工业大麻HD-Zip基因家族鉴定与干旱胁迫下的表达分析

HD-Zip在植物抗逆过程中起着重要的调节作用,为了解大麻基因组中HD-Zip基因家族的特征和潜在功能,并为进一步研究CsHDZ基因对干旱胁迫下的调控提供重要线索,根据大麻全基因组数据库中的参考序列,利用生物信息学的方法对大麻HD-Zip基因家族进行全基因组鉴定,并系统分析其理化特性、进化发育、基因结构、启动子顺式结合元件并测定干旱胁迫下的表达模式。结果表明,大麻HD-Zip基因家族共筛选出20个CsHDZs基因,分别定位在7条染色体上,属于4个亚家族,编码氨基酸204~837个,理论等电点4.54~9.04,属不稳定蛋白,亚细胞定位预测全部定位于细胞核;蛋白保守基序分析显示,CsHDZs共有10个保守基序,其中motif 1和motif 9为各成员共有;启动子调控元件分析发现,CsHDZs富含多种逆境胁迫应答相关元件。实时荧光定量分析结果显示,CsHDZ1/8/10基因转录水平在干旱前期无显著差异,而后期显著上调。研究表明CsHDZs基因参与了胁迫应答过程并能够积极响应干旱。

蓖麻标雌/单雌/两性系花序MSAP反应体系的建立

为了建立Lm型雌性系蓖麻不同发育时期的标雌/单雌/两性系花序MSAP反应体系,提取不同类型不同发育时期的花序基因组DNA,混合成基因池;用EcoRⅠ和HpaⅡ/MspⅠ的组合,12 h可将DNA酶切完全;16℃条件下,将酶切产物与EcoRⅠ、HpaⅡ/MspⅠ接头过夜连接;连接产物用于预扩增。优化后的预扩增反应体系为10×PCR Buffer 2.5μL、d NTPs(10 mmol/L)2.5μL、Mg2+(25 mmol/L)2.0μL、模板2.0μL、E0扩增引物(10pmol/μL)1.5μL、H0扩增引物(10 pmol/μL)1.5μL、LA Taq(5 U/μL)0.25μL、dd H2O 12.75μL。预扩增产物稀释10倍后用于选择性扩增。优化后的选择性扩增体系为10×PCR Buffer 2.5μL、d NTPs(10 mmol/L)2.0μL、Mg2+(25mmol/L)4.0μL、模板3.0μL、EX扩增引物(10 pmol/μL)1.0μL、H/MX扩增引物(10 pmol/μL)1.0μL、LA Taq(5U/μL)0.30μL、dd H2O 11.2μL。

植物基因工程研究成果及其在麻类作物育种上的应用前景

本文综述了近年来植物基因工程领域所取得的主要成果以及植物基因工程技术在麻类作物育种上的应用研究现状 。

红麻WRKY基因家族鉴定及其盐胁迫下的表达分析

通过鉴定红麻全基因组中WRKY基因家族所有成员,并分析其在盐胁迫下的表达特征,从而为研究WRKY基因家族成员在红麻响应盐胁迫过程中的生物学功能奠定坚实基础。利用生物信息学的方法对红麻全基因组中的WRKY基因家族成员进行鉴定,并对WRKY基因家族各成员的理化性质、系统发育和保守功能域进行分析,同时利用实时荧光定量PCR技术分析盐胁迫下WRKY基因家族各成员的表达特征。结果表明,共鉴定出33个WRKY基因家族成员,且该基因家族成员不均匀地分布在12条染色体上,每个基因家族成员的理化性质如氨基酸数目、分子质量、理论等电点都存在一定的差异,且每个基因家族成员的氨基酸保守序列WRKYGQK没有发生变异。红麻和拟南芥的WRKY基因家族系统进化树分析表明,33个WRKY家族成员分成了3个类群,GroupⅠ、GroupⅡ、GroupⅢ,其中GroupⅢ包含了5个亚组。实时荧光定量PCR技术分析结果表明,盐胁迫诱导表达的WRKY家族成员有26个,其中23个具有正向调控作用,3个具有负向调控作用。共鉴定出红麻WRKY家族成员33个,其中26个WRKY家族成员参与了红麻盐胁迫响应过程。

麻类作物G带的研究

麻类作物是世界上重要的纤维作物,对其染色体的分析研究,在麻类作物的遗传理论、育种实践,资源分析等方面都是十分必要的。虽然对各种麻类作物的染色体数目早有报道,但对麻类的核型及染色体分带的研究,80年代在我国才开始取得进展。朱凤绥等对苎麻、黄麻、红麻、亚麻、大麻。

蓖麻钙依赖蛋白激酶29基因克隆与表达分析

为探讨蓖麻钙依赖蛋白激酶29基因(RcCDPK29)在蓖麻耐盐中的作用,以蓖麻叶片为材料,设计特异性引物,克隆蓖麻钙依赖蛋白激酶29基因(RcCDPK29),并对所得序列进行生物信息学分析。结果表明,蓖麻钙依赖蛋白激酶29基因(RcCDPK29)序列全长1590 bp;编码528个氨基酸;蛋白分子量为59.74 ku;等电点(pI)值6.21;是典型的非跨膜蛋白;亲水性数值为负值,属于亲水性蛋白;RcCDPK29蛋白α-螺旋占比最高有228个;RcCDPK29与拟南芥CDPK(SMTL ID:3q5i.1)相似度为40.41%,具有较高可信度(>30%)。将木薯、麻枫树、巴西橡胶树、柑橘、石榴、毛果杨与蓖麻RcCDPK29氨基酸序列进行同源性比对。其中,与麻枫树的同源性最高,为82.29%。RcCDPK29蛋白包含1个Ser/Thr蛋白激酶催化结构域和4个与Ca^(2+)结合的EF-hand型结构域。通过qRT-PCR技术,分析RcCDPK29在不同水平盐胁迫下蓖麻不同组织中的表达,结果表明,RcCDPK29基因主要在茎中表达,盐处理12 h表达量最高。随着盐处理时间的延长,RcCDPK29基因根的表达量逐渐下降,分别在2,8,24 h达到最低,与0 h差异显著;叶的表达量在2 h的表达量最低且与0 h相比差异显著。根据RcCDPK29全长设计带有SmaⅠ和XbaⅠ酶切位点的引物扩增出序列全长,用SmaⅠ和XbaⅠ进行双酶切后与表达载体pCG-3300连接。成功构建了CRcCDPK29的表达载体。因此,RcCDPK29在蓖麻受到盐胁迫时起重要作用。

大蒜花序轴离体培养产生鳞茎方法的研究

为了筛选出高效培养基，确定适宜的培养方法，以大蒜花序轴为外植体，对大蒜花序轴离体培养诱导鳞茎培养方法进行研究。结果表明，大蒜花序轴离体培养诱导鳞茎最佳培养基为1／2MS＋90g·L^-1蔗糖，pH值为5．8～6．0，鳞茎的形成率为96．8％，鳞茎总诱导率为800％。蒜薹总苞表面消毒的最佳方法为75％酒精2min＋O．1％升汞5min＋O．5％次氯酸钠8min。不添加任何植物激素及添加较高浓度的蔗糖有利于试管鳞茎的形成。

农作物及麻类作物诱变育种进展简况

综述了国内外农作物诱变育种的最新进展，展示了该研究领域的发展动态。同时对麻类作物（亚麻、黄麻、红麻和苎麻）的诱变育种进行了概述。

麻类作物遗传转化研究进展

综述了麻类遗传转化的途径、转化体的性状变异和分子验证，并分析其在育种上的应用前景。

苎麻孤雌生殖后代染色体倍性变异的研究

对化学药剂诱导苎麻孤雌生殖后代染色体组成和倍性的观察结果表明：苎麻孤雌生殖后代染色体数目变化很大，有单倍体、混倍体和非整倍体细胞．单倍体细胞在５２．５％～６２．５％之间，并伴有不均等分裂、落后染色体、小染色体等有丝分裂异常现象．另外对天然雄性不育孤雌生殖的结实率及其后代植株倍性进行了观察。

胡麻膜侧栽培品种比较试验研究

以旱作节水农业技术为平台,对西吉县引进的4个胡麻品种进行品种比较试验,以当家品种宁亚11号为对照,筛选适宜当地种植的优良品种。结果表明:筛选出的宁亚17号、宁亚19号2个品种比对照分别增产15.62%、9.46%,适宜在西吉县种植,可代替宁亚10号和宁亚11号品种。

苎麻组织培养研究进展

组织培养是保存苎麻种质资源、进行快速繁殖的有效方法,并且是运用基因工程技术改良苎麻品质的重要手段。近年来国内研究学者开展了苎麻组织培养研究,本论文从不同基因型、不同的外植体、不同基本培养基、不同的激素对苎麻增殖与分化的影响,以及培养条件等方面综述了近年来在苎麻组织培养方面的研究进展。

外源野生胡麻总DNA遗传转化栽培胡麻及RAPD分子验证

为了克服亚麻属不同种间存在的生殖隔离,从而利用亚麻野生种优异基因进行资源创制,采用花粉管通道法将亚麻野生种垂果亚麻的基因组DNA导入到栽培种坝选三号中,获得T0种子。T1播种后所获24个单株中有3株发生明显变异,转化后代的株高、工艺长度、分茎数、分枝数及单株蒴果数与受体坝选三号相比较,均发生明显增加。利用18条引物对供体、受体及24株T1导入材料的基因组DNA进行了RAPD扩增分析,从中筛选到6条多态性引物(OPH20、OPK14、S103、S118、OPJ4、OPT6)对8个样品的DNA扩增产物带型出现明显差异,占全部所用引物的33. 3%。RAPD分析表明,D14、D17、D22 3个植株的RAPD谱带中均有来自于供体的特异条带,结合考种数据,认为是供体DNA片段成功整合进了受体基因组中引起了表型上的变化。利用花粉管通道法向胡麻栽培种中导入野生种基因组DNA能够在当代引起多种变异,同时也可在分子水平上检测到基因组的差异,推测大片段外源DNA同源重组可能是变异的主要原因。

青冈县汉麻品种比较试验

为了筛选出适宜青冈县种植的胡麻品种,2019年青冈县农技部门开展了汉麻品种示范试验。结果表明,汉麻品种龙大麻3的丰产性、稳定性、适应性、抗逆性均优于其他2个品种(庆大麻2、龙大麻2),该品种可在青冈县适宜区域内扩大推广种植面积。

大麻CBDAS基因家族成员的全基因组鉴定及表达分析

为了探究大麻二酚酸合成酶基因(CBDAS)家族在大麻中的功能,利用生物信息学方法对大麻二酚酸合成酶基因(CBDAS)进行了全基因组鉴定,并系统分析其理化特性、进化发育、基因结构、启动子顺式结合元件及表达模式。结果表明,大麻CBDAS基因家族包含5个成员,仅分布在2,7号染色体上;理化性质分析显示,大麻CBDAS基因家族编码的氨基酸数目为541~545 aa,分子质量为介于61.49~62.41 ku,等电点为6.90~9.00;系统进化分析显示,来自植物、动物和微生物的33个CBDAS基因可分为3个家族,多数CsCBDAS基因家族成员属于同一亚家族;启动子区顺式作用元件预测表明,CsCBDAS基因家族成员均富含光响应元件;组织特异表达分析显示,CsCBDAS1和CsCBDAS2在雌蕊中表达最高,CsCBDAS4、CsCBDAS5在根中表达量最高;大麻CBDAS基因在高大麻二酚(CBD)和低CBD含量品种的表达模式不同,CsCBDAS1表达量在高大麻二酚(CBD)品种中高于低CBD含量品种;外源重金属Cd处理CsCBDAS4和CsCBDAS5基因表达量显著上调表达;CsCBDAS1、CsCBDAS2及CsCBDAS5表达量在黑暗和光照处理间表现出显著差异,光照处理下,CBDAS1基因表达量显著低于黑暗处理,而CsCBDAS2及CsCBDAS5的表达量高于黑暗处理。这些基因可能参与大麻的生长发育与大麻素的合成,该研究为后续大麻CBDAS基因家族的功能研究奠定了基础。

大麻FT同源基因CsHd3a的克隆及表达谱分析

为探究FT基因在大麻光周期途径中调控开花的作用,从工业大麻品种庆麻1号(Q1)中使用PCR技术克隆了FT同源基因cDNA序列,命名为CsHd3a。利用生物信息方法对该基因序列特征进行了分析,并使用实时荧光定量(qRT-PCR)技术研究其组织特异性表达模式。选取了晚花品种云麻7号(Y7)与早花品种Q1使用qRT-PCR技术进行了长、短日照下的表达谱分析,并分别克隆了2个品种的CsHd3a基因,对其氨基酸序列进行了差异分析。结果表明,CsHd3a基因CDS全长为543 bp,编码180个氨基酸,包含PEBP家族蛋白结构域。系统进化分析表明,CsHd3a蛋白与棉花的GhFT1蛋白亲缘关系最近。组织特异性分析表明,大麻CsHd3a基因在叶片中高表达,在根和茎中几乎不表达。qRT-PCR分析结果表明,Q1在短日照(SD)处理下表现出节律性变化,且在8:00达到最高,而在长日照(LD)处理下几乎不表达。SD条件下,早花品种Q1 CsHd3a基因表达量显著高于晚熟品种Y7。此外,CsHd3a氨基酸序列在Q1和Y7存在5处氨基酸差异,其差异是否因其保守结构域PEBP功能的变化还有待进一步研究。综上,获得了CsHd3a基因的CDS序列,初步探究了早、晚花品种Q1和Y7 CsHd3a基因的时空表达模式,为探究大麻开花光周期途径的机理奠定了研究基础。

红麻HcMS1基因的克隆、表达与功能分析

为挖掘红麻雄性不育核基因,解释红麻花蕾败育的分子机理,通过分析转录组数据,利用同源克隆的方法从红麻花药中克隆出拟南芥MALE STERILITY1(MS1)的同源不育基因,并命名为HcMS1基因。利用生物信息学方法对HcMS1蛋白进行结构、理化性质及亲缘关系等分析,并通过qRT-PCR分析HcMS1基因在红麻不育系、保持系不同时期的表达水平;构建过表达载体,利用叶盘法转化本氏烟草并对转基因烟草进行表型观察。HcMS1基因序列开放阅读框(ORF)为1950 bp,编码649个氨基酸。生物信息学分析显示,HcMS1蛋白为亲水蛋白,定位在细胞核上且含有典型PHD-finger结构域,没有信号肽和跨膜区结构,与陆地棉MS1蛋白亲缘关系最近,其次为木槿MS1蛋白。qRT-PCR结果表明,HcMS1基因的表达量在保持系和不育系中均呈现先上升、后下降的趋势,且在红麻花蕾的四分体至单核期表达量最高,这与拟南芥中MS1基因表达模式一致;另外在保持系中基因的表达水平显著高于不育系,推测红麻败育与HcMS1基因的低量表达相关。通过遗传转化试验发现,HcMS1转基因烟草株型较矮,花萼大小不一,花筒长度缩短,并出现自交不结实的现象,说明红麻HcMS1基因的异源表达有影响本氏烟草正常育性的功能。从红麻花药中成功克隆出核不育相关基因HcMS1,并对其进行功能分析,为后续红麻雄性不育育种工作提供了一定的理论依据与基础。

蓖麻RcHSF基因家族鉴定与冷胁迫下的表达模式分析

为明确蓖麻HSF基因家族的结构特征与冷胁迫下的表达模式,利用序列比对法实现蓖麻HSF基因家族成员的全基因组鉴定,通过生物信息学手段对基因家族成员的序列结构、理化性质、染色体定位、启动子顺式作用元件、蛋白保守结构域、系统进化关系以及聚类方式进行分析,并结合RNA-Seq与qRT-PCR对RcHSFs的表达水平进行验证。结果表明,蓖麻基因组中含有19个RcHSF基因家族成员;基因分析发现RcHSFs分别含有1~3个外显子,定位在17个染色体片段上且呈不均匀分布,其中大多数RcHSFs均含有AAGAA-motif、MYB与MYC元件,暗示其响应植物激素与逆境胁迫;蛋白分析表明,RcHSFs按照基序类型与排布方式被聚为A、B、C 3类,推测不同类型HSF的蛋白功能存在差异,尽管所有成员均存在不同程度的motif缺失,但结构域高度保守;RNA-Seq分析发现仅RcHSF4与RcHSF10受冷胁迫诱导表达,与qRT-PCR验证结果一致。结果为RcHSFs基因的克隆与功能研究提供重要的理论基础,为蓖麻抗冷新种质资源的建立提供候选基因。

麻类作物组织培养研究进展

论述了组织培养在生物技术上的重要作用,概述近些年来国内外麻类作物快速繁殖、器官发生、体细胞胚胎发生、原生质体培养、花药培养的研究进展,指出麻类作物组织培养存在的问题,并提出展望。