水稻_9311_突变体筛选和突变体库构建
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在 EMS 诱变群体中, M2 共筛选到 植株地上部 农艺性状突变体 232 份, ( 占 EMS 诱变 M2 群体植株 总数的 4164% ) , 其中突 变频率最高的 为育性突变 ( 占群 体植 株总 数的 2152% ) , 其次 为白 化苗 突变 ( 占 0172% ) , 然后是矮秆突变( 占 0137% ) 和无芒突 变( 占 0122% ) 。经 M3 重复鉴定, 共筛 选到植株地 上部农艺性状突变体 189 份, 占 EMS 诱变群体 M2 收获植株总数的 3178% 。其中叶、茎、穗、生理性状 等突变体各占 0185% 、0149% 、0147% 和 1197% 。 213 根系性状突变体的筛选
法中, 最直接和有效的方法是构建饱和的基因突变 群体。采用理化诱变方法可以构建理想的水稻突变 群体, 为水稻功能基因组学的研究提供良好的物质 材料, 继而可以通过图位克隆等方法分离突变体基
因, 进一步揭示其基因功能。 目前, 一些学者运用 物理[ 6-7] 、化学[ 7-9] 、分子生
物学[10-17] 等方法构建了一些水稻突变群体, 但这些 研究多集中在粳稻, 筛选范围主要为植株的地上部 分表型 性 状 以及 生 物 及非 生 物抗 性。虽 然籼 稻 / 93110的全基因组序列已经测定完毕[ 18] , 但其中绝 大部分基因的鉴定和功能仍不清楚, 有待深入研究。 本试 验 同 时 利 用 C 射 线 和 甲 基 磺 酸 乙 酯 ( ethyl methan sulfonate, EMS) 溶液处理籼稻/ 93110 种子, 经 过筛选和重复鉴定, 得到一些包括根系性状在内的 植株农艺性状突变体, 新创建的籼稻/ 93110突变群
2003 年 11 月, 在浙江大学原子核农业研究所采 用60Co C射线辐照处理/ 93110干种子 500 g, 辐照处 理的剂量率为 10 GyPmin, 总剂量为 300 Gy。同期取 籼稻/ 93110种子 500 g 浸种 16 h, 用 014% EMS 处理 8 h 后晾干。 113 植株性状突变体筛选
作为单子叶植物基因组研究的模式植物, 水稻 基因组较小( 430 Mb, 约占 玉米 的 1P5 或小麦 的 1P 33) , 现已构建完 成了高密度的 物理图谱和遗 传图 谱[ 1-3] , 与其 他禾本 科植物 有着 良好 的共 线性[ 4-5] 。 因此, 水稻基因组的成功测序为基因功能分析和遗 传改良奠定了坚实的基础, 有助于推动水稻等粮食 作物的基础与应用研究。在多种基因功能的鉴定方
X基金项目: 浙江省科技厅重大科技攻关项目( 2003C12011) 、浙江省科技厅科技攻关 专项( 011102471、2004C2020-2、2004C22009) 、浙江省/ 151 人才工程0 专项基金资助。
作者简介: 叶俊( 1981 ) , 男, 湖北黄冈人, 硕士研究生, 主要从事植物遗传与种质创新研究。 * 通讯作者( Corresponding author) : 石春海( 1956 ) , 浙江新昌人, 教授, 博士生导师, 主要从事植物遗传与种质创新研究。
2003 年 12 月 3 日, 处理后的种子播种于海南陵 水县育种基地, 25 d 秧龄移栽。M1 成熟后按照 C射 线诱变群体和 EMS 诱变群体分别混合收种。
2004 年 5 月 24 日, 在杭州浙江大学实验农场播 种 M2 种子, 6 月 22 日移栽, 单本插。共移栽 12 018 株, 其中 C射线和 EMS 处理分别为 7 018 株和 5 000 株。观测株高、株型、穗部、叶片和生育期等植株性 状, 筛选各种形态突变体。成熟后于 2004 年 9 月分 单株收获。
2 结果与分析
211 M1 诱变生物学效应 在 C 射线和 EMS 溶 液处理 中, / 93110 种子 经
EMS 处理后的发芽率和成秧率均高于 C射线处理。 后者容易造成 大量致死突变, 成秧率 仅为 33% , 而 前者达 58% 。 212 植株地上部分农艺性状突变体的筛选
在 M2 全生育期中, C射线诱变处理群体中共发 现植株地上部形态变异体 505 份( 占 C射线诱变 M2
第 32 卷 第 10 期 2006 年 10 月 1525~ 1529 页
作物 学报 ACTA AGRONOMICA SINICA
Vol132, No110 pp1 1525- 1529 Oct1, 2006
水稻/ 93110突变体筛选和突变体库构建
叶 俊 吴建国 杜 婧 郑 希 张 志 石春海* X
关键词: 水稻; 诱变; C射线; EMS( 甲基磺酸乙酯) ; 突变体 中图分类号: S511
The Screening of Mutants and Construction of Mutant Population for Cultivar / 93110 in Rice ( Oryza sativa L1)
( 浙江大学农学系, 浙江杭州 310029)
摘 要: 利用 C射 线和 EMS 溶液诱变处理籼稻/ 93110 种子 , 经 过 M2 筛选 和 M3 重复 鉴定, 分别获 得 465 份 和 210 份( 共 675 份) 叶、茎、穗和根等性状变异的突变体, 突变频率为 5162% 。C 射线诱变群体的变异范围要大于 EMS 诱变群体, 突变 频率也较高, 但紫色叶鞘和叶片类病斑等少数突变类型只在 EMS 诱变群体 中出现。新构 建的突变体 库将有助 于进一步 开展水稻功能基因的研究。
12 018 份 M2 单株的种子发芽后进行苗期根系 性状突变体的筛选, 发现 C射线诱变群体中有短根、 无侧根、短侧根、根向地性异常、无不定根、种子根超 长等变异体共 147 份, 其中以短根突变出现的频率 最高。经过下一代的重复鉴定, 能够稳定出现突变 特征的根系性状突变体共 48 份, 占 C射线诱变群体 植株总数的 0168% 。在 EMS 群体中, 经重复鉴定共 发现短根、无侧根、根向地性异常等根系性状突变体 21 份, 占 EMS 诱变群体植株总数的 0142% 。 214 突变体特性 21411 叶片性状突变体 2141111 叶色突变 在诱变群体中发现白化和 黄化两种突变体。其中一部分在三叶期前后由于不 能进行光合作用而死亡; 还有一些秧苗可在三叶期 前后逐渐转为绿色而继续生长( 图版 Ñ- a) 。在 C射 线诱变群体中, 共发现白化苗 76 株, 其中 27 株 ( 占 35153% ) 能在三叶期前后转绿; 24 株黄化苗在生长 后期也逐渐 转为 淡绿色, 但 植株生 长势 不及 对照 / 93110。EMS 诱变群体中共发现白化苗 36 株, 其中 11 株( 占 1813% ) 能够自然转为 绿色。转绿速度较 快的在三叶期已完全转绿, 后期植株的长势长相与 对照/ 93110无明显差异; 转绿速度较慢的植株在三 叶期只是叶边缘转为绿色或部分叶片转为绿色, 后
Received( 收稿日期) : 2006-01-05; Accepted( 接受日期) : 2006-04-161
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作物学报
第 32 卷
体可为功能基因组学研究提供较好的基础材料。
1 材料与方法
111 供试材料 籼 型杂 交稻 恢 复系 / 93110 系 中 籼水 稻 品 种
( Oryza sativa L1 spp1 indica var1 9311) , 由江苏省里 下河地区农科所育成。 112 诱变处理
YE Jun, WU Jian-Guo, DU Jing, ZHENG Xi, ZHANG Zhi and SHI Chun-Hai*
(Department of Agronomy, Zhejiang University, Hangzhou 310029, Zhejiang, China)
Abstract: Rice has become an established model system in the last decade and the organism chosen in the study of the cereal genomes1 In order to find more mutants in the same genet ic background, the seeds of indica rice cultivar 9311 were treated with C-rays or EMS ( ethyl methan sulfonate) 1 Some mutants with the variations of leaf, stalk, panicle or root traits were found in the progenies, which the mutation frequency was 51 62%1 Four hundred and sixty-five out of the 675 mutants were induced by C-rays, and the other 210 mutants by EMS1 Comparing with the EMS mutagenesis population, more mutants were produced in C-rays mutagenesis populat ion1 But some mutants, such as the purple leaf sheath mutant and lesion resembling disease mutant, were only found in EMS mutagenesis population1 The mutant library created will be helpful for gene identification and gene functional analysis1 Key words: Rice ( Oryza sativa L1) ; Mutagenesis; C-rays; EMS ( Ethyl Methan Sulfonate) ; Mutant
群体植株总数的 7119% ) 。其中以育性突变频率最 高( 占群体植株总数的 4131% ) , 多数是育性< 50% 的部分不育单株, 少数表现完全不育, 其次为白化苗 突变( 占 1108% ) , 再次是无芒和矮 秆突变体( 分别 占 0149% 和 0143% ) , 其他如株型、叶形、穗形、颖壳 形状、生育期等变异的发生频率均 很低( 合计约占 0188% ) 。经过 M3 的重复观测和检验, 共筛选到植 株地上部分农艺性状突变体 417 份, 占 C射线诱变 群体 M2 植株总数的 5194% 。
第 10 期Fra Baidu bibliotek
叶 俊等: 水稻/ 93110 突变体筛选和突变体库构建
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期营养生长 较对 照/ 93110 弱, 单株 产量 比 对照 低 30% 左右。 2141112 叶形突变 主要表现为 卷叶( 图版 Ñb) 、半卷叶( 图版 Ñ- c) 、微卷叶( 图版 Ñ- d) 、窄叶( 图 版 Ñ- e ) 、皱 叶 ( 图 版 Ñ-f ) 等 变 异 类 型。与 对 照 / 93110相比, 卷叶植株在成熟期后的叶片、特别是中 下部叶片衰老较慢; 窄叶和皱叶的突变植株比对照 矮小, 成熟后结实率较低。 2141113 叶斑突变 在 EMS 诱变群体中发现一 株叶斑突变体( 图版 Ñ-g) 。苗期叶片表现病斑状, 后期叶片斑点逐渐消失, 转为正常植株, 其结实率、 穗粒数、千粒重等方面 与对照/ 93110无 明显差异。 在 C射线诱变群体中未发现此突变类型。 2141114 叶鞘突变 在 EMS 诱变群体中发现一 株苗期紫色叶鞘白化突变体 ( 图版 Ñ- h) , 在后期由 于无法转绿而死亡。在 C射线诱变群体中未发现此 突变类型。 2141115 光叶突变 在 C射线诱变群体中发现 5 株光叶突变植株, 全生育期植株叶片表现为淡绿色。 成熟后谷粒为光稃, 谷粒长宽比较对照增加, 具有光 身稻光叶光稃的形态特征。 2141116 叶丛生突变 在 C射线诱变群 体苗期 发现 1 株叶形态突变株, 新叶不断产生, 但株高不增 加, 全生育期植株表现叶片丛生的特征( 图版 Ñ- i) , 植株未能抽穗。 21412 茎秆性状突变 2141211 株高变异 / 93110株高为 115 cm 左右, 在 C射线和 EMS 诱变群体中发现的株高变异株, 5 株株高为 70~ 90 cm, 为矮秆变异( 图版 Ñ- j ) 。2 株 株高为 128 cm, 较对照/ 93110的株高增加了 1113% 。 2141212 株型变异 在 C射线诱变群体 中筛选 到 1 株散生突变株, 其分蘖角度较对照/ 93110 植株 明显增加( 图版 Ñ-k) , 且株高变矮, 可用于水稻分蘖 角度的遗传研究。 2141213 植株分蘖数目变异 主要表现 为无蘖 或少蘖突变( 图版 Ñ- l) , 但大部分 M2 少蘖变异株在
2005 年 5 月 18 日将在 M2 筛选到的形态变异植 株种子按单株播种于浙江大学实验农场( M3) , 每个 株系种植 24 株, 进行重复观测和鉴定。 114 苗期根系突变体的筛选
在收获的 12 018 份 M2 单株种子中, 各单株取 1 粒种子发芽后播于网盘上, 在培养室内生长( 昼P夜 温度为 28P17 e , 光照 12 h) , 三叶期筛选根系突变体 并移栽至大田, 成熟后收获种子, 继续催芽和进行根 系突变体的重复观测鉴定。
法中, 最直接和有效的方法是构建饱和的基因突变 群体。采用理化诱变方法可以构建理想的水稻突变 群体, 为水稻功能基因组学的研究提供良好的物质 材料, 继而可以通过图位克隆等方法分离突变体基
因, 进一步揭示其基因功能。 目前, 一些学者运用 物理[ 6-7] 、化学[ 7-9] 、分子生
物学[10-17] 等方法构建了一些水稻突变群体, 但这些 研究多集中在粳稻, 筛选范围主要为植株的地上部 分表型 性 状 以及 生 物 及非 生 物抗 性。虽 然籼 稻 / 93110的全基因组序列已经测定完毕[ 18] , 但其中绝 大部分基因的鉴定和功能仍不清楚, 有待深入研究。 本试 验 同 时 利 用 C 射 线 和 甲 基 磺 酸 乙 酯 ( ethyl methan sulfonate, EMS) 溶液处理籼稻/ 93110 种子, 经 过筛选和重复鉴定, 得到一些包括根系性状在内的 植株农艺性状突变体, 新创建的籼稻/ 93110突变群
2003 年 11 月, 在浙江大学原子核农业研究所采 用60Co C射线辐照处理/ 93110干种子 500 g, 辐照处 理的剂量率为 10 GyPmin, 总剂量为 300 Gy。同期取 籼稻/ 93110种子 500 g 浸种 16 h, 用 014% EMS 处理 8 h 后晾干。 113 植株性状突变体筛选
作为单子叶植物基因组研究的模式植物, 水稻 基因组较小( 430 Mb, 约占 玉米 的 1P5 或小麦 的 1P 33) , 现已构建完 成了高密度的 物理图谱和遗 传图 谱[ 1-3] , 与其 他禾本 科植物 有着 良好 的共 线性[ 4-5] 。 因此, 水稻基因组的成功测序为基因功能分析和遗 传改良奠定了坚实的基础, 有助于推动水稻等粮食 作物的基础与应用研究。在多种基因功能的鉴定方
X基金项目: 浙江省科技厅重大科技攻关项目( 2003C12011) 、浙江省科技厅科技攻关 专项( 011102471、2004C2020-2、2004C22009) 、浙江省/ 151 人才工程0 专项基金资助。
作者简介: 叶俊( 1981 ) , 男, 湖北黄冈人, 硕士研究生, 主要从事植物遗传与种质创新研究。 * 通讯作者( Corresponding author) : 石春海( 1956 ) , 浙江新昌人, 教授, 博士生导师, 主要从事植物遗传与种质创新研究。
2003 年 12 月 3 日, 处理后的种子播种于海南陵 水县育种基地, 25 d 秧龄移栽。M1 成熟后按照 C射 线诱变群体和 EMS 诱变群体分别混合收种。
2004 年 5 月 24 日, 在杭州浙江大学实验农场播 种 M2 种子, 6 月 22 日移栽, 单本插。共移栽 12 018 株, 其中 C射线和 EMS 处理分别为 7 018 株和 5 000 株。观测株高、株型、穗部、叶片和生育期等植株性 状, 筛选各种形态突变体。成熟后于 2004 年 9 月分 单株收获。
2 结果与分析
211 M1 诱变生物学效应 在 C 射线和 EMS 溶 液处理 中, / 93110 种子 经
EMS 处理后的发芽率和成秧率均高于 C射线处理。 后者容易造成 大量致死突变, 成秧率 仅为 33% , 而 前者达 58% 。 212 植株地上部分农艺性状突变体的筛选
在 M2 全生育期中, C射线诱变处理群体中共发 现植株地上部形态变异体 505 份( 占 C射线诱变 M2
第 32 卷 第 10 期 2006 年 10 月 1525~ 1529 页
作物 学报 ACTA AGRONOMICA SINICA
Vol132, No110 pp1 1525- 1529 Oct1, 2006
水稻/ 93110突变体筛选和突变体库构建
叶 俊 吴建国 杜 婧 郑 希 张 志 石春海* X
关键词: 水稻; 诱变; C射线; EMS( 甲基磺酸乙酯) ; 突变体 中图分类号: S511
The Screening of Mutants and Construction of Mutant Population for Cultivar / 93110 in Rice ( Oryza sativa L1)
( 浙江大学农学系, 浙江杭州 310029)
摘 要: 利用 C射 线和 EMS 溶液诱变处理籼稻/ 93110 种子 , 经 过 M2 筛选 和 M3 重复 鉴定, 分别获 得 465 份 和 210 份( 共 675 份) 叶、茎、穗和根等性状变异的突变体, 突变频率为 5162% 。C 射线诱变群体的变异范围要大于 EMS 诱变群体, 突变 频率也较高, 但紫色叶鞘和叶片类病斑等少数突变类型只在 EMS 诱变群体 中出现。新构 建的突变体 库将有助 于进一步 开展水稻功能基因的研究。
12 018 份 M2 单株的种子发芽后进行苗期根系 性状突变体的筛选, 发现 C射线诱变群体中有短根、 无侧根、短侧根、根向地性异常、无不定根、种子根超 长等变异体共 147 份, 其中以短根突变出现的频率 最高。经过下一代的重复鉴定, 能够稳定出现突变 特征的根系性状突变体共 48 份, 占 C射线诱变群体 植株总数的 0168% 。在 EMS 群体中, 经重复鉴定共 发现短根、无侧根、根向地性异常等根系性状突变体 21 份, 占 EMS 诱变群体植株总数的 0142% 。 214 突变体特性 21411 叶片性状突变体 2141111 叶色突变 在诱变群体中发现白化和 黄化两种突变体。其中一部分在三叶期前后由于不 能进行光合作用而死亡; 还有一些秧苗可在三叶期 前后逐渐转为绿色而继续生长( 图版 Ñ- a) 。在 C射 线诱变群体中, 共发现白化苗 76 株, 其中 27 株 ( 占 35153% ) 能在三叶期前后转绿; 24 株黄化苗在生长 后期也逐渐 转为 淡绿色, 但 植株生 长势 不及 对照 / 93110。EMS 诱变群体中共发现白化苗 36 株, 其中 11 株( 占 1813% ) 能够自然转为 绿色。转绿速度较 快的在三叶期已完全转绿, 后期植株的长势长相与 对照/ 93110无明显差异; 转绿速度较慢的植株在三 叶期只是叶边缘转为绿色或部分叶片转为绿色, 后
Received( 收稿日期) : 2006-01-05; Accepted( 接受日期) : 2006-04-161
1 52 6
作物学报
第 32 卷
体可为功能基因组学研究提供较好的基础材料。
1 材料与方法
111 供试材料 籼 型杂 交稻 恢 复系 / 93110 系 中 籼水 稻 品 种
( Oryza sativa L1 spp1 indica var1 9311) , 由江苏省里 下河地区农科所育成。 112 诱变处理
YE Jun, WU Jian-Guo, DU Jing, ZHENG Xi, ZHANG Zhi and SHI Chun-Hai*
(Department of Agronomy, Zhejiang University, Hangzhou 310029, Zhejiang, China)
Abstract: Rice has become an established model system in the last decade and the organism chosen in the study of the cereal genomes1 In order to find more mutants in the same genet ic background, the seeds of indica rice cultivar 9311 were treated with C-rays or EMS ( ethyl methan sulfonate) 1 Some mutants with the variations of leaf, stalk, panicle or root traits were found in the progenies, which the mutation frequency was 51 62%1 Four hundred and sixty-five out of the 675 mutants were induced by C-rays, and the other 210 mutants by EMS1 Comparing with the EMS mutagenesis population, more mutants were produced in C-rays mutagenesis populat ion1 But some mutants, such as the purple leaf sheath mutant and lesion resembling disease mutant, were only found in EMS mutagenesis population1 The mutant library created will be helpful for gene identification and gene functional analysis1 Key words: Rice ( Oryza sativa L1) ; Mutagenesis; C-rays; EMS ( Ethyl Methan Sulfonate) ; Mutant
群体植株总数的 7119% ) 。其中以育性突变频率最 高( 占群体植株总数的 4131% ) , 多数是育性< 50% 的部分不育单株, 少数表现完全不育, 其次为白化苗 突变( 占 1108% ) , 再次是无芒和矮 秆突变体( 分别 占 0149% 和 0143% ) , 其他如株型、叶形、穗形、颖壳 形状、生育期等变异的发生频率均 很低( 合计约占 0188% ) 。经过 M3 的重复观测和检验, 共筛选到植 株地上部分农艺性状突变体 417 份, 占 C射线诱变 群体 M2 植株总数的 5194% 。
第 10 期Fra Baidu bibliotek
叶 俊等: 水稻/ 93110 突变体筛选和突变体库构建
1 527
期营养生长 较对 照/ 93110 弱, 单株 产量 比 对照 低 30% 左右。 2141112 叶形突变 主要表现为 卷叶( 图版 Ñb) 、半卷叶( 图版 Ñ- c) 、微卷叶( 图版 Ñ- d) 、窄叶( 图 版 Ñ- e ) 、皱 叶 ( 图 版 Ñ-f ) 等 变 异 类 型。与 对 照 / 93110相比, 卷叶植株在成熟期后的叶片、特别是中 下部叶片衰老较慢; 窄叶和皱叶的突变植株比对照 矮小, 成熟后结实率较低。 2141113 叶斑突变 在 EMS 诱变群体中发现一 株叶斑突变体( 图版 Ñ-g) 。苗期叶片表现病斑状, 后期叶片斑点逐渐消失, 转为正常植株, 其结实率、 穗粒数、千粒重等方面 与对照/ 93110无 明显差异。 在 C射线诱变群体中未发现此突变类型。 2141114 叶鞘突变 在 EMS 诱变群体中发现一 株苗期紫色叶鞘白化突变体 ( 图版 Ñ- h) , 在后期由 于无法转绿而死亡。在 C射线诱变群体中未发现此 突变类型。 2141115 光叶突变 在 C射线诱变群体中发现 5 株光叶突变植株, 全生育期植株叶片表现为淡绿色。 成熟后谷粒为光稃, 谷粒长宽比较对照增加, 具有光 身稻光叶光稃的形态特征。 2141116 叶丛生突变 在 C射线诱变群 体苗期 发现 1 株叶形态突变株, 新叶不断产生, 但株高不增 加, 全生育期植株表现叶片丛生的特征( 图版 Ñ- i) , 植株未能抽穗。 21412 茎秆性状突变 2141211 株高变异 / 93110株高为 115 cm 左右, 在 C射线和 EMS 诱变群体中发现的株高变异株, 5 株株高为 70~ 90 cm, 为矮秆变异( 图版 Ñ- j ) 。2 株 株高为 128 cm, 较对照/ 93110的株高增加了 1113% 。 2141212 株型变异 在 C射线诱变群体 中筛选 到 1 株散生突变株, 其分蘖角度较对照/ 93110 植株 明显增加( 图版 Ñ-k) , 且株高变矮, 可用于水稻分蘖 角度的遗传研究。 2141213 植株分蘖数目变异 主要表现 为无蘖 或少蘖突变( 图版 Ñ- l) , 但大部分 M2 少蘖变异株在
2005 年 5 月 18 日将在 M2 筛选到的形态变异植 株种子按单株播种于浙江大学实验农场( M3) , 每个 株系种植 24 株, 进行重复观测和鉴定。 114 苗期根系突变体的筛选
在收获的 12 018 份 M2 单株种子中, 各单株取 1 粒种子发芽后播于网盘上, 在培养室内生长( 昼P夜 温度为 28P17 e , 光照 12 h) , 三叶期筛选根系突变体 并移栽至大田, 成熟后收获种子, 继续催芽和进行根 系突变体的重复观测鉴定。