水稻赤霉素生物合成基因GA20氧化酶（GA20ox—2）功能的丧失导致“绿色革命”

水稻赤霉素生物合成基因GA20氧化酶（GA20ox—2）功能的丧失导致“绿色革命”
Wx—mq基因的水稻品种和品系,设计了基
因水平的PCR引物,这个引物能够扩增
MilkyQueen,MilkyPrincess,Joiku436Etsu—
nail190中耽一瑚所特有的741bp带,后
四个品种(系)与MilkyQueen具有相同的系
谱.另一方面,在具有野生型等位基因(耽
一
b)的品种Koshihikari中则没有扩增到741
bp带,在其它不具有这个系谱的低直链淀
粉品种(系)如SnowPeaI1,NM391中也没有
用引物扩增到741bp带.因此,可以用PCR
检测到眠一嘲.
邱敦莲摘译自BreedingScience52(2):
131—135,2002
水稻赤霉素生物合成基因GA20氧化酶(GA2Oox一2)
功能的丧失导致"绿色革命"
MotoyukiAshikari等
20世纪6o年代,世界人口迅速增加和
耕地面积激剧减少使得人们担心粮食将不
能满足人口增长的要求,导致全球粮食危
机.考虑到这个问题,国际水稻研究所(m—
HI)培育了矮种水稻品种IR8,IR8被誉为
"神奇稻".IR8的广泛应用使水稻粮食生
产大幅度增加,结果扭转了亚洲所担心的粮
食不足.这项显着的成就被称为"绿色革
命".IR8的矮秆是由于sdl基因突变的结
果,这个基因在水稻生长中起着重要作用.
一
般来讲,施氮是提高粮食作物产量所
必须的,但施氮也诱导茎秆伸长,从而使侔
物整体株高增大.高秆作物易因风雨侵袭
而倒伏,从而导致产量大幅下降.IR8是用
台湾本地矮秆品种Dee—geo—WOO—gen(携带半矮秆基因sd1)与食口性好的印度尼西
亚品种Peta杂交育成的.得到的品种IR8
表现出Dee—geo—WOO—gen的sd1等位基因所引起的半矮秆表现型.m8成功地解
决了倒伏问题,它对增施氮肥有反应,使产
量得以提高而茎秆没有伸长.
和m8类似,台湾高产品种Taichung
本地1号和韩国的Tongil都具有来自Dee—geo—WOO—gen的sd1等位基因.日本的地方半矮秆品种Jikkoku和伽玛射线诱导的品种Reimei,以及伽玛射线诱导的美国品种Calrose76都携带有不同的sdl等位基因,
广泛地用于这些国家的水稻育种中.不同
的sdl等位基因用于籼粳稻亚种的育种中
这个事实证明了控制水稻植株高度的sdl
位点的适用性.已有人利用各种手段研究
了sdl突变体,而且这些研究在水稻育种中
得到了应用.
本文将报道sdl基因的生理,分子遗传
及生化特性.sdl基因的分离和其特性的
研究不仅为阐述其历史重要性有重要意义,
而且还为将来的水稻育种提供了新的策略. sdl突变体的赤霉索(GA)水平比野生型植
株低,但对外源GA反应敏感.克隆和序列
分析显示sdl基因编码GA生物合成酶
A20氧化酶.在测试的所有sdl突
变体中,观察到GA20氧化酶基因(GA200x
一
2)的核苷酸缺失或被代换,从而分别诱导
一
个内部停止密码和单个氨基酸代换.导
入野生型GA20OX一2基因的sdl植株表现出正常株高.大肠杆菌中的cDNA克隆产
生的重组GA20OX一2蛋白质催化G如转化为G.结果证实SD1编码活性GA20氧
9
化酶.GA20OX一2的表达完全受GA调控, 与其它植株的GA20OXS相似.水稻基因组
至少携带两个GA20氧化酶基因(GA20OX
一
1和GA20OX一2),SD1对应GA20OX一2,GA20OX一2在叶和花中表达而GA20OX 一
1则主要在花中表达.与sdl等位基因
有关的株高变矮是由于叶片中活性GA量
低的缘故,GA量低是由GA20OX一2基因发生突变引起的.在这些结果的基础上,我们
讨论了育种中GA在调节株高上的重要性.
邱敦莲摘译自BreedingScience52(2):
143—150,2002
Oryzarufipogon,水稻及其杂交种的花粉活力和寿命研究Z.P.Song
花药裂开后花粉活力的持续时间对成
功授粉,尤其是远系繁殖种的授粉是至关重
要的.它决定了那些存在特定繁殖障碍的
物种间异交的可能性.随着生物技术的飞
速发展,包括转基因水稻在内的更多转基因
作物正逐步获得,导致了可能出现的生态风
险方面的生物安全性问题.野生水稻物种
转基因渗入的评价已成为水稻育种者,环保
专家和制订政策的人所研究的一个重要问
题.研究野生的和栽培的水稻物种及其杂
交种的花粉活力和寿命对杂交率的评价是
十分重要的.
鉴定出一种适宜的方法对更精确地评
价花粉活力是关键性问题.在水稻中,评价
花粉可育性的普遍方法是检测用碘化钾溶
液(I2一ra)染色的成熟花粉.1995年Kha.
tun和FLowers曾经报道了采用花粉可育性
的离体培养方法,但很难获得一种适宜的培
养基.本研究进行了对各种不同的培养基
的筛选试验,以评价Oryzarufipogon,0.s口.
tiva及其杂交种在花药裂开后不同时间的
花粉活力和寿命.本研究还比较了花药裂
开后马上测定的花粉活力和采用(—ra)
溶液染色方法所获得的花粉可育性,以弄清
这两组数据的关系.
Oryzarufipogon是从中国湖南省Chaling
的一个自然群体中收集获得的.水稻品种
】0
Minghui63的种子由湖北农科院S.M.Mu教授提供的,并于1999年通过0.rufipogon (母本)与Minghui63(父本)间的杂交获得了杂交种.2000年在武汉大学遗传研究所的试验大田中种植这些杂种和亲本.就花粉
可育性评价而言,用1%I2一KI溶液染色后10分钟在显微镜下观察了新鲜花粉粒和成熟花粉粒.对具有不同成份的培养基(表
1)进行筛选,以筛选出最适的花粉萌发培养基.将具有不同花药裂开后时间间隔(O,1, 2,3,4,5,8,10,13,15,18,20,25,30和40分
钟)的花粉粒在一个装有约1.5mm厚度的明胶蛋白培养基的皮氏培养皿中培养.在34℃条件下培养1小时后在显微镜下记录已萌发的花粉粒数量.
P4,P5和P6培养基获得了最大的花粉
萌发率(表1).选用P5培养基作为随后的
花粉培养.本研究还观察到在25..40~C温度变幅中可获得较高的水稻已萌发花粉的百分率,在34℃条件下花粉萌发率达最高.
在两个亲本及其杂交种中,花药裂开后0分钟时的有活力花粉数比I2一Ⅺ可染色花粉数低得多(表2).大约有40%的0.,-.fi. pogon可染色花粉粒,13.5%的Minghui63 可染色花粉粒和50%的杂交种可染色花粉粒不能萌发.这表明采用I2一l(I染色方法的花粉染色力不能正确地反映花粉可育性,。