张晓峰[1]2004年在《基于籼稻全基因组剖析抗性基因的结构及其分布特点》文中进行了进一步梳理1．水稻全基因组NBS-LRR编码基因分析 采用BLAST(Basic Local Alignment Search Tool)和HMM(Hidden Markov Model)分析，对水稻籼亚种9311全基因组47077个预测基因进行搜索比对，鉴定出549个类似NBS-LRR的抗性基因，其中具有完整的NBS区域和富亮氨酸重复区域的共258个(占47％)。序列结构分析表明，有169个基因的N端存在由20～50个氨基酸组成的CC结构。其中12个水稻CNL基因N端含有两个CC结构。水稻NBS-LRR基因以及拟南芥的CNL形成的2条共有序列(consensus sequence)。相对保守区域主要分布在5个主要motif(P-loop、kinase2、RNBS-B、GLPL以及MHD)位置。我们发现水稻两个基因家族在NBS上游至N端域内中均存在相对保守的基序(ELRELAYDAEDVIDEFXYX)，该基序在大约90％的基因序列中保守程度很高，而在拟南芥CNL基因序列中并不存在。绝大部分NBS区域约为300(305.6±49.6)个氨基酸，但也搜索到NBS区域长达1048个氨基酸的基因。新发现的motif9、motif7、motif10、motif1、motif8、motif6等也有很强的保守性。域中每个氨基酸的保守程度也不尽相同。在P-loop(GMGGLGKTT)中除第二和第五位氨基酸的保守性较差外，其余氨基酸保守性均很强，仅发生个别位置氨基酸变异。而GLPL的第二位氨基酸及MHD的第一位氨基酸保守性相对较差。LRR在整个NBS至C末端序列中均有分布，但多数位于MHD下游大约80个氨基酸左右。NBS-LRR基因中包含LRRs的数目为2～33个，平均为10.5个。水稻NBS-LRR基因中共鉴定出12个主要的富亮氨酸重复LRRs，长度在10～24氨基酸之间，这些LRRs序列中大多以两个亮氨酸L之间间隔2个其它氨基酸居多，即LXXLXXL这种重复形式较多。我们还发现一小部分基因中含有特殊的结构，其中8个NBS-LRR基因中存在两个完整的NBS区域。大约85％基因中发现存在内含子，他们广泛分布于整个基因序列的各个位置。常见的内含子的剪切位置位于激酶2(Kinase2)之前，约占40％左右，但内含子的剪切位点同样显示多样性。将258个NBS-LRR基因的NBS区域，即从P-loop第一个氨基酸G开始前大约10个氨基酸至MHD domain之后大约30个氨基酸左右的基因蛋白序列用来形成系统亲缘树。当取bootstrap值大于75％作为分组依据时，这些基因共形成88组。玉米的RP1和拟南芥的RPM1基因在亲缘树呈现独立分枝，而其它的7个已知功能的NBS-LRR基因水稻的NBS基因形成不同的分枝，说明这些基因同水稻基因之间在序列上存在相当的保守性。四个TIR基因构成的分枝中居然还包含一个拟南芥的CNL基因家族成员At 1 933560，暗示这些基因起源于共同的祖先。2.水稻和拟南芥NBS一LRR基因家族同义密码子使用偏好的比较 应用多重变量分析软件CodonW对全基因组的水稻和拟南芥NBS一LRR基因家族的同义密码子进行分析，分别鉴定出25种和16种最优密码子，而且这些最优密码子完全不一致。两个NBS一LRR基因家族中所鉴定的最优密码子与其全基因组的最优密码子一致，说明该基因家族的密码子使用特点受物种自身的影响很大。而且水稻和拟南芥的各NBS一LRR基因家族成员间密码子使用上发生偏向的程度不尽相同。同一物种内基因家族对密码子的使用也存在一定变异性。密码子发生强烈偏向使用的是以G或C结尾的密码子，而拟南芥中则是以A或T结尾的密码子。密码子中位于第一、叁位的G+C含量明显高于第二位的G+C的含量。最适密码子使用频率Fop(Frequeney of optimum eodons)与基因的G+C含量，第叁位密码子的G十C百分含量GC3s、以及物种特定的密码子适合性因子CAI呈现极显着相关。3.釉稻全基因组非NBS一LRR抗性基因的结构及其分布特点 从釉稻9311全基因组精细图中采用同源比对结合蛋白结构域分析的方法，鉴定出276个非NBS一LRR抗性基因，大约占水稻基因组全部基因的0.6%。在各类基因家族中鉴定出10一12个相对保守的序列区域。对全部水稻抗性基因(534)在染色体上的分布进行统计表明，260个抗性基因组成88个基因簇，其中异质基因簇巧个，其它为单身。本研究剖析了水稻基因组中抗性基因的类别、分布及结构等特点，有助于研究基因的功能和进化，为进一步克隆新的抗性基因提供重要信息和依据。
王彩红[2]2014年在《水稻苗期稻瘟病抗性的全基因组关联分析》文中提出水稻是重要的粮食作物。稻瘟病是全世界水稻主栽区发生最严重的病害之一，平均每年因稻瘟病损失的产量可供6千万人食用。防治稻瘟病最经济、安全的方法是培育含稻瘟病持久抗性基因的新品种。目前对稻瘟病抗性基因的克隆主要是通过构建双亲本遗传群体，运用图位克隆的方法实现。本研究首次应用805,158个SNP标记，对517份中国水稻地方品种资源的稻瘟病抗性进行全基因组关联分析。主要结果如下：1.运用混合线性模型，在P<10-7水平条件下，全基因组关联分析（Genome-Wide AssociatedStudy,GWAS）共检测到126个关联位点。在籼稻群体内共检测到51个与稻瘟病抗性相关联的SNP位点；在粳稻群体内共检测到5个与稻瘟病抗性相关联的SNP位点；在总样本中共检测到72个与稻瘟病抗性相关联的SNP位点。2.在所检测到的SNP位点中，有18个已报道位点，其中包含7个已克隆基因（Pia、Pik、Pi-1、Pik-h/Pi-54、Pik-m、Pik-p、Pi5/Pi3/Pi-i）和8个QTL位点（Pif、Pig、PiGD3、Pik-s、Pik-g(t)、Pitq5、Pitg6、Pi6）。除已知位点外，还发现18个新的SNP位点，共涉及25个尚未报道的R基因；籼稻群体中检测到17个，粳稻群体中仅检测到1个，总样本自然群体中检测到11个。其中有4个候选R基因同时在籼稻群体和总样本群体中均被检测到，1个在粳稻群体和总样本群体中被检测到。3.利用基因功能注释（gene ontology，GO）对其它候选基因进行功能分类，划分为53个功能亚范畴。在蛋白质类型范畴中，核苷酸结合（nucleic acid binding）和水解酶（hydrolase）所占比例最大；在生物途径范畴中，代谢途径（metabolic process）所占比例最大；在代谢途径范畴中，DNA复制（DNA replication）所占比例最大；在分子功能范畴中，催化过程（catalytic activity）和连接（binding）所占比例最大。4.本研究共选取4个显着关联位点：Chr11_6526998、Chr12_14696604、Chr12_13690289和Chr12_13032951。运用实时定量PCR（Real-time quantitative PCR，RT-PCR）技术及基因表达谱信息，对候选基因进行检测和验证。结果显示：（1）Chr11_6526998位于稻瘟病抗性基因Pia的组成基因Os11g0225100的编码区；（2）Chr12_14696604位于PiGD3（QTL）附近，研究发现基因Os12g0438300（含有NB-ARC和LRR结构域）很可能是PiGD3的最优候选基因；（3）对于Chr12_13690289关联位点，基因Os12g0424700和基因Os12g0427000可能相互协作，共同完成稻瘟病抗性调控；（4）对于Chr12_13032951关联位点，基因Os12g0416300、Os12g0417100和Os12g0417600被视为最优候选基因。5.候选基因单倍型分析表明大部分SNPs变异均属于非同义突变。6.本研究证实GWAS能够作为一种高效率挖掘抗性候选基因的方法。
许美容[3]2011年在《非寄主抗性基因介导水稻抗细菌性条斑病的分子机理及水稻抗白叶枯病材料的筛选和QTL定位》文中研究指明由Xanthomonas.oryzae pv. oryzicola(Xoc)引起的细菌性条斑病和由X. oryzae pv. oryzae(Xoo)引起的白叶枯病是水稻生产中危害严重的两种细菌性病害。白叶枯病菌与水稻抗病基因之间存在典型的特异性互作,培育和种植抗病品种是防治水稻白叶枯病最有效手段之一。Xoc与Xoo亲缘关系相近,但是水稻在细菌性条斑病抗性改良方面进展缓慢,其主要原因是水稻对Xoc的抗性由多基因控制。随着分子生物学技术的发展,利用非寄主抗性基因可能是培育广谱持久抗病品种的新途径。本研究一方面利用农杆菌介导法将从玉米中克隆的细菌性条斑病非寄主抗性基因Rxo1导入到水稻中,采用全基因组芯片和RT-PCR等方法分析了转基因水稻株系抗细菌性条斑病的分子机理;另一方面采用Xoo代表菌株人工接种水稻回交群体,筛选抗白叶枯病水稻株系,定位数量抗性座位(QTL)。主要研究结果如下:1.携带非寄主抗性基因Rxo1的转基因植株接种Xoc后产生典型的HR表型。组织学分析发现转基因植株的叶片接种后木质素、胼胝质和酚类等基础抗病物质积累增加;过氧化物酶和β-1,3葡聚糖酶等酶类的活性提高。2.利用Affymetrix全基因组芯片,分析Rxo1转基因植株(9804-Rxo1)及其受体(9804)接种Xoc后基因表达谱,鉴定了可能参与抗病反应的主要基因。结果表明接种后36h,在9804-Rxo1和9804中分别有175个和379个基因差异表达,其中175个( Differentially expressed gemes, DRGs)中92.00%的为上调,且多达48.22%的DRGs为防御反应相关基因。在转基因植株中过氧化物酶(Peroxidase, POD)、脂氧合酶(lipoxygenase 2.1, LOX)、病原相关蛋白和萜烯合酶家族蛋白以及C2H2、WRKY与myb类转录因子接种后诱导表达。接种后48h,9804-Rxo1和9804的DRGs分别为2450和1950个,其中HR和SA、ET信号传导途径的关键基因在转基因植株中显着差异表达;SAPK和PPR家族的基因、WRKY和MYB转录因子可能参与抗病反应。3.分析了SAPK家族基因在携带寄主R基因和非寄主R基因水稻株系中的表达谱。携带Rxo1的植株接种Xoc后,4个SAPK上调表达,其中SAPK9快速持续地高水平表达;携带白叶枯抗病基因Xa23的植株接种Xoo后,4个SAPK被诱导表达。此外,抗性株系接种后内源ABA水平上升;结合蛋白质序列分析,推测motif 6 (GM[DE]MPIMHD[GS]DR)和/或motif 7 (IN[QH][FI]L[TN]D[GS]LDDDM)可能与ABA反应相关。4.用8个非目标性状优良的水稻回交群体,人工接种14个Xoo代表菌株,筛选获得23个广谱抗性株系;定位到了65个白叶枯病各小种抗性相关的QTL(包括13个主效QTL),有25个标记至少在3个不同的群体或同一群体的不同菌株环境下被定位到;这25个标记中有9个等位基因的抗性来源于轮回亲本HHZ(加性效应为正);另9个的抗性来源于各供体,其余的7个标记的抗性来源因菌株而异。本研究从分子水平证明了非寄主抗性基因可以在异种植物中介导HR反应,暗示寄主抗病基因和非寄主抗性基因可能有部分相同的抗病分子机制,为深入研究非寄主抗性基因抗病机理提供了理论基础;同时筛选到的广谱抗白叶枯病材料和定位到的主效QTL将为通过分子育种手段改良水稻品种的白叶枯病抗性提供基础材料。
刘鑫燕[4]2016年在《影响稻米理化品质微效基因的定位与效应解析》文中研究说明水稻是我国主要的粮食作物之一。稻米品质是稻米作为商品流通与消费过程中的一种综合评价,反映了稻米本身的物理及化学特性。稻米品质属于典型的质量-数量性状,在主效基因控制的基础上还存在一些微效基因。利用高覆盖度的籼粳间染色体片段代换系(CSSL)鉴定微效QTL,优势突出。随着粳稻品种日本晴和籼稻品种9311基因组测序工作的完成,以及高密度分子标记图谱的构建,CSSL群体的构建变得易行,为深入挖掘影响稻米品质的微效QTL或基因提供了便利,从而能为稻米品质改良提供新的基因资源。本研究利用以籼稻品种9311为供体、粳稻品种日本晴为受体构建的整套CSSL为材料,考察了群体稻米品质主要理化指标,借助重测序鉴定的精确基因型图谱,利用ICiMappingv2.2软件定位到一批相关的QTL,同时发现5个QTL具有一因多效,对定位到含这些QTL的3个关键家系进一步分析,通过淀粉分子结构的剖析,探索QTL效应对淀粉结构的影响。为稻米品质的形成及其变异提供丰富的遗传机理。以此同时,利用转基因材料和近等基因系等遗传材料对参与胚乳淀粉合成的跚基因等位变异的效应解析。主要研究结果如下：1、利用染色体片段代换系定位稻米理化品质性状的微效QTL粳稻品种日本晴和籼稻品种9311都含有相同的服b等位基因,因此利用以这两个亲本为受体和供体的染色体片段代换系进行品质分析,可避免因该主效基因差异对稻米品质的影响。本研究重点以已构建的127个染色体片段代换系为材料,通过全基因组重测序分析鉴定其基因型,利用ICiMapping v2.2软件定位到了一批与稻米品质相关的微效QTL。1)稻米理化品质是一个综合性状,各性状间存在复杂的关系。由于不同的研究者所用的实验材料和分析方法各不相同,并且性状本身在遗传表达上较复杂,因此对稻米的遗传控制有着不同的解释。本研究对影响稻米理化品质的7个品质性状14个参数进行了QTL分析,在两个环境下共检测到35个微效QTL,其中19个微效QTL受环境影响较小,能稳定存在。部分QTL与前人报道的结果相同。还有一批QTL如qGC 7.1和qGT12.1与实验室前期研究结果一致,QTL定位区间得到进一步缩小。2)检测到5个具有多效性的QTL,即一个QTL位点(簇)对多个稻米品质性状有效应。其中3个QTL簇与淀粉的理化性质有关。第一个QTL簇位于第2染色体上,与直链淀粉、糊化温度和冷胶粘度的遗传有关,即qAC2.1、qGT2.1、qCPV2.1位于相同的位点,此位点在代换系N132中检测到；第二个QTL簇在第3染色体上,控制着峰值粘度,胶稠度、糙米蛋白含量的遗传,即qPKV3.1、qGC3.1和qBRPC3.1位于同一位点,此位点在代换系N29中检测到；第叁个QTL簇位于第6染色体上,控制着糙米和精米蛋白质含量的遗传,即qBRPC6.1与qMRPC6.1位于相同的位点,在多个代换系中(N24、N39、N66、 N67)检测到。第四个QTL簇位于第7染色体上,与稻米蛋白质含量遗传有关,即qBRPC7.1与qMRPC7.1位于相同的位点,在多个代换系中(N48、N60、N62、N73、N88)检测到。第五个QTL簇在第12染色体上,与直链淀粉、糊化温度、峰值粘度和冷胶粘度的遗传相关,即控制直链淀粉的叫C12.1、控制糊化温度的qGT12.1、控制峰值粘度的qPKV12.1以及控制冷胶粘度的qCPV12.1位于相同的染色体片段上,在代换系N127中检测到。2、利用3个重点染色体片段代换系分析重要QTL形成的淀粉结构基础与受体亲本相比,含有多个定位QTL的3个关键染色体片段代换系(N29、N127和N132)成熟种子淀粉的糊化起始温度降低,吸热峰前移,此结果与RVA谱的结果一致。淀粉的DSC相应特征值数据显示,它们对应的峰值温度、终止温度、热焓值,较受体亲本均有所降低,接近于供体亲本9311。淀粉精细结构研究发现,含有来自9311代换片段的N29、N127和N132,其稻米淀粉含有较少的A链和短B链,推测短分支的支链淀粉A链和B1链含量的减少可能由QTL效应引起。综合分析,3个极端家系稻米淀粉可能由于含有较少的A链和短B链、较多的中长链组分,共同抑制了淀粉粒的膨胀,从而导致了稻米理化性质的变化。3、水稻SSI基因等位变异的遗传效应分析可溶性淀粉合成酶基因SSI在水稻理化品质形成中的作用并不大,属微效基因。但其确切的效应并没有被详细解析。本研究利用含不同SSI等位基因(籼稻、粳稻)来源的SSI-RNAi材料及近等基因系,对不同SSI等位基因的表达、对稻米理化品质与淀粉结构的效应等进行了祥细分析。结果显示,SSI在籼粳间的两个主要等位基因(SSI j和SSIi)表达的差异引起了稻米淀粉结构的微妙变化,进而表现为对稻米理化品质有不同的效应。对含不同SSI等位基因的水稻品种分别抑制SSI基因后,稻米的理化品质产生了显着的影响。SSI-RNAi转基因材料直链淀粉含量极显着提高,峰值粘度,崩解值呈极显着降低。不同SSI等位基因遗传背景下,SSI-RNAi材料的表现也存在一定的差异。含SSI j等位基因的粳稻背景下,RNAi系稻米的消碱值比未转化亲本高,达到了极显着差异；而在SSI i等位基因的籼稻背景下,RNAi系稻米的消碱值比亲本要低许多。RVA谱的峰值时间在籼稻RNAi系与亲本间达到了极显着差异,而在粳稻背景下没有差异。这也进一步暗示了不同SSI等位基因对稻米品质遗传的效应是不同的。对稻米淀粉的DSC分析表明,SSI-RNAi材料与其未转化亲本相比,起始温度都显着下降,表现为提前糊化,热晗值都下降。淀粉结晶度数据表明,RNAi系相对亲本而言,淀粉结晶度下降。说明干扰SSI基因表达后能引起淀粉晶体的改变。推测SSI基因在RNAi系中表达量降低后,可能引起淀粉结晶度下降,最终影响稻米的理化品质及食味值。由GPC分析结果推测SSIj等位基因可能负责淀粉中长链的合成,一旦受干扰,淀粉结构中中链长组份减少,SSIi则有可能负责低分子量链的合成。在转基因系中可以看到当SSIi被抑制后,低分子量淀粉分子组分减少。利用近等基因系,我们发现在相同的日本晴(NIP)遗传背景下,不同SSI等位基因(SSIj和SSIi)表达存在差异。轮回亲本(NIP-SSIj)和其近等基因系(NIP-SSIi稻米的直链淀粉含量相近,近等基因系NIP-NIL-SSIi稻米RVA谱比轮回亲本高,发现峰值粘度极显着增加,热浆粘度显着下降,崩解值显着提高。这也暗示着籼、粳稻稻米品质之间的差异,除受Wx主效基因影响外,还与SSI等位基因的变异有一定的联系。DSC分析表明,SSI等位基因的变异导致了起始温度显着下降,表现为提前糊化,而峰值粘度、终止时间、热晗值与轮回亲本相比,均出现一定程度的下降。SSI等位基因的变异未能引起淀粉的结晶度的变化。上述结果表明,当龙特甫中的SSIi导入日本晴后,近等基因系中SSI等位基因表达发生了改变,随之引起低分子量短链的增加。这说明SSI等位基因在籼粳稻淀粉链长的分布中功能存在差异,同时意味着SSI等位基因间的变异导致籼粳稻之间支链淀粉结构产生差异。综合上述研究及取得的结果,一是通过以粳稻为遗传背景的染色体片段代换系在两年两个环境下的实验,对影响稻米理化品质的14个参数进行了QTL分析,共定位了35个QTL,其中5个位点具有一因多效；对含多个定位QTL的3个重要家系的淀粉结构进行了剖析,为解析CSSL稻米品质的差异提供了很好的参考；二是利用RNAi转基因系和近等基因系进一步深入解析了栽培稻中SSI基因两个主要等位变异对稻米品质和淀粉结构的效应。
周继勇[5]2016年在《广东杂交水稻抗瘟基因型构成及有效性研究》文中认为水稻(Oryza sativa L.)是世界上重要的粮食作物,全球一半以上的人口以稻米作为主食。由稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)引起的稻瘟病,是对水稻生产为害最严重的病害之一。抗性基因的发掘和利用对于稻瘟病的控制十分关键。但由于稻瘟病菌生理小种的遗传复杂性及易变性,新选育的抗病品种在生产上大面积推广应用后,往往会出现抗性下降甚至丧失,因此,必须不断开发和合理利用新的抗病品种,以达到持续控制稻瘟病的目的。了解水稻品种的抗瘟基因型及其有效性,明确主要抗瘟基因对广东籼稻稻瘟病菌的抗谱及专化抗性,对抗病品种的合理布局及轮换、持续有效控制稻瘟病的为害均有着重要意义。广东生产应用上的大部分水稻品种的抗瘟基因型尚不清晰,开展该方面的研究十分必要。本研究对广东杂交水稻抗瘟基因型构成及有效性进行了研究,研究结果如下:1.广东杂交水稻品种的抗性分析通过病圃田间抗性鉴定和苗期室内抗谱测定,对来自华南稻区的578个杂交稻新组合进行了综合抗性评价。结果表明,测试的杂交稻新组合对稻瘟病表现出不同的抗性水平,高感、感、中感、中抗、抗、高抗的组合所占比例分别为15.92%、8.30%、11.42%、25.78%、26.30%、12.28%,中抗以上的组合个数占64.36%,抗感组合比例为1.8:1。对测试的杂交稻组合的不育系和恢复系亲本进行了分析,配组组合抗病出现频率较高的不育系有:吉丰A、安丰A、丰田1A、恒丰A等;配组组合抗病出现频率较高的恢复系有:粤恢9802、广恢618、航恢1173、华占、闽恢3301、航恢1179、泰766等。2.广东杂交稻品种的抗瘟基因型及有效性分析稻瘟病抗性基因Pi1、Pik-p、Pik-h、Pi2、Pi9、Piz-t、Pita、Pii已被克隆,这些基因在不同稻区表现出较好的抗瘟性,被广泛应用于水稻抗瘟性育种。为明确上述抗性基因在华南稻区杂交稻组合中的分布及其组合的抗病有效性,本研究利用上述8个抗病基因功能标记,对华南328个杂交稻组合进行了抗瘟基因型的分子检测。结果表明,抗性基因Pita和Pii分布频率最高,在测试组合中检出率分别为84.76%和67.68%;其次是Pi2和Pik-p,分别为22.87%与13.72%;检出频率较低的是Pi1、Piz-t和Pik-h,分别为5.18%、3.35%与2.13%,检测的品种都不携带抗性基因Pi9。单个杂交稻组合中检出的抗瘟基因数量最多是4个,抗病性评价结果表明:杂交稻组合中检出的抗病基因数量越多,其表现为抗病品种的频率就越高;含4个抗病基因的杂交稻组合中,抗病品种所占比率达91.67%。含有不同抗性基因的杂交稻组合表现出不同水平的抗瘟性,其中Pi2与Pi1对广东稻区稻瘟病的抗瘟性贡献最大,其他抗病基因的贡献大小依次是Pik-h、Pik-p、Pita、Pii与Piz-t。3.高抗稻瘟病杂交稻组合“宁优1179”抗病基因型分析宁优1179由抗性恢复系航恢1179和感病不育系宁A配组获得,宁优1179的抗性主要由航恢1179贡献。剖析航恢1179的抗病基因型即可了解组合宁优1179的基因型。航恢1179是来源于华南稻区的高抗稻瘟病恢复系,由其配组的杂交组合均表现优异的稻瘟病抗性。本研究通过稻瘟病代表菌株GD13-14接种抗源航恢1179、感病亲本宁A、其F_1及F_2后代,F_1后代全表现抗病,F_1群体抗感分离比符合3:1,证明航恢1179含有一个显性主效抗稻瘟病基因。通过分离群体分析法结合高通量测序及关联分析,将目标抗性基因定位于水稻第6染色体,该基因暂时命名为Pi-h(t)。进一步通过水稻第6染色体SSR标记和InDel标记连锁分析将Pi-h(t)基因定位于InDel-8和RM19818之间100.8 kb的物理区域,该区域覆盖Pi2/Pi9/Piz/Piz-t/Pi50基因簇。基因预测及候选基因cDNA测序鉴定证明目标Pi-h(t)基因为Pi2。4.广东杂交稻组合所含主要抗瘟基因与稻瘟病菌互作对广东杂交稻所检测出的8个抗瘟基因进行了抗性分析,选取125个广东稻瘟病菌株对8个抗瘟基因单基因系进行了抗谱测试,抗性频率跨度为28.0%–96.8%,抗性频率超过80%的抗瘟基因有:Pik-h、Pi1、Pi9、Pi2,它们的抗性频率分别为:96.8%、96.0%、95.2%、88.0%,这些基因对测试的稻瘟病菌表现出广谱抗性,其余4个抗瘟基因对测试的稻瘟病菌表现出较窄的抗谱,分别是Pik-p(64.0%)、Piz-t(55.2%)、Pii(37.6%)、Pita(28.0%)。测试的单基因系在田间的抗性表现可划分为叁类:第一类年度间均表现高感,如Pii、Pik-p;第二类为中抗至中感类型,它们是Pita、Piz-t;第叁类型年度间均表现稳定的抗病,如Pik-h、Pi1、Pi2、Pi9等,其中Pik-h和Pi1的单基因系田间抗性优于抗病对照种叁黄占2号、Pi2和Pi9单基因系接近抗病对照种。单基因系的田间抗性随着抗谱的增大而表现出较稳定的抗性。
王小倩[6]2017年在《利用双向回交导入系和种质资源剖析水稻品质相关性状的遗传基础》文中提出本试验以优质晚粳品种秀水09和抗旱籼稻品系IR2061为亲本构建的高代双向回交导入系(introgression lines,ILs)群体和重组自交系(recombinant inbred lines,RILs)群体为材料,利用高密度的SNP标记对双向回交导入系的遗传结构进行分析,同时挖掘控制水稻外观品质、碾磨品质、蒸煮和食用品质以及营养品质等品质相关性状的主效QTL,分析品质相关性状QTL表达的遗传背景和环境互作效应,鉴定遗传背景特异性低且具有环境稳定性的QTL,为水稻品质分子育种提供条件。与此同时,本试验利用258份材料种质资源对水稻品质相关性状进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)分析,结合基于基因的关联分析和单倍型分析,确定重要QTL的候选基因,为后续进一步转基因验证、挖掘水稻品质相关性状有利等位基因提供便利。主要研究结果如下:1.双向导入系群体遗传结构分析利用25,206个SNP标记对秀水09背景的高代回交导入系(XS09-ILs)和IR2061背景的高代回交导入系(IR2061-ILs)进行遗传结构分析,发现双向导入系中均有一半以上的标记发生偏分离,并且平均导入频率均低于理论值,籼稻背景导入系IR2061-ILs的平均导入频率高于粳稻背景导入系XS09-ILs的平均导入频率。双向导入系在所有标记处均有导入,但是不同染色体上及同一染色体的不同区段的导入频率不一致,因此在育种中改良目标区段时,应根据目标区段等位基因的导入特点,通过控制群体大小和选择世代的早晚等策略,增加目标区段的改良效率。2.利用双向导入系和重组自交系挖掘水稻品质相关性状QTL本研究以237份XS09-ILs、240份IR2061-ILs和235份RILs群体为材料在叁亚和深圳两个环境下测定水稻品质性状,利用25,206个SNP标记进行QTL定位。叁套群体在两个环境下共检测到71个品质相关性状QTL,包括57个外观和碾磨品质QTL及14个蒸煮和营养品质QTL。其中38个QTL(53.5%)在两个环境下共同检测到,而在XS09-ILs、IR2061-ILs和RILs群体中分别有19个(54%)、24个(52%)和16个(40%)QTL在两个环境下共同检测到,说明QTL的表达受遗传背景和环境条件的共同影响。本试验中的7个QTL在两个环境和叁个背景下均检测到,包括qGL5、qGL7.2、qGW12、qGW2/qGLWR2.2、qGW5/qGLWR5/qPGWC5、qGLWR2.1、qAC6/qGC6/qDEC6/qPGWC6,具有较低的遗传背景和环境特异性,可用于分子标记辅助育种改良稻米品质。3.水稻品质相关性状的GWAS分析本试验以258份种质资源为材料在叁亚和深圳两个环境下测定水稻品质相关性状,利用22,488个高质量的SNP进行品质相关性状的GWAS分析,定位到91个QTL。同时结合基于基因的关联分析和单倍型分析,最终获得11个重要QTL区段的28个候选基因,其中包括4个已经克隆的基因GS3、TUD1、Wx和ALK,以及2个已经精细定位的QTL qPGWC7和qGRL7.1。说明GWAS、基于基因的关联分析和单倍型分析相结合的方法对复杂性状候选基因的挖掘具有较高的效用,定位到的候选基因将为进一步转基因验证以及水稻品质遗传基础研究提供有利条件。
王琦[7]2013年在《水稻条纹叶枯病抗性基因的图位克隆与功能分析》文中提出水稻条纹叶枯病是水稻(Oryza sativa L.)非常严重的病毒病害之一；病原为水稻条纹病毒(rice stripe virus, RSV);传播介体为灰飞虱[Laodelphax striatellus Fallen (Homoptera:Delphacidae), small brown planthopper, SBPH]。针对该病害,生产上尚无有效的防治措施,而抗病品种的选育和应用被认为是最经济、有效的方法。籼稻和粳稻品种对该病害的抗性存在一定的分化；大部分粳稻较感,而籼稻普遍较抗。至今水稻条纹叶枯病抗性基因尚未被克隆,抗病机理还知之甚少。因此,克隆水稻条纹叶枯病抗性基因对揭示该病害的抗性分子机制和利用分子标记辅助选择或基因工程方法培育抗条纹叶枯病的作物新品种具有重要的科学和应用价值。除传播水稻条纹叶枯病外,灰飞虱自身取食造成的直接危害及其传播的普通黑条矮缩病,也严重制约着水稻生产。因此,抗灰飞虱水稻资源筛选及抗灰飞虱基因的定位,对培育抗灰飞虱品种以防治灰飞虱及其传播的病毒病,具有重要的理论和实践意义。本文的研究内容主要分为以下两个方面：1.水稻条纹叶枯病抗性基因STV11的图位克隆与功能分析(1)抗病亲本材料KK34是以Koshihikari (Kos)为遗传背景,Kasalath为供体携带水稻条纹叶枯病抗性基因STVll的染色体片段置换系。RSV接种后发现,感病品种Kos出现典型的条纹叶枯病发病症状,而抗病材料KK34并无明显的发病症状,表现高抗。两个品种的灰飞虱和黑条矮缩病及普通矮缩病抗性鉴定结果表明,KK34和Kos均表现感虫／病,且两亲本的表现无明显差异。RSV侵染后的KK34和Kos植株体内和原生质体内RSV外壳蛋白的转录和ELISA检测结果显示,KK34能够在细胞水平抑制RSV的复制。综上表明,KK34对RSV表现特异性抗性,并且KK34可以在细胞水平上抑制RSV的复制。(2)图位克隆和转基因互补验证实验表明,STV11编码一个包含磺基转移酶结构域((sulfotransferase domain)的蛋白。该基因具有一个外显子,CDS区全长1131bp,编码376个氨基酸,其中包含磺基转移酶结构域。STV11受RSV的诱导表达。亚细胞定位结果显示,该蛋白主要定位于内质网和高尔基体。(3)酵母双杂交实验显示,STV11并不能直接与RSV编码的7种蛋白互作。进一步通过酶活实验发现STV11-R可将水杨酸(Salicylic acid, SA)磺化形成磺化水杨酸(sulphonated SA, SSA),而STV11-S却不具有该酶活性。RSV接种后,KK34、转基因植株和Kos体内的SA含量测定结果显示,抗性亲本和转基因植株体内SA的积累得到迅速的、大幅度的提高。(4)原生质体及烟草的RSV侵染实验表明,SA和SSA均可以抑制RSV的复制,且SSA的抑制效果更为明显。进一步的实验证实了SA介导的SHAM-sensitive途径、系统获得性抗性和RNA干扰途径均参与了SA介导的STV11对RSV的抗性。(5)野生稻和栽培稻品种STV11基因的测序结果显示,STV11在普通野生稻中存在7种单倍型,而在栽培稻品种中只存在其中的3种单倍型(STV11-R, STV11-R'和STV11-S).野生稻中,大部分中国地区的普通野生稻携带STV11-S单倍型,而大部分南亚或东南亚的普通野生稻都携带单倍型STV11-R'或STV11-R.栽培稻中,大部分籼稻品种携带有STV11-R'或STV11-R,而大部分的粳稻品种都携带STV11-S。该部分研究证实了STV11在野生稻向籼稻和粳稻进化过程中,STV11-R/R'和STV11-S伴随着不同地理分布的祖先群(南亚或东南亚的普通野生稻和中国南方的普通野生稻)的进化而得以保留。进一步的序列分析表明,伴随着抗病粳稻品种的选育,STV11-R已经得到了广泛的应用。2.水稻抗灰飞虱资源筛选与水稻品种N22抗介体灰飞虱及其传播的条纹叶枯病QTL定位研究(1)采用改进的苗期筛选法进行了312份水稻资源的灰飞虱抗性鉴定,结果共筛选到抗性品种131份,其中高抗的13份,感虫品种64份,高感品种117份。籼稻品种N22表现高抗,粳稻品种USSR5表现高感。(2)利用N22和USSR5构建了一套包含182个家系的重组自交系群体。采用标准苗期筛选法共检测到3个QTL, qSBPH2, qSBPH3和qSBPH7.1分别位于第2、3和7染色体,共解释35.1%的变异率。通过抗生性鉴定方法,共检测到2个QTL,qSBPH7.2和qSBPHll.2,分别位于第7和11染色体,可解释20.7%的遗传变异。此外,还检测到两个排趋性QTL,qSBPH5和qSBPH7.3,分别位于第5和7染色体,共解释遗传变异23.9%。通过叁种不同的表型鉴定方法分别检测到的qSBPH7.1, qSBPH7.2和qSBPH7.3,均位于第7染色体长臂上的标记RM234和RM429之间,表明该QTL位点对于N22的灰飞虱抗性表现起着非常重要的作用。(3)条纹叶枯病抗性QTL分析结果显示,位于第4染色体的qSTV4仅在室内强迫饲毒条件下能检测到,其LOD值为5.20,贡献率为13.4%。位于第11染色体标记RM287-RM209区间的qSTV11.1和qSTV11.2分别在田间鉴定和室内强迫饲毒鉴定条件下被检测到,贡献率分别为30.2%和28.9%,表明该QTL是一个抗条纹叶枯病的主效QTL。
林明睿[8]2017年在《甜叶菊高密度遗传图谱构建及其分子标记筛选》文中提出甜叶菊是原产于南美的多年生草本植物,以其高甜度、低热能的特点逐渐走进人们的视野。我国是世界上最大的甜叶菊生产国和出口国,有关甜菊重要农艺性状遗传分析以及改良跟不上生产的需求。RAD-seq技术可以摆脱参考基因组的限制,并能快速鉴定出高密度的单核苷酸多态性标记(SNPs),非常适合大群体的研究。本研究以甜叶菊大叶亲本和小叶亲本杂交产生F_1分离群体为作图群体,利用高通量RAD-seq技术大规模地分离甜叶菊SNP分子标记;我们采用GATK等软件进行群体SNP的检测,共开发出亲本多态性位点378,285个,并完成子代的基因分型;经过异常碱基检查、完整度过滤、偏分离标记过滤3个步骤,对检测的SNP标记筛选;对筛选后得到的高质量遗传标记,使用Joinmap4.0进行连锁群划分,采用最大似然法进行标记排序,排序后使用smooth算法对标记进行校正及推断,然后去除校正后出现的相似度为1的标记位点,使用Joinmap4.0回归算法对标记进行排序,采用Kosambi函数计算遗传距离,构建甜叶菊高密度遗传图谱。结果表明,父本图总标记数为2,521,遗传距离1,632cM,平均距离0.65cM,最大遗传间距9.34cM;母本图总标记数为3,363,遗传距离1,367cM,平均距离0.41cM,最大遗传间距6.06cM;整合图谱连锁群标记5,839个,总遗传距离为1,921cM,平均距离为0.33cM,最大遗传间距为9.35cM。最后再绘制相邻标记间连锁关系的热图,评价标记间连锁关系。构建甜叶菊高密度遗传图谱,为下一步发掘与甜菊重要性状有关的紧密连锁分子标记、开展分子标记辅助育种技术奠定了基础,为特种经济作物的遗传改良和分子育种开辟一条道路。
唐江云[9]2010年在《利用导入系定位氮胁迫下水稻产量性状QTL》文中提出产量性状是决定一个水稻品种特性的重要指标之一,有效穗、单株产量、株高、生物学产量是重要的产量性状,且属于多基因控制的数量性状。同时,氮是作物生长发育所必需的大量元素,也是限制作物产量的重要因素。但氮肥的大量使用导致氮素的利用效率降低,造成能源浪费,经济效益下降,水稻品质下降和环境污染等一系列问题。筛选出耐低氮杂交水稻骨干亲本,并对上述水稻产量性状进行数量性状基因座(QTL)定位,是解决上述问题的有效途径,对提高氮素利用率、降低生产成本、提高水稻产量等方面具有重要的现实意义,对揭示产量性状分子遗传机理也具有重要的理论意义。导入系(ILS)含有一个或几个来自供体亲本的染色体片段,消除了遗传背景的干扰,是用于QTL鉴定和精细定位的重要试验材料。本研究以重穗型优良籼稻恢复系蜀恢527为受体亲本,中粳中熟常规稻新品种楚梗12为供体亲本,采用回交和分子标记辅助选择相结合的方法,建立了66个导入系,并对其在大田栽培条件下作正常和低氮处理。对两种处理下的单株有效穗、单株产量、株高、生物学产量进行QTL鉴定和分析。主要结果如下:1.用350对微卫星标记对轮回亲本蜀恢527和供体亲本楚梗12之间多态性进行了检测,筛选出64个在亲本间具有明显多态性且带型较好的分子标记,这64个标记覆盖了水稻的整个基因组,多态率为18.29%,标记平均间隔距离为19.24 cM。2.经田间筛选和分子标记检测,本实验获得66个导入系。这些导入系的代换片段分布于水稻的11条染色体上,但在各条染色体上的分布很不均匀,其中1号染色体最多,12号染色体上未检测到导入片段。所有导入系代换片段总长度为1392.74 cM,平均每个导入系代换片段的长度为20.48 cM。3.利用QTLIciMapping 2.0软件,用RSTEP-LRT法以显着水平PIN=0.05和POUT=0.10分别作为入选标记和去除标记的选择标准,以LOD≥2.5和LOD≥3.0作为阈值分别来判断QTL。检测导入系群体在正常和低氮处理下的单株有效穗、单株产量、株高和生物学产量的QTL共24个。其中在正常处理下共检测到11个QTL,8个单株有效穗的QTL,1个单株产量的QTL,2个株高的QTL,未检测到生物学产量的QTL;在低氮处理下共检测到13个QTL,5个单株有效穗的QTL,1个单株产量的QTL,2个株高的QTL,4个生物学产量的QTL。24个QTL分布于水稻1-8号染色体上,其中qph-1、qpn-1、qby-2、qby-4与前人的研究具有相似的结果,另外20个为新检测出的QTL。并检测到两个在不同处理下均能影响株高的位点qph-1a和qph-1b。4.在低氮处理下,单株有效穗QTL中效应最大的qpn-2b解释表型差异为49.301%,加性效应为0.826;单株产量QTL中效应最大的qyd-1解释表型差异为12.687%,加性效应为3.091;株高QTL中效应最大的qph-1a解释表型差异为25.593%,加性效应为4.313;生物学产量QTL中效应最大的qby-4解释表型差异为20.779%,加性效应为7.599。本研究建立了一批以蜀恢527为背景的水稻导入系,并分析了四个重要产量性状在两种处理下的QTL,为分子标记辅助育种构建单片段代换系和耐低氮水稻骨干亲本的筛选奠定了一定基础。
郭丽颖[10]2016年在《基于连锁与连锁不平衡作图解析粳稻稻瘟病抗性遗传位点》文中研究指明水稻是重要的粮食作物,稻瘟病是水稻主产区发生最严重的病害之一,培育抗病新品种是防治稻瘟病最经济、有效的方法。然而在实际生产中抗性品种会因新的稻瘟病菌生理小种的出现而导致感病,因此,不断地寻找新的抗源、发掘新的抗病位点,将有助于提高育种效率。所以深入研究水稻抗稻瘟病的遗传机制,挖掘抗病基因(QTL)及抗病载体材料,有利于推动水稻抗稻瘟病分子辅助育种,加快水稻抗病育种进程。连锁分析和关联分析是剖析复杂性状遗传基础的两种重要方法,两种方法结合应用有助于复杂数量性状的遗传解析,能够提高QTL的检测效率,使检测结果更为全面、可靠。粳稻栽培品种是稻瘟病抗性育种中最核心的种质资源。为此,本研究以东农415与丽江新团黑谷杂交衍生的RIL群体和227份粳稻栽培品种构成的自然群体为试验材料,利用连锁分析和关联分析检测与水稻苗期和分蘖期稻瘟病抗性相关的QTL位点,并挖掘抗性优异等位变异及相应的载体材料,同时进行杂交组合的预测,以期为粳稻抗稻瘟病的分子标记辅助育种和种质创新提供理论依据。主要结果如下:(1)利用7个中国鉴别品种对130个稻瘟病菌株进行鉴定,结果共鉴定出7个群38个生理小种,鉴出率达29.23%。其中ZA群和ZD群为优势种群,所占比例为43.85%和33.85%;优势小种为ZD5、ZD7、ZA53、ZA61、ZA55和ZA21,出现频率分别为21.54%、9.23%、8.46%、6.92%、6.15%和5.38%,总频率为59.23%,说明上述6个优势小种在黑龙江省稻瘟病菌群体中占据着主导地位。东农415对35个生理小种表现出抗性水平,抗谱达92.11%。从38个生理小种中优选出产孢好、致病力稳定的生理小种ZA5和ZD5用于后续稻瘟病抗性QTL分析。(2)在苗期和分蘖期,分别对RIL群体和自然群体接种后7 d和14 d的病害级别进行统计分析表明,各性状基本符合正态分布,呈现典型的数量性状遗传模式。t检验结果表明,2个供试群体7 d和14 d的病害级别差异极显着。(3)RIL群体利用123个SSR标记构建遗传连锁图,该连锁图覆盖12条染色体的2217.4c M。每个标记之间的平均遗传距离为18.0cM。采用完备区间作图法对苗期和分蘖期的稻瘟病抗性进行了QTL分析。在苗期,2个生理小种在2014和2015年2年中共鉴定出29个QTL,分布在水稻的第1、2、4、5、6、7、9和11染色体的23个区间内,其中与ZA57 d和14 d病害级别相关的QTL有5和8个;与ZD57 d和14 d病害级别相关的QTL有6和10个;有13个苗期稻瘟病抗性QTL在2年内均被检测到。在分蘖期,2个生理小种在2年中共鉴定出31个QTL,分布在第1、2、4、5、6、7、8、9和11条染色体的22个区间内,其中与ZA57 d和14 d病害级别相关的QTL有9和6个;与ZD57 d和14 d病害级别相关的QTL有9和7个;13个分蘖期稻瘟病抗性QTL在2年内均被检测到。(4)利用153个SSR标记对227份供试材料DNA进行扩增,共检测出多态性条带580条,变化范围为2~8条;群体结构分析表明,供试群体被分为2个亚群;54.7%的材料间亲缘关系系数为0;LD衰减大约发生在23 c M的遗传距离处。(5)利用153个SSR标记通过MLM模型对苗期和分蘖期稻瘟病抗性相关的性状进行关联分析。在苗期,两年共检测27个SSR位点,累积40次显着关联(P<0.05),分布除第3、9和10染色体外的9条染色体上,其中与ZA57 d和14 d病害级别相关联的标记位点有11和9个;与ZD57 d和14 d病害级别相关联的标记位点有8和12个。有14个苗期稻瘟病抗性位点在两年均被检测到;在分蘖期,两年共检测32个SSR位点,累积47次显着关联(P<0.05),分布除第3和8染色体外的10条染色体上,其中与ZA57 d和14 d病害级别相关联的标记位点有11和11个;与ZD57 d和14 d病害级别相关联的标记位点有12和13个。有14个分蘖期稻瘟病抗性位点在两年均被检测到。通过相同标记和比较图谱发现,苗期和分蘖期分别有21和18个标记位点与本研究或前人连锁分析检测到QTL位点的侧翼标记相同或者位于其区间内。(6)对经连锁分析(本研究及前人研究)验证或在2年中稳定被检测到的SSR标记位点进一步进行抗稻瘟病优异等位变异的挖掘。在苗期,共鉴定出43个抗稻瘟病优异等位变异,其中RM208-179 bp、RM208-185 bp、RM213-139 bp、RM213-145 bp、RM265-112 bp、RM27940-107 bp、RM28033-111 bp、RM530-170 bp、RM84-105 bp和RM84-115 bp等10个抗性等位变异同时与2个或2个以上性状相关联;在分蘖期,共鉴定出33个抗稻瘟病优异等位变异,其中RM1254-147 bp、RM208-179 bp、RM208-185 bp、RM224-168 bp、RM24475-287bp、RM24475-292 bp、RM265-112 bp、RM480-235 bp等8个抗性等位变异同时与2个或2个以上性状相关联。(7)根据苗期和分蘖期227份粳稻材料所含优异等位变异数目,把227个种质资源进行分组,计算各组(含有相同数目优异等位基因)的平均病情值,发现含有优异等位基因数目越多,其稻瘟病抗性水平越高。为此,本研究根据材料所含优异等位变异不同,以组合聚合最多优异等位基因为原则,同时结合表型数据(对2个菌株均表现抗病),预测了改良粳稻苗期和分蘖期稻瘟病抗性的杂交组合。其中,东农415×垦稻19、东农415×龙粳22通过有性杂交可使后代积累20个苗期抗稻瘟病的优异等位位点;龙粳17×藤系138通过有性杂交可使后代积累16个分蘖期抗稻瘟病的优异等位位点。为下一步分子设计育种和实际育种工作提供参考。
参考文献：
[1]. 基于籼稻全基因组剖析抗性基因的结构及其分布特点[D]. 张晓峰. 浙江大学. 2004
[2]. 水稻苗期稻瘟病抗性的全基因组关联分析[D]. 王彩红. 中国农业科学院. 2014
[3]. 非寄主抗性基因介导水稻抗细菌性条斑病的分子机理及水稻抗白叶枯病材料的筛选和QTL定位[D]. 许美容. 中国农业科学院. 2011
[4]. 影响稻米理化品质微效基因的定位与效应解析[D]. 刘鑫燕. 扬州大学. 2016
[5]. 广东杂交水稻抗瘟基因型构成及有效性研究[D]. 周继勇. 华南农业大学. 2016
[6]. 利用双向回交导入系和种质资源剖析水稻品质相关性状的遗传基础[D]. 王小倩. 中国农业科学院. 2017
[7]. 水稻条纹叶枯病抗性基因的图位克隆与功能分析[D]. 王琦. 南京农业大学. 2013
[8]. 甜叶菊高密度遗传图谱构建及其分子标记筛选[D]. 林明睿. 浙江农林大学. 2017
[9]. 利用导入系定位氮胁迫下水稻产量性状QTL[D]. 唐江云. 重庆大学. 2010
[10]. 基于连锁与连锁不平衡作图解析粳稻稻瘟病抗性遗传位点[D]. 郭丽颖. 东北农业大学. 2016
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