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稻米品质性状基因的克隆与功能研究进展 被引量:85
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作者 张昌泉 赵冬生 +2 位作者 李钱峰 顾铭洪 刘巧泉 《中国农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第22期4267-4283,共17页
水稻是中国重要的粮食作物之一,高产与优质一直是品种改良的主要目标。目前,中国稻米品质表现总体偏低,在一定程度上影响了其市场竞争力。稻米品质属综合性状,是指稻米或稻米相关产品满足消费者或生产加工需求的各种特性,主要涉及稻米... 水稻是中国重要的粮食作物之一,高产与优质一直是品种改良的主要目标。目前,中国稻米品质表现总体偏低,在一定程度上影响了其市场竞争力。稻米品质属综合性状,是指稻米或稻米相关产品满足消费者或生产加工需求的各种特性,主要涉及稻米的物理和化学特性,包括精米率、米粒形状、透明度、蒸煮时间、米饭质地与香味、冷饭质地以及营养成分等指标。通常用碾磨品质、外观品质、蒸煮与食味品质和营养品质4个方面来评价稻米品质。近10年来,在上述稻米品质性状相关基因的克隆与功能研究领域已取得了长足的进展。水稻粒形不仅是重要的产量性状也是碾磨和外观品质的重要决定因素,目前已克隆了多个粒形相关的QTL和基因。根据粒形相关基因的表型效应可将其分为3类,即伴随植株矮化的小粒控制基因(第一类,包括D1、D2、D11、D61和SMG1等)、粒形特异基因(第二类,如GS3、GL3.1、GW7、GW2、GW5、GS5、GS6、TGW6、GW8、BG2、GW6a和GS2等)和小圆粒基因(第三类,即SRS),其中只有第二类基因具有较好的育种利用价值。垩白是决定稻米外观品质的首要性状,同时也会影响碾磨品质。目前尽管已经鉴定了大量QTL,但只有少数QTL被精细定位和克隆,如Chalk5、cyPPDK、G1F1、OsRab5a、FLOURYENDOSPERM2、PDIL1-1和SSG4等主要通过调控胚乳灌浆和储藏物积累而影响稻米外观表现。淀粉占精米胚乳干重的90%以上,其组成与结构是决定稻米外观和蒸煮与食味品质的最重要因素。淀粉的合成是由多基因参与的复杂调控网络,直接参与淀粉合成的淀粉合成酶类基因的功能已经比较清楚;此外,参与胚乳淀粉代谢的一些转录因子如Dull、OsEBP89、OsEBP5、OsRSR1和OsbZIP58等也已被陆续鉴定和克隆。蛋白质是稻米的第二大成分,目前已克隆了众多的贮藏蛋白编码基因,并且已鉴定克隆了多个与蛋白质转运调控有关的基因如OsSar、OsRab5a、OsAPP6、RISBZ1、RPBF、OsVPS9A、OsGPA3和GEF2等。赖氨酸是稻米中的第一限制必须氨基酸,通过过量表达富含赖氨酸蛋白(如RLRH1和RLRH2)或调控游离赖氨酸代谢等途径,均可显著提高稻米中的赖氨酸含量。稻米香味主要由2-AP决定,目前,已克隆了BADH2和OsP5CS等参与2-AP合成调控的基因。在与稻米贮藏有关的脂质代谢方面,已克隆了脂肪酸氧化酶基因LOX-1、LOX-2和LOX-3以及脂质转运基因OsLTP36。此外,在稻米维生素、花青素和矿物质等合成调控方面也已鉴定克隆了多个重要基因。综上,稻米各品质性状都是由多基因控制,并且各性状间彼此交叉,其遗传调控非常复杂。本文重点就近年来控制稻米粒形与垩白、蒸煮与食味品质、储藏蛋白、脂类、维生素与矿质元素等合成与调控相关基因的克隆、等位变异和功能研究进行了综述,并对重要品质相关基因的育种利用进行了展望,期望为水稻优质育种提供参考。 展开更多
关键词 稻米品质 基因克隆 QTL 等位变异 功能分析
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水稻脆秆突变体bc1-wu3的鉴定与基因克隆 被引量:2
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作者 许作鹏 仲崇元 +1 位作者 张丽佳 刘巧泉 《中国水稻科学》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期157-165,共9页
【目的】茎秆机械强度与植株抗倒伏性直接相关。发掘脆秆突变体,克隆其相关基因有助于了解茎秆机械强度遗传机制,为抗倒伏育种提供理论依据。【方法】在经^(60)Co-γ诱变的粳稻品种武育粳3号后代群体中获得一个脆秆突变体,命名为bc1-wu3... 【目的】茎秆机械强度与植株抗倒伏性直接相关。发掘脆秆突变体,克隆其相关基因有助于了解茎秆机械强度遗传机制,为抗倒伏育种提供理论依据。【方法】在经^(60)Co-γ诱变的粳稻品种武育粳3号后代群体中获得一个脆秆突变体,命名为bc1-wu3(brittle culm 1 from Wuyujing3),以突变体bc1-wu3为母本,Kasalath为父本构建相应的F_2分离群体,采用图位克隆的方法定位相应脆秆基因。【结果】与野生型相比,突变体的叶片、叶鞘、茎秆等组织在全生育期始终表现为脆性,易折断;穗长和粒长显著降低,粒宽显著增加。茎秆细胞细胞壁糖成分测定表明,细胞壁中纤维素含量极显著下降,而木糖、葡萄糖及阿拉伯糖含量则显著增加。茎秆切片观察发现突变体茎秆的厚壁细胞层数减少,厚壁细胞细胞壁极显著变薄。遗传分析表明,bc1-wu3脆性性状受1对隐性核基因控制。采用图位克隆的技术将该基因定位于第3染色体标记MK12与MK18之间,物理距离为57 kb,在此定位区段内包含1个已克隆的脆性基因BC1(LOC_Os03g30250)。测序结果表明,突变体bc1-wu3中BC1基因第2外显子内(CDS 659处)有1个碱基的替换(G-T),导致编码氨基酸由半胱氨酸变异为苯丙氨酸。实时荧光定量PCR结果表明,BC1基因在脆秆突变体bc1-wu3茎秆中的表达量显著降低。【结论】据此推断本研究中定位的脆秆基因bc1-wu3为BC1新等位基因。相关结果加深了对BC1基因功能的认识,有助于阐明水稻茎秆强度遗传机制。 展开更多
关键词 水稻 脆秆突变体 BC1基因 遗传分析 基因定位
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水稻MAPK家族基因对纹枯病菌和激素的响应特征研究 被引量:4
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作者 章慧敏 冯志明 +9 位作者 王雨 单文峰 董叶红 曾卫琴 曹文磊 张亚芳 陈宗祥 陈夕军 潘学彪 左示敏 《扬州大学学报(农业与生命科学版)》 CAS 北大核心 2018年第4期72-78,共7页
MAPK (mitogen-activated protein kinase)信号级联系统在调节植物生长发育和逆境胁迫中具有重要作用。以不同抗感纹枯病水平的水稻品种为材料,分析OsMPKs类基因对水稻纹枯病菌的侵染响应特征,发现供检测的17个OsMPKs基因对纹枯病菌处... MAPK (mitogen-activated protein kinase)信号级联系统在调节植物生长发育和逆境胁迫中具有重要作用。以不同抗感纹枯病水平的水稻品种为材料,分析OsMPKs类基因对水稻纹枯病菌的侵染响应特征,发现供检测的17个OsMPKs基因对纹枯病菌处理后均有不同程度的表达响应,且在抗病、感病品种间存在一定差异。通过茉莉酸、水杨酸和乙烯处理,发现OsMPKs基因至少受到1种激素的诱导表达,且对不同激素的处理响应存在差异。组织表达分析显示,OsMPK3、OsMPK6等6个OsMPKs基因在纹枯病菌主要侵染部位叶鞘和叶片中有较强表达。综合比较不同表达分析结果,发现一些可能参与调控水稻对纹枯病抗性的OsMPKs基因。 展开更多
关键词 水稻 OsMPKs基因 纹枯病 激素 诱导表达
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利用染色体片段代换系定位水稻叶片形态性状QTL 被引量:10
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作者 周勇 陶亚军 +5 位作者 姚锐 李畅 谭文琛 裔传灯 龚志云 梁国华 《作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第11期1650-1657,共8页
水稻叶片形态是理想株型的重要组成部分,控制叶片形态基因的挖掘对于塑造水稻理想株型,实现水稻超高产目标具有重要意义。本研究利用广陆矮4号为受体亲本,日本晴为供体亲本构建的一套染色体片段代换系,对水稻上三叶(倒一叶、倒二叶和倒... 水稻叶片形态是理想株型的重要组成部分,控制叶片形态基因的挖掘对于塑造水稻理想株型,实现水稻超高产目标具有重要意义。本研究利用广陆矮4号为受体亲本,日本晴为供体亲本构建的一套染色体片段代换系,对水稻上三叶(倒一叶、倒二叶和倒三叶)形态性状与单株籽粒产量进行了相关性分析,并开展了相关QTL定位。结果表明,除剑叶宽外,水稻上三叶的叶长、叶宽都与单株产量呈极显著正相关。同时,通过单因素方差分析和Dunnett’s多重比较,在两年间重复检测到20个控制叶形的QTL,其中叶长QTL 13个(8个表现正向效应,5个表现负向效应);叶宽QTL 7个(4个表现正向效应,3个表现负向效应)。这些QTL的鉴定为水稻叶形性状的分子改良提供了重要遗传信息。 展开更多
关键词 水稻 叶片形态 染色体片段代换系 QTL
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水稻脆秆突变体bc-wy7的鉴定与基因定位
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作者 许作鹏 李善策 +4 位作者 张冬梅 仲崇元 张丽佳 朱奕雯 刘巧泉 《植物生理学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期209-218,共10页
脆秆突变体是研究植物茎秆机械强度遗传机制的理想材料。本研究利用^(60)Co-γ诱变粳稻品种‘武运粳7号’(‘Wuyunjing7’,wy7),在其后代中选到1份叶片、叶鞘、茎秆等组织易折断的脆性突变体,命名为bc-wy7(brittle culm from‘Wuyunjing... 脆秆突变体是研究植物茎秆机械强度遗传机制的理想材料。本研究利用^(60)Co-γ诱变粳稻品种‘武运粳7号’(‘Wuyunjing7’,wy7),在其后代中选到1份叶片、叶鞘、茎秆等组织易折断的脆性突变体,命名为bc-wy7(brittle culm from‘Wuyunjing7’)。与野生型相比,突变体bc-wy7在全生育期期间均表现出脆性,其株高变矮、穗长变短、穗粒数减少、生育期推迟,并出现包颈的表型。茎秆细胞壁糖组分分析表明,突变体bc-wy7茎秆细胞壁中纤维素和葡萄糖含量显著降低,木糖及阿拉伯糖的含量显著增加,其他糖成分含量与野生型无显著差异。荧光显微镜观察表明,突变体bc-wy7茎秆表皮层下方厚壁组织及厚壁细胞细胞壁变薄,薄壁细胞呈现变小的趋势,但排列更紧密。遗传分析结果表明,突变体bc-wy7的脆性性状由1对隐性核基因控制,利用图位克隆技术将该基因定位于第2染色体分子标记S2-52与S2-56间180 kb的物理区段内,该区段内包含1个已克隆的与茎秆机械强度相关的基因Brittle Culm 3(BC3)。测序结果表明,突变体bc-wy7中BC3基因第9外显子处有2个碱基缺失,造成移码突变使翻译提前终止;定量RT-PCR结果表明,脆秆突变体bc-wy7茎秆和叶片中BC3基因的表达量均降低。据此推断定位的脆秆基因bc-wy7为BC3基因的等位基因。 展开更多
关键词 水稻 脆秆突变体bc-wy7 BC3基因 遗传分析 基因定位
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