Progress on Genetic Basis of Rice Ideal Plant Type

doi:10.3969/j.issn.1006-8082.2014.02.001

Abstract

Abstract: Rice is a staple food crop in China. With the wide adoption of semi-dwarf varieties since 1950s and the developing of hybrid rice since 1970s, the yield of rice achieved two leaps. In recent years, rice yield was stagnating. But with the comprehensive design of ideal plant type, making a new breakthrough is possible. The authors briefly reviewed the genetic progress on rice ideal plant type in roots, stems, leaves, spikes and tillers.

Key words: rice, ideal plant type, genetic basis

摘要： 水稻是我国最主要的粮食作物之一，20世纪50年代矮源基因在育种中的应用和70年代杂种优势的利用使水稻产量实现了两次飞跃。近年来，虽然水稻产量徘徊不前，但基于理想株型的综合设计让水稻产量的新突破成为可能。本文从水稻根、茎、叶、穗、分蘖等几部分的遗传进展综述了水稻理想株型的设计塑造。

关键词: 水稻, 理想株型, 遗传基础

CLC Number:

S511

LENG Yu-Jia, QIAN Qian-*, ZENG Da-Li-*. Progress on Genetic Basis of Rice Ideal Plant Type[J]. , 2014, 20(2): 1-6.

冷语佳, 钱前*, 曾大力*. 水稻理想株型的遗传基础研究[J]. 中国稻米, 2014, 20(2): 1-6.

References

[1]    Yuan L P. Hybrid rice breeding for super high yield[J]. Hybrid Rice, 1997, 12（6）: 1-6.

[2]    Zhang Q F. Strategies for developing green super rice[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2007, 104（42）, 16402-16409.

[3]    Boysen J P. Die stoffproduktion der pflangen[M]. Jena: Gustav Fischer, 1932: 108.

[4]    Heath D V, Gregory F G. The constancy of the mean net assimilation rate and its ecological importance[J]. Ann Botany, 1938, 2: 811-818.

[5]    Donald C M. The breeding of crop ideotypes[J]. Euphytica, 1968, 17（3）: 385-403.

[6]    杨守仁. 水稻株型研究进展[J]. 作物学报，1982，8（3）：205-209.

[7]    黄耀祥. 水稻超高产育种研究[J]. 作物杂志，1990（4）：1-2.

[8]    周开达，马玉清，刘太清，等. 杂交水稻亚种间重穗型组合的选育—杂交水稻超高产育种的理论与实践[J]. 四川农业大学学报，1995，13（4）：403-407.

[9]    朱德峰. 国际水稻研究所水稻新株型的研究现状与新动向[J]. 作物研究，1996，1（4）：35-36.

[10] 薛大伟，钱前. 中国超级稻遗传基础与资源创新[J]. 沈阳农业大学学报，2007，38（5）：667-675.

[11] 郑景生，林文. 超高产水稻根系发育形态学研究[J]. 福建农业学报，1999，14（3）：1-6.

[12] 朱德峰，林贤青，曹卫星. 超高产水稻品种的根系分布特点[J]. 南京农业大学学报，2000，23（4）：5-8.

[13] 凌启鸿，陆卫平，蔡建中，等. 水稻根系分布与叶角关系的研究初报[J]. 作物学报，1989，15（2）：123-131.

[14] 石庆华，李木英，徐益群，等. 水稻根系特征与地上部关系的研究初报[J]. 江西农业大学学报，1995，17（2）：110-114.

[15] 杨守仁. 杨守仁水稻文选[M]. 沈阳：辽宁科技出版社，2000.

[16] 杨惠杰，杨仁崔，李义珍，等. 水稻茎秆性状与抗倒性的关系[J]. 福建农业学报，2000，15（2）：1-7.

[17] 饶玉春，李跃，董国军，等. 水稻抗倒伏研究进展[J]. 中国稻米，2009，15（6）：15-19.

[18] 八木忠一. 水稻茎秆强度与有关性状的品种差异[J]. 育种学杂志，1983，33（4）：411-422.

[19] 穆平，李自超，李春平，等. 水、旱条件下水稻茎秆主要抗倒伏性状的QTL分析[J]. 遗传学报，2004，31（7）：717-723.

[20] 严松，严长杰，顾铭洪. 植物叶发育的分子机理[J]. 遗传，2008，30（9）：1127-1135.

[21] 贺再新. 水稻理想株型研究进展与育种策略[J]. 湖南农业科学，2005（1）：11-13.

[22] 陈宗祥，潘学彪，胡俊. 水稻卷叶性状与理想株型的关系[J]. 江苏农业研究，2001，22（4）：88-91.

[23] 朱德峰，林贤青，曹卫星. 不同叶片卷曲度杂交水稻的光合特性比较[J]. 作物学报，2001，27（3）：329-333.

[24] 吕川根，谷福林，邹江石，等. 水稻理想株型品种的生产潜力及其相关特性研究[J]. 中国农业科学，1991，24（5）：15-22.

[25] 肖应辉，余铁桥，唐湘如. 大穗型水稻单株产量构成研究[J]. 湖南农业大学学报，1998，24（6）：428-431.

[26] 杨守仁，张龙步，陈温福，等. 水稻超高产育种的理论和方法[J]. 沈阳农业大学学报，1996，27（1）：1-7.

[27] 马汉云，王青林，吴淑平，等. 水稻株型的遗传研究进展[J]. 中国种业，2008（4）：13-15.

[28] 曾勇军，石庆华，潘晓华，等. 水稻理想株型的研究进展[J]. 中国稻米，2006（1）：1-3.

[29] 潘学彪，韩月澎，陈宗祥，等. 水稻植株形态遗传改良的研究进展[J]. 扬州大学学报: 农业与生命科学版，2004，25（1）：36-40.

[30] 张成良，姜伟，肖叶青，等. 水稻根系研究现状与展望[J]. 江西农业学报，2006，18（5）：23-27.

[31] Kamoshita A, Wade L, Ali M, et al. Mapping QTLs for root morphology of a rice population adapted to rainfed lowland conditions[J]. Theor App Genet, 2002, 104（5）: 880-893.

[32] 班超，张晓玲，穆平. 水稻根系性状QTL 的整合、分类和真实性分析[J]. 中国农学通报，2009，25（19）：20-25.

[33] Yu Z, Hu Y F, Qiu M, et al. The WUSCHEL-related homeobox gene WOX11 is required to activate shoot-borne crown root development in rice[J]. Plant Cell, 2009, 21（3）: 736-748.

[34] Jiang H W, Wang S M, Dang L, et al. A novel short-root gene encodes a glucosamine-6-phosphate acetyltransferase required for maintaining normal root cell shape in rice[J]. Plant Physiol, 2005, 138（1）: 232-242.

[35] Chhun T, Taketa S, Tsurumi S, et al. The effects of auxin on lateral root initiation and root gravitropism in a lateral rootless mutant Lrt1 of rice（Oryza sativa L.）[J]. Plant Growth Regul, 2003, 39（2）: 161-170.

[36] 吴海滨，张淑玲，赵德刚. 水稻主要农业性状的QTL定位及一个极度偏分离分子标记的分析[A].海南生物技术研究与发展研讨会论文集[C]，2006.

[37] 谭震波，沈利爽，况浩池，等.水稻上部节间长度等数量性状基因的定位及其遗传效应分析[J]. 遗传学报，1996，23（6）：439-446.

[38] Ookawa T, Hobo T, Yano M, et al. New approach for rice improvement using a pleiotropic QTL gene for lodging resistance and yield[J]. Nat Commun, 2010, 1: 132.

[39] Ueguchi T M, Fujisawa Y, Kobayashi M, et al. Rice dwarf mutant d1, which is defective in the α subunit of the heterotrimeric G protein, affects gibberellin signal transduction[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 97（21）: 11638-11643.

[40] Hong Z, Ueguchi T M, Umemura K, et al. A rice brassinosteroid-deficient mutant, ebisu dwarf（d2）, is caused by a loss of function of a new member of cytochrome P450 [J]. Plant Cell, 2003, 15（12）: 2900-2910.

[41] Ishikaw S, Maekawa M, Arite T, et al. Suppression of tiller bud activity in tillering dwarf mutants of rice [J]. Plant Cell Physiol, 2005, 46（1）: 79-86.

[42] Sato Y, Sentoku N, Nagato Y, et al. Isolation and characterization of a rice homebox gene, OSH15 [J]. Plant Mol Biol, 1998, 38（6）: 983-997.

[43] Arite T, Iwata H, Ohshima K, et al. DWARF10, an RMS1/MAX4/DAD1 ortholog, controls lateral bud outgrowth in rice[J]. Plant J, 2007, 51（6）: 1019-1029.

[44] Tanabe S, Ashikari M, Fujioka S, et al. A novel cytochrome P450 is implicated in brassinosteroid biosynthesis via the characterization of a rice dwarf mutant, dwarf11, with reduced seed length [J]. Plant Cell, 2005, 17（3）: 776-790.

[45] Arite T, Umehara M, Ishikawa S, et al. d14, a strigolactone-insensitive mutant of rice, shows an accelerated outgrowth of tillers[J]. Plant Cell Physiol, 2009, 50（8）: 1416-1424.

[46] Itoh H, Tatsumi T, Sakamoto T, et al. A rice semi-dwarf gene, Tan-Ginbozu（D35）, encodes the gibberellin biosynthesis enzyme, ent-Kaurene Oxidase [J]. Plant Mol Biol, 2004, 54（4）: 533-547.

[47] Li, Y H., Qian Q, Zhou Y H, et al. BRITTLE CULM1, which encodes a COBRA-like protein, affects the mechanical properties of rice plants [J]. Plant Cell, 2003, 15（9）: 2020-2031.

[48] Zhou Y H, Li S B, Qian Q, et al. BC10, a DUF 266-containing and Golgi-located type II membrane protein is required for cell-wall biosynthesis in rice（Oryza sativa L.）[J]. Plant J, 2009, 57（3）: 446-462.

[49] Zhang B C, Liu X L, Qian Q, et al. Golgi nucleotide sugar transporter modulates cell wall biosynthesis and plant growth in rice [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2011, 108（12）: 5110-5115.

[50] Wu B, Zhang B C, Dai Y, et al. Brittle culm15 encodes a membrane-associated chitinase protein required for cellulose biosynthesis in rice [J]. Plant Physiol, 2012, 159（4）: 1440-1452.

[51] 郭光荣. 以生物产量和收获指数作为水稻育种指标的初步研究[J]. 湖南农业科学，1990，19（5）：20 -22.

[52] 夏仲炎. 粳稻叶型的遗传与选择的研究[J]. 作物学报，1983，9（3）:275-282.

[53] 沈锦骅，王恒立. 自花授粉作物性状遗传力的估算和应用[M]. 北京: 农业出版社，1963: 99-125.

[54] 李仕贵，马玉清，何平，等. 一个未知卷叶基因的识别和定位[J]. 四川农业大学学报，1998，16（4）：391-393.

[55] 沈福成. 关于水稻卷叶性状在育种中利用的几点看法[J]. 贵州农业科学，1983（5）：6-8.

[56] Xiang J J, Zhang G H, Qian Q, et al. SRL1 encodes a putative GPI-anchored protein and modulates rice leaf rolling by regulating the formation of bulliform cells[J]. Plant Physiol, 2012, 159: 1-13.

[57] Ohmori Y, Toriba T, Nakamura H, et al. Temporal and spatial regulation of DROOPING LEAF gene expression that promotes midrib formation in rice [J]. Plant J, 2011, 65（1）: 77-86.

[58] Zhao S Q, Hu J, Guo L B, et al. Rice leaf inclination2, a VIN3-like protein, regulates leaf angle through modulating cell division of the collar[J]. Cell Res, 2010, 20（8）: 935-947.

[59] 刘坚，陶红剑，施思，等. 水稻穗型的遗传和育种改良[J]. 中国水稻科学，2012，26（2）：227-234.

[60] Ashikari M, Sakakibara H, Lin S, et al. Cytokinin oxidase regulates rice grain production[J]. Science, 2005, 309（5735）: 741-745.

[61] Huang X Z, Qian Q, Liu Z B, et al. Natural variation at the DEP1 locus enhances grain yield in rice[J]. Nat Genet, 2009, 41（4）: 494-497.

[62] Song X J, Huang W, Shi M, et al. A QTL for rice grain width and weight encodes a previously unknown RING-type E3 ubiquitin ligase[J]. Nat Genet, 2007, 39（5）: 623-630.

[63] Weng J, Gu S, Wan X, et al. Isolation and initial characterization of GW5, a major QTL associated with rice grain width and weight[J]. Cell Res, 2008, 18（12）: 1199-1209.

[64] Wang S K, Wu K, Yuan Q B, et al. Control of grain size, shape and quality by OsSPL16 in rice[J]. Nat Genet, 2012, 44（8）: 950-954

[65] Takano K N, Jiang H, Kubo T, et al. Evolutionary history of GS3, a gene conferring grain length in rice[J]. Genetics, 2009, 182（4）: 1323-1334.

[66] Li Y B, Fan C C, Xing Y Z, et al. Natural variation in GS5 plays an important role in regulating grain size[J]. Nat Genet, 2011, 43（12）: 1266-1269.

[67] Li X Y, Qian Q, Fu Z M, et al. Control of tillering in rice[J]. Nature, 2003, 422（6932）: 618-621.

[68] Xu C, Wang Y H, Yu Y C, et al. Degradation of MONOCULM1 by APC/CTAD1 regulates rice tillering[J]. Nat Commun, 2012, 3: 750.

[69] Wang Y H, Li J Y. Branching in rice[J]. Curr Opin Plant Biol, 2010, 14（1）: 1-6.

[70] Lin H, Wang R X, Qian Q, et al. DWARF27, an iron-containing protein required for the biosynthesis of strigolactones, regulates rice tiller bud outgrowth[J]. Plant Cell, 2009, 21（5）: 1512-1525.

[71] Gao Z Y, Qian Q, Liu X H, et al. Dwarf 88, a novel putative esterase gene affecting architecture of rice plant[J]. Plant Mol Biol, 2009, 71（3）: 265-276.

[72] Takeda T, Suwa Y, SuzukiM, et al. The OsTB1 gene negativel regulates lateral branching in rice[J]. Plant J, 2003, 33（3）: 513-520.

[73] Jiao Y Q, Wang Y H, Xue D W, et al. Regulation of OsSPL14 by OsmiR156 defines ideal plant architecture in rice[J]. Nat Genet, 2010, 42（6）: 541-544.

[74] 冯永祥，徐正进，王聪，等. 水稻株型的研究进展[J]. 内蒙古民族大学学报：自然科学版，2003，18（3）：260-264.