水稻杂种一代及其亲本分蘖期根系基因的差异表达
万字长文｜详解水稻父母杂交奥秘：父本主导未来可期，母本决定竞争格局
万字长⽂｜详解⽔稻⽗母杂交奥秘：⽗本主导未来可期，母本决定竞争格局其主要原因不仅在于本次换代品种产量、抗性、⽶质等⽅⾯均较上⼀代品种有所提升外，还在于其⼴适性极强并适应“双改单”的种植结构调整趋势，以及政府和企业的共同⼤⼒推动。
但究竟怎么才能选育出上述⼤⽥表现优异、符合产业化需求的优质种⼦呢？在品种选育的历史发展、品种格局的分析中，育种技术以及对亲本⾎缘的选择与选配均在特定阶段发挥了关键作⽤：两系法对三系法的突破使得亲本配组的⾃由度⼤⼤提⾼，亲本⾎缘相应地成为品种突破的重点。
⽽在亲本⾎缘的利⽤中，由于对单基因和主效基因利⽤难度较低且母本在⽶质改良⽅⾯作⽤更突出，亲本选择为⼀直以来育种研究和实践中的重点。
但随着分⼦技术的发展降低了对多基因遗传⽅式（⽔稻多数性状为多基因控制）的利⽤难度，亲本选配在育种实践中的重要性逐渐上升。
因此，不同于市场上局限于强调⼏个优势品种⾃⾝⽽对其品种⾎缘鲜有研究，亦或持有优势品种的选育及市场竞争格局主要由单⼀亲本为主导的观点（源于本次换代由华占主导），我们认为在品种选育及竞争格局分析中，除了备受关注的亲本选择，亲本选配亦极为关键——这也是我们后⽂分析的重要⽴论基础。
技术进步结束“⼤单品”时代，低品种集中度成为常态，⽽优质的突破性品种在⾏业竞争中的核⼼地位仍然突出。
在技术、政策、市场三重门槛的筛选下，以优质亲本为核⼼的良品系列占据市场优势，其中少数主流品种最为突出。
良品系列和主流品种的⾎缘特征为良品系列以母本为核⼼，主流品种母本集中、⽗本单⼀。
分析得知以上特征具有必然性，因此对战略选择及竞争格局的分析具有参考意义：研发优质母本的战略周期相对较短且⼀个优质母本往往能够选育出⼤的良品系列，使得以打造以母本为核⼼的品系竞争⼒的战略难度和风险相对较低，并能够在中、短期内获得丰厚且稳定的回报。
⽽较⼩的⼀般配合⼒叠加不确定性较⾼的特殊配合⼒，使得以⽗本为核⼼战略的难度和不确定性均相对较⾼。
育种实验指导（参考）
实验一水稻杂交育种程序参观一目的要求了解水稻育种的程序及各阶段的主要工作。
二材料和用具本院水稻育种科研试验田全部材料，笔记本，铅笔。
三内容说明水稻育种方法很多，主要参观杂交育种程序。
（一）原始材料圃种植水稻育种原始材料的地段叫原始材料圃，主要是种植国内外搜集来的原始材料。
每年不断地引入新种持，丰富基因库。
通过系统观察、细致研究，筛选符合育种目标要求的具有单一的或综合的优良性状的亲本。
种植的方法按类型（高杆矮杆、粳稻、灿稻）种植。
每份种20-30株，重点材料应每年种植，严防机械混杂，严格保纯，一般材料一室内贮藏能保持其发芽力的情况下，每年分批轮流种植。
每年从原始材料圃选出若干材料作亲本的种于新本圃。
亲本圃应根据需要分期播种调节花期，加大行距，便于操作。
（二）选种圃种植杂种后代的地段为选种辅圃1．杂交一代（F1）（1）F1的播种：由于杂交所得种子数量少，加之又是米粒，故杂交种子发芽不好，易腐烂。
所以杂交种子最好播在塘瓷盘中育苗，然后载于试验田。
每一组合栽成一区，一般F1种10-20株左右，复合杂交则F1应有100株以上。
在每一个杂交种附近应种亲本和对照品种，均有单本植。
（2）观察记载：记载各重要性状，特殊性状以及有无及杂种优势。
（3）去假杂种：在生长期中，着重去假杂种，去杂假种根据父本的指示性状进行。
（4）收获脱粒：一般按组合分虽收获脱粒，但如假杂种的真伪尚不能准确鉴定时，要分株收获脱粒。
2．杂交二代（F2）（1）F2的种植规模：由于F2是变异范围最大的一代，一般每个组合种植2000-10000株，以组合为单位种植。
行长5尺，行距8-10寸。
种植行数依组合要求总株数而定。
每20或50行加入两个亲本或对照品种。
种扦一行作为比较的标淮，一律采用单本植。
（2）观察记载：F2的分离现象是必然存在的，如某一组合没有出现分离现象则可能是假杂种应淘汰。
对株型，生育期，穗部性状，抗病性等重要性状的分离进行描述和评价，作为组合取舍和个体选择的依据。
文档：水稻杂种优势及其在生产上的利用
水稻杂种优势及其在生产上的利用1．什么叫杂种优势所谓杂种优势，就是把两个遗传基础不同的品种或类型，一个作母本，一个作父本进行有性杂交，所产生的第一代杂种，在生长势、适应性及经济性状等方面胜过母本和父本，这种“青出于蓝而胜于蓝”的现象，称为杂种优势。
水稻杂种优势主要表现在根系发达、生长繁茂、穗大粒多、产量高、品质好等方面。
据观测，杂交水稻单株苗数和根量比推广良种多40%～50%。
强大根群在土壤中分布深广，吸水吸肥能力强，从而促进了地上部分的生长，使之分蘖多，单株分蘖数一般10～20苗，最高可达200多苗，并且茎秆粗壮，叶面积系数大，叶绿素含量高，光合作用强，制造的营养物质多，有利于大穗大粒的形成。
推广良种一般每穗100粒左右，而杂交水稻一般每穗有150粒左右，最高的可达300多粒。
一般每亩比推广良种增产100斤以上，小面积最高亩产达1700多斤。
2．用什么办法来利用杂种优势杂交水稻具有强大的优势，那么人们采取什么办法来利用这种优势呢？大家知道，杂种优势一般是指杂种第一代的优势，到第二代一方面由于性状的严重分离，出现有的像母本，有的像父本，还有的介于两者之间，植株高矮不一，成熟期不一等现象；另一方面，由于自交，生命力减退，产量下降，因此，利用杂种一代优势，必须年年生产杂交种子。
而水稻雌蕊和雄蕊长在同一粒谷子内，自己给自己授粉，是一种雌雄同花的自花授粉作物，花器小，靠人工杂交生产杂交种子，事实上不能满足生产上用种的需要。
为了解决这个问题，目前人们采用的方法是选育出配套的水稻“三系”，然后利用“三系”配制出杂交种子供生产上用。
3．水稻“三系”——不育系、保持系、恢复系水稻“三系”是指雄性不育系、雄性不育保持系、雄性不育恢复系。
简称不育系、保持系、恢复系。
选育水稻“三系”的方法很多，有籼粳杂交，籼籼杂交，野生稻与栽培稻杂交，以及人工引变等。
我国目前生产上应用的籼型水稻“三系”，是利用雄花败育的普通野生稻作母本，与栽培籼稻品种作父本进行测交，然后选择后代出现不育的组合，以原父本连续回交五至六代，育成不育系和保持系；再选用栽培籼稻品种作父本，与不育系测交，筛选恢复系。
水稻育种中的重要性状遗传分析
水稻育种中的重要性状遗传分析一、引言水稻是世界上最重要的粮食作物之一，也是许多国家的主要粮食来源。
水稻育种是增加粮食产量和改善品质的关键。
在水稻育种中，了解水稻的重要性状的遗传特征是一项关键工作。
二、水稻的重要性状1. 产量水稻的产量是育种的关键目标之一。
产量的遗传因素复杂，可以分为单因素遗传和多因素遗传。
2. 生长期水稻的生长期也是一个重要的性状，因为不同品种的生长期有所不同，生长周期的长短也会影响产量。
一般而言，短期生长期的水稻品种产量较低，因为其生长时间较短。
3. 抗病性水稻病虫害是水稻生产中的主要问题之一。
抗病性是一个重要的性状，因为抗病性强的水稻品种可以在病害环境中生存并保持良好的产量。
4. 耐旱性水稻是一种水生作物，对水分的需求很高，并对干旱和缺水环境敏感。
因此，耐旱性也是水稻育种中的重要性状之一。
5. 籽粒品质水稻籽粒的品质直接影响其市场价值。
品质包括粘性、淀粉含量、色泽和口感等方面。
三、水稻重要性状的遗传分析1. 遗传基础水稻性状的遗传基础非常复杂，常见的遗传基因有单倍型基因、多倍型基因、三倍体基因、四倍体基因和染色体数变异基因等。
遗传基因是水稻性状表现的基础，了解水稻遗传基因的分布和特点是遗传分析的前提。
2. 基因型、表型和环境的关系水稻某一基因的表现是由其基因型、环境和自然选择等因素共同作用的结果。
通过分析基因型与表型之间的关系以及基因型、表型和环境之间的相互作用，可以了解水稻性状的遗传特征。
3. 基因定位基因定位是通过遗传分析确定水稻性状影响基因位置的一种方法。
基因定位可以使用单倍型基因分析、连锁图谱分析、克隆定位和基因组学方法等。
4. QTL分析QTL（量状性状基因）是一个影响复杂性状的基因群，通过QTL分析可以确定水稻性状影响的基因群，了解重要性状的遗传规律。
QTL定位可以使用关联分析和基因组学方法等。
5. 分子标记辅助育种分子标记辅助育种是在育种过程中使用分子标记技术进行优质育种的一种方法。
水稻杂交育种和基因编辑育种
水稻杂交育种和基因编辑育种一、水稻杂交育种的概述水稻是世界上最重要的粮食作物之一，是很多国家最主要的粮食来源。
为了满足人口不断增长的需求，提高粮食产量和质量，水稻的杂交育种发挥了重要作用。
杂交育种是利用两个亲本之间的杂交优势，通过杂交组合产生的新基因型，产生优良杂种的一种育种方法。
二、水稻杂交育种的原理水稻杂交育种的原理是利用亲本间的互补基因作用，合理利用两个亲本的遗传优势，产生优质、优量的新品种。
水稻的杂交方式有两种，一种是自交系杂交，另一种是常用的本系杂交。
1. 自交系杂交自交系杂交是将同一品系不同亲本间进行杂交，其原理是在选择相同母本的特殊种群中进行自交。
种子发育期间，只取去花药能力较差或去除花药的花序，使花序在四周被挂黑色袋子，防止异交和自交，直到结籽时才除袋移花粉，使花序受精。
通过长期的自交选育和筛选，选出高产、抗病、适应性强的优良自交系。
自交系杂交在选育方面有一定的局限性，主要表现在无法有效利用基因的多样性，扩展品种的遗传基础，不具有双亲杂种优势。
2. 本系杂交本系杂交是利用不同的无瘤、对病菌无感的良种亲本，通过配组产生优良杂种的一种育种方法。
这里的无瘤指的是亲本具有双重抗性，一方面不带有病原体，另一方面能够为后代带来抗病能力。
本系杂交在实践中最常用。
本系杂交的方法是将母本花尖切除，常用的方法是在花药刚开始膨胀时，以小剪刀剪掉花药，使其失去繁殖能力，避免自花授粉。
用无色无味的石蜡压实花药，然后用细胞布包住，保持其清洁，并在适当时期取出。
待母本配基完成后，将雄株上的花药采集，以适当方式与配基表质的母本进行授粉。
三、水稻杂交育种技术细节取决于成功，水稻杂交育种技术繁琐且要求高。
其步骤主要包括品系筛选、花固定、母本荷包、授粉与种子的处理。
1. 品系选择品系的选择对于水稻的杂交育种非常重要。
在选择品系时，应选择适应性高、繁殖性较强、生长势强、抗病能力强等特性。
此外，还要注重亲本的遗传多样性，以便更好地利用遗传多样性对后代基因的优化。
宁夏杂交粳稻农艺性状杂种优势及其亲本配合力分析
水稻是宁夏引黄灌 区三大 主栽作物 之一 ， 有着悠久 的种植历 史， 也是宁夏具有 区域性优 势特 色的农产品。杂交粳稻 是近期 内
于 ２ ０ 年配 制（ ） ０３ ６ ６ 不完全双列杂交 组合 ，０４年在宁夏 Ｘ ２０ 农林科学院农作物研究所 水稻试验 田种植全部亲本 （ Ｐ不育系用 相应 的保持系代 替 ） 杂交组合 （ ， 及 Ｆ ）随机 区组设计 ， 次 重复 ， ３ ４
科学院农作 物研 究所水稻 杂种优势利 用研究课题组。
１ 试 验 设计 ． ２
表 １ 杂 交组合各农艺性状 的表现
收稿 日期 ：０ ７ ０ — ６ ２０ — ６ ２
作者简介 ： 马洪文（９ ６ ） 男， １６ 一 ， 宁夏永宁人 ， 高级农艺师 ， 从事水稻新品种选育研 究。Ｅ ｍ ｉ ｘ ｗ ６ ． ｒ 主要 － ａ ： ｍｈ ＠１３ ｏ ｌ ｎ ｃｎ
２ 结果 与分析
２１ 各 组合 农艺 性 状的 表现 ．
表 １列出 了 ３ 个 组合 ９个农 艺性 状的最大值 、最小值 、 ６ 平
均数 、 变异系数 ， Ｆ 代植 株农艺性状 中变异系数 由大到小顺序 在
依次是二次枝 粳数 、 每穗总粒 数、 每穗 实粒数、 单株产量、 单株有 效穗数、 一次 枝粳数 、 长、 穗 干合于在宁 夏种 植 ，平均单株 有效穗 数 ７７ ．
一
个 ， 现 出了杂 交粳稻分 蘖力强 的特性 ， 穗总粒数 、 穗实粒 表 每 每 数、 千粒重、 单株产量平均值分别为 １ ３５ 、 ８６ ．粒 １ ． ２ Ｏ ７粒、 ７１ ｇ ２ ．８ 、
优 质稻谷 ， 将实现粳稻 的第二次科技革命 ， 会产 生 巨大 的社会 效
益和经济效益［。杂交粳稻过去在宁夏的水稻 增产中起了重要的 １ 作用 ， 近年来其发展势头 出现 了下滑 。本文 报道宁夏在 三系 但 ］ 杂交粳稻选育 中不育 系和恢 复系配 制的杂交组合农 艺性状杂种 优势和亲本配合 力的分析结果 ， 旨在为今后宁夏杂交粳稻 的选 育 和亲本利 用提供依据。
论述作物利用杂种优势的途径有哪些方面
与杂种衰弱相反，有些种间杂交组合中还可见到F1植株的某些器官或整个植株体表现出强大的营养生长优势。
即使是在一些局部器官畸形的植株上，往往亦可见到其他部分的旺盛生长势。
在植物的种间杂交中，F1代的杂种优势比杂种衰弱更为常见，尤其是在成株阶段。
禾谷类的种间或属间杂交中，F1植株的杂种优势常表现为分蘖增加，株高、穗轴、护颖及外颖增大。
例如曾报道斯卑尔脱小麦×黑麦F1代植株的干重为双亲均值的8倍。
芸苔属的种间杂种，以及芸苔属与萝卜属(Raphanus)杂交产生的F1代植株常表现出植株高大，生长势旺盛的特点。
用果重为2kg的笋瓜(Cucurbita maxima)作母本与果重4．8kg的南瓜(C.moschata)杂交，F1代的单果重达10.35kg。
在观赏植物醉鱼草(Buddleia)中，以驳骨丹×日本醉鱼草(B．aslatlca × B.japonica)产生的杂种一代，其花大而美丽，且花朵数目剧增(香川冬夫，1957)。
澳大利亚悉尼大学作物科学院从俗名为袋鼠爪花(Kangaroopaw，Anigozanthos)的野生种间的杂种一代中培育的品种，花期长、生长势旺，且耐逆性强，远销欧美(Goodwin，1989，私人通讯)。
东方白松和西方白松的杂种植株生长速率显著大于双亲，F1达到的高度为三年前种植的西方白松的232％(Allard，1960)。
种间杂种一代的超常优势来源于高度的异质结合。
由于种之间的遗传分化程度比种内的遗传差异大得多，因而种间F1杂种在集中双亲显性基因的数目上，在等位及非等位基因间互作的强度和广度上，以及在核质互作的程度上，都可能比品种间杂种大得多。
如何利用种间F1代强大的杂种优势，是植物育种家非常感兴趣的课题。
直接利用种间F1代繁茂的营养体，是最经济有效的杂种优势利用途径。
多年生植物常进行无性繁殖，一旦产生了在生活力上明显超过亲本种的F1杂种，这些植物就能利用各种无性繁殖方式大量繁衍后代。
水稻的分蘖期名词解释
水稻的分蘖期名词解释水稻是世界上最重要的粮食作物之一，每年给全球数以亿计的人们提供粮食。
在水稻的生长过程中，分蘖期是一个重要的阶段。
在本文中，我们将对水稻的分蘖期进行名词解释，以帮助读者更好地了解和理解这一生理过程。
一、分蘖期的定义分蘖期是水稻生长发育过程中的一个阶段，指每个水稻植株从主茎发出侧枝，并开始形成侧枝分蘖的时期。
分蘖是指水稻植株在分蘖期生长过程中，逐渐从一株变为多株，形成水稻田中茂密的植株群落。
二、分蘖的原因分蘖是水稻植株适应环境的一种策略。
在分蘖期，由于主茎生长点受到外界条件的刺激，如光照、温度等因素，导致主茎生长点休眠，侧枝生长点被激活，开始分蘖生长。
这样，水稻植株就能够更好地适应环境，利用光能和养分，增加生物产量。
三、分蘖期的时机在水稻的生长发育过程中，分蘖期通常分为早期分蘖期、中期分蘖期和晚期分蘖期。
早期分蘖期开始于拔节后的第2-3天，持续约7-10天；中期分蘖期从早期分蘖期结束后开始，持续约15-20天；晚期分蘖期从中期分蘖期结束后开始，一直延续到秋季收获。
四、分蘖的影响因素分蘖期的发生和分蘖数目受多种因素的影响。
其中，光照是影响分蘖的最重要因素之一。
光照越充足，植株的分蘖数目就越多。
温度对分蘖也有一定的影响，适宜的温度能够促进植株的分蘖。
此外，土壤条件、水分供应等也会对分蘖产生影响。
五、分蘖的调控在农业生产中，为了达到最佳的产量和质量，对水稻的分蘖进行调控是非常重要的。
通过调整光照、温度和水分等因素，可以控制分蘖的数量和分蘖的强度。
一般来说，适度的分蘖有利于提高产量，但过多的分蘖会分散养分和光能，影响植株的发育和产量。
六、分蘖的农艺管理为了合理控制水稻的分蘖，农民在农田管理中采取了一系列的措施。
比如，在早期分蘖期，可以适时追施氮肥，促进植株的早期分蘖；在中期分蘖期，可以进行间插杂交措施，提高产量。
此外，还可以合理管理灌溉和排水，保持土壤湿度，有助于促进分蘖生长。
七、分蘖的研究意义对水稻分蘖过程的深入研究，不仅有助于揭示植物生长发育的机制，还对提高水稻产量和质量具有重要意义。
水稻分子育种技术研究
水稻分子育种技术研究一、引言水稻作为全球主要的粮食作物之一，其育种技术的研究一直受到广泛关注。
随着分子生物学技术的不断发展和普及，分子育种技术已经成为水稻育种的重要手段之一。
本文将围绕水稻的分子育种技术展开讨论，探究其在水稻育种中的应用和前景。
二、水稻分子育种技术的概念水稻分子育种技术是一种基于水稻遗传基因组信息的育种方法，它利用分子生物学技术分析水稻外部表型与内部基因组之间的关系，为选育水稻新品种提供依据。
相比传统的育种方法，分子育种技术可以大大加速水稻的品种改良过程，并且在保证育种效果的同时，减少了对环境和资源的依赖。
三、水稻分子育种技术的主要方法水稻分子育种技术的主要方法包括：1. 基因组学基因组学是水稻分子育种技术的核心。
通过对水稻基因组序列的分析和研究，可以深入了解水稻的基因组结构和功能，探究各种基因的作用和表达规律，为选育新品种提供关键的信息。
基因组学的主要技术包括基因组测序、基因组注释和基因组比较等。
2. 分子标记辅助选择分子标记辅助选择是水稻分子育种技术的另一种重要手段。
它利用特定的分子标记检测水稻品种的遗传差异，确定不同品种的遗传基因型，选择与目标性状相关的遗传基因，并对水稻种质资源进行评估和筛选。
分子标记辅助选择主要包括单核苷酸多态性标记、序列标记、核酸序列多态性标记等。
3. 转基因育种转基因育种是水稻分子育种技术的重要组成部分。
它采用基因工程技术将目标基因转移到水稻株中，从而改变水稻的遗传特征，提高水稻的产量和品质等。
转基因育种技术主要包括基因克隆、基因转移、基因表达和基因组稳定性等。
四、水稻分子育种技术的应用水稻分子育种技术在水稻选育中的应用主要包括以下几个方面：1. 高产优质抗病新品种的选育利用水稻分子育种技术，可以筛选出生长快、产量高、耐冷、抗病等一系列优质性状的水稻新品种。
这些新品种不仅可以提高水稻的产量和品质，还可以有效地抵抗各种逆境和病害。
2. 遗传多样性的评估和利用水稻分子育种技术可以更准确地评估水稻种质资源的遗传多样性，发现新的基因和性状，充分利用和保护稻种资源，推动水稻品种改良和发展。
水稻育种方法及选育过程
水稻育种方法及选育过程水稻是我国主要的粮食作物之一，其育种方法及选育过程对于提高水稻产量和品质具有重要意义。
本文将介绍水稻育种方法及选育过程的相关内容。
一、传统育种方法传统育种方法是指利用自然交配、有性繁殖和选择的方式进行育种。
其主要包括以下几个步骤：1. 亲本选择：选择优良的亲本进行杂交，以获取优质基因。
2. 人工授粉：为了避免杂交，需要进行人工授粉，将雄花的花粉传到雌花的柱头上。
3. 选择杂交种：通过对杂交种进行田间试验和实验室鉴定，筛选出具有良好产量和品质的种子。
4. 多代选择：将杂交种培育为自交系，并进行多代选择，以提高水稻的适应性和稳定性。
二、分子育种方法随着生物技术的发展，分子育种方法也逐渐应用于水稻育种。
其主要包括以下几个步骤：1. 基因定位：利用分子标记技术，将目标基因定位到水稻染色体上的特定位置。
2. 基因克隆：通过克隆和表达目标基因，研究其功能和作用机制。
3. 基因转化：将目标基因转移到水稻中，以改良其性状。
4. 分子标记辅助选择：利用分子标记与目标性状的关联，快速选择出具有优良性状的水稻品种。
三、选育过程水稻的选育过程通常经历以下几个阶段：1. 目标确定：根据市场需求和种植区域的特点，确定选育的目标性状，如产量、抗病性等。
2. 亲本选择：根据目标性状和亲本的遗传背景，选择合适的亲本进行杂交。
3. 杂交组合：将优良亲本进行人工授粉，获得杂交种子。
4. 田间试验：将杂交种在田间进行试验，评估其产量和抗病性等性状。
5. 筛选和选择：根据试验结果，筛选出表现优异的杂交种，作为后续育种的亲本。
6. 连续选择：将表现优异的杂交种进行连续选择，逐步提高其产量和品质。
7. 纯系选育：通过自交和选择，将杂交种培育为纯系，以确保其遗传的稳定性。
8. 区域试验：在不同的种植区域进行试验，评估其适应性和稳定性。
9. 品种推广：将优良的水稻品种推广到种植区域，提高水稻的产量和品质。
总结起来，水稻育种方法及选育过程主要包括传统育种方法和分子育种方法。
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水稻杂种一代及其亲本分蘖期根系基因的差异表达3顾克余 翟虎渠 张红生(南京农业大学农业部农作物种质资源与育种重点开放实验室,南京210095)摘要 以汕优63组合为材料,运用mRNA 差异显示技术研究了亲本与杂种一代分蘖期根系基因的差异表达。
结果表明,与苗期相比,分蘖期根系基因的表达在质和量上都有显著的改变。
质的改变有:F 1特异表达的基因,F 1减弱表达的基因,F 1表现沉默(含父强母弱和父弱母强)和F 1增强表达;量的改变有:F 1弱势表达,F 1强势表达2种类型。
目前已回收了部分差异的cDNA 条带,其中差异条带RT 1的N orthern 杂交证明,它在杂种一代弱势表达,在亲本中强势表达。
关键词 水稻;根系;分蘖期;mRNA 差异显示;基因表达分类号 S5111103151Alteration of root system gene expression in rice hybridF 1and its parental lines at tillering stageG u K eyu ,Zhai Huqu and Zhang H ongsheng(K ey Lab of Crop G erm plasm and Breeding ,Ministry of Agriculture ,Nanjing Agric Univ ,Nanjing 210095)ABSTRACT The alteration of root system gene expression at tillering stage on hybrid rice F 1and its parental lines was studied by mRNA differential display technique using Shany ou 63combination as experimental material.The results indicated that as compared with that at seedling stage ,the root system gene expression at tillering stage displayed obvious alteration both in quality and quantity.Quantitatively ,there were over 2expression and under expression of gene in hybrid F 1with genetic expression trend toward a single parent.Qualitatively ,hybrid F 1could have specific gene expression ,single parent (maternal or paternal )gene silence ,and co 2suppression of parental gene and single parental gene expression.K ey w ords rice (Oryza sativa L.);root system ;tillering stage ;mRNA differential display ;gene expression杂种优势是一种普遍存在的生物学现象,但对其机理的研究远落后于实践。
多年来,许多学者从生理生化代谢[1]、同工酶分析[2]、DNA 限制性片段长度多态性[3]和DNA 含量差异[4]等方面对杂种优势进行了分析。
进入90年代后,Stuber 等[5]、X iao 等[6]和Y u 等[7]应用分子标记分别证明超显性、显性和上位性互作的杂种优势遗传模式。
在基因表达研究方面,程宁辉等[8,9]运用了mRNA 差异显示技术[10](differential display reverse transcription PCR ,DDRT 2PCR )分析了玉米及水稻苗期杂种一代及其亲本基因的差异表达,得出了一些有意义的结论。
胡建广等[11]获得一个超亲表达编码玉米转录起始因子eIF 24A 基因。
由于水稻的分蘖期是形成有效分蘖的关键时期,而有效分蘖的多少又是决定产量高低的重要因素之一。
因此,笔者拟以汕优63组合分蘖期的根系为材料,研究分蘖期杂种一代及其亲本根系基因表达的差异,以便深入探讨水稻杂种优势形成的分子遗传机理。
1 材料和方法111 材料 杂交稻汕优63及相应母本珍汕97A 和父本明恢63由南京农业大学水稻研究所提供。
种子经体积分 3校青年科研创新基金资助项目(9709)收稿日期:1999Ο03Ο15 南京农业大学学报 2000,23(1):1～4Journal o f Nanjing Agricultural Univer sity数为10%的次氯酸钠溶液消毒,播于试验田(复旦大学遗传研究所)。
待秧苗长至分蘖期(约播后60d)采集根系,洗后液氮冷冻备用。
112 引物序列3′端锚定引物 Y1:5′-AAG C(T)11C-3′;5′端锚定引物 P4:5′-GG ATG CC ACT-3′;P3:5′-AAG CTTTGG CTCC-3′;T20:5′-G ACC AATG CC-3′;以上引物均由复旦大学遗传所设计,复旦大学遗传工程国家重点实验室合成。
113 总RNA的抽提采用热酚法[12]提取总RNA,用DNAase(Sigma)除去样品中污染的DNA,经紫外分光光度计测定其OD260、OD280及其比值。
114 逆转录反应20μL反应体系中含有1μg总RNA,0101m ol/L DTT,1×RT缓冲液,40U RNasin,200U逆转录酶M2M LV,200mm ol/L dNTPs,100ng锚定引物。
42℃反应1h,65℃保温15min以灭活酶,-20℃保存。
稀释50倍后,取2μL作DDRT2PCR反应的模板。
115 差异PCR扩增按胡建广等[11]的方法略作调整。
在20μL DDRT2PCR反应混合物中加入反转录产物MgCl22μL, 5μm ol/L锚定引物1μL,5μm ol/L随机引物2μL,215mm ol/L dNTP各2μL,a232p2dATP1815×1010Bq, 10×PCR bu ffer2μL,Taq DNA polymerase1U。
PCR条件为:94℃5min,54℃2min,72℃2min,1个循环;94℃30s,54℃100s,72℃2min,40个循环;最后72℃延伸7min。
取6μL产物在6%聚丙烯酰胺凝胶上电泳4h(60W恒定功率、1800V以上电压),揭胶后真空抽干,-70℃放射自显影, 24h后冲片。
116 cDNA片段的回收与再扩增用煮沸法[10]回收差异片段,然后重新溶解于20μL双蒸水中,取10μL作为模板,用DDRT2PCR反应中相同引物组合和相同的扩增条件重新扩增。
117 N orthern blot 取父本明恢63、母本珍汕97A和杂种一代汕优63幼苗的总RNA各30μg,在含有甲醛的琼脂糖凝胶上进行RNA电泳。
按Sambrook等[13]的方法进行转膜、分子杂交和X光片曝光。
2 结果和分析211 RNA纯度测定 分别取明恢63、珍汕97A和杂种一代汕优63幼苗的总RNA样品各2μL溶于98μL DEPC处理过的双蒸水,测定其OD260,OD280和OD260/OD280。
结果表明,3个材料的OD260/OD280都在210左右,表明其纯度满足要求。
212 杂种一代与亲本mRNA的差异以亲本和杂种一代分蘖期根系组织提取的mRNA为模板,用引物组合Y1P3,Y1P4,Y1T20进行RT2PCR扩增。
扩增产物在测序胶中电泳展示出mRNA亚群的差异(图1)。
从中可以发现:①不同引物组合mRNA的差异类型显著不同;②98%以上 图1 杂交稻汕优63在不同RT2PCR引物组合中扩增的mRNA亚群的差异 Fig.1 Differences in mRNA subpopulation cDNA between hybrid rice(Shany ou63)and its parental lines(Zhenshan×Minghui63)amplified from RT2PCRanalysis using different primer pair(M—母本Maternal line;F1—杂种一代Hybrid;P—父本Paternal line)・2・ 南 京 农 业 大 学 学 报 第23卷的条带具有可重复性;③随着引物组合的不同,相同或相似的带型的比例不同;④引物组合Y 1P 3和Y 1T 20扩增的cDNA 条带丰富,信号较强,而Y 1P 4扩增的cDNA 条带较少,信号较弱。
213 表达质和量的差异根据RT 2PCR 扩增的结果,发现杂种一代与亲本基因表达存在质的差异;另外,亲本与杂种一代还表现量的差异(图2,3)。
图2 杂种一代与亲本根系基因表达质的差异A.杂种一代基因特异表达;B.杂种一代减弱表达;C.杂种一代沉默(母弱父强);D.杂种一代沉默(母强父弱);E.杂种一代强势表达Fig.2 Qualitative differences of gene expression between hybrid F 1and its parental linesA.S pecific gene expression in hybrid F 1;B.C o 2suppression of genes of parental lines in hybrid F 1;C.Maternal linesilence in hybrid F 1; D.Paternal gene silence in hybrid F 1; E.Parental gene expression in hybrid F 1图3 杂种一代和亲本根系基因表达量的差异A.杂种基因表达弱于双亲;B.杂种基因表达超过双亲;C.杂种和亲本表达一致;D.杂种基因表达偏向母本; E.杂种基因表达偏向父本Fig.3 Quantitative differences of gene expression between hybrid F 1and its parental linesA.G enes under 2expressed in hybrid F 1;B.G enes over 2expressed in hybrid F 1;C.G ene expression of hybrid F 1identical to its parental lines ;D.T rends of gene expression of hybrid F 1from maternal line ;E.T rends of gene expression of hybrid F 1from paternal line214 差异条带的N orthern 杂交验证回收条带RT1,用随机引物法制备探针,与水稻F 1及双亲幼苗的总RNA 进行Northern 杂交。