江蘇省雜草稻Rc基因的單體型分析

1、江蘇省雜草稻rc基因的單體型分析李瀟艷強勝宋小玲蔡堃戴偉民(南京農(nóng)業(yè)大學生命科學學院雜草研究室,南京;通訊聯(lián)系人,email:daiweiminnjaueducn)haplotypeanalysisofrcgeneforweedyriceinjiangsuprovincelixiaoyan,qiangsheng,songxiaoling,caikun,daiweimin(weedresearchlaboratory,collegeoflifesciences,nanjingagricultureuniversity,nanjing,china;correspondingauthor,email

2、:daiweiminnjaueducn)lixiaoyan,qiangsheng,songxiaoling,etalhaplotypeanalysisofrcgeneforweedyriceinjiangsuprovincechinjricesci,():abstract:rcgene(aboutkb)ofweedyricesamplesfromcitiesinjiangsuprovincewassequencedandrcfulllengthsequencesoforyzagenusinliteratureswerereviewedcolinearsequenceanalysisshowed

3、thatrcalleleofjiangsuweedyricewaswildgenotypenucleotidepolymorphismandhaplotypeanalysisshowedthatrcnucleotidepolymorphism()andseparationlociratio(w)ofweedyricesamplesinjiangsuprovincewerehigherthanthatofweedyricesamplesfromtheunitedstates(;w)haplotypenetworkandevolutionaryphylogeneticanalysisshowedt

4、hatrcgeneofweedyriceinjiangsuwasnotdirectlyderivedfromtherevertantmutationofwhitecultivarinaddition,rcgenesequencesofludaofromlianyungang,jiangsuandtangdaofromanhuiweresimilartothatofcultivatedrice,whilegeneticallydistantfromweedyricesampleswhichhasbeenleadingtoseriousinfestationinjiangsuprovincekey

5、words:weedyrice;redpericarp;rcgene;ludao;tangdao;haplotypeanalysis;nucleotidepolymorphism李瀟艷,強勝,宋小玲,等江蘇省雜草稻rc基因的單體型分析中國水稻科學,():摘要:測定了來自江蘇省個市的雜草稻樣品的rc基因序列(全長kb),并整理現(xiàn)有文獻中全球份稻屬的rc基因序列.序列共線性分析表明,江蘇雜草稻rc基因等位基因類型全部為rc野生型.核苷酸多態(tài)性和單倍型分析表明,份江蘇雜草稻rc基因的核苷酸多態(tài)性()和分離位點比率(w)均高于份美國雜草稻(;w).單倍型的進化網(wǎng)絡和系統(tǒng)進化樹分析表明,江蘇雜草稻rc基

6、因并非直接來源于普通白色栽培稻回復突變.此外,發(fā)現(xiàn)連云港穞稻和安徽塘稻的rc基因序列與栽培稻相似,而與江蘇目前正在發(fā)生危害的雜草稻rc基因距離較遠.關鍵詞:雜草稻;紅色果皮;rc基因;穞稻;塘稻;單倍型分析;核苷酸多態(tài)性中圖分類號:q;s文獻標識碼:a文章編號:()雜草稻(oryzasativafspontanea)在世界范圍內(nèi)分布廣泛,亞洲、非洲、南北美洲以及大洋洲共多個國家都有關于雜草稻的報道.它們抽穗早,易落粒,能夠在水田中不斷自生并自然延續(xù),由于其果皮多為紅色或褐色,常被稱作“紅稻”或“赤稻”.由于它和亞洲栽培稻一樣同屬于aa基因組型,形態(tài)上與亞洲栽培稻相似,目前大多數(shù)專家認為可以將雜

7、草稻和亞洲栽培稻歸屬于同一個學名oryzasatival.雜草稻具有較強的生物競爭性,與栽培稻競爭光、水分和營養(yǎng),危害水稻的產(chǎn)量與品質(zhì),降低稻米的市場價格,尚未有可用除草劑可直接防除.此外,雜草稻還能混入栽培稻種中,污染種源使危害進一步擴大及惡化,導致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的損失和糾紛,影響水稻新品種的推廣,如歐盟對稻種中混雜的雜草稻種子數(shù)量有嚴格的規(guī)定,每g栽培稻認證種子中雜草稻種子不得多于粒.江蘇省年雜草稻發(fā)生面積為萬hm,約占直播稻面積的收稿日期:;修改稿收到日期:.基金項目:轉基因生物新品種培育科技重大專項(zx,zxb);國家自然科學基金資助項目();公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項();國家基礎科學人

8、才培養(yǎng)基金南京農(nóng)業(yè)大學生物學理科基地科研訓練及科研能力提高項目(j);江蘇省科技支撐計劃資助項目(be).中國水稻科學(chinjricesci),():http:/wwwricescicndoi:/jissn,個別田塊雜草稻發(fā)生密度達株/m,發(fā)生較輕的田塊雜草稻密度也有株/m,造成水稻平均減產(chǎn)左右,發(fā)生嚴重的田塊減產(chǎn),甚至絕收.雜草稻已成為江蘇省稻田惡性雜草,探索其紅色果皮發(fā)生機制則有利于雜草稻檢疫工作的開展.雜草稻的紅色果皮是區(qū)別于普通栽培稻的一個重要特征.紅色果皮是由于花色素(anthocyanidins)和原花色素(proanthocyanidins)類物質(zhì)在果皮中的積累.這些色素產(chǎn)生

9、于類黃酮合成途徑下的一個分支,它們使果皮著色的同時還具有促進種子休眠以及延長種子壽命的等生理功能.原花色素在溶液狀態(tài)下是無色的,只有當種子成熟后才會顯現(xiàn)出紅褐色.這種性狀對于病原物和捕食動物具有威懾作用,是非栽培稻種在自然選擇中形成的一種自我保護機制,而栽培稻主要為白色果皮,這種白色果皮性狀的保留與人為馴化有關.rc基因是水稻果皮原花色素積累途徑中最重要的調(diào)節(jié)基因之一,位于第染色體上,全長約kb,包含有個外顯子,產(chǎn)物為一個具有堿性螺旋環(huán)螺旋(bhlh)元件的調(diào)節(jié)蛋白,.大部分水稻白米品種(約占)中的rc等位基因存在bp片段缺失(rc型),其余白米品種(小于)中的rc等位基因不存在bp片段缺失,

10、而是rc基因的第個外顯子存在一個單堿基多態(tài)性位點(c顛換為a)即rcs型.rc和rcs基因型的水稻因序列突變而提前產(chǎn)生終止密碼子,無法產(chǎn)生完整的調(diào)控蛋白從而顯示為白色果皮,于是人們將rc和rcs這兩種普遍存在于白色稻種中的基因型統(tǒng)稱為亞洲栽培稻的紅色果皮馴化等位基因.此外,brooks等發(fā)現(xiàn)紅色果皮美國水稻品種“wells”攜帶rcg基因型,該基因型是由于位于rc的bp缺失部位上游bp的一個g堿基的缺失,這種突變恢復了翻譯閱讀框,使原花青素重新在白色品種果皮中積累;同樣地,lee等也證實位于rc基因型bp缺失部位上游的bp位置一個g堿基缺失rcr基因型導致了意大利品種“perla”的紅色果皮回

11、復突變.而gross等通過比較非洲稻種與亞洲稻種的rc基因,發(fā)現(xiàn)位于第外顯子中一個a堿基置換為t的突變位點導致了非洲栽培稻中的白色果皮品種(大多數(shù)非洲栽培稻為紅果色),并命名為rcg基因型.綜上所述,目前國際上已發(fā)現(xiàn)的紅色果皮等位基因共rc、rc、rcs、rcg、rcr和rcg等種,其中rc為野生型;rc和rcs為目前亞洲栽培稻種的馴化等位基因類型;而rcg和rcr是rc馴化基因的回復突變類型;rcg則只存在與非洲稻中.為了說明江蘇省雜草稻紅色果皮基因的變異類型及探討其來源,在對江蘇省雜草稻進行全面調(diào)查的基礎上,選取了個均勻覆蓋江蘇省的雜草稻樣點,進行了rc基因全長測序以期達到如下目的:)揭示

12、江蘇省雜草稻紅色果皮的等位基因類型;)探索江蘇省雜草稻rc基因的來源;)江蘇省雜草稻rc基因的核苷酸多樣性和單倍型分析;)探討江蘇省正在發(fā)生的雜草稻類型與古代雜草稻(穞稻、塘稻)rc基因的相互關系.材料與方法材料序列分析樣品總計份,其中我們新測定了份樣品,其余份樣品來源于ncbi和現(xiàn)有文獻.新測定的樣品包括來自南通如皋(wrl)、江都(wrl)、常州(wrl)、連云港贛榆(wrl)、徐州邳州(wrl)、鹽城建湖(wrl)、淮安(wrl)、泰州興化(wrl)、南京江寧(wrl)和蘇州(wrl)的雜草稻各份,以及江蘇粳型栽培稻(wrl)份,連云港穞稻(wrl)份,安徽塘稻(wrl)份.其中,江蘇連

13、云港穞稻和安徽塘稻至少自生了上百年,自古被認為是雜草稻.公共遺傳序列數(shù)據(jù)庫中已公布的全球各地區(qū)稻種紅色果皮基因序列,其中份來源于數(shù)據(jù)庫,份perlarosso來源于lee等,份來源于sweeny等,份來源于gross等,份來源于gross等.樣品詳細信息見在線輔助性表s(http:/wwwricescicn/cn/article/showsupportinfodo?id).樣品包括份雜草稻(ospontanea)(份美國南部雜草稻(nn),份中國江蘇雜草稻(nn),份江蘇省連云港穞稻(ludao),份安徽省塘稻(tangdao),份perlarosso,份栽培稻(osatival)(來自美國、

14、中國、日本、印度、孟加拉國等)以及份普通野生稻(orufipogongriff)與份一年生野生稻(onivarasharmaetshastay);另外,還包括份展穎李瀟艷等:江蘇省雜草稻rc基因的單體型分析野生稻(oglumaepatulasteud),份南方野生稻(omeridionalisng),份非洲栽培稻(oglaberrimasteud)和份巴蒂野生稻(obarthiiachev)(序列信息見在線輔助性表s,http:/wwwricescicn/cn/article/showsupportinfodo?id).dna提取、引物設計、pcr擴增與測序單株種植于南京農(nóng)業(yè)大學江浦農(nóng)場,于分

15、蘗期收取單株葉片,以sds法提取dna.檢測用pcr采用pcrmix(南京基天生物技術有限責任公司)以l擴增體系進行,反應程序為下預變性min;下變性s,下退火s,下延伸lmin,個循環(huán);下延伸min.擴增產(chǎn)物在的非變性聚丙烯酰胺凝膠上電泳分離,硝酸銀染色照相.測序用pcr采用高保真酶primerstarhs(寶生物工程有限公司)以l擴增體系進行,擴增引物共對(在線輔助性表s,http:/wwwricescicn/cn/article/showsupportinfodo?id),.反應程序為下預變性min;下變性s,下退火s,下延伸min,個循環(huán);延伸min.擴增片段長度均在bp,純化后送至南

16、京金絲瑞生物公司以abi測序儀進行雙向測序.數(shù)據(jù)處理測序片段的拼接和序列比對采用vectornti完成,依據(jù)國際數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)存的rc基因長度,序列比對結果最終保存共有的bp.核苷酸多態(tài)性計算和單倍型分析采用dnasp和mega軟件,并以network采用mj(medianjoining)算法繪制單倍型進化網(wǎng)絡.進化樹分別采用貝葉斯法和最大似然法構建,其中貝葉斯法進化樹應用beast軟件構建;最大似然法進化樹應用cipres網(wǎng)絡版raxml構建.以phylip的consensus程序計算一致樹,最后采用figtree繪制成進化樹.結果與分析江蘇雜草稻rc基因的等位基因類型所有材料利用脫殼機脫去種子

17、外殼,查看穎果果皮顏色(圖a),其中普通野生稻、穞稻(wrl)和塘稻(wrl)以及份江蘇省雜草稻是紅色果皮;日本晴與江蘇粳型栽培稻(wrl)為白色果皮.這排除了江蘇省雜草稻以及穞稻(wrl)和塘稻(wrl)為rc、rcs、rcg等位基因型的可能性.mbp標記;a新測定樣品果皮顏色.日本晴(對照);普通野生稻(對照);穞稻(wrl);塘稻(wrl);江蘇粳型栽培稻(wrl);南通如皋雜草稻(wrl);揚州江都雜草稻(wrl);常州雜草稻(wrl);連云港贛榆雜草稻(wrl);徐州邳州雜草稻(wrl);鹽城建湖雜草稻(wrl);淮安雜草稻(wrl);泰州興化雜草稻(wrl);南京江寧雜草稻(wrl

18、);蘇州雜草稻(wrl).bred引物對樣品單株葉片dna擴增結果.m,bpmarker;a,pericarpcolorofnewlysequencedsamples,nipponbare(control);,commonwildrice(control);,ludao(wrl);,tangdao(wrl);,japonicariceinjiangsu(wrl);,weedyriceinnantongrugao(wrl);,weedyriceinyangzhoujiangdu(wrl);,weedyriceinchangzhou(wrl);,weedyriceinlianyunganggany

19、u(wrl);,weedyriceinxuzhoupizhou(wrl);,weedyriceinyanchengjianhu(wrl);,weedyriceinhuaian(wrl);,weedyriceintaizhouxinghua(wrl);,weedyriceinnanjingjiangning(wrl);,weedyriceinsuzhou(wrl);b,amplificationresultswithredprimers圖江蘇省雜草稻樣品的果皮顏色及其red標記擴增結果figpericarpcolorandredamplificationresultsofweedyricesam

20、plesinjiangsuprovince中國水稻科學(chinjricesci)第卷第期(年月)采用primer軟件針對日本晴rc基因第外顯子缺失bp的部位,設計了pcr引物red,其中,redfor:ttacaggggagcagaaaca,redrev:tcttctcctctctttcagcac.紅色果皮redpcr理論產(chǎn)物為bp,白色果皮redpcr理論產(chǎn)物為bp.red對稻種樣品單株dna擴增片段page膠電泳結果顯示(圖b),穞稻(wrl)和塘稻(wrl)及份江蘇雜草稻、普通野生稻的pcr產(chǎn)物帶型一致,片段大小與預期的bp一致.而日本晴對照材料以及江蘇水稻材料均缺失bp,大小與預期的

21、bp一致,說明江蘇穞稻和雜草稻的紅色果皮基因均不存在bp的缺失,排除了rcr、rcg,初步推斷江蘇省雜草稻和穞稻、塘稻應為rc野生型.為了檢測是否還存在其他等位基因,對穞稻、塘稻、個江蘇雜草稻樣品、江蘇省粳型栽培稻進行rc全基因測序,并與目前發(fā)現(xiàn)的種rc等位基因進行共線性分析,結果顯示本次測定的江蘇雜草稻樣本與穞稻和塘稻均為rc野生型(圖).江蘇省雜草稻rc基因的核苷酸多樣性在份樣品中,去除展穎野生稻(oglumaepatulasteud)份、南方野生稻(omeridionalisng)份、非洲栽培稻(oglaberrimasteud)份、巴蒂野生稻(obarthiiachev)份、穞稻和塘稻

22、各份.將份樣品分為野生稻(n)、arc基因結構(參照日本晴grasp數(shù)據(jù)庫按比例繪制),其中灰色線段代表非編碼區(qū),矩形框代表個外顯子,矩形框中的白色部分代表日本晴序列中因bp堿基缺失而導致的未表達外顯子區(qū)域.b目前國際上已報導的rc等位基因類型以及新測定樣品的第外顯子部位bp的序列.以紅色背景標示的為終止密碼子.字符“n”代表該位置的堿基缺失.字符“”代表該位置省略了部分序列.rc基因的序列來自日本晴grasp數(shù)據(jù)庫;rc基因和rcs基因的序列來源于sweeny等;rcr來源于lee等;rcg來源于brooks等;rcg來源于gross等;其余為本次測序結果.a,rcgenestructure

23、(referedtonipponbaregraspdatabaseanddrawedtoscale):thegraylinesegmentsrepresentthenoncodingregiontherectangularboxesrepresenteightexonsthewhitepartoftherectangularboxrepresentstheexonregionthatisnotexpressedforbpdeletioninnipponbaresequenceb,bpofthercsthexonforrcallelesreportedandnewlysequencedsampl

24、esterminatedcodonismarkedwitharedbackgroundthecharacter“n”representsthepositionofanucleotidedeletionthecharacter“”representsthepositionthatthepartialsequenceisomittedthercgenesequencefromnipponbaregraspdatabasercgeneandrcsgenesequencefromsweenyetal;rcgcomesfrombrooksetalrcrcomesfromleeetalrcgcomesfr

25、omgrossetal圖江蘇省雜草稻的基因第外顯子部分序列共線性分析figcolinearanalysisofthethexonspartialsequenceofrcgeneforweedyriceinjiangsuprovince李瀟艷等:江蘇省雜草稻rc基因的單體型分析表普通野生稻、栽培稻和雜草稻的rc基因核苷酸多態(tài)性分析tablenucleotidepolymorphismanalysisofrcgeneinweedyrice,cultivatedriceandcommonwildrice參數(shù)parameter普通野生稻oryzarufipogon(n)所有栽培稻allcultivat

26、ed(n)粳稻japonica(n)秈稻indica(n)所有雜草稻allweedyrice(n)美國雜草稻usweedyrice(n)江蘇雜草稻weedyriceofjiangsu(n)分離位點數(shù)s/單倍型數(shù)h核苷酸多態(tài)性/分離位點比例w/tajimasd/tajimasd為中性檢驗統(tǒng)計量之一(tajima,).代表達到統(tǒng)計學顯著水平(p).代表達到統(tǒng)計學極顯著水平(p).rcr基因型(商品名perlarosso)來自lee.rcg基因型(商品名redwells)為美國阿肯色大學專利研發(fā)栽培突變體,無法預測全序列,故未加入計算.“/”前的數(shù)值代表所有位點計算結果;“/”后數(shù)值代表沉默位點(s

27、ilentsite)計算結果.單倍型數(shù)(numberofhaplotypes,h)以單一類別所有位點分別進行計算.srepresentsthenumberofseparatelocihrepresentshaplotypes,whichiscalculatedonalllociofasingtyperepresentsnucleotidepolymorphismwrepresentstheproportionofseparatesitestajimasdisoneoftheneutralteststatistic(tajima,)statisticallysignificant(p)stati

28、sticallyhighlysignificant(p)rcrsample(tradenameperlarosso)sequencecomesfromlee,etalrcgsample(tradenameredwells)isnotaddedtothecalculationbecauseitisapatentedmutatedvarietyfromtheuniversityofarkansas,whichhasnotbeenpublishedthewholesequenceyetthevaluebefore/representscalculationresultsofallsitestheva

29、lueafter/representscalculationresultsofsilentsites栽培稻(n)、雜草稻(n);栽培稻中的粳稻(n)和秈稻(n);雜草稻中美國雜草稻(n)和中國江蘇省雜草稻(n),進行了rc基因(kb)核苷酸多樣性分析(表).結果顯示,普通野生稻rc基因的核苷酸多樣性均高于栽培稻和雜草稻,而栽培稻rc基因的核苷酸多樣性高于雜草稻,其中秈稻rc基因的核苷酸多樣性高于雜草稻,粳稻則低于雜草稻.江蘇雜草稻rc基因的單倍型數(shù)目(h)與美國雜草稻(h)相同,但分離位點數(shù)(s)大于美國雜草稻(s);每千個堿基中核苷酸多樣性()高于美國雜草稻();同時分離位點比例(w)也高于

30、美國雜草稻(w).從tajimasd值來看,僅野生稻和栽培粳稻達到了統(tǒng)計學顯著水平,其中栽培粳稻的數(shù)據(jù)極偏離零(p);而江蘇和美國雜草稻的tajimasd值(和)均未達到顯著水平,符合中性進化定律.同時進一步分析了上述份樣品共同計算結果的高頻率單倍型(n)序列差異(圖).發(fā)現(xiàn)普通野生稻高頻單倍型最多,僅個樣品就具有種高頻率單倍型;栽培稻其次,個樣品共分離出種高頻率單倍型,并且h高頻率單倍型占有了的栽培稻樣品;而雜草稻高頻率單倍型最少,個樣品只分離出種高頻率單倍型,其中h高頻率單倍型為雜草稻所特有.江蘇省雜草稻rc基因的來源及其與穞稻、塘稻的相互關系在份樣品中,除去份展穎野生稻(oglumaep

31、atulasteud)和份南方野生稻(omeridionalisng),保留份樣品,應用network軟件基于最大簡約法(maximumparsimonymethod,mp法)來構建rc基因的網(wǎng)絡結構圖,以進一步說明江蘇省雜草稻rc基因的來源(圖).a類群中主要包括普通野生稻和雜草稻,b類群中主要包括栽培稻、穞稻(wrl)和塘稻(wrl).其中白色果皮栽培稻(攜帶rc型馴化基因樣品)共種單倍型,以h(n)為主要單倍型(該單倍型中還包括了個普通野生稻、個紅色果皮栽培粳稻、個perlarosso(rcr基因型)和塘稻,其余單倍型衛(wèi)星狀環(huán)繞其周圍;雜草稻共種單倍型,以h(n)和h(n)兩種頻率最高,

32、其中h包括個美國雜草稻和徐州邳州(wrl)、連云港贛榆(wrl)、鹽城建湖(wrl)、泰州興化(wrl)、南京江寧(wrl)、南通如皋(wrl)、常州(wrl中國水稻科學(chinjricesci)第卷第期(年月)比較份樣品的高頻率單倍型,其中大于等于個樣品數(shù)目的單倍型定義為高頻率單倍型.為防止干擾僅考慮snp,采用dnasp輸出時對“gaps”以及“missingdata”均以“notconsidered”處理.thehighfrequencyhaplotypeofsampleshasbeencomparedhaplotypewithsamplesisdefinedashighfrequen

33、cyhaplotypethegapsandmissingdataisnotconsideredindnaspsetting圖普通野生稻、栽培稻和雜草稻的rc基因高頻率單倍型間的差異figdifferenceinhighfrequencyhaplotypesofrcgeneamongcommonwildrice,cultivatedriceandweedyrice圖中共種rc等位基因類型,分別為野生基因型rc、馴化基因型rc和rcs、回復突變基因型rcr(此基因型未發(fā)表序列全長,但lee等已測,故以日本晴部分序列與已測perlarosso品種第外顯子序列拼接而成),以及非洲栽培稻的rcg基因型,

34、由于rcg基因型(商品名redwells)為美國阿肯色大學專利培育的栽培變種,無法預測全序列而未加入圖中.圖中一個圓形都代表一種單倍型,圓形的面積與該種單倍型的樣本數(shù)目成正比,圓圈之間的連接線表示突變事件;兩個單倍型之間的黑色節(jié)點代表假點(mv),即表示兩個單倍型在進化歷史過程中,理論上應該發(fā)生但沒被觀察到的突變事件,節(jié)點越多表明兩種單倍型遺傳距離越遠.therearefivekindsofrcallelegeneinthefigure,namelywildgenotyperc,reversemutationgenotypercr,theafricancultivatedricercggeno

35、type,domesticatedgenotypesrcandrcsrcggenotype(tradenameredwells)ispatentedcultivaroftheuniversityofarkansasanditswholesequencehasnotpublishedyet,soitisnotcalculatedinthefigureacirclerepresentsahaplotype,circleareaisproportionaltosamplenumberofhaplotype,theconnectinglinebetweentwocirclesrepresentsamu

36、tationaleventtheblacknoderepresentsthemv,referringtotheoreticallymutationaleventthatwasnotobservedinthecourseofevolutionaryhistorythemorenodesimpliesthefarthergeneticdistancebetweentwohaplotypes圖個樣品的種單倍型的進化網(wǎng)絡fighaplotypesevolutionarynetworkofsamples李瀟艷等:江蘇省雜草稻rc基因的單體型分析馴化等位基因(rc,rcs)的樣品分別組合為兩個藍色三角形;

37、回復突變基因型rcr基因型,以其商品名“perlarosso”在出現(xiàn)位置標明;回復突變基因型rcg為美國阿肯色大學專利培育的栽培品種(商品名redwells),只報道了部分序列,故未加入計算.非洲紅色果皮稻種突變?yōu)榘咨cg基因型,以黃色三角形表示.圖中三角形的大小與其攜帶樣本數(shù)量成正比.同種顏色代表同種樣本類型.穞稻(wrl)、塘稻(wrl)和perlarosso沒有用單獨的顏色標明,只在它們出現(xiàn)的位置以文字來注釋.南方野生稻(omeridionalisng)和展穎野生稻(oglumaepatulasteud)歸為外類群.thetwodomesticatedalleles(rc,rcs)

38、ofthesamplewerecombinedintotwobluetrianglesthegenotypercrwithitstradenameperlarossowasmarkedinthefigurercggenotype(tradenameredwells)isapatentedcultivar,oftheuniversityofarkansasanditswholesequencehasnotpublishedyet,soitisnotcalculatedinthefigurethercggenotypeofafricanriceisyellowtrianglethesizeofth

39、etriangleisproportionaltothesamplenumberthesamecolorrepresentsthesamesampletypeludao,tangdaoandperlarossoarenotmarkedinspecialcolorbutpointedoutatthecorrespondingpositionrespectivelyomeridionolisandoglumaepatulaareclassifiedasoutgroup圖份樣品rc全長基因的貝葉斯進化樹(左)與最大似然樹(右)figthephylogenetictreebasedonthemaxim

40、umlikelihoodmethod(ml,right)andbayesianmethod(left)withrcfulllengthgeneforsamples)、淮安市雜草稻(wrl),h包括個美國雜草稻和個蘇州雜草稻(wrl),而另外兩個雜草稻單倍型均只具有個樣品,分別為h(江蘇揚州雜草稻wrl)和h(美國雜草稻gu);紅色果皮栽培稻的種單倍型中,除存在于h和h中的紅色果皮粳稻外,其余單倍型均只有到個樣品數(shù),且不集中排列,其中個單倍型與江蘇雜草稻h單倍型直接相連,剩余個單倍型形成一個小的進化枝與雜草稻h單倍型以一個假點相連;而普通野生稻由于序列差異較大,分散為多種低頻率單倍型環(huán)繞在雜草稻

41、和栽培稻周圍.另外h(n)和h(n)為攜帶rcs馴化基因的白色果皮栽培稻,h(n)為攜帶rcg基因型的白色果皮非洲稻.進一步采用全部份稻種樣品,以貝葉斯法和最大似然法兩種計算方法,分別構建kbrc全長基因的系統(tǒng)進化樹.兩種方法得到的進化樹基本一致,不同點僅在于份展穎野生稻(oglumaepatulasteud)、份非洲栽培稻(oglaberrimasteud)和份巴蒂野生稻(obarthiiachev)間排列位置的微小差異(圖).圖中rc馴化等位基因與紅色果皮粳稻地方品種聚為一類,這其中包括穞稻(wrl)和塘稻(wrl);rcs馴化等位基因則與紅色果皮的aus種及秈稻地方品種更為接近;而江蘇省

42、雜草稻與美國雜草稻聚為一類,與之鄰近的是普通野生稻、aus種、香稻以及紅色果中國水稻科學(chinjricesci)第卷第期(年月)皮栽培稻.討論江蘇省雜草稻紅色果皮的等位基因類型紅色果皮是雜草稻(weedyrice)的重要鑒別特征之一,所以雜草稻又被稱為紅稻(redrice).同時,也是其產(chǎn)生危害的重要因素,如導致栽培稻品質(zhì)及價格顯著降低.此外,研究表明水稻種子果皮的紅色色素具有抗氧化性和抗菌等功能,并且這種性狀對于捕食的動物也具有威懾作用,因此,從進化角度看,紅色果皮對雜草稻在自然選擇中能夠生存下來發(fā)揮了重要作用,這可能是雜草稻都具有紅色果皮的重要原因.gross等的研究已表明,美國的雜草

43、稻為rc野生型,不存在回復突變基因型,也不為栽培稻回復突變,與之聚類最近的為aus種.而江蘇雜草稻穎果為紅色(圖),對其rc基因全長測序結果進行共線性分析(圖),發(fā)現(xiàn)江蘇省雜草稻紅色果皮的等位基因類型也顯示為rc野生型(穞稻和塘稻結果亦為rc型),未發(fā)現(xiàn)其他種rc等位基因型,與對美國雜草稻分析結果一致.這為監(jiān)測江蘇省雜草稻種子的傳播路徑提供了技術保障.江蘇省雜草稻rc基因的核苷酸多樣性和單倍型分析以往的研究表明,同一區(qū)域的雜草稻遺傳多樣性低,這可能與雜草稻主要以自交繁殖而異交率低有關.本研究針對份稻種進行了rc基因的核苷酸多態(tài)性分析(表),發(fā)現(xiàn)雜草稻rc基因核苷酸多樣性低于栽培稻(高于粳稻、低

44、于秈稻),更低于普通野生稻.說明雜草稻rc基因相對栽培稻、普通野生稻具有更大的保守性,這與諸多關于雜草稻的遺傳多樣性較低報道相符,.本研究同時分析了份樣品的高頻率單倍型(圖),雖然雜草稻與栽培稻具有很高的遺傳相似性,但它仍具有h特有高頻單倍型,這與雜草稻其他基因分析的結果相似,表明雜草稻與目前栽培稻既相似,也具有一定差異.此外,江蘇份雜草稻rc基因的核苷酸多態(tài)性()和分離位點比率(w)均大于份美國雜草稻(;w),鑒于二者均為秈型且種植環(huán)境相似(份中國江蘇雜草稻種植緯度為nn,份美國南部雜草稻種植緯度為nn,兩地均為亞熱帶氣候),這可能由于美國的栽培稻品種相對單一,江蘇各市縣農(nóng)戶間種植栽培稻品種

45、多樣,導致田間雜草稻與栽培稻之間的基因交流過程中,由于栽培稻的多樣性相對高而使得江蘇雜草稻多樣性高于美國雜草稻.江蘇省雜草稻的rc基因來源關于江蘇省雜草稻的紅色果皮基因來源,目前的研究主要有三種假設:一是來源于白色果皮培稻品種的回復突變類型;二是來源于一些具有紅色果皮性狀的品種;三是直接來源或者保留自野生稻.本研究通過對包含紅色果皮的水稻和普通野生稻等共份稻種樣品進行了rc基因單倍型的進化網(wǎng)絡分析(圖).結果顯示,江蘇雜草稻主要存在于h和h單倍型類群中,周圍輻射環(huán)繞普通野生稻以及紅色果皮栽培稻多個單倍型.進一步構建了份樣品rc基因的貝葉斯進化樹與最大似然(ml)樹(圖).結果兩種計算方法得出的

46、聚類圖表明,在系統(tǒng)樹中與江蘇省雜草稻臨近的是普通野生稻、aus種、香稻以及紅色果皮栽培稻.這與rc基因單倍型進化網(wǎng)絡的分析結果相似(圖),同時,也與美國雜草稻的研究結果類似.gross等對份樣品的rc紅色果皮基因測序研究表明,美國雜草稻的rc基因區(qū)域并非直接來源于rc馴化基因的回復突變,而與aus種和普通野生稻親緣關系更近.本研究表明江蘇省雜草稻的rc等位基因不直接來源于普通的白色栽培稻回復突變.至于江蘇省雜草稻的rc等位基因與紅色果皮栽培稻和普通野生稻的相互關系,還需要進一步研究.江蘇省田間正發(fā)生的雜草稻與華東地區(qū)古代雜草稻(穞稻、塘稻)的rc基因親緣關系分析江蘇省雜草稻危害的報道較早出現(xiàn)于

47、世紀初,而江蘇連云港的穞稻和安徽的塘稻已存在百年以上.它們都具有在水稻田落粒、自生并延續(xù)后代的能力,且都為紅色果皮.由于江蘇穞稻和塘稻來自古代的粳型栽培稻,具有長芒、黑殼、紅米、粒形偏粳,落粒性強,種子休眠期長、耐旱、耐鹽且在稻田中延續(xù)自生等生物學特性,常被認為是江蘇省正在發(fā)生危害雜草稻類型的rc基因來源.本研究通過構建來自全球份稻種rckb全長基因的單倍型進化網(wǎng)絡(圖),證明穞稻和塘稻雖與江蘇正發(fā)生的的雜草稻類型均表現(xiàn)出紅色果皮性狀,但穞稻和塘稻的紅皮基因單倍型與栽培李瀟艷等:江蘇省雜草稻rc基因的單體型分析稻單倍型更相似(圖);采用貝葉斯和最大似然兩種模型構建的分子進化樹也顯示穞稻、塘稻與

48、栽培稻的rc基因親緣關系更近(圖),而與江蘇目前正發(fā)生的雜草稻rc基因親緣關系較遠.謝辭:感謝美國華盛頓大學olsen教授提供統(tǒng)計分析軟件.在線輔助信息:附圖放在中國水稻科學網(wǎng)站上,網(wǎng)址為hrrp:/wwwricescicn/cn/article/showsupportinfodo?id.參考文獻:bakibb,chindv,mortimermwildandweedyriceinriceecosystemsinasia:areviewlimitedproceedingsnolosbanos(philippines):internationlriceresearchinstitute,:delouchejc,labradar,rosellcweedyricesorigin,biology,ecologyandcontrolrome,italy:foodandagricultureorganization(fao)oftheunitednations,:caoq,lubr,xiah,e