江苏省杂草稻Rc基因的单体型分析.doc

江苏省杂草稻rc基因的单体型分析李潇艳强胜宋小玲蔡堃戴伟民(南京农业大学生命科学学院杂草研究室,南京;通讯联系人,email:daiweiminnjaueducn)haplotypeanalysisofrcgeneforweedyriceinjiangsuprovincelixiaoyan,qiangsheng,songxiaoling,caikun,daiweimin(weedresearchlaboratory,collegeoflifesciences,nanjingagricultureuniversity,nanjing,china;correspondingauthor,email:daiweiminnjaueducn)lixiaoyan,qiangsheng,songxiaoling,etalhaplotypeanalysisofrcgeneforweedyriceinjiangsuprovincechinjricesci,():abstract:rcgene(aboutkb)ofweedyricesamplesfromcitiesinjiangsuprovincewassequencedandrcfulllengthsequencesoforyzagenusinliteratureswerereviewedcolinearsequenceanalysisshowedthatrcalleleofjiangsuweedyricewaswildgenotypenucleotidepolymorphismandhaplotypeanalysisshowedthatrcnucleotidepolymorphism()andseparationlociratio(w)ofweedyricesamplesinjiangsuprovincewerehigherthanthatofweedyricesamplesfromtheunitedstates(;w)haplotypenetworkandevolutionaryphylogeneticanalysisshowedthatrcgeneofweedyriceinjiangsuwasnotdirectlyderivedfromtherevertantmutationofwhitecultivarinaddition,rcgenesequencesofludaofromlianyungang,jiangsuandtangdaofromanhuiweresimilartothatofcultivatedrice,whilegeneticallydistantfromweedyricesampleswhichhasbeenleadingtoseriousinfestationinjiangsuprovincekeywords:weedyrice;redpericarp;rcgene;ludao;tangdao;haplotypeanalysis;nucleotidepolymorphism李潇艳,强胜,宋小玲,等江苏省杂草稻rc基因的单体型分析中国水稻科学,():摘要:测定了来自江苏省个市的杂草稻样品的rc基因序列(全长kb),并整理现有文献中全球份稻属的rc基因序列.序列共线性分析表明,江苏杂草稻rc基因等位基因类型全部为rc野生型.核苷酸多态性和单倍型分析表明,份江苏杂草稻rc基因的核苷酸多态性()和分离位点比率(w)均高于份美国杂草稻(;w).单倍型的进化网络和系统进化树分析表明,江苏杂草稻rc基因并非直接来源于普通白色栽培稻回复突变.此外,发现连云港穞稻和安徽塘稻的rc基因序列与栽培稻相似,而与江苏目前正在发生危害的杂草稻rc基因距离较远.关键词:杂草稻;红色果皮;rc基因;穞稻;塘稻;单倍型分析;核苷酸多态性中图分类号:q;s文献标识码:a文章编号:()杂草稻(oryzasativafspontanea)在世界范围内分布广泛,亚洲、非洲、南北美洲以及大洋洲共多个国家都有关于杂草稻的报道.它们抽穗早,易落粒,能够在水田中不断自生并自然延续,由于其果皮多为红色或褐色,常被称作“红稻”或“赤稻”.由于它和亚洲栽培稻一样同属于aa基因组型,形态上与亚洲栽培稻相似,目前大多数专家认为可以将杂草稻和亚洲栽培稻归属于同一个学名oryzasatival.杂草稻具有较强的生物竞争性,与栽培稻竞争光、水分和营养,危害水稻的产量与品质,降低稻米的市场价格,尚未有可用除草剂可直接防除.此外,杂草稻还能混入栽培稻种中,污染种源使危害进一步扩大及恶化,导致农业生产的损失和纠纷,影响水稻新品种的推广,如欧盟对稻种中混杂的杂草稻种子数量有严格的规定,每g栽培稻认证种子中杂草稻种子不得多于粒.江苏省年杂草稻发生面积为万hm,约占直播稻面积的收稿日期:;修改稿收到日期:.基金项目:转基因生物新品种培育科技重大专项(zx,zxb);国家自然科学基金资助项目();公益性行业(农业)科研专项();国家基础科学人才培养基金南京农业大学生物学理科基地科研训练及科研能力提高项目(j);江苏省科技支撑计划资助项目(be).中国水稻科学(chinjricesci),():http:/wwwricescicndoi:/jissn,个别田块杂草稻发生密度达株/m,发生较轻的田块杂草稻密度也有株/m,造成水稻平均减产左右,发生严重的田块减产,甚至绝收.杂草稻已成为江苏省稻田恶性杂草,探索其红色果皮发生机制则有利于杂草稻检疫工作的开展.杂草稻的红色果皮是区别于普通栽培稻的一个重要特征.红色果皮是由于花色素(anthocyanidins)和原花色素(proanthocyanidins)类物质在果皮中的积累.这些色素产生于类黄酮合成途径下的一个分支,它们使果皮着色的同时还具有促进种子休眠以及延长种子寿命的等生理功能.原花色素在溶液状态下是无色的,只有当种子成熟后才会显现出红褐色.这种性状对于病原物和捕食动物具有威慑作用,是非栽培稻种在自然选择中形成的一种自我保护机制,而栽培稻主要为白色果皮,这种白色果皮性状的保留与人为驯化有关.rc基因是水稻果皮原花色素积累途径中最重要的调节基因之一,位于第染色体上,全长约kb,包含有个外显子,产物为一个具有碱性螺旋环螺旋(bhlh)元件的调节蛋白,.大部分水稻白米品种(约占)中的rc等位基因存在bp片段缺失(rc型),其余白米品种(小于)中的rc等位基因不存在bp片段缺失,而是rc基因的第个外显子存在一个单碱基多态性位点(c颠换为a)即rcs型.rc和rcs基因型的水稻因序列突变而提前产生终止密码子,无法产生完整的调控蛋白从而显示为白色果皮,于是人们将rc和rcs这两种普遍存在于白色稻种中的基因型统称为亚洲栽培稻的红色果皮驯化等位基因.此外,brooks等发现红色果皮美国水稻品种“wells”携带rcg基因型,该基因型是由于位于rc的bp缺失部位上游bp的一个g碱基的缺失,这种突变恢复了翻译阅读框,使原花青素重新在白色品种果皮中积累;同样地,lee等也证实位于rc基因型bp缺失部位上游的bp位置一个g碱基缺失rcr基因型导致了意大利品种“perla”的红色果皮回复突变.而gross等通过比较非洲稻种与亚洲稻种的rc基因,发现位于第外显子中一个a碱基置换为t的突变位点导致了非洲栽培稻中的白色果皮品种(大多数非洲栽培稻为红果色),并命名为rcg基因型.综上所述,目前国际上已发现的红色果皮等位基因共rc、rc、rcs、rcg、rcr和rcg等种,其中rc为野生型;rc和rcs为目前亚洲栽培稻种的驯化等位基因类型;而rcg和rcr是rc驯化基因的回复突变类型;rcg则只存在与非洲稻中.为了说明江苏省杂草稻红色果皮基因的变异类型及探讨其来源,在对江苏省杂草稻进行全面调查的基础上,选取了个均匀覆盖江苏省的杂草稻样点,进行了rc基因全长测序以期达到如下目的:)揭示江苏省杂草稻红色果皮的等位基因类型;)探索江苏省杂草稻rc基因的来源;)江苏省杂草稻rc基因的核苷酸多样性和单倍型分析;)探讨江苏省正在发生的杂草稻类型与古代杂草稻(穞稻、塘稻)rc基因的相互关系.材料与方法材料序列分析样品总计份,其中我们新测定了份样品,其余份样品来源于ncbi和现有文献.新测定的样品包括来自南通如皋(wrl)、江都(wrl)、常州(wrl)、连云港赣榆(wrl)、徐州邳州(wrl)、盐城建湖(wrl)、淮安(wrl)、泰州兴化(wrl)、南京江宁(wrl)和苏州(wrl)的杂草稻各份,以及江苏粳型栽培稻(wrl)份,连云港穞稻(wrl)份,安徽塘稻(wrl)份.其中,江苏连云港穞稻和安徽塘稻至少自生了上百年,自古被认为是杂草稻.公共遗传序列数据库中已公布的全球各地区稻种红色果皮基因序列,其中份来源于数据库,份perlarosso来源于lee等,份来源于sweeny等,份来源于gross等,份来源于gross等.样品详细信息见在线辅助性表s(http:/wwwricescicn/cn/article/showsupportinfodo?id).样品包括份杂草稻(ospontanea)(份美国南部杂草稻(nn),份中国江苏杂草稻(nn),份江苏省连云港穞稻(ludao),份安徽省塘稻(tangdao),份perlarosso,份栽培稻(osatival)(来自美国、中国、日本、印度、孟加拉国等)以及份普通野生稻(orufipogongriff)与份一年生野生稻(onivarasharmaetshastay);另外,还包括份展颖李潇艳等:江苏省杂草稻rc基因的单体型分析野生稻(oglumaepatulasteud),份南方野生稻(omeridionalisng),份非洲栽培稻(oglaberrimasteud)和份巴蒂野生稻(obarthiiachev)(序列信息见在线辅助性表s,http:/wwwricescicn/cn/article/showsupportinfodo?id).dna提取、引物设计、pcr扩增与测序单株种植于南京农业大学江浦农场,于分蘖期收取单株叶片,以sds法提取dna.检测用pcr采用pcrmix(南京基天生物技术有限责任公司)以l扩增体系进行,反应程序为下预变性min;下变性s,下退火s,下延伸lmin,个循环;下延伸min.扩增产物在的非变性聚丙烯酰胺凝胶上电泳分离,硝酸银染色照相.测序用pcr采用高保真酶primerstarhs(宝生物工程有限公司)以l扩增体系进行,扩增引物共对(在线辅助性表s,http:/wwwricescicn/cn/article/showsupportinfodo?id),.反应程序为下预变性min;下变性s,下退火s,下延伸min,个循环;延伸min.扩增片段长度均在bp,纯化后送至南京金丝瑞生物公司以abi测序仪进行双向测序.数据处理测序片段的拼接和序列比对采用vectornti完成,依据国际数据库中现存的rc基因长度,序列比对结果最终保存共有的bp.核苷酸多态性计算和单倍型分析采用dnasp和mega软件,并以network采用mj(medianjoining)算法绘制单倍型进化网络.进化树分别采用贝叶斯法和最大似然法构建,其中贝叶斯法进化树应用beast软件构建;最大似然法进化树应用cipres网络版raxml构建.以phylip的consensus程序计算一致树,最后采用figtree绘制成进化树.结果与分析江苏杂草稻rc基因的等位基因类型所有材料利用脱壳机脱去种子外壳,查看颖果果皮颜色(图a),其中普通野生稻、穞稻(wrl)和塘稻(wrl)以及份江苏省杂草稻是红色果皮;日本晴与江苏粳型栽培稻(wrl)为白色果皮.这排除了江苏省杂草稻以及穞稻(wrl)和塘稻(wrl)为rc、rcs、rcg等位基因型的可能性.mbp标记;a新测定样品果皮颜色.日本晴(对照);普通野生稻(对照);穞稻(wrl);塘稻(wrl);江苏粳型栽培稻(wrl);南通如皋杂草稻(wrl);扬州江都杂草稻(wrl);常州杂草稻(wrl);连云港赣榆杂草稻(wrl);徐州邳州杂草稻(wrl);盐城建湖杂草稻(wrl);淮安杂草稻(wrl);泰州兴化杂草稻(wrl);南京江宁杂草稻(wrl);苏州杂草稻(wrl).bred引物对样品单株叶片dna扩增结果.m,bpmarker;a,pericarpcolorofnewlysequencedsamples,nipponbare(control);,commonwildrice(control);,ludao(wrl);,tangdao(wrl);,japonicariceinjiangsu(wrl);,weedyriceinnantongrugao(wrl);,weedyriceinyangzhoujiangdu(wrl);,weedyriceinchangzhou(wrl);,weedyriceinlianyungangganyu(wrl);,weedyriceinxuzhoupizhou(wrl);,weedyriceinyanchengjianhu(wrl);,weedyriceinhuaian(wrl);,weedyriceintaizhouxinghua(wrl);,weedyriceinnanjingjiangning(wrl);,weedyriceinsuzhou(wrl);b,amplificationresultswithredprimers图江苏省杂草稻样品的果皮颜色及其red标记扩增结果figpericarpcolorandredamplificationresultsofweedyricesamplesinjiangsuprovince中国水稻科学(chinjricesci)第卷第期(年月)采用primer软件针对日本晴rc基因第外显子缺失bp的部位,设计了pcr引物red,其中,redfor:ttacaggggagcagaaaca,redrev:tcttctcctctctttcagcac.红色果皮redpcr理论产物为bp,白色果皮redpcr理论产物为bp.red对稻种样品单株dna扩增片段page胶电泳结果显示(图b),穞稻(wrl)和塘稻(wrl)及份江苏杂草稻、普通野生稻的pcr产物带型一致,片段大小与预期的bp一致.而日本晴对照材料以及江苏水稻材料均缺失bp,大小与预期的bp一致,说明江苏穞稻和杂草稻的红色果皮基因均不存在bp的缺失,排除了rcr、rcg,初步推断江苏省杂草稻和穞稻、塘稻应为rc野生型.为了检测是否还存在其他等位基因,对穞稻、塘稻、个江苏杂草稻样品、江苏省粳型栽培稻进行rc全基因测序,并与目前发现的种rc等位基因进行共线性分析,结果显示本次测定的江苏杂草稻样本与穞稻和塘稻均为rc野生型(图).江苏省杂草稻rc基因的核苷酸多样性在份样品中,去除展颖野生稻(oglumaepatulasteud)份、南方野生稻(omeridionalisng)份、非洲栽培稻(oglaberrimasteud)份、巴蒂野生稻(obarthiiachev)份、穞稻和塘稻各份.将份样品分为野生稻(n)、arc基因结构(参照日本晴grasp数据库按比例绘制),其中灰色线段代表非编码区,矩形框代表个外显子,矩形框中的白色部分代表日本晴序列中因bp碱基缺失而导致的未表达外显子区域.b目前国际上已报导的rc等位基因类型以及新测定样品的第外显子部位bp的序列.以红色背景标示的为终止密码子.字符“n”代表该位置的碱基缺失.字符“”代表该位置省略了部分序列.rc基因的序列来自日本晴grasp数据库;rc基因和rcs基因的序列来源于sweeny等;rcr来源于lee等;rcg来源于brooks等;rcg来源于gross等;其余为本次测序结果.a,rcgenestructure(referedtonipponbaregraspdatabaseanddrawedtoscale):thegraylinesegmentsrepresentthenoncodingregiontherectangularboxesrepresenteightexonsthewhitepartoftherectangularboxrepresentstheexonregionthatisnotexpressedforbpdeletioninnipponbaresequenceb,bpofthercsthexonforrcallelesreportedandnewlysequencedsamplesterminatedcodonismarkedwitharedbackgroundthecharacter“n”representsthepositionofanucleotidedeletionthecharacter“”representsthepositionthatthepartialsequenceisomittedthercgenesequencefromnipponbaregraspdatabasercgeneandrcsgenesequencefromsweenyetal;rcgcomesfrombrooksetalrcrcomesfromleeetalrcgcomesfromgrossetal图江苏省杂草稻的基因第外显子部分序列共线性分析figcolinearanalysisofthethexonspartialsequenceofrcgeneforweedyriceinjiangsuprovince李潇艳等:江苏省杂草稻rc基因的单体型分析表普通野生稻、栽培稻和杂草稻的rc基因核苷酸多态性分析tablenucleotidepolymorphismanalysisofrcgeneinweedyrice,cultivatedriceandcommonwildrice参数parameter普通野生稻oryzarufipogon(n)所有栽培稻allcultivated(n)粳稻japonica(n)籼稻indica(n)所有杂草稻allweedyrice(n)美国杂草稻usweedyrice(n)江苏杂草稻weedyriceofjiangsu(n)分离位点数s/单倍型数h核苷酸多态性/分离位点比例w/tajimasd/tajimasd为中性检验统计量之一(tajima,).代表达到统计学显著水平(p).代表达到统计学极显著水平(p).rcr基因型(商品名perlarosso)来自lee.rcg基因型(商品名redwells)为美国阿肯色大学专利研发栽培突变体,无法预测全序列,故未加入计算.“/”前的数值代表所有位点计算结果;“/”后数值代表沉默位点(silentsite)计算结果.单倍型数(numberofhaplotypes,h)以单一类别所有位点分别进行计算.srepresentsthenumberofseparatelocihrepresentshaplotypes,whichiscalculatedonalllociofasingtyperepresentsnucleotidepolymorphismwrepresentstheproportionofseparatesitestajimasdisoneoftheneutralteststatistic(tajima,)statisticallysignificant(p)statisticallyhighlysignificant(p)rcrsample(tradenameperlarosso)sequencecomesfromlee,etalrcgsample(tradenameredwells)isnotaddedtothecalculationbecauseitisapatentedmutatedvarietyfromtheuniversityofarkansas,whichhasnotbeenpublishedthewholesequenceyetthevaluebefore/representscalculationresultsofallsitesthevalueafter/representscalculationresultsofsilentsites栽培稻(n)、杂草稻(n);栽培稻中的粳稻(n)和籼稻(n);杂草稻中美国杂草稻(n)和中国江苏省杂草稻(n),进行了rc基因(kb)核苷酸多样性分析(表).结果显示,普通野生稻rc基因的核苷酸多样性均高于栽培稻和杂草稻,而栽培稻rc基因的核苷酸多样性高于杂草稻,其中籼稻rc基因的核苷酸多样性高于杂草稻,粳稻则低于杂草稻.江苏杂草稻rc基因的单倍型数目(h)与美国杂草稻(h)相同,但分离位点数(s)大于美国杂草稻(s);每千个碱基中核苷酸多样性()高于美国杂草稻();同时分离位点比例(w)也高于美国杂草稻(w).从tajimasd值来看,仅野生稻和栽培粳稻达到了统计学显著水平,其中栽培粳稻的数据极偏离零(p);而江苏和美国杂草稻的tajimasd值(和)均未达到显著水平,符合中性进化定律.同时进一步分析了上述份样品共同计算结果的高频率单倍型(n)序列差异(图).发现普通野生稻高频单倍型最多,仅个样品就具有种高频率单倍型;栽培稻其次,个样品共分离出种高频率单倍型,并且h高频率单倍型占有了的栽培稻样品;而杂草稻高频率单倍型最少,个样品只分离出种高频率单倍型,其中h高频率单倍型为杂草稻所特有.江苏省杂草稻rc基因的来源及其与穞稻、塘稻的相互关系在份样品中,除去份展颖野生稻(oglumaepatulasteud)和份南方野生稻(omeridionalisng),保留份样品,应用network软件基于最大简约法(maximumparsimonymethod,mp法)来构建rc基因的网络结构图,以进一步说明江苏省杂草稻rc基因的来源(图).a类群中主要包括普通野生稻和杂草稻,b类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(携带rc型驯化基因样品)共种单倍型,以h(n)为主要单倍型(该单倍型中还包括了个普通野生稻、个红色果皮栽培粳稻、个perlarosso(rcr基因型)和塘稻,其余单倍型卫星状环绕其周围;杂草稻共种单倍型,以h(n)和h(n)两种频率最高,其中h包括个美国杂草稻和徐州邳州(wrl)、连云港赣榆(wrl)、盐城建湖(wrl)、泰州兴化(wrl)、南京江宁(wrl)、南通如皋(wrl)、常州(wrl中国水稻科学(chinjricesci)第卷第期(年月)比较份样品的高频率单倍型,其中大于等于个样品数目的单倍型定义为高频率单倍型.为防止干扰仅考虑snp,采用dnasp输出时对“gaps”以及“missingdata”均以“notconsidered”处理.thehighfrequencyhaplotypeofsampleshasbeencomparedhaplotypewithsamplesisdefinedashighfrequencyhaplotypethegapsandmissingdataisnotconsideredindnaspsetting图普通野生稻、栽培稻和杂草稻的rc基因高频率单倍型间的差异figdifferenceinhighfrequencyhaplotypesofrcgeneamongcommonwildrice,cultivatedriceandweedyrice图中共种rc等位基因类型,分别为野生基因型rc、驯化基因型rc和rcs、回复突变基因型rcr(此基因型未发表序列全长,但lee等已测,故以日本晴部分序列与已测perlarosso品种第外显子序列拼接而成),以及非洲栽培稻的rcg基因型,由于rcg基因型(商品名redwells)为美国阿肯色大学专利培育的栽培变种,无法预测全序列而未加入图中.图中一个圆形都代表一种单倍型,圆形的面积与该种单倍型的样本数目成正比,圆圈之间的连接线表示突变事件;两个单倍型之间的黑色节点代表假点(mv),即表示两个单倍型在进化历史过程中,理论上应该发生但没被观察到的突变事件,节点越多表明两种单倍型遗传距离越远.therearefivekindsofrcallelegeneinthefigure,namelywildgenotyperc,reversemutationgenotypercr,theafricancultivatedricercggenotype,domesticatedgenotypesrcandrcsrcggenotype(tradenameredwells)ispatentedcultivaroftheuniversityofarkansasanditswholesequencehasnotpublishedyet,soitisnotcalculatedinthefigureacirclerepresentsahaplotype,circleareaisproportionaltosamplenumberofhaplotype,theconnectinglinebetweentwocirclesrepresentsamutationaleventtheblacknoderepresentsthemv,referringtotheoreticallymutationaleventthatwasnotobservedinthecourseofevolutionaryhistorythemorenodesimpliesthefarthergeneticdistancebetweentwohaplotypes图个样品的种单倍型的进化网络fighaplotypesevolutionarynetworkofsamples李潇艳等:江苏省杂草稻rc基因的单体型分析驯化等位基因(rc,rcs)的样品分别组合为两个蓝色三角形;回复突变基因型rcr基因型,以其商品名“perlarosso”在出现位置标明;回复突变基因型rcg为美国阿肯色大学专利培育的栽培品种(商品名redwells),只报道了部分序列,故未加入计算.非洲红色果皮稻种突变为白色果皮rcg基因型,以黄色三角形表示.图中三角形的大小与其携带样本数量成正比.同种颜色代表同种样本类型.穞稻(wrl)、塘稻(wrl)和perlarosso没有用单独的颜色标明,只在它们出现的位置以文字来注释.南方野生稻(omeridionalisng)和展颖野生稻(oglumaepatulasteud)归为外类群.thetwodomesticatedalleles(rc,rcs)ofthesamplewerecombinedintotwobluetrianglesthegenotypercrwithitstradenameperlarossowasmarkedinthefigurercggenotype(tradenameredwells)isapatentedcultivar,oftheuniversityofarkansasanditswholesequencehasnotpublishedyet,soitisnotcalculatedinthefigurethercggenotypeofafricanriceisyellowtrianglethesizeofthetriangleisproportionaltothesamplenumberthesamecolorrepresentsthesamesampletypeludao,tangdaoandperlarossoarenotmarkedinspecialcolorbutpointedoutatthecorrespondingpositionrespectivelyomeridionolisandoglumaepatulaareclassifiedasoutgroup图份样品rc全长基因的贝叶斯进化树(左)与最大似然树(右)figthephylogenetictreebasedonthemaximumlikelihoodmethod(ml,right)andbayesianmethod(left)withrcfulllengthgeneforsamples)、淮安市杂草稻(wrl),h包括个美国杂草稻和个苏州杂草稻(wrl),而另外两个杂草稻单倍型均只具有个样品,分别为h(江苏扬州杂草稻wrl)和h(美国杂草稻gu);红色果皮栽培稻的种单倍型中,除存在于h和h中的红色果皮粳稻外,其余单倍型均只有到个样品数,且不集中排列,其中个单倍型与江苏杂草稻h单倍型直接相连,剩余个单倍型形成一个小的进化枝与杂草稻h单倍型以一个假点相连;而普通野生稻由于序列差异较大,分散为多种低频率单倍型环绕在杂草稻和栽培稻周围.另外h(n)和h(n)为携带rcs驯化基因的白色果皮栽培稻,h(n)为携带rcg基因型的白色果皮非洲稻.进一步采用全部份稻种样品,以贝叶斯法和最大似然法两种计算方法,分别构建kbrc全长基因的系统进化树.两种方法得到的进化树基本一致,不同点仅在于份展颖野生稻(oglumaepatulasteud)、份非洲栽培稻(oglaberrimasteud)和份巴蒂野生稻(obarthiiachev)间排列位置的微小差异(图).图中rc驯化等位基因与红色果皮粳稻地方品种聚为一类,这其中包括穞稻(wrl)和塘稻(wrl);rcs驯化等位基因则与红色果皮的aus种及籼稻地方品种更为接近;而江苏省杂草稻与美国杂草稻聚为一类,与之邻近的是普通野生稻、aus种、香稻以及红色果中国水稻科学(chinjricesci)第卷第期(年月)皮栽培稻.讨论江苏省杂草稻红色果皮的等位基因类型红色果皮是杂草稻(weedyrice)的重要鉴别特征之一,所以杂草稻又被称为红稻(redrice).同时,也是其产生危害的重要因素,如导致栽培稻品质及价格显著降低.此外,研究表明水稻种子果皮的红色色素具有抗氧化性和抗菌等功能,并且这种性状对于捕食的动物也具有威慑作用,因此,从进化角度看,红色果皮对杂草稻在自然选择中能够生存下来发挥了重要作用,这可能是杂草稻都具有红色果皮的重要原因.gross等的研究已表明,美国的杂草稻为rc野生型,不存在回复突变基因型,也不为栽培稻回复突变,与之聚类最近的为aus种.而江苏杂草稻颖果为红色(图),对其rc基因全长测序结果进行共线性分析(图),发现江苏省杂草稻红色果皮的等位基因类型也显示为rc野生型(穞稻和塘稻结果亦为rc型),未发现其他种rc等位基因型,与对美国杂草稻分析结果一致.这为监测江苏省杂草稻种子的传播路径提供了技术保障.江苏省杂草稻rc基因的核苷酸多样性和单倍型分析以往的研究表明,同一区域的杂草稻遗传多样性低,这可能与杂草稻主要以自交繁殖而异交率低有关.本研究针对份稻种进行了rc基因的核苷酸多态性分析(表),发现杂草稻rc基因核苷酸多样性低于栽培稻(高于粳稻、低于籼稻),更低于普通野生稻.说明杂草稻rc基因相对栽培稻、普通野生稻具有更大的保守性,这与诸多关于杂草稻的遗传多样性较低报道相符,.本研究同时分析了份样品的高频率单倍型(图),虽然杂草稻与栽培稻具有很高的遗传相似性,但它仍具有h特有高频单倍型,这与杂草稻其他基因分析的结果相似,表明杂草稻与目前栽培稻既相似,也具有一定差异.此外,江苏份杂草稻rc基因的核苷酸多态性()和分离位点比率(w)均大于份美国杂草稻(;w),鉴于二者均为籼型且种植环境相似(份中国江苏杂草稻种植纬度为nn,份美国南部杂草稻种植纬度为nn,两地均为亚热带气候),这可能由于美国的栽培稻品种相对单一,江苏各市县农户间种植栽培稻品种多样,导致田间杂草稻与栽培稻之间的基因交流过程中,由于栽培稻的多样性相对高而使得江苏杂草稻多样性高于美国杂草稻.江苏省杂草稻的rc基因来源关于江苏省杂草稻的红色果皮基因来源,目前的研究主要有三种假设:一是来源于白色果皮培稻品种的回复突变类型;二是来源于一些具有红色果皮性状的品种;三是直接来源或者保留自野生稻.本研究通过对包含红色果皮的水稻和普通野生稻等共份稻种样品进行了rc基因单倍型的进化网络分析(图).结果显示,江苏杂草稻主要存在于h和h单倍型类群中,周围辐射环绕普通野生稻以及红色果皮栽培稻多个单倍型.进一步构建了份样品rc基因的贝叶斯进化树与最大似然(ml)树(图).结果两种计算方法得出的聚类图表明,在系统树中与江苏省杂草稻临近的是普通野生稻、aus种、香稻以及红色果皮栽培稻.这与rc基因单倍型进化网络的分析结果相似(图),同时,也与美国杂草稻的研究结果类似.gross等对份样品的rc红色果皮基因测序研究表明,美国杂草稻的rc基因区域并非直接来源于rc驯化基因的回复突变,而与aus种和普通野生稻亲缘关系更近.本研究表明江苏省杂草稻的rc等位基因不直接来源于普通的白色栽培稻回复突变.至于江苏省杂草稻的rc等位基因与红色果皮栽培稻和普通野生稻的相互关系,还需要进一步研究.江苏省田间正发生的杂草稻与华东地区古代杂草稻(穞稻、塘稻)的rc基因亲缘关系分析江苏省杂草稻危害的报道较早出现于世纪初,而江苏连云港的穞稻和安徽的塘稻已存在百年以上.它们都具有在水稻田落粒、自生并延续后代的能力,且都为红色果皮.由于江苏穞稻和塘稻来自古代的粳型栽培稻,具有长芒、黑壳、红米、粒形偏粳,落粒性强,种子休眠期长、耐旱、耐盐且在稻田中延续自生等生物学特性,常被认为是江苏省正在发生危害杂草稻类型的rc基因来源.本研究通过构建来自全球份稻种rckb全长基因的单倍型进化网络(图),证明穞稻和塘稻虽与江苏正发生的的杂草稻类型均表现出红色果皮性状,但穞稻和塘稻的红皮基因单倍型与栽培李潇艳等:江苏省杂草稻rc基因的单体型分析稻单倍型更相似(图);采用贝叶斯和最大似然两种模型构建的分子进化树也显示穞稻、塘稻与栽培稻的rc基因亲缘关系更近(图),而与江苏目前正发生的杂草稻rc基因亲缘关系较远.谢辞:感谢美国华盛顿大学olsen教授提供统计分析软件.在线辅助信息:附图放在中国水稻科学网站上,网址为hrrp:/wwwricescicn/cn/article/showsupportinfodo?id.参考文献:bakibb,chindv,mortimermwildandweedyriceinriceecosystemsinasia:areviewlimitedproceedingsnolosbanos(philippines):internationlriceresearchinstitute,:delouchejc,labradar,rosellcweedyricesorigin,biology,ecologyandcontrolrome,italy:foodandagricultureorganization(fao)oftheunitednations,:caoq,lubr,xiah,e