本实验室前期以东乡普通野生稻和日本晴为亲本创制了强耐盐染色体片段置换系CSSL91,本研究将其与日本晴和强耐盐种质Pokkati比较,结果显示CSSL91耐盐性与Pokkali相当.以CSSL91与日本晴构建的F2∶3群体为试验材料,日本晴和CSSL91为对照,以耐盐等级和幼苗存活率为指标.结果表明2个指标均成正态分布,QTL连锁定位分析共检测到5个耐盐相关QTL,分别分布于第4、9、10号染色体上,LOD值介于2.95～3.97,表型贡献率为9.83％～18.48％;其中耐盐等级QTL-qST4的表型贡献率最高,其定位在第4号染色体DX-C4-1～DX-S4-16标记间.分离群体分组分析法(BSA,bulked segregation analysis)分析检测到第4号染色体0～5.0 Mb区间有一个超过阈值的QTL,该区间与QTL-qST4重合,QTL连锁分析方法和BSA方法均在第4号染色体的0～5.0 Mb区间定位到耐盐等级QTL,说明QTL-qST4是可靠的耐盐位点;耐盐等级QTL-qST4-1和幼苗存活率QTL-qSSR4均定位在第4号染色体DX-C4-12和DX-C4-13标记间,LOD值分别为3.36和3.92,表型贡献率分别为13.97％和9.49％;在第9号、10号染色体还定位到两个耐盐等级QTL-qST9和QTL-qST10;其中QTL-qST4-1、QTL-qSSR4和QTL-qST10是本研究新定位的耐盐性QTL.本研究结果将为水稻耐盐性相关基因克隆和分子标记辅助改良水稻品种的耐盐性奠定基础.

[背景]稻瘟病是水稻的三大重要病害之一,每年对水稻生产都会造成较大的损失,生物防治稻瘟病已成防治该病害的重要手段,而目前鲜少有报道从药用野生稻中分离内生菌用以防治稻瘟病.[目的]从药用野生稻内生菌中挖掘对稻瘟病具有拮抗作用的微生物资源.[方法]采用分离法从勐遮药用野生稻中先分离出内生菌,再通过平板对峙法筛选对稻瘟病菌具有拮抗作用的菌株,通过形态学和 16S rRNA基因序列分析对菌株进行鉴定,同时筛选该菌株的最适培养基、pH、培养温度和摇床转速.[结果]筛选得到拮抗菌株Z5,在LB培养基上对稻瘟病菌菌丝生长的抑制率达到96.43%,经形态学和 16S rRNA基因序列分析,初步鉴定为短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus).在NYBD、CM、LB、NA和YSP这 5种培养基中,菌株Z5的最适培养基为NYBD培养基、最适pH值为 8.0-9.0、最适培养温度为 35℃、最适摇床转速为 250 r/min.[结论]短小芽孢杆菌Z5 对稻瘟病菌的生长具有较好的抑制作用,且该菌株耐高温、较耐酸碱,作为稻瘟病生防制剂研发具有一定的价值.

株高是影响水稻产量稳定性的重要因素之一,水稻株高相关QTL的定位及候选基因的挖掘,有助于深入了解株高分子调控机制,进而为培育理想株型的水稻品种奠定基础.以油占 8 号及广西野生稻为亲本构建的 285 个CSSL群体为试验对象,结合NGS与BSA-seq等方法,利用SNP和InDel 两种分子标记进行关联分析,对可能与株高相关的基因组区段进行定位.结果显示,Δ(SNP-index)分子标记在Chr.7 和Chr.10 中分别关联到 3.205 和 1.311 Mb大小的候选基因组区域.Δ(InDel-index)标记关联到的基因组区域大小分别为 2.848 和 1.292 Mb,且全部包含于Δ(SNP-index)关联到的区间内.结合GO、KEGG、Uniprot、eggNOG等数据库中的功能注释、高质量多态性位点筛选以及已有的株高相关转录组数据,最终关联到Chr.7 中的 5 个候选基因,包括功能和机理已知的OsTCP21.RT-qPCR结果显示,OsTCP21 在高株和矮株中的表达差异与已有研究结果相一致,LOC_Os07g05050 和LOC_Os07g02850 在高株中表达量较高,LOC_Os07g04220 和LOC_Os07g02770 在矮株中表达量较高.这 5 个候选基因在水稻株高性状的调控中起重要的作用,OsTCP21是一个关键调控基因.

利用以栽培稻9311为受体、普通野生稻为供体的染色体单片段置换系CSSL182,检测到一个与粒宽相关的QTL.CSSL182与受体亲本9311粒型性状差异显著,且只在8号染色体有一个野生稻导入片段.构建CSSL182/9311的F2次级分离群体,将粒宽QTL初定位在8号染色体的标记RM447和RM264之间,贡献率达22.49％,将该QTL命名为qGW8.1.随后进一步设计区间内多态性分子标记引物,检测F2群体的2000株分离个体以及F2∶3群体交换单株,结合后代表型验证,最终将qGW8.1精细定位到8号染色体10 kb区间内.该区间内含有3个候选基因,基因测序发现这3个基因在双亲之间均含有丰富的变异.对双亲子粒颖壳细胞电镜扫描观察发现,CSSL182的颖壳细胞宽度比9311减少16.7％.这一结果表明qGW8.1中来自野生稻的等位基因通过改变颖壳细胞形状影响粒型.

为从尼瓦拉野生稻(Oryza nivara)中收集农业微生物肥料生产的菌种资源,对其内生菌进行分离、固氮酶活性测定、IS-PCR指纹图谱聚类、产生长素、解钾能力及生理生化特性测定.选取IS-PCR指纹图谱8个类群的代表菌株进行16S rRNA基因系统发育分析.从尼瓦拉野生稻中共分离到57株内生细菌,其中44株为内生固氮菌,固氮酶活性在5.79-899.72 nmol mL-1 h-1之间.16S rRNA基因序列分析及生理生化特性表明,所分离的植物内生菌属于Burkholderia contaminans、Herbaspirillum seropedicae、Rhizobium sp.、Bacillus methylotrophicus、Achromobacter xyosoxidan、Chryseobacterium bernardeti,Pseudomonas beteli和Klebsiella quasipneumoniae,表明尼瓦拉野生稻内生菌具有多样性.分离到的内生细菌均有产生长素的能力,其中N8、N35、N36产生长素能力最强,分别为41.66、34.96、30.41 mg/L.25株菌株具有不同程度的解钾能力,N37、N16解钾能力最强,分别为312、289 mg/L.N8、N35、N36、N37、N16接种生菜后,生菜株高增加12.47％-26.17％、叶片数增加20.41％-44.90％、叶长增长49.73％-62.23％、地上鲜重增加37.93％-68.00％、地下鲜重增加31.08％-40.56％、叶绿素含量增加27.94％-85.29％.接种菌株N37、N16的土壤与对照组相比,土壤速效钾含量分别增加52.55％和57.85％,表明菌株具有明显的促生效果.综上所述,从尼瓦拉野生稻中筛选到的5株多功能促生菌在未来农业微生物肥料生产应用上具有潜在的价值.

利用覆盖水稻12条染色体的64个分子标记,对广西境内已发现的283个野生稻自然居群按居群取样原则采集4173份代表性样本进行遗传结构分析并构建核心种质.结果显示,64个标记位点共检测出1180个等位变异,平均等位变异数为18.4375,Shannon指数为1.7367,Nei's多样性指数0.7182,表明广西普通野生稻资源遗传多样性十分丰富.同时,基于广西普通野生稻群体结构,构建了包含351份种质的广西普通野生稻核心种质,占原样本数的8.41％.广西普通野生稻核心种质,代表广西普通野生稻的多样性和特异性,为野生稻遗传资源的深入研究提供基础,从而为水稻育种提供应用信息.

利用一套以9311为背景的普通野生稻染色体片段置换系群体为研究材料,进行野生稻相关QTL的定位与基因的鉴定.在多年多点的抽穗期调查数据基础上,结合200多个分子标记引物的基因型鉴定结果,定位到11个与抽穗期相关的QTL;选取携带相关QTL导入片段的两个置换系进一步研究,发现2个抽穗期主效QTL均为已克隆基因的等位基因.利用叶鞘、稃尖、柱头颜色与9311差异显著的一个单片段置换系定位到来自野生稻的紫色性状基因OrC,初步鉴定与栽培稻的等位基因功能不同.这些结果再次表明染色体片段置换系是行之有效的QTL定位以及基因发掘的遗传群体.通过对抽穗期、紫色性状相关QTL的定位与基因的鉴定,为进一步的功能研究提供了基因资源.

水稻白叶枯病是最重要的水稻细菌性病害,严重威胁水稻生产和粮食安全.培育和种植抗白叶枯病水稻新品种是控制该病害最经济、有效、环保的技术手段.W6023是本课题组早期通过普通野生稻与IR24杂交创制的抗病基因导入系,前期转录组测序结果显示,Pong2-1 (Os02g20780)和Pong11-1(Os11g14160)在感病亲本IR24中激活表达,在抗病导入系W6023中不表达.Pong2-1和Pong11-1是水稻中Pong类转座子最相似的两成员,DNA同源性超过90％,但转录本却存在明显差异.为研究Pong2-1和Pong11-1是否与IR24的感病性相关,本研究利用CRISPR/Cas9系统定点突变IR24的Pong2-1和Pong11-1位点,获得了多个突变株系,毒力测试结果显示Pong2-1和Pong11-1突变后IR24的抗性得到一定提高,创制出6个抗白叶枯病水稻材料.

水稻(即亚洲栽培稻Oryza sativa)是世界上最重要的粮食作物之一,全球有超过半数以上人口以稻米为食.关于水稻是何时、何地、在什么环境下开始驯化等问题一直是学术界关注的热点.得益于分析技术的进步,近年来考古学和遗传学研究在水稻驯化起源问题上取得了重要进展.本文简要综述了有关长江流域的水稻驯化起源的遗传学和考古学的研究进展,并讨论了水稻驯化与稻作文化及长江文明的关系.遗传学研究结果认为水稻(粳稻)最早起源于中国长江流域及以南地区(珠江流域),考古学证据则表明水稻最先于10,000-8,000 BP在中国长江流域被驯化,水稻驯化和稻作农业的发展催生了长江文明.这些进展促进了我们对水稻驯化、稻作文化和长江文明的认识,对长江流域重要植物资源的保护也有启示意义.

茶陵普通野生稻在恶劣的环境中进化获得了许多栽培稻不具有的优良性状,是栽培稻品种遗传改良可以利用的优异种质资源.从野生稻中发掘和利用优异基因是当前水稻研究的热点.本文综述了茶陵野生稻种质资源评价及其抗病、抗寒等优异基因的研究利用情况,探讨了茶陵野生稻在今后水稻育种研究中的利用潜力,为更好地利用茶陵野生稻提供依据.