CN111849999B - 水稻gs3突变基因、其分子标记及用途 - Google Patents

水稻gs3突变基因、其分子标记及用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水稻GS3突变基因、其分子标记及用途。水稻GS3突变基因,为水稻GS3基因第5932个碱基之后的三个CTC碱基缺失得到,该突变位点位于第5外显子。本发明还公开针对其的分子标记,并进一步公开了包含所述分子标记的分子标记组合,并提供了用途。本发明发现并鉴定了水稻GS3基因第五外显子调控粒型的关键变异,3bp缺失突变参与水稻粒型性状的调控,该突变可以作为今后粒型改良育种的另一筛选靶标。本发明开发了有效的dCaps标记及分子标记组合,可以用于水稻粒型的区分、选择、品种鉴定、水稻育种等方向。

Description

水稻GS3突变基因、其分子标记及用途
技术领域
本发明属于植物分子生物学领域,尤其涉及一种水稻GS3突变基因、其分子标记及用途。
背景技术
水稻粒型主要由粒长、粒宽和长宽比决定,可通过粒重最终影响水稻产量,同时粒型对品质性状也有影响,包括外观品质,碾米率及食味品质。因此在育种过程中需要筛选粒型适中的籽粒类型,实现产量与品质的协调提升。此外,我国不同地区人们对大米形状有不同偏好性,如华南地区偏好长粒型大米,而江浙及东北地区偏好短圆型大米,培育不同粒长水稻品种可满足不同市场消费需求。传统育种主要采用肉眼观察筛选目标性状,具有较强的经验依赖性,且没有统一判断依据,降低了育种的筛选效率,特别是粒型性状,由于水稻籽粒较小,肉眼很难分辨差异。而且这些性状的表现具有环境依赖性,在某些种植环境下无法产生预期表型,必须通过穿梭育种才可满足准确筛选,增加了育种的时间成本。寻找影响粒型差异的关键变异并利用分子标记进行辅助选择为解决上述问题提供了有效手段。
发明内容
发明目的:本发明的目的之一提供了一种水稻GS3突变基因,发现并鉴定了水稻GS3基因第五外显子调控粒型的关键变异,本发明的另一目的是根据所述水稻GS3突变基因开发了有效的分子标记以及分子组合。
技术方案:本发明所述的水稻GS3突变基因,其为水稻GS3基因第5932个碱基之后的三个CTC碱基缺失得到,该突变位点位于第5外显子。
GS3基因的genebank登录号为DQ355996.1。
本发明还提供了含所述的水稻GS3突变基因的表达盒、载体或宿主细胞。
本发明还提供了所述的水稻GS3突变基因在制备转基因植物中的应用。
其中,所述植物可以但不仅限于水稻。
本发明还提供了一种功能性突变位点,该位点为水稻GS3基因第5932个碱基之后的三个CTC碱基发生缺失。
本发明进一步提供了一种检测所述的水稻GS3突变基因或功能性突变位点的分子标记,其为针对与所述三个碱基缺失连锁的上游内含子区CC/TG突变开发的dCaps标记。CC/TG突变处于GS3基因第5810~5811bp位置。
其中,一种较优的选择,该分子标记的引物序列如下:
F:5-’AAATAAAACGTGTGATTTAATCGTTAACGGC-3’
R:5-’CAAACATGAAAACCTTGTCT-3’。
本发明还提供了所述的分子标记在水稻品种鉴定或水稻粒型选择中的应用。
本发明又提供了一种分子标记组合,由上述的分子标记,以及下组中的一个或多个分子标记组成:
(1)针对水稻GS3基因第2233个C/A碱基变异开发的dCaps标记;
(2)针对水稻GW5基因第391个碱基开始的1212bp序列缺失开发的InDel标记。
其中,一种较优的选择,分子标记(1)~(2)的引物序列依次如下:
1-F:5-’CGAAGGGATCCACGCTGCCTCCAGATGATT-3’
1-R:5-’AGTTGCTTAAAAAGATAACGGTCAAA-3’;
2-F:5-’TGCGTCGGTCGTTGGAGG-3’
2-R:5-’GCGAGCGAGCGTGTGTAGG-3’。
本发明进一步提供了所述的分子标记组合在辅助选择区分或选择水稻粒型中的应用。
最后,本发明提供了一种水稻选育方法,包括:在育种过程中采用所述的分子标记或分子标记组合辅助选择水稻粒型的性状。例如选择C/CC/1212bp的基因型能够产生粒型适中的水稻类型,选择C/TG/1212bp、A/TG/1212bp的基因型能够产生长粒型的水稻类型。
有益效果:
本发明提供了一种新的水稻GS3突变基因,发现并鉴定了水稻GS3基因第五外显子调控粒型的关键变异,3bp缺失突变参与水稻粒型性状的调控,CC类型(对应3bp缺失)增加粒宽,TG类型增加粒长和长宽比,该突变可以作为今后粒型改良育种的另一筛选靶标,可根据地区对粒型的偏好性选择合适突变,特别是该类型突变在温带粳稻和香稻中不存在,可以利用该变异对这些亚种进行定向改良。
针对水稻GS3突变基因的突变位点,本发明开发了有效的dCaps标记,引物特异性好。
本发明提供的分子标记组合可以辨别多种粒型效应,并筛选最佳组合类型,在育种应用时可根据实际需求进行特定基因型组合,进行不同消费需求的粒型改良。
本发明提供的分子标记组合可以快速有效区分大量品种的关键粒型变异,且能够识别杂合型位点,在杂交种培育及识别中具有重要价值。
本发明提供了分子标记组合中,设计的引物特异性好,在引物设计时对酶切位点进行了优化筛选,所选酶都是价格较低的常用内切酶,可极大降低鉴定成本,适用于大量群体基因型分析。
附图说明
图1为GS3第五外显子及扩增引物位置示意图;
图2为43份品种第五外显子测序序列差异图示;
图3为TG/CC变异识别的dCaps标记设计方法图示;
图4为GS3基因TG/CC变异dCaps标记区分不同品种的凝胶电泳效果图;
图5为GS3基因C/A变异dCaps标记区分不同品种的凝胶电泳效果图;
图6为GW5基因1212bp/deletion变异InDel标记区分不同品种的凝胶电泳效果图;
图7为三种变异组合模式对粒重性状的影响;
图8为三种变异组合模式对长宽比性状的影响;
图9为三种变异组合模式对粒长性状的影响;
图10为三种变异组合模式对粒宽性状的影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐明本发明。
实施例1
本实施例涉及GS3突变基因的获得及分子标记的开发。
目前水稻中已经克隆了多个粒型相关基因,GS3是其中效应较为显著的一个位点,该位点在连锁分析和关联分析中都被发现。该基因第二外显子的一个C到A突变导致蛋白翻译提前终止,基因功能丧失,产生长粒表型,是育种筛选中的一种重要突变类型。该基因共包含四个功能结构域,分别为OSR、TM、TNFR和VWFC功能域,其中C到A突变类型位于OSR功能域。在水稻进化过程会产生不同的有利变异类型,这些变异逐渐被历史上不同国家或地区的农民筛选保留,结合GS3基因具有不同功能域的结构特点,我们认为自然界中存在不同于C到A突变的新的有利变异类型,可为粒型改良提供新的筛选靶标。
我们对OSR外其它三个功能域所在的第五外显子进行了sanger测序,尝试挖掘新的突变类型。首先从280份分布于世界各地的水稻品种中随机筛选了43份品种进行发苗提取DNA,43份品种信息如表1所示,其中包含品种编号,名称,国家及所属亚种类型。DNA提取方法为TPS小量抽提法,具体步骤为:1、将叶片用球磨仪震荡破碎,加入500ul TPS缓冲液,65℃放置45分钟;2、12000转速离心10分钟,吸300ul上清液到新的离心管中,加入等体积异丙醇,室温放置45分钟;3、12000转速离心10分钟,获得DNA沉淀,倒掉上清液,加入500ul75%乙醇;4、7500转速离心5分钟,倒掉上清液并吸干残液,室温放置30分钟后加入100ul双蒸水获得DNA溶液。随后用对43份提取的DNA用横跨第五外显子的一对引物进行序列扩增,正向和反向引物序列分别为TATCCCACAAAACCATCAACTT和AACCAAAGGCAACCAAGTCA,引物扩增的基因序列信息如图1所示,可知该对引物可以完整覆盖整个第五外显子区域。
表1.用于新变异类型筛选的43份品种信息
Figure BDA0002245495270000041
Figure BDA0002245495270000051
随后我们利用上述引物对43份品种进行了PCR扩增,反应体系为20ul:包含DNA模板2ul、2mM dNTP 2ul、2×PCR buffer 10ul、正向引物0.5ul、反向引物0.5ul、KOD FX高保真聚合酶(TOYOBO)0.5ul及4.5ul双蒸水。PCR反应条件为:94℃变性3分钟,随后进行35个循环的“94℃变性20秒-55℃退火30秒-68℃延伸45秒”,最后68℃延伸5分钟完成反应。PCR扩增产物进行1%凝胶电泳,带电泳一段时间后进行凝胶成像,观察目标条带位置,随后分别将43个品种目标条带位置处的凝胶切割到2ml离心管中,送测序公司进行Sanger测序。提取测序结果保存成FASTA格式,利用CLUSTAL X软件进行多序列比对,寻找新变异类型,如图2所示,我们在蛋白编码区找到一处新的核苷酸突变类型,相比图1的参考基因组序列,新突变等位缺失3-bp碱基序列,对应GS3基因的第5932bp后的CTC缺失,在43个品种中共计发现10个品种具有该突变类型(表1),此外,我们在第五外显子蛋白编码区的上游及下游各找到一个紧密连锁的SNP,命名为连锁SNP1和连锁SNP2(图2),其中SNP1为二联碱基突变,由TG突变为CC,对应GS3基因的5810和5811bp位置,SNP2位单碱基突变,由T突变为C,对应GS3基因的6503位置。
为了验证上述新的变异类型是否对粒型产生影响,我们决定将对应突变类型转变为分子标记,以便于进行大量品种基因分型和表型分析。3-bp缺失是一个简单重复序列,虽然可以将其发展成InDel标记,但难以用目前广泛使用的琼脂糖凝胶进行区分,该序列特征也无法有效转化为基于酶切的PCR扩增标记,因此我们决定将其上游的连锁SNP1发展成dCaps标记,该处的CC碱基对应3-bp缺失,而野生型为TG碱基。
dCaps标记设计方法为:根据变异类型选取紧邻的一段31bp的序列作为正向引物的候选序列(图3),对应序列为AAATAAAACGTGTGATTTAATCGTTAACAAC,随后对该序列进行碱基修饰,将最右侧AA碱基替换成GG碱基,形成新的AAATAAAACGTGTGATTTAATCGTTAACGGC正向引物序列,其与右侧的CA变异类型(对应TG)组合产生一个HaeIII酶切位点,而与GG变异类型(对应CC)组合则无法产生酶切位点。随后将包含正向引物及其下游300bp序列拷贝到PremierPrimer 5.0软件,正向引物范围仍为原来的31bp区间,反向引物设置在30bp区间范围之外,运行后得到最佳的反向引物序列CAAACATGAAAACCTTGTCT。至此获得正向引物和反向引物序列分别为AAATAAAACGTGTGATTTAATCGTTAACGGC和CAAACATGAAAACCTTGTCT的dCaps标记引物,该对引物组合扩增包含TG变异类型的品种后的PCR产物经HaeIII酶切会产生更小的条带,而CC变异类型无法被酶切。
进一步我们对该对引物的扩增效果进行了检测,挑选了8个水稻现代品种及地方品种进行分析,分别为YYP1,日本晴(NIP),珍汕97(ZS97),稻花香(DHX),Kasalath,WY3,川大粒(CDL),Katy,已知YYP1为3bp缺失型,而日本晴为野生型。对8个品种进行苗期叶片取样,DNA提取方法为TPS小量抽提法,具体步骤同上。随后以提取的DNA为模板分别对上述分子标记进行PCR扩增,反应体系为20ul,包含:DNA模板2ul、PCR buffer(北京鼎国生物)2ul、正向引物0.5ul、反向引物0.5ul、Taq聚合酶(北京鼎国生物)0.3ul及14.7ul双蒸水。PCR反应条件为:94℃变性3分钟,随后进行35个循环的“94℃变性20秒-55℃退火30秒-72℃延伸20秒”,最后72℃延伸5分钟完成反应。随后吸取PCR产物进行酶切分析,反应体系20ul,包括:PCR产物10ul、HaeIII内切酶0.5ul(Thermoscientific)、内切酶buffer 2ul、双蒸水7.5ul,在水浴锅中37摄氏度酶切1小时。
酶切完成后吸取10ul进行3%浓度的琼脂糖凝胶电泳,电泳20分钟后进行拍照,比较不同品种PCR带型,图4显示8个品种PCR条带非常明显,且带型存在差异,证明该分子标记效果很好。其中三个品种条带较大,为186bp,分别为YYP1、珍汕97和Kasalath,证明这三个品种都包含CC变异连锁的3bp缺失,五个品种条带较小,分别为日本晴(NIP),稻花香(DHX),WY3,川大粒(CDL)和Katy,证明这些品种PCR产物可被酶切,与测序结果一致。因此该标记可以有效用于品种鉴定。
为了证明第五外显子突变对粒型的影响,我们利用上述分子标记对所有280份分布于世界各地的水稻品种进行了DNA提取、PCR扩增及酶切反应,凝胶电泳分析不同品种的基因型,结果发现77个品种为包含3bp缺失的类型,196份品种为野生型,还有7份品种两种条带都有,为杂合类型,说明该标记可也用于鉴别杂交品种及分离群体。上述品种可进一步被分成六个亚种,分别为、香稻(AROMATIC)、秋稻(AUS)、籼稻(IND)、温带粳稻(TEJ)、热带粳稻(TRJ)和混合类群(ADMIX,基因组构成包含不同亚种血缘),如表2所示,与CC突变连锁的3bp缺失在AUS和IND两个亚种中分布较多,而在其它亚种中分布较少,在香稻和温带粳稻中完全没有3bp缺失类型。因此我们针对AUS和IND两个亚种开展了基因型-表型关联分析。考虑到粒型及粒重性状表现易受环境影响,我们在上海和海南两个完全不同的种植环境进行了性状测量,在植株完全成熟后对不同品种进行单株收种并晒干,随后采用万深SC-G自动种子考种分析及千粒重仪进行分析,自动获得粒长、粒宽、长宽比和千粒重数据,随后比较亚种内两种突变型的性状差异。具体方法为根据每个标记的两种基因型对表型数据进行分组,计算每组平均值并进行Student’s T-test差异检测,若P<0.05则认为该标记与对应粒型性状显著相关。如表3所示,在上海种植条件下,粒长、粒宽以及长宽比在两种突变类型间表现出明显差异,而千粒重无统计显著性差异,具体表现为CC类型可增加粒宽,TG类型增加粒长和长宽比;海南种植条件下表现出类似的差异模式,TG类型对粒长的促进效应弱于上海种植条件(表4)。上述结果显示3bp缺失突变类型也参与水稻粒型性状的调控,是第二外显子2233bp处C-A突变外的另一种关键突变类型,该突变可以作为今后粒型改良育种的另一筛选靶标,特别是该类型突变在温带粳稻和香稻中不存在,可以利用该变异对这些亚种进行定向改良。
表2.GS3 TG/CC变异在280份品种中的数目分布
Figure BDA0002245495270000071
表3.上海种植条件下GS3 TG/CC突变型对特定亚种粒型性状的影响
Figure BDA0002245495270000081
表4.海南种植条件下GS3 TG/CC突变型对特定亚种粒型性状的影响
Figure BDA0002245495270000082
实施例2
本实施例涉及水稻粒型相关的分子标记组合及应用。
一、分子标记组合的设计
除了GS3,GW5是影响粒型的另一个重要位点,针对已知的GS3第二外显子的C/A功能型变异及GW5基因1212bp缺失的功能型变异,我们开展了分子标记设计,并对这些标记与实施例1中标记的组合应用模式进行了探索。
对GS3(C→A)的功能型变异,我们从水稻基因组品种多态性数据库(http://ricevarmap.ncpgr.cn/v2/)下载了对应变异信息及其侧翼序列,用于进行引物设计,开发dCaps标记。标记设计方法与实施例1中dCaps标记方法一致。对GW5基因1212bp缺失变异,可直接通过PCR扩增条带差异进行区分。GW5基因的genebank登录号为DQ991205,引物设计方法为将GW5缺失序列两侧500bp序列复制到Premier Primer 5.0软件中,正向引物设置在前半部分,反向引物设置在后半部分,运行后获得得分最高的一对引物作为最终分子标记。
GS3(C→A)的标记引物序列为:
1-F:5-’CGAAGGGATCCACGCTGCCTCCAGATGATT-3’
1-R:5-’AGTTGCTTAAAAAGATAACGGTCAAA-3’。
GW5缺失标记引物序列为:
2-F:5-’TGCGTCGGTCGTTGGAGG-3’
2-R:5-’GCGAGCGAGCGTGTGTAGG-3’。
进一步我们对两对引物的扩增效果进行了检测,对YYP1、日本晴(NIP)、珍汕97(ZS97)、稻花香(DHX)、Kasalath、WY3、川大粒(CDL)以及Katy共计8个品种进行PCR扩增。其中GS3(C→A)引物扩增反应体系为20ul,包含:DNA模板2ul、PCR buffer(北京鼎国生物)2ul、正向引物0.5ul、反向引物0.5ul、Taq聚合酶(北京鼎国生物)0.3ul及14.7ul双蒸水。PCR反应条件为:94℃变性3分钟,随后进行35个循环的“94℃变性20秒-55℃退火30秒-72℃延伸20秒”,最后72℃延伸5分钟完成反应。随后吸取PCR产物进行酶切分析,反应体系20ul,包括:PCR产物10ul、Hinf I内切酶0.5ul(Thermoscientific)、内切酶buffer 2ul、双蒸水7.5ul,在水浴锅中37摄氏度酶切1小时。GW5缺失标记引物采用PCR预混液(上海翊圣生物)进行扩增,包括DNA模板2ul、2×预混液10ul和8ul双蒸水,PCR反应条件为:94℃变性3分钟,随后进行35个循环的“94℃变性20秒-58℃退火30秒-72℃延伸1min”,最后72℃延伸5分钟完成反应。GS3 C/A突变标记扩增产酶切后进行3%浓度凝胶电泳,GW5缺失标记扩增产物直接进行1%浓度琼脂糖凝胶电泳。如图5,GS3 C/A标记有四个品种表现为日本晴型,可被酶切,剩余四个品种无法被酶切,条带大小为170bp;对比GS3 TG/CC标记条带可知,两种变异类型并非完全连锁;如图6,GW5标记扩增条带差异明显,分别为419bp和1631bp,该引物能扩增出微弱杂带,但不影响基因型判断。由此可知,设计的两个功能标记可有效用于PCR扩增及酶切,且在不同品种中表现出预期的多态性,可有效鉴定不同品种的对应基因变异。
二、GS3 C/A及GW5 1212bp/deletion分子标记区分品种粒型的效果
进一步,我们利用上述两个分子标记对280份世界各地品种进行了基因型鉴定,快速鉴定大量品种的突变类型。结果显示两个标记能够快速鉴定对应突变类型。如表5所示,包含GS3基因C突变类型的品种数目为171,A突变类型品种数目为84,杂合突变类型品种数目为21,说明该标记可用于鉴别常规和杂交品种及分离群体。亚种内比较发现两种突变类型在几个亚种中都有分布,其中在ADMIX、TEJ和TRJ三个亚种中两种突变类型分布较为均衡;如表6所示,包含GW5基因1212bp缺失突变类型的品种数目为109个,非缺失类型为168个,杂合类型为3个,说明该标记可用于鉴别常规和杂交品种及分离群体。亚种内比较发现缺失类型在香稻中不存在,在其它几个亚种中都有分布,其中在ADMIX、IND和TEJ三个亚种中两种突变类型分布较为均衡。
进一步,我们对两个标记在特定亚种中的粒型区分效应进行了分析,方法同实施例1。如表7、表8所示,在上海种植条件下,GS3 C/A突变类型对TEJ亚种的长宽比性状有影响,而对其它两个亚种的性状无影响,在海南种植条件下,GS3 C/A突变类型对TEJ亚种的粒长和长宽比性状有影响,对TRJ亚种的长宽比性状有影响,而对其它性状及亚种无影响,表明GS3 C/A突变对粒型的调控受遗传背景和种植环境影响;如表9、表10所示,GW5 1212bp/缺失突变类型在两个种植环境下对粒长、粒宽和长宽比都产生显著影响,对IND亚种的粒重性状产生影响,进一步证明GW5基因是粒型筛选的另一重要靶标。
表5.GS3 C/A变异在280份品种中的数目分布
Figure BDA0002245495270000101
表6.GW5 1212bp/deletion变异在280份品种中的数目分布
Figure BDA0002245495270000102
表7.上海种植条件下GS3 C/A突变型对特定亚种粒型性状的影响
Figure BDA0002245495270000103
表8.海南种植条件下GS3 C/A突变型对特定亚种粒型性状的影响
Figure BDA0002245495270000104
Figure BDA0002245495270000111
表9.上海种植条件下GW5 1212bp/deletion突变型对特定亚种粒型性状的影响
Figure BDA0002245495270000112
表10.海南种植条件下GW5 1212bp/deletion突变型对特定亚种粒型性状的影响
Figure BDA0002245495270000113
三、三个分子标记组合对不同品种的粒型鉴定效果
进一步,我们利用三个标记对不同品种的基因型鉴定结果进行组合分析,如表11所示,从280份品种中,我们能够检测到三种突变的所有8种组合类型,分别为A/CC/1212bp、A/CC/Del、A/TG/1212bp、A/TG/Del、C/CC/1212bp、C/CC/Del、C/TG/1212bp和C/TG/Del。其中前两种突变类型品种数目较少,不用于进行粒型表型分析,剩余6种组合,我们进行了两个种植环境的粒型性状比较。
针对千粒重性状,C/CC/1212bp组合的粒重偏低,而A/TG/Del组合的粒重最高,其余四种组合居中(图7);针对长宽比性状,C/TG/1212bp和A/TG/1212bp表现最高,C/CC/1212bp表现居中,剩余三种组合类型最低(图8);针对粒长性状,C/TG/1212bp和A/TG/1212bp两种组合表现最优,为长粒特征,其余四种表现一致,粒长较短(图9);针对粒宽性状,C/CC/Del、C/TG/Del和A/TG/Del粒宽最大,其余三种表现接近,粒宽较小(图10);综合上述性状表现可知,C/CC/1212bp组合可以产生长宽适中的粒型特征,尽管粒重微弱下降,但可提高稻米外观品质和碾米品质,该组合在ADMIX、AROMATIC以及TEJ亚种中都不存在(表11),可对这几类品种进行定向改良;C/TG/1212bp和A/TG/1212bp能够通过增长粒长兼顾外观品质和粒重,尽管一定程度降低整精米率,仍可用于特定品种的改良。
表11.三种变异组合在280份品种中的数目分布
Figure BDA0002245495270000121
序列表
<110> 扬州大学
<120> 水稻GS3突变基因、其分子标记及用途
<160> 6
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 31
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
aaataaaacg tgtgatttaa tcgttaacgg c 31
<210> 2
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
caaacatgaa aaccttgtct 20
<210> 3
<211> 30
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 3
cgaagggatc cacgctgcct ccagatgatt 30
<210> 4
<211> 26
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 4
agttgcttaa aaagataacg gtcaaa 26
<210> 5
<211> 18
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 5
tgcgtcggtc gttggagg 18
<210> 6
<211> 19
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 6
gcgagcgagc gtgtgtagg 19

Claims (9)

1.一种水稻GS3突变基因,其特征在于,其为水稻GS3基因第5947-5949位置的CTC碱基缺失得到,该突变位点位于第5外显子;所述GS3基因的genebank登录号为DQ355996.1。
2.根据权利要求1所述的水稻GS3突变基因在制备转基因植物中的应用。
3.一种检测权利要求1所述的水稻GS3突变基因的分子标记,其特征在于,其为针对与所述三个碱基缺失连锁的上游内含子区CC/TG突变开发的dCaps标记,所述CC/TG突变位置对应GS3基因的第5810和5811位置。
4.根据权利要求3所述的分子标记,其特征在于,分子标记引物序列如下:
F:5-’AAATAAAACGTGTGATTTAATCGTTAACGGC-3’
R:5-’CAAACATGAAAACCTTGTCT-3’。
5.根据权利要求3或4所述的分子标记在水稻品种鉴定或水稻粒型选择中的应用。
6.一种分子标记组合,其特征在于,由权利要求3或4所述的分子标记,以及下组中的一个或多个分子标记组成:
(1)针对水稻GS3基因第2233个C/A碱基变异开发的dCaps标记;
(2)针对水稻GW5基因第391个碱基开始的1212bp序列缺失开发的InDel标记。
7.根据权利要求6所述的分子标记组合,其特征在于,分子标记(1)~(2)的引物序列依次如下:
1-F:5-’ CGAAGGGATCCACGCTGCCTCCAGATGATT-3’
1-R:5-’AGTTGCTTAAAAAGATAACGGTCAAA-3’;
2-F:5-’ TGCGTCGGTCGTTGGAGG -3’
2-R:5-’ GCGAGCGAGCGTGTGTAGG -3’。
8.根据权利要求6或7所述的分子标记组合在辅助选择区分或选择水稻粒型中的应用。
9.一种水稻选育方法,其特征在于,包括:在育种过程中采用权利要求3或4所述的分子标记,或采用权利要求6或7所述的分子标记组合辅助选择水稻粒型的性状。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113278626B (zh) * 2021-01-26 2022-05-17 广东省农业科学院水稻研究所 一种提高水稻整精米率的位点qHMRR4-1、分子标记及其应用
CN114525356B (zh) * 2022-02-07 2024-07-23 徐州锦莱卓生物科技有限公司 水稻粒长控制基因gs3的单倍型鉴定标记及其筛选方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1995347A (zh) * 2006-01-05 2007-07-11 华中农业大学 一种控制水稻谷粒粒长和粒重的主效基因gs3
CN103468715A (zh) * 2013-09-06 2013-12-25 中国农业科学院作物科学研究所 一种空间诱变产生的水稻粒长新基因qGS3a及其分子标记方法
CN103882146A (zh) * 2014-04-15 2014-06-25 江苏省农业科学院 一种鉴定水稻粒长基因gs3不同基因型的四引物分子标记方法
CN104513859A (zh) * 2014-12-31 2015-04-15 广西壮族自治区农业科学院水稻研究所 水稻粒长基因gs3的功能标记及其应用
CN109111511A (zh) * 2018-03-13 2019-01-01 华中农业大学 超长粒水稻的培育方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1995347A (zh) * 2006-01-05 2007-07-11 华中农业大学 一种控制水稻谷粒粒长和粒重的主效基因gs3
CN103468715A (zh) * 2013-09-06 2013-12-25 中国农业科学院作物科学研究所 一种空间诱变产生的水稻粒长新基因qGS3a及其分子标记方法
CN103882146A (zh) * 2014-04-15 2014-06-25 江苏省农业科学院 一种鉴定水稻粒长基因gs3不同基因型的四引物分子标记方法
CN104513859A (zh) * 2014-12-31 2015-04-15 广西壮族自治区农业科学院水稻研究所 水稻粒长基因gs3的功能标记及其应用
CN109111511A (zh) * 2018-03-13 2019-01-01 华中农业大学 超长粒水稻的培育方法

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
InDel Marker Based Estimation of Multi-Gene Allele Contribution and Genetic Variations for Grain Size and Weight in Rice (Oryza sativa L.);Sadia Gull等;《International Journal of Molecular Science》;20190928;第20卷(第9期);全文 *
Novel InDel variation in GS3 locus and development of InDel based marker for marker assisted breeding of short grain aromatic rices;Deepti Anand等;《Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology》;20130909;全文 *
利用CRISPR/Cas9技术编辑粒长基因GS3改善粳稻花时;孟帅等;《中国水稻科学》;20180310(第02期);全文 *
孟帅等.利用CRISPR/Cas9技术编辑粒长基因GS3改善粳稻花时.《中国水稻科学》.2018,(第02期),全文. *
水稻粒形基因GS3的功能标记开发与鉴定;裔传灯等;《江苏农业科学》;20170109;第44卷(第12期);全文 *
水稻粒形相关基因变异位点的功能标记开发及其应用;王鸣森;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20170315;全文 *
稻米品质性状基因的克隆与功能研究进展;张昌泉等;《中国农业科学》;20161125;第49卷(第22期);全文 *

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