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【目的】为了尝试快速培育低镉籼稻,【方法】选取广泛应用的杂交水稻亲本华占和五丰B以及常规品种五山丝苗和中早35为材料,通过CRISPR/Cas9技术创制OsNramp5基因突变株系,在镉污染及正常土壤中种植并测定突变株系籽粒(糙米)镉含量,其他相关元素含量亦同时在镉污染土壤种植条件下测定,在非镉污染土壤种植条件下考查OsNramp5基因敲除对农艺性状的影响【。结果】成功获得了前述品种的Os Nramp5基因敲除株系;非镉污染条件下种植的4个品种OsNramp5基因敲除株系籽粒镉含量低于0.02 mg/kg,平均较野生型降低85.5%;而在镉污染土壤种植时,不同品种OsNramp5基因敲除株系籽粒镉含量低于0.1 mg/kg,平均比野生型降低94.8%;锰含量也降低52.7%,铬含量增加59.5%,铅含量在华占中增加79.1%,而在其他品种中无变化;铜、铁、锌、钙、硒和砷含量(后4种元素只在华占及衍生品系中检测)受影响较小或不受影响;OsNramp5基因敲除株系株高、结实率和千粒重较野生型小幅降低,而有效分蘖略微增加,产量平均减少6.9%。【结论】通过OsNramp5基因敲除,可以显著降低镉积累,但在某些种植条件下,代价为小幅产量损失;通过本研究获得的低镉OsNramp5基因敲除品系在镉污染地区具有较好利用潜力。 相似文献
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《中国水稻科学》2019,(5)
【目的】为了尝试快速培育低镉籼稻,【方法】选取广泛应用的杂交水稻亲本华占和五丰B以及常规品种五山丝苗和中早35为材料,通过CRISPR/Cas9技术创制OsNramp5基因突变株系,在镉污染及正常土壤中种植并测定突变株系籽粒(糙米)镉含量,其他相关元素含量亦同时在镉污染土壤种植条件下测定,在非镉污染土壤种植条件下考查OsNramp5基因敲除对农艺性状的影响【。结果】成功获得了前述品种的Os Nramp5基因敲除株系;非镉污染条件下种植的4个品种OsNramp5基因敲除株系籽粒镉含量低于0.02 mg/kg,平均较野生型降低85.5%;而在镉污染土壤种植时,不同品种OsNramp5基因敲除株系籽粒镉含量低于0.1 mg/kg,平均比野生型降低94.8%;锰含量也降低52.7%,铬含量增加59.5%,铅含量在华占中增加79.1%,而在其他品种中无变化;铜、铁、锌、钙、硒和砷含量(后4种元素只在华占及衍生品系中检测)受影响较小或不受影响;OsNramp5基因敲除株系株高、结实率和千粒重较野生型小幅降低,而有效分蘖略微增加,产量平均减少6.9%。【结论】通过OsNramp5基因敲除,可以显著降低镉积累,但在某些种植条件下,代价为小幅产量损失;通过本研究获得的低镉OsNramp5基因敲除品系在镉污染地区具有较好利用潜力。 相似文献
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【目的】探究在粳稻中敲除Os Nramp5基因对镉等金属元素积累、产量和品质的影响,为科学高效地生产优质健康粳米提供新材料和理论参考。【方法】利用CRISPR/Cas9技术,在优良食味高产粳稻品种南粳46背景下对OsNramp5进行基因敲除,结合标记辅助选择,获得了无外源基因的Os Nramp5敲除突变系,考查其产量和品质性状变化特征,以及在不同镉含量土壤中和锌肥、硒肥喷施后的籽粒镉、锰、硒等七种金属元素的含量变化。【结果】在T0代获得了5种OsNramp5不同变异类型的转基因植株,设计开发了其中3种突变型的特异分子标记,进而结合标记辅助选择,在各植株的T2代中获得不含潮霉素选择标记基因和CAS9蛋白基因的纯合敲除系。与野生型相比,无论在高浓度还是低浓度镉含量土壤中,敲除系整株包括籽粒中的镉含量和地上部组织中锰含量均显著低于南粳46;敲除系的株高略微下降,穗粒数显著降低并导致其单株产量明显下降,但在低分蘖肥处理中产量下降未达显著。敲除系稻米外观总体好于对照,蛋白质和直链淀粉含量明显高于对照,导致其食味值明显降低。敲除系籽粒中铜、锰和硒的含量显著低于对照,但在施用锌肥和硒肥后可以显著提高... 相似文献
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镉污染区棉花替代种植技术研究 总被引：5，自引：2，他引：3
在湖南长沙、株洲、湘潭三市重度镉污染区农田开展棉花多品种（系）多点试验，通过种植前后土壤镉含量测定及不同品种棉株镉含量测定和产量分析，筛选镉高积累棉花品种（系）；通过测定棉花不同部位（根、茎、叶、铃壳、种子、纤维）中镉含量，分析棉花吸收镉的效率和能力，探明在镉污染土壤条件下镉在棉株内的累积、迁移与分布规律；同时开展镉高积累棉花配套栽培技术研究，逐步形成镉污染区棉花生产技术体系，并在重度污染区逐步推广。研究结果表明，通过棉花对镉的高吸收、高积累实现镉污染区土壤修复，同时有效利用镉污染土壤创造经济价值是可行的。 相似文献
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【目的】创制新型抗稻瘟病香型早籼温敏核不育系，为高产优质杂交水稻选育提供资源。【方法】利用CRISPP/Cas9技术在水稻稻瘟病基因Pi21、温敏不育基因TMS5和香味基因Badh2的第1外显子处设计靶位点，构建多基因表达载体pC1300-2×35S::gTMS5-gBadh2-gPi21，转化优质常规籼稻品种中早70，测序鉴定分析获得纯合阳性稳定株系。利用稻瘟病喷雾接种和打孔接种方法对稻瘟病基因Pi21的纯合突变株系进行稻瘟病抗性鉴定，利用GC-MS技术对Badh2纯合突变株系的香味物质2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP）含量进行测定。【结果】在T0转基因株系中，Pi21、TMS5和Badh2突变频率分别为87.5%、80.0%和87.5%，突变类型多为双等位突变。从T1代中筛选不含载体骨架的纯合突变株系，获得两种三突变纯合株系。稻瘟病接种结果表明，与野生型相比，T2代Pi21纯合变异株系的抗性显著提高。同时，接种后纯合突变体株系内相关防卫基因的表达量显著上调，ROS积累量也显著增加。tms5纯合变异株系表现出典型的温敏不育特性，TMS5基因的表达水平与野生型相比显著降低，高温下UbL404基因的表达水平明显高于野生型。与野生型相比，在Badh2纯合突变体植株中Badh2的表达水平显著下调，并且香味物质2-AP含量极显著增加。【结论】利用CRISPR/Cas9技术成功对Pi21、TMS5和Badh2基因同时进行定向编辑，获得了具有高抗稻瘟病的香型温敏不育系，为高抗、香型不育系材料的选育提供参考，加快高产优质杂交水稻的选育。 相似文献
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从种植于镉污染农田的40份苎麻品种中,筛选农艺性状相差较大的8个品种进行植株各部分及土壤镉含量测定,发现苎麻植株各部分平均含镉量的总趋势为麻壳＞原麻＞根＞骨＞叶,其比例为8.4032.68752.56812.21781,同时比较不同品种植株各部分镉含量差异发现,1号品种(湘苎二号)茎的平均含镉量可达其根的4.7037倍,可达其叶的3 0189倍,另比较地上部平均含镉量和根际土的差异发现,5号品种(宜春红心麻)地上部平均含镉量可达其根际土的5倍左右,可使根际土的含镉量相对田间土壤降低80.84%,本试验揭示了苎麻具有很强的富集镉的能力,同时不同品种以及植株不同部位富集镉的能力相差很大,为苎麻治理重金属镉污染提供一定的理论依据. 相似文献
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镉污染环境中镉在苎麻植株各部分分布规律的研究 总被引：7，自引：0，他引：7
从种植于镉污染农田的40份苎麻品种中,筛选农艺性状相差较大的8个品种进行植株各部分及土壤镉含量测定,发现苎麻植株各部分平均含镉量的总趋势为:麻壳>原麻>根>骨>叶,其比例为8.4032.68752.56812.21781,同时比较不同品种植株各部分镉含量差异发现,1号品种(湘苎二号)茎的平均含镉量可达其根的4.7037倍,可达其叶的3.0189倍,另比较地上部平均含镉量和根际土的差异发现,5号品种(宜春红心麻)地上部平均含镉量可达其根际土的5倍左右,可使根际土的含镉量相对田间土壤降低80.84%,本试验揭示了苎麻具有很强的富集镉的能力,同时不同品种以及植株不同部位富集镉的能力相差很大,为苎麻治理重金属镉污染提供一定的理论依据。 相似文献
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【目的】基于水稻MAGIC-Hei(Multi-parent advanced generation inter-cross)群体,在多环境下挖掘镉含量相关新位点/基因,并筛选含有低镉等位基因的优良株系,为选育低镉积累品种提供新的基因和种质资源。【方法】将由8个亲本衍生的MAGIC群体分别于2017、2018、2019和2020年度种植于湖南长沙并开展稻米镉含量表型测试分析。利用GBS(genotyping by sequencing)简化基因组测序获得基因型数据,对稻米镉含量开展全基因组关联分析(genome-wide association analysis,GWAS),发掘QTL位点,解析其遗传机制。【结果】检测到了14个镉积累相关的QTL位点,除了第8染色体之外,其他11条染色体上均有分布。其中6个位点与已报道基因一致,8个为新发现位点。另外,这8个位点分布在第2、4、7、9和12染色体上,均可以在两个及以上环境中检测到,效应较为稳定,可用于下一步精细定位及功能研究。结合基因注释和基因表达分析结果,推测LOC_Os02g37160、LOC_Os02g49560、LOC_Os04g39010和LOC_Os06g46310为镉含量相关位点候选基因,这些基因与重金属转运和积累等功能相关。另外,我们筛选到10个携带有利等位基因的优良株系,可用于低镉积累水稻材料的创制。【结论】发掘了8个水稻镉积累相关性状的QTL位点和低镉优异材料,对于镉积累相关遗传研究和利用分子标记辅助选育低镉积累品种具有一定意义。 相似文献
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目的 为鉴定水稻AFP1在非生物胁迫响应中的作用,创制非生物胁迫抗性的水稻新材料。方法 以优异籼稻恢复系华占为转化受体,利用CRISPR/Cas9技术创制afp1突变体,并对afp1突变体的耐逆性进行初步鉴定。结果 AFP1靶点1和靶点2的编辑效率分别为66.67%和75.00%。所有突变株系中,突变类型仅有插入和缺失突变,90%突变株系的突变长度为小片段突变（<5bp）。获得了6种无转基因成分的afp1纯合突变体。正常条件下,afp1突变体株高和结实率降低,有效分蘖增加,穗长显著升高,单株产量在-4.06%和11.75%之间变化。和野生型相比,afp1突变体的ABA敏感性和叶片水分散失率降低,耐干旱、热和渗透胁迫能力提高。结论 编辑AFP1基因可提高水稻多种非生物胁迫抗性。 相似文献
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CHEN Zhuanzhuan # LI Xianfeng # ZHONG Min GE Jiaqi FAN Xiaolei ZHANG Changquan LIU Qiaoquan 《中国水稻科学》2019,33(6):513-522
【Objective】Gelatinization temperature (GT) is one of the key physicochemical properties in rice quality, which is mainly regulated by ALK (SSII-3) gene. In general, there are two ALK alleles among indica cultivars. To detect their functional differentiation in indica rice,【Method】Zhenshan 97B (a high GT variety carrying ALKc allele) and Longtefu B (a low GT variety carrying ALKb allele), were used as receptors for the generation of transgenic rice with down-regulation of ALK expression by RNA interference (RNAi).【Result】Down-regulation of ALK gene significantly decreased the GT of the transgenic lines. Due to the difference of original GT between the two receptors, the GT of transgenic rice lines derived from Zhenshan 97B (a high GT variety) decreased significantly, but it is slightly decreased in transgenic plants derived from Longtefu B (a low GT variety). The differential scanning calorimetry (DSC) results showed that the initial temperature of RNAi transgenic rice was significantly lower than the corresponding control and the transgenic lines were gelatinized in advance. The peak value of GT(Tp) in RNAi rice grains was significantly lower than that of the control under Zhenshan 97B background. However, Tp of RNAi rice grains under Longtefu B background was significantly lower than the control to a lesser extent. Also, down-regulation of ALK expression had a significant effect on rice physical-chemical characteristics. An increase of apparent amylose content in RNAi transgenic plants was detected due to the decreased expression of ALK gene. Besides, the pasting properties showed that down-regulation of ALK gene had obvious effects on peak viscosity and breakdown value, improving the taste of the transgenic rice. The gel consistency was significantly different among Zhenshan 97B RNAi lines and their parents, but no difference was found in Longtefu-derived transgenic lines.【Conclusion】RNA interference to ALK allele expression had a significant effect on rice quality, especially the gelatinization characters. Down-regulated expression level of ALKc allele would cause larger variation of physical-chemical characteristics between transgenic rice and their parent than that of ALKb allele. 相似文献
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【目的】稻米糊化温度是影响稻米品质的重要指标，该性状受主效基因ALK/SSII-3调控，ALK基因具有多个复等位基因，本研究旨在通过RNAi技术明确籼稻亚种中两个不同ALK等位基因的效应。【方法】以分别含有ALKc和ALKb等位基因的高糊化温度品种珍汕97B和低糊化温度品种龙特甫B为试验材料，使用RNAi技术构建ALK表达下调的转基因株系，通过对其稻米理化品质的测定来明确不同等位基因表达下调对稻米品质的影响。【结果】对不同转基因水稻目的基因的表达分析显示本研究中转基因株系的ALK基因受到了不同程度的干扰。重点分析了不同RNAi株系稻米的糊化温度，结果表明珍汕97B的RNAi转基因稻米的糊化温度极显著降低，而在低糊化温度品种龙特甫B背景中下调表达ALK基因后对糊化温度的影响较小；转基因株系与未转化亲本相比，米粉的起始糊化温度都显著降低，表现为提前糊化；在珍汕97B背景下干扰系的峰值温度与未转化亲本相比极显著降低，而在龙特甫背景下米粉的峰值温度与未转化对照相比显著降低。对不同转基因系的理化品质分析表明，ALK下调表达植株稻米的表观直链淀粉含量显著增加，下调表达ALK后会引起米粉峰值黏度和崩解值的改变。高糊化温度品种珍汕97B干扰系与未转化对照相比胶稠度呈现极显著性差异，而低糊化温度品种龙特甫干扰系的胶稠度与未转化对照相比没有差异。【结论】下调表达ALK等位基因对稻米理化品质产生显著影响，并且干扰不同等位基因的效应存在明显差异，即籼稻中的两个ALK等位基因的效应存在显著差异。 相似文献
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【目的】培育抗除草剂品种在水稻育种中具有重要意义。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,以黑龙江优质粳稻品种为材料,编辑乙酰乳酸合酶ALS基因,创制具有抗除草剂特性的水稻材料。【方法】利用CRISPR/Cas9技术,以乙酰乳酸合酶ALS为靶基因,构建单碱基突变载体pH-nCas9-PBE-ALS,以松粳22、龙粳46和绥粳18为转化材料,利用农杆菌介导转化获得转基因植株,通过对转基因植株的突变位点进行测序结合除草剂喷施试验,鉴定基因型及表型。【结果】经分子水平检测验证,获得ALSS627N突变植株10株,ALSS627N且1884G-A但第628位氨基酸未改变突变植株1株,ALSS627N/G628E突变植株1株。相较于野生型,以上三类突变植株均具有较强抗除草剂特性。【结论】利用CRISPR/Cas9基因编辑技术获得具有抗除草剂特性,能够稳定遗传,不含转基因标记的纯合株系,可为抗除草剂水稻育种提供基础材料。 相似文献
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臭氧胁迫对不同敏感型水稻干物质积累与分配的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
【目的】研究臭氧胁迫对不同敏感型水稻物质生产与分配的影响,为耐性水稻品种的选育提供参考。【方法】利用自然光气体熏蒸平台,以23个水稻品种或株系为供试材料,设置室内对照(臭氧浓度为10 n L/L)和臭氧浓度增高臭氧浓度为(100 n L/L)处理,研究臭氧胁迫对水稻成熟期地上部物质积累与分配的影响及其与最终生长量响应的关系。采用组内最小平方和的动态聚类方法,将所有供试材料按地上部最终生物量对臭氧胁迫的响应从小到大依次分为A、B和C三类不同敏感型水稻。【结果】与对照相比,臭氧胁迫使A、B和C类水稻成熟期地上部干质量平均分别下降19%、39%和52%,B和C类达极显著水平。臭氧胁迫使A类水稻成熟期叶片干质量略增,但使B类(-11%)、C类水稻(-25%)极显著下降。臭氧胁迫下A、B和C类水稻的茎秆和稻穗干质量均显著或极显著下降,其中茎秆干质量分别下降26%、41%和57%,稻穗干质量分别下降34%、59%和62%。臭氧胁迫使叶片占地上部干质量的比例大幅增加(+46%),而茎秆(-8%)和稻穗(-24%)占地上部干质量的比例极显著下降。臭氧处理与水稻类型对上述参数均有不同程度的交互作用,表现为A类水稻对臭氧的响应明显小于其他两类水稻。【结论】100 n L/L臭氧浓度严重影响水稻器官建成,减少光合产物向茎秆和稻穗的分配比例,但使叶片干质量比例大幅增加,臭氧熏蒸还导致茎秆机械强度明显下降。这些变化敏感水稻总体上较钝感类型水稻表现更为明显。 相似文献
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【目的】水稻温敏不育系的选育是两系杂交稻育种工作中的关键环节。TMS5是控制温敏不育的重要基因，在生产上也应用较广。为了加快水稻温敏不育系的选育进程，【方法】利用CRISPR/Cas9技术，在武运粳7号背景下对TMS5基因进行编辑。【结果】通过测序从22株T0代中筛选获得6株纯合的突变体，分析发现6个纯合的突变体产生了相同的遗传变异，都在TMS5基因第2外显子44 bp和45 bp之间插入碱基“A”，导致翻译提前终止。通过细胞学观察和人工辅助授粉证实获得的株系花粉败育而雌配子正常发育。【结论】这些结果表明对温敏不育基因TMS5基因进行编辑可以快速获得粳型温敏雄性不育系。 相似文献
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利用CRISPR/Cas9系统定向编辑水稻SD1基因 总被引：1，自引：0，他引：1
【目的】半矮秆水稻品种的选育和应用是水稻育种的最重大成果之一。半矮秆品种大多是半矮秆基因SD1(semi-dwarf1)功能缺失突变体,为了获得sd1突变体,本研究对SD1基因进行了定向编辑。【方法】利用CRISPR/Cas9系统,以SD1基因为靶基因,构建基因编辑载体CRISPR-SD1,用农杆菌介导的方法转化水稻恢复系申繁17和申繁24。【结果】在2个转化受体的T0代均获得了纯合的sd1突变体,并且在T1代株系中分离出了不含转基因序列的植株。2个品种的sd1突变体与各自的野生型相比,株高分别下降了25%左右。【结论】利用CRISPR/Cas9系统可以有效地对目的基因进行编辑,在水稻分子育种领域具有巨大的应用价值。 相似文献