryza sativa L.) osnramp5基因 克隆 生物信息学分析
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Characterization and Evaluation of OsLCT1 and OsN ramp5 Mutants Generated Through CRISPR/Cas9-Mediated Mutagenesis for Breeding Low Cd Rice 被引量:15
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作者 LIU Songmei JIANG Jie +6 位作者 LIU Yang MENG Jun XU Shouling TAN Yuanyuan LI Youfa SHU Qingyao HUANG Jianzhong 《Rice science》 SCIE CSCD 2019年第2期88-97,共10页
To explore how rice(Oryza sativa L.) can be safely produced in Cd-polluted soil, OsLCT1 and OsNramp5 mutant lines were generated by CRISPR/Cas9-mediated mutagenesis. One of OsLCT1 mutant(lct1×1) and two of OsNram... To explore how rice(Oryza sativa L.) can be safely produced in Cd-polluted soil, OsLCT1 and OsNramp5 mutant lines were generated by CRISPR/Cas9-mediated mutagenesis. One of OsLCT1 mutant(lct1×1) and two of OsNramp5 mutants(nramp5×7 and nramp5×9) were evaluated for grain Cd accumulation and agronomic performances. In paddy field soil containing approximately 0.9 mg/kg Cd, lct1×1 grains contained approximately 40%(0.17 mg/kg) of the Cd concentration of the wild type parental line, less than the China National Food Safety Standard(0.20 mg/kg). Both OsNramp5 mutants showed low grain Cd accumulation(< 0.06 mg/kg) in the paddy(approximately 0.9 mg/kg Cd) or in pots in soil spiked with 2 mg/kg Cd. However, only nramp5×7 showed normal growth and yield, whereas the growth of nramp5×9 was severely impaired. The study showed that lct1×1 could be used to produce rice grains safe for human consumption in lightly contaminated paddy soils and nramp5×7 used in soils contaminated by much higher levels of Cd. 展开更多
关键词 cadmium RICE osnramp5 OsLCT1 genome-editing heavy metal contamination CRISPR Cas9
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辐射诱变华恢8612创制镉低积累水稻新种质辐8612-12
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作者 赵新辉 唐倩莹 +9 位作者 周群丰 秦鹏 常兰 傅军 杨润秋 王凯 唐晓丹 冀占东 周延彪 杨远柱 《杂交水稻》 CSCD 北大核心 2024年第1期44-52,共9页
中国南方部分地区稻田镉污染较为严重,培育镉低积累水稻新品种是解决水稻镉污染最有效的技术途径。为了创制镉低积累水稻新种质,通过60Co-γ射线辐射杂交水稻恢复系华恢8612,再对M1代群体的镉吸收主效基因OsNramp5进行分子标记检测,获得... 中国南方部分地区稻田镉污染较为严重,培育镉低积累水稻新品种是解决水稻镉污染最有效的技术途径。为了创制镉低积累水稻新种质,通过60Co-γ射线辐射杂交水稻恢复系华恢8612,再对M1代群体的镉吸收主效基因OsNramp5进行分子标记检测,获得1个OsNramp5嵌合突变体,并在M2代获得了在OsNramp5第2外显子区域缺失12 bp的纯合突变植株,导致OsNramp5的第45至48位的亮氨酸、丙氨酸、组氨酸和缬氨酸缺失,而其他氨基酸没有发生变化,将具有该突变类型的华恢8612突变株命名为辐8612-12。辐8612-12的株高、分蘖数、穗长、每穗粒数、结实率、千粒重和单株产量与华恢8612无显著差异。利用部标(NY/T 1433—2014)推荐的48对SSR标记进行检测,辐8612-12和华恢8612在4号染色体上存在1个位点差异。在中低度镉污染环境下种植,辐8612-12籽粒镉含量显著低于华恢8612,且稳定低于0.20 mg/kg的国家限量标准值。该研究获得的镉低积累水稻新种质辐8612-12为镉低积累水稻新品种选育提供了材料基础。 展开更多
关键词 杂交水稻 辐射诱变 辐8612-12 分子标记 镉低积累 osnramp5
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M1TDS技术及镉低积累杂交水稻亲本创制与组合选育 被引量:8
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作者 韶也 彭彦 +12 位作者 毛毕刚 余丽霞 唐丽 李曜魁 胡远艺 张丹 袁智成 罗武中 彭选明 李文建 周利斌 柏连阳 赵炳然 《杂交水稻》 CSCD 北大核心 2022年第1期1-11,共11页
"镉大米"问题是当下中国南方水稻产业发展急需解决的重大问题,培育镉低积累水稻品种是解决该问题最直接、最经济的方法。本研究开发了一项高通量靶向鉴定理化诱变M1代突变及获取突变体的技术(M_(1) generation targeted deep ... "镉大米"问题是当下中国南方水稻产业发展急需解决的重大问题,培育镉低积累水稻品种是解决该问题最直接、最经济的方法。本研究开发了一项高通量靶向鉴定理化诱变M1代突变及获取突变体的技术(M_(1) generation targeted deep sequencing technology,M_(1)TDS技术)。利用M_(1)TDS技术,从重离子诱变M_(1)代材料中获得了镉转运蛋白基因OsNramp5嵌合突变体,并在M_(2)代获得了OsNramp5纯合突变不育系莲1S和恢复系R001。用R001与莲1S配制成的杂交稻组合莲两优1号,在有效镉含量0.443mg/kg、pH4.93的污染田进行种植鉴定,莲两优1号籽粒镉含量稳定在0.03mg/kg以下,远低于对照品种臻两优8612(0.38 mg/kg)的籽粒镉含量和国家限量标准值0.20 mg/kg。本研究不仅为解决"镉大米"问题提供了重要的新种质,且突破了理化诱变M_(1)代嵌合突变体难以高通量鉴定的技术瓶颈,为水稻及其他作物提供了一种理化诱变定向改良的共性新技术。 展开更多
关键词 M_(1)TDS osnramp5 嵌合体 杂交水稻 莲两优1号 镉低积累
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