田华[1]2009年在《水稻籼粳亚种间杂种胚囊不育基因S7的精细定位及细胞学研究》文中研究指明提高水稻产量对保障国家粮食安全具有重要意义,而籼粳杂种优势的利用是提高水稻单产的重要战略措施。但是亚种间杂种F1通常表现部分不育,这限制了其强大杂种优势在生产上的有效利用。广亲和基因的发现为克服籼粳亚种间育性障碍提供了途径。目前,S5-n被广泛应用于水稻籼粳杂种优势利用中。但随着育种亲本范围的扩大,研究者们发现,某些杂交组合尽管亲本之一为携带S5-n的广亲和品种,但其杂种F1仍出现半不育现象,因此仅靠广亲和基因S5-n并不能完全解决籼粳亚种间杂种半不育问题。研究更广泛的亚种间杂种不育,挖掘更多的亚种间亲和基因仍然是充分利用杂种优势的重要环节。Aus稻品种为夏季种植在印度次大陆孟加拉地区的水稻,它们大多对光周期不敏感,并在遗传特性上具有广泛多样性。本研究所用亲本之一Ingra属于Aus稻,且种皮颜色为红色,Cpslo17和Ketan Nangka为携带S5-n的爪哇稻广亲和品种,IR36虽为典型的籼型测验品种,但在S7位点具有广亲和性。本研究通过构建第7染色体分子标记连锁图谱,搜索控制杂种半不育的基因位点,检测到S7,对其进行了精细定位和细胞学观察。主要结果如下：1.水稻籼粳杂种不育基因S7的初步定位及细胞学观察本研究通过构建叁交群体Ingra/IR36//Cpslo17和Ketan Nangka/Ingra//Cpslo17, F2群体Ingra/Cpslo17第7染色体分子标记连锁图谱,搜索小穗育性位点检测到一个主效QTL,位于第7染色体上RM5543与RM1135之间2.5cM的区段内。通过与前人研究结果比较,发现与Yanagihara等(1992)定位的S7基因位置一致,推测为同一个育性位点。本文通过调查影响小穗育性的各个因素,来确定Ingra/IR36//Cpslo17叁交群体出现半不育的真正原因。结果表明,I2-KI染色花粉育性正常,但是利用激光共聚焦显微镜对成熟胚囊进行观察时发现,部分胚囊出现异常。回归分析表明,小穗育性和胚囊育性显着正相关,回归系数R2=0.8526。相关分析也表明,胚囊育性与小穗育性显着相关,相关系数为0.9234。因此认为胚囊部分败育是小穗半不育的主要原因。2.水稻籼粳杂种不育基因S7的精确定位为了精细定位S7,从BC1F1中选择紧密标记两侧基因型分别为S7-n/S7-cp和S7-kn/S7-cp而紧密标记之间为S-ai/S-cp,且结实率低于55%的单株自交产生BC1F2群体,用于S7的验证与精细定位。结果在相同位置检测到S7位点,根据标记间的碱基序列信息,开发更紧密的InDel标记,分析BC1F2群体中交换个体的基因型,最终把S7限定在RM5543和TI44之间170kb区域内。基因预测分析表明,该区域内存在19个开放阅读框,其中6个编码有功能的蛋白、10个编码假定蛋白、3个编码未知蛋白。这为以后进一步精细定位、克隆S7基因以及研究籼粳亚种间杂种半不育的分子作用机理奠定了良好的基础。
程艳军[2]2004年在《水稻籼粳亚种间杂种F_1低温敏感不育相关基因的克隆》文中认为水稻(Oryza sativa L.)是重要的粮食作物。也是分子生物学研究的模式植物，分离和克隆水稻功能基因已成为利用基因工程技术改良水稻品种的重要手段。目前，籼粳亚种间杂交稻己在生产上表现出较强的生物学优势和增产潜力，但其育性对低温的敏感性是影响其推广种植的主要因素之一。 亚优2号是利用02428(japonica)和3037(indica)通过化学杀雄获得的典型籼粳亚种间杂交品系，在试种中表现出较大的产量潜力，但该组合的育性对低温敏感，即低温敏感不育性(low temperature sensitive sterilit3,LTSS)，极大地影响了其产量潜力的发挥。 本研究采用mRNA差异显示技术对亚优2号低温敏感不育性进行了研究，建立了相应的基因克隆技术体系。以期获得籼粳亚种间低温敏感不育相关基因，为更好地利用籼粳亚种间杂种优势提供一些理论依据。 细胞学观察发现，受到低温影响时，亚优2号幼穗花粉母细胞在减数分裂期染色体分裂出现异常现象。 本研究共采用216种引物组合，对该杂种低温敏感不育的相关cDNA片段进行了分离，获得35条差异cDNA片段，这些差异主要表现在：有的基因在对照中特异表达，有的基因在处理中特异表达；有的基因在对照和处理中都表达，但表达量不同。这些差异条带可能对决定水稻籼粳杂种低温敏感不育的特性起着关键性作用，重扩增35条差异cDNA片段，结果26条差异cDNA片段能重复扩增。把这26条差异片段进行克隆。对其中的11个差异片段测序并进行序列比较，结果如下： DF1片段可能编码的蛋白质与水稻的类SNF2区域/解旋酶区域包含蛋白有一定的相似性。另外，还与富甘氨酸蛋白的氨基酸序列、普通烟草的富羟基脯氨酸糖蛋白前体、酵母的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶存在不同程度的相似性：DF2可能的编码产物与植物生长素调控蛋白存在较高的相似性。另外，还与大豆的生长素调控蛋白、玉米的过氧化氢酶存在一定的相似性；DF3可能编码的蛋白与TPR相关的包含蛋白、富组氨酸糖蛋白、锌指蛋白、CDC28/cdc2相关的蛋白激酶存在一定的相似陆：DF4可能的产物与肚酶M1家族蛋白存在较高的相似性：DF9可能的编码产物与蛋白激酶C、细胞色素氧化酶Ⅲ、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、RRM型RNA结合蛋白均存在不同程度的相似性：DF11的碱基序列与位于水稻染色体4上的一段序列存在98％的同源 西南农业大学硕士学位论文鱼旦鱼旦旦且鱼鱼鱼里旦鱼口坦鱼口性该片断很可能来自水稻染色体4。OF12碱基序列与位于水稻染色体3的一段序列有很高的同源性，高达99%。另外还与其它染色体存在一定的同源性，推测该片段在水稻中可能为多拷贝的。该片段可能的编码产物与一种可能的逆转录因子多聚蛋白、玉米拷贝型pol多聚蛋白均存在一定的相似性:DF13的碱基序列与位于水稻染色体l的一段序列完全相同，该片段中的部分序列与水稻的蛋白磷酸化酶的序列也完全相同;OF14的碱基序列与位于水稻染色体3上的一段序列存在99%的同源性，可能来自水稻染色体3，其编码的产物与水稻的Ca依赖蛋白激酶、leukotrieneA一4水解酶同源性很高，另外，与一冷应急氨基肤酶存在一定的同源性。 DFI与DF3有部分序列相同，OF12与OF16序列完全相同，DF14与DF巧序列互补。除了DF4和DFg来自低温处理外，其它9条差异片段均来自对照。推测DF4和DFg为低温诱导的结果，其它9条差异片段均被低温抑制。 把DF 13、DF14制备成探针，用Hind川酶切水稻基因组，进行Southem杂交，结果表明，OF13、DF14在水稻基因组中拷贝数较少。 针对本研究的结果，结合前人的研究，根据作者的理解，提出了进一步研究水稻釉粳亚种间杂种对低温敏感的几点看法: 1.釉粳亚种间杂种在受到低温影响时，细胞壁或细胞膜上的受体将产生的激发子传输给第二信号分子(如C扩+)，该信号直接或间接传输给离子结合蛋白，经过对信号的识别、放大等级连传导，从而来调控亚种间杂种的育性: 2.在亚种间杂种中可能存在一种在mRNA剪接水平上的调控机制，该机制涉及到RNA结合蛋白在生物体的转录调控，启动转录因子对信号的转录，使得基因的表达发生改变，一些正常的基因关闭，而一些与适应性有关的基因启动表达，表现为正常的蛋白合成受阻，而逆境蛋白被诱导合成，从而导致亚种间杂种对低温的敏感: 3.用能量代谢途径来解释，在受到低温影响时，亚种间杂种幼穗花粉中的细胞色素氧化酶活性降低，导致其呼吸机能降低，也导致氧化磷酸化效率降低，从而减弱花药的呼吸速率和能量形成，使得能量供应短缺，最终导致了花粉的不育。
钟铮铮[3]2010年在《水稻籼粳亚种间杂种花粉不育基因的精细定位及进化分析》文中进行了进一步梳理栽培稻(Oryza Sativa)籼粳亚种间F1杂种具有较强的生物学优势。利用这些优势,有可能使水稻的产量得到显着地提高。然而,籼粳亚种间的杂种一代普遍存在不育性,阻碍了籼粳杂种优势的利用。广亲和基因的发现为克服籼粳亚种间育性障碍提供了途径。上世纪80年代广亲和基因S5n发现为籼粳杂种优势的利用提供了新的机遇。但是,仅仅依靠广亲和基因S5n并不能完全解决籼粳亚种间杂种半不育问题。更广泛的研究亚种间杂种不育,发现更多的亚种间亲和基因对杂种优势的充分利用至关重要。本研究所用亲本之一Ketan Nangka为携带S5n和S15n的爪哇稻广亲和品种,N22为籼型的广亲和品种,但Ketan Nangka和N22的杂种F1表现花粉半不育。本研究通过构建染色体分子标记连锁图谱,对杂种半不育的基因位点进行搜索,检测到qPS-1位点,对其进行了精细定位。与此同时本实验室在02428和云南杂草稻的回交群体中也检测到qPS-1位点,其精细定位区间与本研究一致。随后,本文通过对Sa位点包含的两个功能SNP的研究,对SaM、SaF基因的进化问题进行了分析,进一步探讨了亚洲栽培稻籼粳亚种间分化问题。主要结果如下：以栽培稻粳型广亲和品种Ketan Nangka为母本,与籼型广亲和品种N22进行杂交,F1杂种出现花粉不育。通过1%I2-KI染色,观察、统计花粉育性为52.4±2.4%,败育类型为典败。回归分析表明,小穗育性和花粉育性正相关。因此认为花粉半不育是小穗半不育的主要原因。以Ketan Nangka/N22杂种F1为母本,与Ketan Nangka进行回交,得到BC1F1定位群体。构建BC1F1群体的遗传图谱,并利用BC1F1群体的遗传图谱检测到一个位于第一染色体上的主效杂种花粉不育QTL,命名为qPS-1。将qPS-1位点精细定位到110kb的区域,在此区域中存在杂种花粉不育位点Sa,通过对两亲本中Sa位点进行测序,证实qPS-1位点与Sa位点一致。随后,本文选取114个水稻品种用于SaM、SaF基因的进化问题的研究,通过对Sa位点中两个功能SNP位点的研究,发现该基因在籼稻、野生稻和杂草稻中发生了分化,而在粳稻中却没有发生分化。本研究还选取了96个水稻品种做聚类分析,这些品种包括4个测验品种、杂草稻、野生稻和一些典型的籼粳地方品种。聚类分析结果表明,SaM, SaF基因在水稻籼粳亚种间存在明显的分化,为籼粳亚种间的生殖隔离问题提供了参考。解决籼粳亚种间的生殖隔离问题,是更好的利用水稻杂种优势的关键。
赵志刚[4]2007年在《水稻亚种间杂种胚囊败育新基因S31（t）的研究和图位克隆》文中认为上世纪80年代广亲和基因S5~n的发现，为籼粳亚种间杂种优势利用提供了新的机遇。随着研究不断深入，育种家发现仅S5~n广亲和基因并不能解决所有籼粳亚种间杂种不育的问题，与S5~n非等位的育性基因也不断被鉴定出来。因此，有必要研究更广泛的亚种间杂种不育，挖掘更多新的亚种间广亲和基因为充分利用杂种优势提供理论基础。本研究发现广东地方籼稻品种广解9号与前苏联地方粳稻品种USSR_5杂交杂种F_1表现半不育。为探明引起杂种半不育的位点数目及其在染色体上的位置，对USSR_5/广解9号//USSR_5回交群体进行了全基因组分析，结果表明其杂种育性主要受两个独立遗传的主基因所控制，其中第4染色体上的不育位点与已报道的S9等位；而第5染色体上不育位点与现已报道的都不等位，为本研究新发现的位点，暂命名为S31(t)。杂种育性的下降是由于这两个位点内等位基因间互作所导致的，并且，这两个基因有累加效应。通过以粳稻Asominori为遗传背景、籼稻IR24为染色体片段供体的一套覆盖全基因组的染色体片段置换系(66个株系)群体为材料，分别与亲本Asominori和广亲和品种02428杂交构建了两套杂种群体，用于杂种不育位点的检测。分析两年的实验结果，找到一置换系CSSL34与Asominori杂交杂种半不育，与02428杂交杂种育性正常，该置换系置换的片段来自IR24第5染色体的短臂，通过染色体位置的比对，发现置换系置换的片段与我们前面定位的不育基因S31(t)位置相同。为进一步证实杂种CSSL34/Asominori的败育原因，一方面通过遗传分析，以杂种CSSL34/Asominori作父本，以Asominori作母本，构建了回交群体Asominori//CSSL34/Asominori，并调查该群体的花粉和小穗育性，结果表明群体的花粉和小穗育性都正常，这说明了杂种F_1的花粉是正常的；另一方面是通过细胞学的观察获得直接证据，以亲本为对照，系统调查了F_1的花粉育性、胚囊育性、受精率以及结实率，结果表明杂种F_1的花粉萌发、花粉管在柱头上的生长均正常，激光共聚焦显微观察结果直接证实了胚囊部分败育是F_1半不育的主要原因。进一步利用石蜡切片方法对杂种F_1胚囊发育过程进行连续切片，实验结果表明F_1中功能大孢子解体出现几率最高，因此认为F_1雌配子败育的主要原因是功能大孢子解体，从而无法进行下一步发育。首先构建一个叁交群体CSSL34/02428//Asominori(400个单株)，用SSR标记将S31(t)初步定位在1.5cM的区域内，然后通过扩大叁交群体单株数目(总共1630个单株)，采用极端个体定位的方法，最终将S31限定在标记Indel193和Indel212之间54kb的物理距离内。基因注释表明该区域内有8个预测的ORF，其中4个ORF编码有功能的蛋白，另4个编码未知蛋白。初步研究了其中一个候选基因的表达情况，获得了全长cDNA，构建了表达载体，目前，正在进行转基因实验。以高温处理下的小穗育性以及小穗育性热敏感指数为指标，对水稻籼粳回交群体USSR_5/广解9号//USSR_5孕稳期高温耐热性及其相对耐热性进行数量性状位点分析。结果表明在第4、8染色体上分别检测到与孕穗期相对耐热性相关的QTL，qhts-4和qhts-8，LOD值分别为3.81和2.86，对表型变异的解释率分别为16.8％和9.9％。对其进一步的上位性分析表明，有8条染色体的4对位点存在基因间互作，小穗育性耐热性除受主效QTL控制外，还受基因间互作的影响。
杨杰[5]2003年在《水稻亚种间杂种低温花粉不育的遗传分析》文中研究表明本研究通过分期播种研究了低温对花粉育性的影响，以3037/02428的F_2为作图群体，构建了包含88个SSR标记覆盖全基因组12条染色体的连锁图谱，并利用该图谱对低温花粉不育进行了QTL分析，同时还利用云南的耐冷性资源对改善亚种间杂种低温敏感性的效果进行了初步研究。结果如下： 1．亚种间杂种后代花粉育性与结实率呈极显着的相关性 以爪哇型广亲和品种Dular、籼型品种IR36和粳型品种Akichikara的叁交F1(AkiChikara//IR36/Dular)群体为材料研究了花粉育性与结实率的关系，结果表明，两者间存在极显着的正相关(r=0.31622)，结实率与花粉育性的回归方程为：y=0.3345x+0.141。 2．低温对亚种间杂种花粉育性的影响 以17个不同类型的籼、粳、爪哇型品种及其杂种为材料，通过分期播种，研究了低温对花粉育性的影响。结果表明，当花粉母细胞减数分裂期的日平均气温低于22-23℃时，亚种间杂种的花粉育性显着降低，不同组合存在明显差异，而品种间杂种和常规品种的花粉育性受影响较小；当花粉母细胞减数分裂期的日平均气温低于20℃时，常规品种和品种间杂种的花粉发育也受到不同程度的影响，不同品种与组合间存在差异。花粉母细胞减数分裂期的日平均温度与花粉育性的相关性分析表明，温度与花粉育性呈显着正相关，亚种间杂种的相关系数极显着地高于常规品种。以上结果表明减数分裂期的低温将明显影响花粉育性，且对亚种间杂种花粉育性的影响较常规品种大。 3．水稻SSR连锁图谱的构建及低温花粉不育的定位 利用88对共显性的SSR引物，以含有157个单株的3037/02428的F_2群体为材料构建了12条染色体的分子连锁图谱。该连锁图的总长度为1585.5cM，标记间平均距离为18.02cM，标记较均匀地分布在12条染色体上，其中有83个标记的排列顺序与已发表的分子图谱中的顺序一致，基本满足分子定位的要求。 利用区间作图法对F_2群体花粉不育基因进行QTL分析，共检测到7个花粉不育QTL，分别位于第1、2、4、5、6、9染色体上，其中第4染色体检测到两个QTLs。七个QTLs的LOD值在2.03-3.69之间，贡献率在5.9％-15.6％之间，加性效应在0.021-0.196之间。在第一染色体上检测到的QTL，位于标记RN84和RM283之间。在学位论文水稻亚种间杂种低温花粉不育的遗传分析第二染色体检测的QTL，位于标记RM240一RM1385之间。在第四染色体检测到的两个QTLS，分别位于标记RM4sl一RM348和RM348一RM559之间。在第五染色体检测到的QTL，位于标记RM 13一RM 1 36之间。在第六染色体检汉，1到的QTL，位于标记RM527一RM136之J’M。在第九染色体检测到的QTL，位于标记0SR28一RM3533之间。4、耐冷性基因改善亚种间杂种低温敏感性的探讨 以苗期和孕穗期耐冷性极强的云南粳稻品种“昆明小白谷”、“滇靖8号”配组的亚种间杂种为材料，对其苗期耐冷性和孕穗期耐低温能力进行了初步鉴定，结果表明: “昆明小白谷”和“滇靖8号”配组的私粳杂种F1的苗期耐冷性表现与不耐冷的亲本一致;在海南自然低温条件(孕穗期的日平均气温低于23℃)下，其杂交种F1的，卜穗育性没有得到明显的改善，可以初步推断耐冷性表现为隐性遗传。因此要有效牙!J用云南耐冷性资源改善亚种间杂种的低温敏感性，有必要进一步弄清孕穗期耐冷性的遗传机制。
王文鑫[6]2014年在《水稻籼粳亚种间杂种不育基因S9的精细定位》文中研究说明目前,世界人口数量正在快速增长,粮食供应需求数量也相应激增。其中,亚洲、非洲的发展中国家在这方面的表现则更为突出一些。而这些地区又多以水稻作为主要粮食作物,且水稻也是世界叁大主要粮食作物之一,其单产的增长对世界粮食安全及经济等方面的安全都具有极其重要的意义。但是,自20世纪80年代以来,水稻单产的增加便一直没有取得较大突破,包括遗传资源狭窄在内的一些主要因素造成了目前水稻单产一直徘徊不前的现状。目前水稻杂种优势的利用多是在同一亚种内的品种间杂交进行,但其单产增加的潜力已无太大的挖掘空间。而水稻籼粳亚种间存在较强的杂种优势,具有较好的遗传潜力及产量潜力,其杂种优势的利用可以有助于实现水稻单产的再次飞跃。但存在一个限制籼粳亚种间杂种优势利用的主要因素,也就是籼粳亚种间杂种常常存在不同程度的生殖隔离,因而导致其杂种F1植株出现不同程度的不育,最终影响小穗结实率和单产,从而制约其杂种优势的直接利用。所以,发掘籼稻与粳稻之间的杂种不育基因及研究其分子遗传机理,是克服籼粳亚种间杂种不育的障碍和利用籼粳亚种间杂种优势的先决条件。本文对云南地方籼稻品种白米粉与来自印尼的javanica品种Ketan Nangka的杂种F1中存在的籼粳亚种间雌配子体不育基因S9进行了遗传分析和精细定位,并结合细胞学观察对籼粳亚种间杂种不育的败育时期细胞学特征进行了调查。主要的研究结果如下：1.水稻籼粳亚种间杂种F1不育的细胞学观察本文通过调查影响小穗结实率的相关细胞学指标来分析引起水稻籼粳亚种间杂种F1不育的具体原因。统计发现杂种F1植株的小穗结实率为54.4±10.8(%),表现为典型的半不育,而亲本材料白米粉和Ketan Nangka的小穗结实率都在90%左右,杂种F1植株与两亲本的小穗结实率之间都存在极显着差异(P<0.01)。I2-KI(1%)染色发现,亲本白米粉和Ketan Nangka与杂种F1植株的花粉育性之间都无明显差异(P>0.05),且都在90%以上,表现正常。且杂种F1植株的花粉在柱头上的附着、萌发及花粉管的伸长情况都与亲本材料白米粉和Ketan Nangka无明显差异。这初步说明了籼粳亚种间杂种F1植株的雄配子体发育情况正常,并不是引起籼粳亚种间杂种F1植株小穗结实率偏低的原因,而很有可能是籼粳亚种间杂种F1植株的雌配子体发育的异常导致杂种F1植株小穗结实率下降。利用激光共聚焦技术观察籼粳亚种间杂种F1植株的成熟胚囊,发现了部分胚囊发育异常的情况：未分化的胚囊、没有雌性生殖单位的胚囊、胚囊仅存一团类似反足细胞团的未知细胞、胚囊退化、或只有空胚囊。统计籼粳亚种间杂种F1植株异常胚囊的个数及比例,发现正常胚囊所占的百分率为60.9士1.9(%),杂种F1植株的结实率与正常胚囊率之间不存在显着差异(P>0.05),这符合小穗育性表现为半不育的情况。这初步证明了是籼粳亚种间杂种F1植株的部分胚囊发育异常导致了小穗结实率的下降。石蜡切片技术观察进一步证明了籼粳亚种间杂种F1植株部分胚囊的发育异常,出现了7种类型的胚囊发育异常情况：胚囊退化、胚囊的极核数目异常、胚囊中仅存一团类似反足细胞团的未知细胞、胚囊未完全分化、异常小胚囊、空胚囊、胚囊中极核与反足细胞团位置倒置。正是因为这些类型的胚囊败育引起了雌配子体不育,最终导致籼粳亚种间杂种F1的结实率下降。2.水稻籼粳亚种间杂种不育基因S9的精细定位本研究利用白米粉作母本,Ketan Nangka作父本,在回交群体白米粉/Ketan Nangka//Ketan Nangka中检测到了位于第4染色体长臂上控制亚种间杂种F1植株雌配子体不育的QTL,也就是籼粳亚种间杂种不育位点S9。遗传分析表明,在F2调查群体中,S9位点附近的分子标记出现了严重的偏态分离现象,部分携带有Ketan Nangka基因型(粳型)的雌配子体出现不育。首先利用包含有88个单株的BC1F1群体,将基因S9初定位在第4染色体长臂的分子标记P15和N4-13之间,遗传距离为1.1cM。为进一步缩小基因S9的定位区间,利用2013年正季种植的一个背景纯化后的BC2F3分离群体。通过挑选出的874个极端个体,结合分子标记P15和N4-13筛选交换单株,共筛出18个交换单株。同时开发出相应的分子标记,结合交换单株小穗结实率的表型,最终将不育基因S9限定在分子标记jx2和N4-13之间物理距离约为249kb的区段内。这些工作为下一步继续缩小基因S9的定位区间,进而为基因S9的成功克隆奠定基础。
欧阳亦聃[7]2008年在《水稻广亲和基因S5-n和光敏核不育基因pms3功能分析及作用机理研究，以及水稻Hsp20基因家族分析》文中研究表明水稻籼粳亚种间具有比品种间更强的杂种优势,但籼粳亚种间杂种的不育性限制了对其杂种优势的利用。在水稻中存在一类特殊的种质资源称为广亲和品种,它们分别与籼稻和粳稻杂交,其后代均表现正常可育。S5基因位于水稻第6染色体上,它是控制籼粳广亲和性状的一个主效基因。本研究的目的就是分离克隆水稻广亲和基因S5,并对该基因功能、作用机理及其参与水稻生殖隔离的调控机制做出研究。在以前的工作基础上,本研究成功分离克隆水稻广亲和基因S5,并通过RACE技术分别获得在籼稻、粳稻和广亲和品种中S5等位基因的全长cDNA。在核苷酸与蛋白水平上比较籼稻、粳稻和广亲和品种的基因结构发现籼稻和粳稻的编码区段只有两个碱基的差别,引起相应蛋白质两个氨基酸的替换。对应广亲和品种的S5等位基因(广亲和基因)蛋白N-端缺失导致功能丧失。BLASTp分析表明S5基因编码蛋白与天冬氨酸蛋白酶高度同源。来源于CERP(http://crep.ncpgr.cn/)芯片表达谱数据表明S5基因在全生育期都极低水平表达。通过RT-PCR分别检测S5基因在叁个亲本幼穗发育不同时期组织中的表达量,结果表明该基因在叶片中极低水平表达而在幼穗中表达量相对较高。使用Real-time PCR对不同亲本和杂交组合F_1代S5表达量进行检测,结果表明不同亲本和杂种中S5的表达差异显着。使用Real-time PCR检测S5基因在55个不同基因型材料中的表达量,并对其中13个杂交组合F_1代胚囊育性做出统计。结果表明S5基因表达量与水稻品种不相关。其中杂交组合F_1代材料胚囊育性和小穗育性正相关,但是和S5基因表达量不相关。这些结果表明S5基因通过控制雌配子发育影响亚种间杂种的结实率,但这种调控机制和该基因表达量高低无关。光敏感雄性核不育水稻农垦58S具有长日高温不育、短日低温可育的特点,是发展水稻“两系”法育种的重要种质资源。此前的研究中光敏感核不育基因pms3已被限定在一段28.4kb的范围内,且该范围内有且仅有一个SNP。本研究的目的就是进一步确定pms3的候选基因并对其功能和作用机制做出研究。通过生物信息学方法对目标区段进行分析,针对预测的候选基因Gene M设计引物,通过RT-PCR扩增出所对应cDNA并测序验证。进一步RT-PCR分析获得Gene M的四个转录本在58S和58N以及在长日照和短日照幼穗发育不同时期不同组织中的表达谱信息。对SNP附近序列随机设计引物扩增发现该位点上存在一个表达的EST,Gene EST。通过RACE技术获得Gene EST全长eDNA,结果表明Gene EST的5'端与Gene M中的一个转录本GENE M3的3'端部分序列重迭。通过Real-time PCR对Gene EST和GENE M3在58S和58N以及在长日照和短日照不同发育时期的幼穗中进行表达谱分析,结果表明Gene EST在幼穗6期高表达。原位杂交结果表明Gene EST和GENEM3均在幼穗中表达。这些结果为进一步确定候选基因并阐明其作用机制提供基础。Hsp20基因是植物热激蛋白家族中最大的一类家族成员,它参与热激反应和多种抗逆反应,并对许多环境因子做出应答。迄今为止,对水稻Hsp20基因的研究非常有限,且尚未有对Hsp20整个基因家族做出系统研究的报道。本研究一一列举出水稻中39个OsHsp20基因,对它们的基因结构、表达、染色体定位以及进化关系作了系统的分析,并通过RT-PCR对部分OsHsp20基因受热激诱导的反应做出研究。与此同时,本研究在叁个水稻品种的25个发育时期中对OsHsp20基因进行了系统的表达聚类分析。分析结果表明OsHsp20基因在营养生长时期和生殖生长时期差异表达,且在汕优63中下降差异表达基因增加。进一步研究表明整个OsHsp20家族在汕优63中都表现出杂种优势。这些结果表明OsHsp20基因不仅在不同发育时期差异表达,在不同品种间也表现出不同的表达趋势。
汪勇[8]2011年在《水稻杂种花粉不育的细胞学研究及两个杂种花粉不育基因的精细定位》文中提出水稻不仅是世界上重要的粮食作物之一,而且是单子叶植物基因组研究的模式植物,全球一半以上的人口以稻米为主食。近年来,由于改良品种的广泛应用和育种家对亲本选择的偏好,使得水稻基因资源变得越来越单一,遗传基础变得越来越狭窄,新的有利基因出现的概率也越来越低,导致水稻产量出现徘徊不前的尴尬局面。为了丰富水稻的遗传基础,进一步提高水稻产量,突破育种的瓶颈效应,从目前水稻育种实践来看,最有效途径就是从水稻远缘物种中引进优良的基因资源,对水稻材料进行改良,从而创造出具有重要意义的水稻新种质。杂草稻和非洲栽培稻稻种资源中广泛存在着各类抗病虫、耐盐碱、抗旱、耐高温等相关性状的优良基因,如能引入亚洲栽培稻中,必将使水稻育种产生新的飞跃。但亚洲栽培稻与杂草稻、非洲栽培稻存在严重的生殖隔离,致使其杂种F1表现高度不育,极大限制了杂草稻和非洲栽培稻的有利基因向亚洲栽培稻的转移及栽培稻种间远缘杂种优势的利用。因此深入探讨亚洲栽培稻与杂草稻以及非洲栽培稻间杂种不育的细胞学机理,挖掘更多的杂种不育基因,并发现相应的广亲和基因,这对于克服亚洲栽培稻与杂草稻、非洲栽培稻间的杂种不育,进而有效利用栽培稻种间的远缘杂种优势,并最终创造出水稻新种质具有重要的理论价值和实践意义。本研究利用云南杂草稻和广亲和品种02428杂交,从细胞学角度深入探讨杂种F1花粉败育的机理,利用02428//云南杂草稻/02428 BC1F1群体在全基因组范围内构建了一张分子连锁图谱,检测到一个控制杂种花粉不育的主效QTL:qPS-1,并对其进行了精细定位；同时从系统发育和进化角度进一步分析云南杂草稻与栽培稻、野生稻间的亲缘关系,探讨云南杂草稻可能的起源。此外,以滇粳优1号为受体亲本,非洲栽培稻IRGC 102295为供体亲本,构建了一个近等基因系NIL,证明滇粳优1号与NIL杂种F1花粉半不育受一对杂合基因座位控制,并把这个基因命名为S37,阐明其杂种F1花粉败育的细胞学机理,并对S37进行精细定位和候选基因的分析,这为进一步图位克隆S37,并最终阐明栽培稻种间杂种花粉不育的分子机理奠定坚实的基础。本论文的主要研究结果如下：1.云南杂草稻与广亲和品种02428杂交,杂种F1的花粉育性表现为典型不育,败育类型包括：典败、圆败和染败,且正反交两组合的花粉育性差异不显着。细胞学研究表明：杂种F1花粉的败育发生在二胞花粉早期,败育的原因是：小孢子第一次有丝分裂出现异常,不能正常形成生殖核；同时,花药横切面的石蜡切片也证明：杂种F1花粉的败育与绒毡层无关,其绒毡层能正常形成和降解。苯胺蓝染色发现：两亲本的柱头都有大量花粉粒附着,并有花粉管伸入到花柱中；而杂种Fl柱头上,很少看到花粉粒的附着,不能观察到花粉管伸入到花柱中。综合辅助授粉的结果表明：杂种F1小穗育性的降低是由较低的花粉育性和花粉在柱头上存在着萌发障碍两因素共同造成,与胚囊无关。2.利用02428//云南杂草稻/02428 BC1F1群体在全基因组范围内构建了一张分子连锁图谱,分别在第1和8染色体上各检测到一个控制杂种花粉不育性的QTL,命名为：qPS-1和qPS-8。qPS-1位于SSR标记RM5和RM493之间,LOD值为11.3,贡献率为22.7%；qPS-8位于SSR标记RM210和LD13之间,LOD值为2.7,贡献率为12.4%。这两个位点间不存在互作效应,彼此独立控制花粉育性,且qPS-1是一个主效而稳定的控制杂种花粉不育的位点。3.利用02428//云南杂草稻/02428和Ketan Nangka/N22//Ketan Nangka两套BC1F1回交群体,选择花粉育性在85%以上的极端高育单株及花粉育性在65%以下的极端低育单株,最终将qPS-1限定在两个Indel标记LI1和LI14-1之间,其物理距离为110kb,含有27个完整的开放阅读框,其中包含一个已经克隆的杂种花粉不育基因Sa。为了验证qPS-1是否与Sa等位,对02428和云南杂草稻两个亲本进行测序,结果表明：qPS-1实际上与已经报道的Sa等位。4.调查云南杂草稻和栽培稻杂种F1的花粉育性发现Dular和IR36在Sa位点携带有中性等位基因San。随后分析9份杂草稻,64份栽培稻和23份野生稻在两个SNPs位点碱基的差异,结果表明：在SaF和SaM两邻近基因中,野生稻都存在有碱基的分化,籼稻中存在少数碱基的分化,而粳稻中没有发现碱基的分化,杂草稻中存在类似野生稻的碱基分化。同时,聚类分析的结果也表明：云南杂草稻被聚在籼稻中,具有籼型遗传背景,并且跟野生稻具有紧密的遗传关系。据此推断：云南杂草稻可能起源于野生稻和被驯化的远古栽培稻品种的自然杂交。5.以滇粳优1号为受体亲本,非洲栽培稻IRGC102295为供体亲本,经过连续6代的回交构建了一个近等基因系NIL,滇粳优1号与NIL杂种F1花粉表现典型的半不育,败育类型为染败,受一对杂合基因S37控制。透射电镜显示：染败花粉粒内部发生凹陷,细胞体积偏小,并且花粉粒内部只有少量的淀粉粒积累。杂种F1花粉的败育发生在成熟花粉期,败育原因是染败花粉粒的生殖核不能进行第二次有丝分裂,因此不能形成叁核花粉粒。6.选择花粉育性作为育性指标,首先利用743株滇粳优1号与NIL杂交F2群体进行连锁分析,初步将S37限定在第12染色体短臂末端的两标记NJ5和G4之间,随后利用扩大的18014株F2群体,最终将S37精细定位到标记HP14和G21之间,物理距离为73kb,该区域包含13个预测基因。花药的定量分析结果表明：LOC_Os12g02800是最有可能的候选基因,它编码一个富含半胱氨酸的蛋白前体,进一步的互补实验和功能研究正在进行中。
杨杰[9]2008年在《水稻耐冷性遗传研究及低温胁迫相关基因Osdhn2的功能分析》文中提出水稻籼粳杂种具有强大的杂种优势,但籼粳杂种的低温敏感性是限制其利用的因素之一。以17个不同类型的籼、粳、爪哇型品种及其杂种为材料,通过分期播种,研究了温度变化对花粉育性的影响。结果表明,当花粉母细胞减数分裂期的日平均气温低于22-23℃时,亚种间杂种的花粉育性显着降低,不同组合花粉育性存在明显差异,而品种间杂种和常规品种的花粉育性受影响较小;当花粉母细胞减数分裂期的日平均气温低于20℃时,常规品种和品种间杂种的花粉发育也受到不同程度的影响,不同品种与组合间存在差异。花粉母细胞减数分裂期的日平均温度与花粉育性的相关性分析表明,温度与亚种间杂种花粉育性呈显着正相关。说明减数分裂期的亚种间杂种花粉育性受温度影响,温度对亚种间杂种花粉育性的影响较常规品种大.为探明籼粳杂种低温花粉不育的遗传基础,以籼稻品种3037和粳型广亲和品种02428的F_2分离群体进行了低温花粉不育的遗传分析。通过推迟播种调节抽穗期后,F_2群体花粉母细胞减数分裂期的日平均温度为21～23℃,调查了F_2群体各单株的花粉育性。利用108对SSR引物构建了包含157个F_2单株,覆盖12条染色体的分子标记连锁图谱。该连锁图的总长度为1857.8 cM,标记间平均距离为16.26 cM。采用区间作图法对F_2群体花粉不育性进行QTL分析,共检测到2个低温花粉不育QTL,即qLTSPS2和qLTSPS5,分别位于第2、5染色体,其加性效应分别为0.021、0.045,显性效应分别为-0.246、-0.251,显性度分别为11.7和4.8,具有超显性效应,分别解释表型变异的15.6%、11.9%。两因素的方差分析表明这两个QTL之间不存在互作。利用强耐冷品种日本晴和不耐冷品种Kasalath及其衍生的98个(Nipponbare/Kasalath∥Nipponbare)回交重组自交家系(BILs)进行了水稻芽期耐冷性数量性状基因座的检测和遗传效应分析。25℃正常条件下水稻发芽7d,芽长5-10mm,5℃低温处理10d,之后升温至25℃,缓苗10d,调查活苗率,并以活苗率作为芽期耐冷性的表型值,分析亲本和98个BILs的芽期耐冷性表现。采用复合区间作图法,共检测到4个芽期耐冷性QTL,分别位于第3、第7和第12染色体上,命名为qSCT-3-1、qSCT-3-2、qSCT-7和qSCT-12。4个QTL的LOD值分别为3.51,3.68,2.03和3.61,可解释群体表型变异的12.11%,12.66%,6.82%和15.86%。在第3染色体检测到的qSCT-3-1与前人检测到的耐盐QTL在同一区间,qSCT-3-2与前人检测到的低温发芽QTL在同一区间。通过生物信息学的方法发现在第3染色体qSCT-3-1所在区域存在一个KS型脱水蛋白。利用RT-PCR方法,从水稻中克隆了该KS型脱水蛋白基因(Osdhn2,GenBank登录号:D26538)。对克隆的Osdhn2基因的生物信息学分析表明:其亲源关系与茄子的脱水蛋白更近,Osdhn2编码蛋白与茄子的脱水蛋白同源性达86%;而与大麦和小麦的KS型蛋白基因同源性67%。序列分析表明Osdhn2编码蛋白具有两个脱水蛋白保守的结构域,即一个富含赖氨酸片段(K片段)和一个丝氨酸片段(S片段)。进一步分离克隆了Osdhn2的基因组DNA,Osdhn2基因具有1个完整的外元,1个内元位于3'端非编码区。组织表达谱分析表明,Osdhn2在幼苗的根中低表达,在未成熟胚、幼穗、叶片、茎中都有表达,盐胁迫后根中表达增加。定量PCR表明Osdhn2在雌蕊中高表达,而在花药中低表达,开花授精后,在种子中表达迅速降低。定量PCR表明在干旱和低温胁迫处理后,其表达显着增强。利用PCR克隆了9311和Kasalath的Osdhn2基因及其上游约800bp启动子序列,对其进行了序列比较,发现9311在该区域与日本晴不存在序列差异,而Kasalath在启动子上游557bp处存在一个碱基的差异。为进一步研究该启动子组织表达特性,从日本晴克隆了1.3kb的启动子序列,构建了Osdhn2基因启动子GUS转基因表达载体,目前已获得转基因幼苗。将Osdhn2基因克隆到原核表达载体pET32a(+)系统,诱导基因表达,携带有Osdhn2的大肠杆菌在800mmol/LNaCl或700mmol/L KCl或4℃处理后其生长速度明显快于对照。这表明,携带水稻KS型脱水蛋白的大肠杆菌可以提高大肠杆菌耐低温和耐盐能力。为分析Osdhn2基因的功能,我们构建了Osdhn2基因的CaMV35S驱动的过量表达载体,并转化芽期不耐冷的籼稻品种Kasalath,转基因T_1代种子经潮霉素抗性筛选和PCR鉴定后,对阳性株系芽期耐冷性鉴定,发现其芽期耐冷能力明显好于野生型,初步说明KS型脱水蛋白基因与水稻耐冷性有关;在200mM NaCl溶液中发芽和生长3周后,转基因株系耐盐能力也明显提高。为了功能互补分析,我们构建了该基因的RNA干扰载体,并以玉米Ubiquitin启动子驱动,目前已获得转基因幼苗。
郭士伟, 程艳军, 高东迎, 刘蔼民[10]2007年在《水稻亚种间杂种F_1低温敏感不育基因的差异显示》文中进行了进一步梳理为研究水稻籼粳杂种低温下的育性特点和特异基因表达,以孕穗期白天24℃,夜晚20℃的低温和正常温度下生长的籼粳杂种02428/3037F1及其亲本幼穗为材料,开花期对亲本、处理和对照的花粉育性分别进行了观察,种子收获后考察了其结实率。结果表明,与对照相比,白天24℃夜晚20℃的低温处理使杂种的花粉育性和结实率明显降低,但对亲本的花粉育性和结实率影响不大。用12条锚定引物和18条随机引物共216对引物组合对总RNA反转录后的cDNA进行了PCR扩增,共有35条在处理和对照间可重复扩增的表达差异的条带。对克隆后的差异条带进行了测序和Blast,发现这些差异片段与一些幼穗发育的EST有很高的同源性,同源性均在99%以上。其中一个与位于水稻第一号染色体的过氧化物酶基因的部分片段有100%相似性,另一个与位于第十二号染色体上的蛋白磷酸化酶基因有99.99%的同源性,分别与两个LTSS基因所在的染色体一致。Southern杂交显示它们均为单拷贝片段。这些基因的表达与关闭与籼粳杂种低温敏感不育可能有密切关系。
参考文献：
[1]. 水稻籼粳亚种间杂种胚囊不育基因S7的精细定位及细胞学研究[D]. 田华. 南京农业大学. 2009
[2]. 水稻籼粳亚种间杂种F_1低温敏感不育相关基因的克隆[D]. 程艳军. 西南农业大学. 2004
[3]. 水稻籼粳亚种间杂种花粉不育基因的精细定位及进化分析[D]. 钟铮铮. 南京农业大学. 2010
[4]. 水稻亚种间杂种胚囊败育新基因S31（t）的研究和图位克隆[D]. 赵志刚. 南京农业大学. 2007
[5]. 水稻亚种间杂种低温花粉不育的遗传分析[D]. 杨杰. 南京农业大学. 2003
[6]. 水稻籼粳亚种间杂种不育基因S9的精细定位[D]. 王文鑫. 南京农业大学. 2014
[7]. 水稻广亲和基因S5-n和光敏核不育基因pms3功能分析及作用机理研究，以及水稻Hsp20基因家族分析[D]. 欧阳亦聃. 华中农业大学. 2008
[8]. 水稻杂种花粉不育的细胞学研究及两个杂种花粉不育基因的精细定位[D]. 汪勇. 南京农业大学. 2011
[9]. 水稻耐冷性遗传研究及低温胁迫相关基因Osdhn2的功能分析[D]. 杨杰. 南京农业大学. 2008
[10]. 水稻亚种间杂种F_1低温敏感不育基因的差异显示[J]. 郭士伟, 程艳军, 高东迎, 刘蔼民. 中国农学通报. 2007