水稻ARF基因家族新成员ADP-Ribosylation Factor-Like Protein 5(OsARFL5)的克隆及表达分析

小G蛋白家族中的亚家族ADP-核糖基化因子(ADP-ribosylation factor, ARF),在生物体内起众多的生理作用,参与基因表达、细胞骨架重组装、微管的形成以及囊泡和核孔运输等。本研究已成功克隆得到ARF基因家族中的一个新基因OsARFL5,系统进化分析表明该基因与SiARFC1亲缘关系较近;以该基因和其启动子序列构建了两种遗传转化表达载体(pOsARFL5::GUS, pCaMV35S::OsARFL5:EGFP),并获得了相应遗传载体的转基因植株;GUS染色结果表明,该基因在不同时期、不同组织部位表达;洋葱表皮亚细胞定位结果显示,Os ARFL5基因编码的蛋白定位在细胞核。RT-PCR结果显示,OsARFL5在水稻不同生育期的根、茎、叶、叶鞘和穗子中均有不同程度的表达。本研究初步探明了ARF基因家族新成员OsARFL5在水稻生长发育过程中的表达模式。

黄河流域豫北粳稻区杂草稻特性及其发生机制分析

杂草稻泛指生长在稻田及其周边被视为杂草的稻株,在国内外不同生态稻区均有不同程度的发生,但有关中国河南省豫北地区杂草稻特性及其发生状况鲜有报道。本研究以河南省黄河流域豫北粳稻区采集到的56份杂草稻为试验材料,考察其生物学特征特性;利用RID14引物鉴定红色果皮Rc位点基因型并与表型比对;同时通过34对In Del分子标记检测籼粳分化,分析了该区域杂草稻的特性、遗传分化及其可能发生的机制。研究结果表明:(1)黄河流域豫北粳稻区杂草稻大部分为淡黄色和黄褐色斑点的颖壳、多数无芒和红色果皮、易落粒、千粒重低,株高、分蘖、穗粒数与栽培品种有明显差异;(2)杂草稻果皮颜色的表型多样,89.29%为红色或者褐色(由浅至深)、10.71%为白色,其基因型与表型鉴定结果高度一致,红色果皮杂草稻在Rc位点均无14 bp缺失;(3)InDel标记和籼粳分化分析表明:56份杂草稻中有44份是典型籼型杂草稻、5份为籼型杂草稻、3份为偏籼型杂草稻、4份为中间型杂草稻,它们之间的遗传差异小;通过聚类分析,56份杂草稻中的92.86%的属于籼型杂草稻,7.14%属于中间型杂草稻,与当地粳型栽培稻有着较远的亲缘关系。根据研究结果推断,黄河流域豫北粳稻区杂草稻的发生,可能主要经由曾经种植过的籼粳栽培品种杂交而产生,或者是种植的杂交品种收获后落粒的后代去驯化而产生。本研究为黄河流域豫北地区杂草稻的防控提供了理论依据。

水稻葡聚糖内切酶新基因OsGLU16的克隆及特性研究

β-1,4-葡聚糖内切酶(endo-β-1,4-glucanase,EGase)在植物的组织生长、开花、果实成熟、器官脱落等方面都具有非常重要的作用。本研究克隆了一个新的水稻β-1,4-葡聚糖内切酶家族基因Os GLU16。序列分析表明该基因位于水稻第8号染色体,c DNA全长1 827 bp,包含一个1 572 bp的开放阅读框,编码523个氨基酸残基。蛋白质同源性分析表明,Os GLU16基因编码的蛋白在第54~第516个氨基酸残基区域具有高度保守的GH9催化结构域。本研究成功构建了Os GLU16基因过表达载体p Ca MV35S-Os GLU16-EGFP,并获得了转基因水稻植株。植株表型分析表明,与野生型相比,过表达株系表现为株高和穗长显著下降。本研究初步探明了Os GLU16基因过表达转基因水稻植株的表型特征,这为进一步丰富β-1,4-葡聚糖内切酶基因家族在水稻生长发育过程中的作用提供理论基础。

籼粳交后代杂草稻棕色和红色果皮多样性形成的分子基础

杂草稻最引人注目的特征之一是籽粒具有红色的果皮,并且颜色由浅至深具有多样性。然而,迄今对杂草稻果皮颜色变异成因的研究却鲜有报道。本研究以籼粳交后代衍生的42份棕色和红色果皮杂草稻株系(F9)及其白色果皮亲本为研究材料,鉴定其基因型并与表型比对;同时对Rc-bHLH基因和DFR基因序列进行测序比较分析。研究结果表明:42份杂草稻株系果皮颜色呈不同程度的棕色和红色具有多样性,其基因型与表型鉴定结果完全吻合;Rc-bHLH基因比较分析发现,杂草稻株系与亲本在452 bp处发生G/A替换;669～682 bp处亲本缺失14 bp,而杂草稻株系无缺失;DFR基因序列比较分析发现,红色与棕色果皮杂草稻株系之间存在22个突变位点,其中在DFR基因的外显子上有8个突变位点;亲本与棕色果皮杂草稻株系的DFR基因相同;杂草稻株系的DFR基因遗传多态性分析,发现Tajima'D值呈极显著性,说明杂草稻株系中的DFR基因是中性进化基因,受自然选择作用。根据Rc-b HLH基因序列的聚类分析,类群1主要是由籼型和粳型栽培稻组成,类群2主要是由棕/红色果皮的杂草稻株系和野生稻组成,表明杂草稻株系与野生稻遗传关系较近。该研究揭示了籼粳交可能导致后代Rc和Rd基因发生重组或突变从而产生不同颜色果皮,为阐明杂草稻棕色和红色果皮变异的分子基础提供了新的范例。

水稻黄素单加氧酶新基因OsFMO1表达特性及其功能初探

黄素单加氧酶(flavin-containing monooxygenase, FMO)是一种微粒体酶,目前研究多集中在人类中,植物中研究较少;植物FMOs则与生长素合成、信号传导、极性运输以及病原防御等有关,其中报导过的YU-CCA基因与花发育密切相关。本研究从水稻野生型黎榆B (O. sativa L. ssp. japonica)基因组中克隆了一个未知功能的新基因OsFMO1,生物信息学分析表明,水稻OsFMO1基因位于水稻第9号染色体上,cDNA全长2 100 bp,包含4个外显子,3个内含子,共有519个氨基酸,具有FMO-like家族的保守结构域。本研构建了植物融合表达载体pOsFMO1::GUS和pCaMV35S::OsFMO1:RNAi,用于基因表达和功能分析,使用农杆菌介导法获得了转基因植株。化学组织染色结果表明,OsFMO1在不同时期不同组织中均有表达。在减数分裂期在幼穗和叶茎上表达最为强烈。通过RT-PCR结果显示该目的基因在不同时期在叶片和叶鞘中均有表达,但表达量有明显的不同。结果表明OsFMO1基因可影响植物的生长素合成、信号传导、极性运输以及水稻的生长发育。该研究结果为进一步研究水稻OsFMO1基因在水稻生长发育以及生产量上的研究提供了科学依据。

水稻HD-Zip基因OsHox24的表达与功能分析

同源异型-亮氨酸拉链(homeodomain-leucine-zipper, HD-Zip)转录因子参与高等植物形态建成、生长发育和环境中各种逆境的调控。本研究旨在利用融合蛋白表达、RNA干扰载体(p OsHox24:GUS, pCaMV35S:OsHox24-EGFP, pCaMV35S:OsHox24-RNAi)遗传转化等分子生物学方法,解析水稻中同源异型域亮氨酸拉链转录因子OsHox24在水稻生殖生长过程中的时空表达特性及其生物学功能。生物信息学分析表明,Os-Hox24基因在水稻第2号染色体上,具有2个外显子,1个内含子,编码的蛋白质由261个氨基酸组成,在该蛋白第61～121位氨基酸残基位置处有一个典型的HB类转录因子的DNA结合区(DNA-binding domain)。系统进化分析表明该基因与OsHox22同源性很高。GUS组织染色与RT-PCR实验显示OsHox24在水稻根尖、茎节和节间、叶鞘及不同时期的幼穗中均有表达。洋葱内表皮细胞亚细胞定位显示OsHox24在细胞膜和细胞核中表达。与野生型植株相比,RNA干扰植株的结实率显著降低。本研究初步探明由OsHox24形成的转录因子参与了水稻的生殖发育的调控过程,为进一步探索水稻HD-Zip转录因子功能和育种方面的应用研究提供科学依据。