水稻落粒性的研究进展

作物学报ACTA AGRONOMICA SINICA 2009, 35(3): 381−387/zwxb/ ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9E-mail: xbzw@本研究由国家自然基金资助项目(30670188)资助。

*通讯作者(Corresponding author):毛龙, E-mail: maolong@; Tel: 010-******** **共同第一作者Received(收稿日期): 2008-08-11; Accepted(接受日期): 2008-10-24.DOI: 10.3724/SP.J.1006.2009.00381植物器官脱落分子生物学研究进展王翔陈晓博**李爱丽毛龙*中国农业科学院作物科学研究所 / 国家基因资源与遗传改良重大科学工程, 北京100081摘要: 植物器官脱落(organ abscission)是自然界普遍的现象。

器官脱落发生的区域叫做离区(abscission zone)。

器官脱落时离区细胞的细胞间质和细胞壁发生降解, 导致远端器官离开母体。

离区的发育和功能行使是多种基因参与的精确而复杂的调控过程。

落粒性是作物栽培和育种中的重要农艺性状, 是植物器官脱落的典型形式之一。

落粒性适宜的作物品系驯化是人类文明史上最重要的成就之一, 但直到近年人们才对禾本科植物落粒的分子机制有了新的认识。

本文重点综述拟南芥、水稻、番茄等模式植物中离区发育和器官脱落的分子生物学研究进展, 并对今后的研究方向做了简要展望。

关键词:离区; 器官脱落; 落粒性Advances in Molecular Biology Study of Plant Organ AbscissionWANG Xiang, CHEN Xiao-Bo**, LI Ai-Li, and MAO Long*Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences / National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement, Beijing 100081, ChinaAbstract: Organ abscission is a ubiquitous phenomenon in the plant kingdom. Abscission occurs at specific sites called abscission zones (AZs). The development and functioning of AZs are complex and precise processes which involve many genes. Degradationof cell wall and middle lamella at AZs causes cell separation and leads to shedding of distal organs. Seed-shattering is one of the most important traits in crop cultivation and breeding and is a typical case of organ shedding. Domestication of non-shattering crop lines is one of the greatest achievements of human civilization, but untill recently its molecular mechanisms started to be revealed. This review focuses on the advances in the molecular biology study of abscission zone development and organ sheddingin Arabidopsis, rice, and tomato. The paper provides a brief perspective for the future research in this important arena. Keywords: Abscission zone; Organ abscission; Seed-shattering植物器官脱落不仅对于物种的繁殖和传播有重要的生物学意义, 而且对于农业生产具有重要的影响。

水稻粒型调控机制及相关基因在育种中应用研究进展水稻粒型是指水稻颖壳内的稻谷形状和大小，与水稻产量和品质密切相关。

水稻粒型调控机制主要包括颖稃和花器官发育以及内源激素信号调控等。

近年来，随着分子生物学和遗传学的发展，水稻粒型调控机制的研究取得了显著进展，并且已经成功应用于育种实践中。

颖稃是影响水稻粒型的重要因素之一、研究发现，颖稃的发育受到多个基因的调控。

例如，Hd6基因编码的E3连接酶是水稻颖稃大小的主要控制基因之一，通过介导蛋白质降解调控颖稃发育过程。

此外，OsMADS1和OsMADS6基因调控颖稃发育也起到重要作用。

这些研究为深入探究颖稃发育机制提供了重要的理论基础。

水稻花器官发育过程也对粒型具有重要影响。

花器官发育的关键是融合作用和自什作用之间的平衡。

在典型杂交水稻品种中，柱头的延伸程度和花粉发育时间的错位是控制籽粒形态的重要因素。

研究表明，QTSV2、SPS1和GS2等基因调控花器官发育过程中的融合作用和自什作用。

如通过对QTSV2基因的突变，可以显著改变花器官的形态，从而影响籽粒形态。

除了颖稃和花器官发育的调控，内源激素的信号也在水稻粒型调控中发挥重要作用。

植物内源激素主要包括生长素、赤霉素、细胞分裂素、激动素和脱落酸等。

这些激素通过上下游信号转导调控多个基因的表达，从而影响水稻粒型的形成。

例如，赤霉素参与了水稻颖稃发育的调控，而细胞分裂素则调控了颖稃和花器官的大小。

综上所述，水稻粒型调控机制的研究取得了重要进展，并且已经在育种中取得了具体应用。

未来，随着深入研究的继续进行，相信水稻粒型调控的研究会为水稻产量和品质的提高提供更多的理论依据和技术支持。

水稻基因组和遗传育种的研究进展水稻，作为世界上最为重要的粮食作物之一，一直以来都受到人们的重视。

为了提高水稻的产量和质量，科学家们不断探索水稻的基因组和遗传育种，取得了许多研究进展。

第一部分：水稻基因组的研究进展1.1高质量水稻基因组测序和注释2002年，国际水稻基因组组织(IRGSP)启动了水稻基因组测序工作，历时十年，于2012年公布了高质量水稻基因组序列。

该项目不仅提供了水稻基因组的底图，也为全球的水稻研究工作提供了重要的资源。

除了基因组测序，对基因组的注释也至关重要。

2018年，中国、日本、美国等国的科学家们联合发表了一篇名为“HostPathogen”(Waxman)，通过整合多种表达组学数据，对水稻基因组的注释进行了更新，共发现了14614个新的基因，有效地促进了水稻基因组研究的深入。

1.2水稻基因组结构和功能特点的研究水稻基因组大小为389Mb，包含大约4.29万个基因。

其中，基因密度比拟其他植物要大，基因的组织分布也呈现出显著的区分。

此外，水稻的基因序列中还含有许多支配了基因表达和基因功能的调控因子，如调控元件、非编码RNA等。

这些结构和特点的研究有助于更深层次的解析水稻的遗传机制。

第二部分：水稻遗传育种的研究进展2.1利用基因编辑技术改良水稻水稻主要遗传特征的研究为利用基因编辑技术改良水稻提供了核心思路。

近年来，科学家们通过CRISPR-Cas9等基因编辑技术，针对水稻各个方面的遗传特征进行了深入的研究。

其中具有代表性的成果有：（1）使水稻茎粗略化的“SNU-16”基因的敲除，使其茎干更粗壮，抗风能力更强；（2）针对水稻的“脱粒非白化”基因进行靶向基因编辑，在保持其他基因不变的情况下，成功实现了水稻产量的提升。

2.2水稻病虫害抗性的研究水稻的病虫害是影响水稻丰产的主要因素之一。

研究表明，水稻的病虫害抗性主要由多个基因共同作用而得。

因此，为了实现水稻病虫害抗性的提升，科学家们也探寻了许多新的遗传调控方法。

⽔稻落粒性有关⽔稻落粒性的进化作物的进化往往开始于不落果或不落粒的植物。

这种导致⾕类作物进化的落粒性减轻的性状与⼤效应的遗传位点有关。

然⽽，这种关键的遗传过渡的分⼦基础仍然是未知的。

在此，我们证明⽔稻进化过程中落粒性的减少是由于⼈类对⼀个由未知功能的基因编码的DNA结合域处的⼀个替换蛋⽩质的选择。

⾕粒从花梗上的脱落是由离层控制的,⽽这种替换破坏了离层正常发育所必需基因的功能。

⽔稻，作为世界上的主要⾷物，是从野⽣杂草发育⽽来。

因为野⽣杂草的⾕粒成熟后⾃然脱落，所以⾕物早期进化的必要阶段是选择成熟后不落粒的植物以达到有效收获的⽬的(1,2)（Fig.S1）。

这种选择进程并不⼀定是有意识的，因为不过早落粒的植物有较好的机会被收获并在下⼀年被种植。

因此，在进化过程中不落粒等位基因的频率增⼤并最终代替落粒的等位基因。

我们发现⼀个基因位点，该位点可以解释⼤多数⾕类作物和它的原始亲本间的落粒性状的表型差异，这个发现证明对该基因位点的选择应该会加速进化过程(3-5)。

然⽽，选择的分⼦遗传基础尚未清楚。

⽔稻是由⼀个或两个亲缘关系很近的物种-O.nivara 和O.rufipogon-⼴布东南亚到印度(6,7)。

我们最近对O. sativa ssp. indica 和野⽣⼀年⽣的O. nivara杂交所获得的F2代群体进⾏分析发现了3个QTL-sh3, sh4 , sh8-是栽培稻的落粒性状减弱的主要因素(5)。

这些QTL中，sh4解释了69%的表型变异，其它两个QTL分别解释了6.0%，3.1%的表型变异。

故野⽣稻中的sh4基因是⼀个显性的引起落粒的基因。

两个先前使⽤O.sativassp.indica和野⽣多年⽣物种O.rufipogon..杂交来对QTL进⾏的研究发现四个和五个QTL(8,9)。

两个研究都在sh4的位置定位了⼀个QTL，并且这个QTL在检测到的QTL中具有最⼤或⼏乎最⼤的表型效应。

⽽且，对O.sativassp.indica japonica和O.rufipogon.以及其他两个亲缘关系很近的野⽣品种O. glumaepetula 和O.meridionalis的遗传分析发现了三个野⽣品种中都具有的⼀个单显性基因和落粒相关(10,11)。

国家水稻品种试验观察记载项目、方法及标准（试行）一、试验概况1、试验田基本情况（1）土壤质地：按我国土壤质地分类标准填写。

（2）土壤肥力：分肥沃、中上、中、中下、差5级。

2、秧田（1）种子处理：种子翻晒、清选、药剂处理等措施及药剂名称与浓度。

（2）播种期：实际播种日期，以月/日表示。

（3）播种量：秧田净面积播种量，以公斤/亩表示。

（4）育秧方式：水育、半旱、旱育等及保温防护措施。

（5）施肥：施肥日期及肥料名称、数量。

（6）其它田间管理措施：除草、治虫等措施及药剂名称与浓度。

3、本田（1）前作：冬闲田、绿肥田、水稻（小麦、油菜、蔬菜等）生产田等。

（2）耕整情况：机耕、畜耕、耙田等日期及次数。

（3）田间排列：完全随机区组排列（区试）、大区随机排列（生产试验）。

（4）重复次数：区试重复3次，生产试验不设重复。

（5）保护行设置：对应小区（大区）品种。

（6）小区（大区）面积：实插面积，以亩表示，保留小数点后2位。

（7）移栽期：实际移栽日期，以月/日表示。

（8）行株距：以寸寸表示。

（9）每穴苗数：1粒谷苗、2粒谷苗、3粒谷苗、4粒谷苗等。

（10）基肥：肥料名称及数量。

（11）追肥：施肥日期及肥料名称、数量。

（12）病、虫、鼠、鸟等防治：防治日期、农药名称（或措施）及防治对象。

（13）其它田间管理措施：除草、耘田、搁田等措施及日期。

4、气象条件：生育期内气象概况及其对试验的影响。

15、特殊情况说明：如病虫灾害、气象灾害、鸟禽畜害、人为事故等异常情况及其对试验的影响，声明试验结果可否采用。

二、试验结果在填写书面记载表和制作电脑文件时，中籼、晚籼、晚粳区试及生产试验各组按统一编号顺序、早籼区试及生产试验各组按试验方案中的品种顺序填写，以便电脑汇总分析。

1、生育特性（1）播种期：实际播种日期，以月/日表示。

（2）移栽期：实际移栽日期，以月/日表示。

(3)秧龄：播种次日至移栽日的天数。

（4）始穗期：10%茎秆稻穗露出剑叶鞘的日期，以月/日表示。

作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2020, 46(7): 969-977 / ISSN 0496-3490; CN 11-1809/S; CODEN TSHPA9 E-mail: zwxb301@本研究由中国博士后基金(2019M652920, 2018M633069)和国家自然科学基金项目(31901532)资助。

The study was supported by the China Postdoctoral Science Foundation (2019M652920, 2018M633069) and the National Natural Science Foundation of China (31901532).*通信作者(Corresponding author): 唐晓艳, E-mail: txy@ **同等贡献(Contributed equally to this work)Received (收稿日期): 2019-11-07; Accepted (接受日期): 2020-03-18; Published online (网络出版日期): 2020-04-16. URL: /kcms/detail/11.1809.S.20200416.1442.004.htmlDOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.92064杂草稻的特性及其危害与防治研究进展陈 雷1,** 金 曼2,3,** 张维乐2 王承旭2 吴勇斌4 王治忠4 唐晓艳1,*1华南师范大学生命科学学院, 广东广州 510631; 2 深圳市作物分子设计育种研究院, 广东深圳 518110; 3华南农业大学生命科学学院, 广东广州 510642; 4仲衍种业股份有限公司, 四川成都 610000 摘 要: 杂草稻(Oryza sativa f. spontanea )泛指具有杂草特性的水稻, 是稻田中的恶性杂草之一, 在生产中可严重危害栽培稻的产量和品质。

转基因逃逸及其环境生物安全评价研究进展——抗虫水稻案例分析卢宝荣【摘要】转基因技术研发为提高我国水稻产量和减少劳动力投入提供了巨大机遇.我国对转基因水稻研发进行了大量的投入,目前已培育了具有不同新性状的转基因水稻品系,许多品系已进入生物安全评价阶段.风险评价对转基因水稻的安全生产至关重要,是其商品化生产之前必须解决的问题,其中包括转基因逃逸及其潜在环境影响.对水稻抗虫转基因逃逸及其潜在环境风险的评价包括3个重要环节:(1)通过田间试验和模型模拟检测转基因漂移到非转基因栽培稻及其野生近缘种的频率;(2)检测转基因在栽培稻和野生近缘种后代中的表达;(3)确定转基因对野生近缘种群体适合度和进化潜力的影响.大量研究表明,在近距离的空间范围内栽培稻品种之间的基因漂移频率很低(＞0.1％),但栽培稻与其野生近缘种的基因漂移频率变异很大.进一步研究还表明,Bt抗虫转基因在栽培稻与普通野生稻后代中均能正常表达,但在其不同生长阶段,表达量有很大变异.在有较高水平的害虫虫压下,含有抗虫转基因的栽培稻及野生近缘种杂交后代与不含转基因的对照相比,抗虫性显著提高且适合度利益明显;但是,在虫害发生水平较低时,含有抗虫转基因的群体与不含抗虫转基因的群体相比没有显著的适合度优势.综上,转基因逃逸到非转基因水稻的频率极低,并且可以通过空间隔离阻断其逃逸.虽然抗虫转基因向杂草稻以及与栽培稻距离较近的野生稻群体的逃逸无法避免,但是野生稻和杂草稻群体周围环境中的总体虫压较低,所以基因漂移带来的环境影响应十分有限.【期刊名称】《生物安全学报》【年(卷),期】2014(023)004【总页数】7页(P217-223)【关键词】栽培稻;基因渐渗;天然杂交;生物安全;生态风险;野生近缘种;适合度【作者】卢宝荣【作者单位】复旦大学生命科学学院生物多样性与生态工程教育部重点实验室,上海200433;南昌大学生命科学研究院,流域生态学研究所,江西南昌330031【正文语种】中文生物技术的创造发明在提高农业生产力和改善人类健康等方面起到了重要作用(Cooper,2008)。