基于全基因组水平的花生FAR1转录因子家族分析

FAR1是一类起源于转座子酶的转录因子,在光敏色素A(phyA)信号通路的启动中起到非常重要的作用。基于全基因组水平对其家族分析,可为深入研究FAR1基因在花生生长发育、逆境胁迫响应中的分子调控机理提供依据。本研究在花生基因组中共鉴定出60个FAR1基因,该转录因子家族成员分成3个亚组,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ亚组中分别包含了21、20和19个花生FAR1蛋白。65%直系同源基因的Ka/Ks值小于0.5,这些基因结构稳定、较为保守,经历了较强的负选择作用。转录组数据分析发现,大部分FAR1基因在花生叶片中表达。本研究结果有助于了解花生FAR1基因家族的进化与功能,为下一步深入研究该基因家族的功能提供依据。

花生SWEET基因全基因组鉴定及表达分析

SWEET(sugars will eventually be exported transporter)蛋白是一类结构保守、不依赖能量的糖转运蛋白,在植物生长发育、响应生物/非生物逆境胁迫等生理过程发挥重要作用。目前,尚未见花生SWEET基因相关报道。本研究首次全基因组挖掘了花生SWEET基因,对其分子特征及表达模式进行了细致分析。结果表明,栽培种花生和2个祖先野生种基因组分别存在55、25、28个SWEET基因,随机不均匀分布在各染色体上。来源于野生种和栽培种的同源基因在染色体位置相近,但也存在个别缺失,这验证了花生野生种和栽培种的进化关系,也暗示了基因组复制加倍过程中存在同源基因的丢失或扩张。基因内含子-外显子数目和位置以及启动子中顺式作用元件种类和数量均存在差异,暗示了花生SWEET基因生物学功能的多样性。系统进化分析将花生SWEET基因分为4个亚家族Clade I~Clade IV,同一亚家族同一分支的基因具有相似的外显子-内含子结构。分析Clevenger等组织表达谱发现部分基因表现为组织优势表达,这为深入了解SWEET基因行使功能部位提供了参考。此外,基于课题组前期发表的干旱和高盐胁迫转录组分析和RT-qPCR验证,我们挖掘出AhSWEET3a和AhSWEET4e等响应花生干旱或高盐胁迫的基因,功能有待进一步鉴定。研究结果为下一步深入分析花生SWEET基因功能提供了理论参考。

花生抗旱种质资源创新利用研究进展

花生是我国重要的油料作物和经济作物,在农业生产上占有重要地位。我国水资源日益短缺,加强对花生抗旱资源的挖掘、评价和利用,结合常规育种和现代分子生物学技术培育抗旱品种,对提高花生产量及品质具有重要意义。本文概括了干旱对花生的危害、抗旱种质资源鉴定技术、抗旱基因挖掘及抗旱品种培育等国内外研究进展,旨在为今后更好地开展花生抗旱研究提供理论参考。

全生育期鉴定筛选耐盐碱花生品种

为改善黄河三角洲滨海盐碱地种植结构,扩大花生种植面积,本研究以22个育成的花生品种(系)为材料,测定了全生育期9个性状指标,利用方差分析、相关分析、聚类分析等进行耐盐碱鉴定及耐盐碱指标筛选。结果表明,盐碱胁迫显著降低花生成苗率,明显抑制花生的生长发育和产量形成,不同品种(系)间在9个鉴定指标上存在较大差异。相对单株产量和相对小区产量均与相对地上部干重、相对主茎高、相对侧枝长呈显著正相关,相对小区产量与相对成苗率、相对地下部干重、相对单株产量显著正相关。全部材料可划分为4个耐盐碱级别,其中高度耐盐碱7份(Ⅰ级)、较耐盐碱11份(Ⅱ级)、盐碱胁迫敏感3份(Ⅲ级)、高度敏感1份(Ⅳ级)。筛选出花育9307、花育9312、花育9313、6P03、花育9305及花育6303等适于盐碱地种植的高产品种(系)。本研究表明,相对地上部干重、相对主茎高、相对成苗率、相对单株产量、相对侧枝长、相对地下部干重可作为简单、直观的花生耐盐碱鉴定指标。

基于表型性状构建中国花生地方品种骨干种质

中国花生地方品种遗传多样性丰富,是花生新品种选育的重要亲本来源。本研究以种质库保存的2741份地方种质为材料,基于种植区划和植物学类型分组,平方根法确定取样量,组内按13个表型数据进行UPGMA聚类分析,类内随机取样,构建骨干种质。利用t检验、F测验、卡方测验、极差、表型保留比例、表型相关性等对骨干种质代表性进行检验和评价;并利用主成分分析和直方图对骨干种质进行确认。结果表明,构建了包含259份种质的中国花生地方品种骨干种质,占全部种质的9.4%,包括多粒型14份、珍珠豆型85份、龙生型42份、普通型103份、中间型15份。在P <0.05概率条件下,骨干种质13个性状的均值、方差、变异系数、香农指数与全部种质无显著差异,且保留了全部种质的分布范围、表型保留比例和表型相关性;二者的植物学类型组成和生态分布是一致的,具有相似的遗传结构和分布频率。建立的骨干种质很好地代表了全部种质的遗传变异和群体结构,可为花生种质创新和优异等位基因发掘奠定良好的基础。

花生种子特异启动子AHSSP1的克隆及功能分析

为丰富花生种子特异启动子资源,本研究利用PCR技术在花生基因组中克隆了种子贮藏蛋白基因PSC32的启动子AHSSP1,利用半定量RT-PCR检测了PSC32基因表达模式,借助NewPLACE在线分析了AHSSP1序列中存在的顺式作用元件,并构建了AHSSP1驱动GUS报告基因的表达载体,经农杆菌转化获得转基因拟南芥,经GUS组织化学染色鉴定了该启动子的功能。结果表明,PSC32基因957 bp长的启动子AHSSP1序列具备种子特异表达启动子特有的3个RY REPEAT元件。半定量RT-PCR分析发现,PSC32基因在花生成熟种子中表达,而在饱果成熟期根、茎、叶片、花、入土前的果针、成熟种子的果壳中均不表达。GUS组织化学染色发现,转基因拟南芥成熟种子以及萌发种子的子叶、下胚轴和胚根均能够被染上蓝色;长出真叶后,子叶和下胚轴仍能被染色,而根和真叶不能被染上蓝色;成年期转基因拟南芥的叶片也不能被染上蓝色。而野生型拟南芥整个生长时期均不能被染上蓝色。以上现象说明AHSSP1是一个种子特异启动子。本研究丰富了花生种子特异启动子的资源,对花生籽仁品质改良或以花生籽仁作为"生物反应器"的研究具有重要的应用价值。

花生突变体研究进展

花生是我国重要的油料作物。由于栽培种花生遗传基础狭窄,常规育种难以培育出突破性新品种。而创制突变体是一种快速、有效获得具有优异性状花生新种质进而培育新品种的重要途径。本文就植物突变体创造途径、花生突变体研究现状及利用情况进行了概述,并对下一步工作进行了展望,旨在为花生突变体的创制和利用提供参考。

花生高亲和硝酸盐转运蛋白基因AhNRT2.7a响应低氮胁迫的功能研究

【目的】氮素在作物生产中对生物量和产量起关键作用。高亲和硝酸盐转运蛋白基因NRT2在植物响应低氮胁迫时被激活并具有维持氮吸收和转运的作用。通过筛选花生低氮耐受相关的NRT2基因并解析其生物学功能,为培育高氮素利用率的花生新品种提供理论参考,最终有助于实现节氮、高效的绿色生产目标。【方法】检测正常氮浓度及1/20正常氮浓度(15 mmol·L^(-1))条件下5个具有典型跨膜结构的花生NRT2基因(AhNRT2.4、AhNRT2.5b、AhNRT2.5c、AhNRT2.7a和AhNRT2.7b)的时空表达情况。以花育6309的cDNA为模板,对AhNRT2.7a进行克隆和生物信息学分析,并通过亚细胞定位确定AhNRT2.7a的表达部位。进一步构建异源过表达AhNRT2.7a的拟南芥株系,分别在正常以及低氮胁迫条件下测定其叶绿素含量、氮积累量以及谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(NiR)、谷氨酸脱氢酶(GDH)5个氮代谢关键酶的活性。【结果】5个NRT2基因中有4个NRT2基因在花生响应低氮胁迫条件下大量表达。其中,AhNRT2.7a能够响应低氮胁迫,并在花生茎和叶中高表达。获得AhNRT2.7a的cDNA序列,全长为1380 bp,编码459个氨基酸。蛋白结构分析显示其为具有12个典型跨膜结构域的膜蛋白。该氨基酸序列与栽培种花生(Arachis hypogaea L.)相似性高达99.56%,其次是野生亲本AA和BB基因组花生。亚细胞定位显示其主要定位于细胞质膜上。构建异源过表达AhNRT2.7a的转基因拟南芥植株,在不同供氮条件下,成熟叶和幼叶叶片的叶绿素相对含量均显著高于野生型拟南芥。同时,对上述5个氮代谢相关酶活性以及氮、磷、钾积累量测定显示,转基因植株中2个氮代谢相关酶(GS和NR)的酶活性以及氮积累量均比野生型拟南芥有显著升高。【结论】花生中4个NRT2基因响应低氮胁迫,其中AhNRT2.7a能够提高植物氮代谢过程的氮素利用率。AhNRT2.7a的表达在促进氮代谢过程的同时,促使碳代谢作用的进一步加强。因此,AhNRT2.7a适合作为花生氮素高效利用为目的的候选基因。

基于iTRAQ技术的黄曲霉胁迫花生蛋白质组分析

以花生抗黄曲霉品种J11为研究对象,利用蛋白质组测序技术(iTRAQ)分析了黄曲霉侵染胁迫条件下,花生蛋白质组表达变化情况,共鉴定到1382个蛋白质,其中84个蛋白质的表达发生变化,包括74个上调表达与10个下调表达。综合GO与KEGG分析的结果,发现黄曲霉侵染主要影响花生的代谢通路,且诱导植株抗性机制的运行。此外,本研究从生物信息学角度,对花生Ahhevamine-A基因进行了深入分析。本研究结果可为筛选新的抗黄曲霉花生种质提供理论依据。

花生EMS诱变体系的探索及突变体鉴定

突变体创制对花生遗传改良和功能基因组学研究具有重要意义。为获得最佳诱变效果,本研究对不同基因型花生品种的EMS诱变条件进行摸索,发现花育22号、花育71、花育9301、狮头企和伏花生的最适诱变浓度分别为0.4%、0.5%、0.3%、0.5%和0.3%。通过对最适EMS浓度诱变处理下苗期芽长、株高、根长及根数目分析,发现5个品种虽然都能正常成苗,但均受到较严重的损伤。在预实验基础上,用浓度为0.4%的EMS溶液处理了大约5000粒花育22号种子,M1及M2世代性状调查显示突变群体表型丰富,出现株高、株型、荚果、籽仁、分枝数、叶形等表型变异株系,表型变异率为12.9%。本研究为花生遗传改良和功能基因组学研究提供了丰富的种质材料。

花生中FAR1-5转录因子的克隆和功能分析

FARl是一类起源于转座子酶的转录因子,在光敏色素A(phyA)信号通路启动、植物光形态建成中具有重要作用。本试验对抗旱花生品种J11的FAR1-5基因进行了克隆,通过序列比对进化分析,表明其与野生花生Arachis duranensis,A.ipaensis相关基因具有较高相似度。干旱胁迫状态下,转基因植株抗旱性强于野生型植株,抗氧化酶活性增强,表明该转录因子可积极响应花生抗旱胁迫。研究结果可为花生抗旱育种提供新的基因资源。

花生启动子研究进展

启动子作为一种重要的分子工具,可以驱动外源优异基因在花生中表达,其克隆鉴定对花生分子育种等具有重要的应用价值。本文对植物启动子的结构特征、研究方法进行了介绍,对花生启动子研究进展进行了综述,并对下一步研究重点及应用前景进行了展望,旨在为花生启动子的鉴定及应用提供参考。

花生高亲和硝酸盐转运蛋白基因家族生物信息学分析

氮素利用效率(nitrogen utilization efficiency,NUE)是影响花生产量的重要因素之一。基于前期产量相关性状全基因组关联分析锚定到的一个候选基因,属于花生高亲和硝酸盐转运蛋白(nitrate transporter 2,NRT2)基因家族。本研究利用栽培种花生全基因组和不同组织的转录组信息,对NRT2家族成员进行了全基因组鉴定与表达模式分析。共鉴定到10个NRT2基因家族成员,染色体定位分析结果显示这些基因不均匀地分布在20条染色体上。其中,3号(AhNRT2.5c)和13号(AhNRT2.5b)染色体,6号(AhNRT2.7b)和16号(AhNRT2.7a)染色体上的基因成员存在同源关系。AhNRT2.4,AhNRT2.5a,AhNRT2.5b和AhNRT2.5c四个基因在根组织中表达量较高,表明这些NRT2基因在根系中发挥重要作用。该结果为进一步研究花生NRT2基因家族及在氮转运过程中的作用机制提供了理论依据。

利用InDel标记解析中国花生地方品种的遗传多样性与群体结构

为揭示InDel标记对我国地方花生品种遗传多样性和遗传结构的解析能力,本研究利用13个多态性InDel标记检测4个典型生物学类型的90份中国花生地方品种材料。共扩增出42的等位基因,平均3个;Nei’s多样性指数变幅为0.011~0.705,平均0.443;Shannon’s信息指数变幅为0.034~1.497,平均0.758。龙生型、普通型、珍珠豆型与多粒型花生的Nei’s遗传多样性指数分别为0.3198、0.4407、0.4435和0.4372,结果表明龙生型的遗传多样性明显小于其它生物学类型。种质间的遗传相似系数范围为0.077~1.000,平均为0.636;且普通型与龙生型花生之间遗传相似系数最高,为0.636。群体分析结果表明密枝亚种与疏枝亚种、不同植物学类型之间遗传分化较小,且普通型与珍珠豆型遗传结构相似,龙生型与多粒型花生遗传结构不同。利用非加权平均法(UMPGA)聚类分析将90份花生材料划分为两类(G1、G2),其中G1包括全部的龙生型、61.90%的普通型以及20.00%的珍珠豆型。本研究结果表明InDel标记能够有效地揭示栽培种花生的遗传变异,可为花生杂交亲本的选择以及优异基因的挖掘提供重要参考。

一种快速高效提取花生叶片DNA的简化方法

为获得适用于高通量测序的高质量花生叶片DNA,本方法取第三对真叶为实验材料,设计烧制圆球状枪头和离心管装置代替研钵研磨,并在CTAB法的基础上在杂质沉淀前快速分离DNA等简化方法提取DNA。琼脂糖凝胶电泳检测结果表明DNA条带清晰、完整性高。经超微量分光光度计检测,DNA浓度范围在104～131ng/μL,OD_(260)/OD_(280)为1.7～2.0,OD_(260)/OD_(230)大于2.0,说明杂质少,可获得高纯度,高浓度的DNA。此方法与常用的植物基因组DNA提取方法相比,具有成本低、时间短、质量高的优点,可用于基因组重测序、分子生物学技术以及分子标记筛选等后续研究,可提高花生分子育种与筛选工作效率。

耐涝高产大花生品种花育9306的选育

花育9306是山东省花生研究所以大白沙1016为母本、印度引进种质XW84为父本,采用有性杂交经“单粒传”混合法选育而成的普通型早熟大花生品种,具有结果多而集中、果大壳薄、籽仁饱满均匀、高产、稳产、耐涝等特点,为优质出口型花生。于2015年、2016年和2019年分别通过安徽省品种鉴定登记(皖品鉴登字第1405016)、辽宁省品种备案(辽备花2015005)和农业农村部品种登记(GPD花生(2019)370017)。

花生区组叶绿体高突变区验证及遗传关系分析

栽培种花生是重要的油料作物和经济作物。由于长期的人工选择压力和驯化作用,造成栽培种花生种质遗传背景渐趋狭窄,严重限制了利用现有品种进行遗传改良的效果。准确揭示栽培种花生与本区组内其它物种之间的遗传关系是野生遗传资源保护和有效利用的首要前提。叶绿体基因组具有母系遗传、能够解决低阶分类单元问题等特点,但利用叶绿体基因组全序列解析花生区组种间系统进化关系,具有步骤复杂、耗时长、成本高等缺点。本研究基于花生属花生区组14个叶绿体全序列及直立区组1个叶绿体全序列,初步筛选得到7个候选高突变区,通过引物设计和扩增测序,根据遗传变异数目及遗传多样性锚定到花生区组的高突变区,即psbE-petL的基因间区。经系统发生树拓扑分支结构对比,该区域能够较好地揭示花生区组种间遗传关系,可实现对花生区组尚不明确系统位置的其它物种进行快速鉴定,为准确揭示花生区组种间遗传关系提供重要参考。

InDel在种间进化关系研究中的解析力初探

系统发育分析是揭示物种间进化关系的重要方法。由于插入/缺失(Insertion/Deletion,InDels)变异情况的复杂性,大多数研究进行系统发育分析时往往只考虑单核苷酸碱基替换(Single nucleotide polymorphism,SNPs),忽略了InDels的遗传变异信息。为揭示InDels在系统发育分析中的解析力,本研究对花生属13个物种叶绿体基因组全序列的遗传变异信息(SNPs和InDels)进行统计和处理,首先依据全部SNPs变异所构建系统树的拓扑结构,确定的NJ树分支系统关系揭示所需SNPs饱和变异数目。结果显示,当SNP数目达到3000个之后,拓扑结构持续保持稳定。研究发现InDels能够增加系统发育树中某些节点的分辨率,但其解析力低于同等数目的SNP的解析力。综上,InDels作为主要遗传变异形式之一,能够为准确解析系统进化关系提供有力支持。

CRISPR/Cas9基因编辑技术在作物中的应用

CRISPR/Cas9是由小导向RNA介导的基因组定向编辑技术。自2005年以来,该技术得到飞速发展,在生物学、医学和作物遗传育种等多个学科得到广泛应用。与以往的大范围核酸酶、锌指核酸酶(ZFNs)及类转录激活因子效应物核酸酶(TALENs)相比,CRISPR/Cas9技术具有独特的优越性,以其简便的操作和极高的编辑效率成为目前最主要的基因编辑技术。本文系统阐述了CRISPR/Cas9技术的起源发展、基因编辑特点,总结了该技术在作物基因编辑和其他方面的应用,旨在为利用该技术进行农作物种质创新、基因挖掘和育种提供参考。

花生Argonaute基因家族全基因组鉴定与表达模式分析

AGO蛋白(Argonaute protein)是RNA诱导沉默复合体的关键组分,在植物生长发育中发挥重要作用。花生基因组测序的完成为全基因组水平上分析AGO抗病基因提供了条件。利用AGO蛋白的保守域在花生基因组数据库与NCBI中进行同源比对,鉴定得到花生AGO基因家族所有成员。我们基于生物信息学对AGO蛋白家族的进化关系、理化性质、染色体定位、基因结构、结构域、不同组织中和胁迫下的表达模式等进行分析。结果表明:试验共鉴定得到51个花生AGO基因,包括12个A.duranensis基因,12个A.ipaensis基因以及27个栽培种花生AGO基因。染色体定位分析结果显示这些基因不均匀地分布在花生染色体上,且A.duranensis与A.ipaensis基因组上有10对成员存在较为明显的同源关系。表达模式分析表明AdAGO2、AiAGO4、AdAGO3、AiAGO7、AdAGO8、AiAGO8基因在花生22个组织中整体表达量偏高;而花生茎尖(Shoot Tip)与雄蕊(Stamens)中AGO基因家族呈现较高表达量。本研究结果为揭示AGO蛋白功能和发掘花生的抗逆育种靶向基因资源提供了一定的理论依据。