拟南芥SWEET1/2/3基因突变体构建及功能鉴定

SWEET(sugars will eventually be exported transporters)基因广泛存在于植物、动物和微生物中,在细胞膜或者细胞器膜形成跨膜孔道,协助糖类物质完成跨膜运输。拟南芥SWEET1/2/3基因属于SWEET基因家族CladeⅠ分支。通过表达谱数据分析发现,SWEET1基因在花器官优先表达,SWEET2基因在营养生长和生殖生长期均有表达,SWEET3基因在花中表达。三个基因在体外鉴定具有葡萄糖转运活性,但由于缺少功能缺失的突变体和功能冗余,它们的生理功能仍不清楚。通过CRISPR/Cas9系统在SWEET1/2/3基因中创建了靶向突变,鉴定获得了sweet1、sweet1/2、sweet3和sweet1/2/3突变体。突变体在营养生长过程中表型与野生型相同,但它们的角果长度显著短于野生型的角果。在高浓度葡萄糖培养基上,sweet1、sweet1/2和sweet1/2/3突变体对葡萄糖敏感,其特征是根更短,高度严重降低,表明SWEET1/2/3基因在葡萄糖信号中具有功能。对葡萄糖信号通路中关键基因的进一步分析发现,HXK1、KIN10和KIN11在野生型和突变体之间转录和翻译水平没有显著差异。结果表明,拟南芥SWEET1/2/3基因在葡萄糖信号传导和调节角果的发育中起着重要作用。

玉米叶片叶绿素含量的全基因组关联性分析

植物叶片的叶绿素含量与叶片的光合作用效率和产量潜力紧密相关,因此是作物的一个重要生理指标。但是,目前已克隆的控制叶绿素含量的基因大多来自拟南芥和水稻,尚不清楚玉米自然群体中哪些基因控制叶片叶绿素含量的变异。本研究发现玉米苗期第一片叶片的叶绿素含量和吐丝期穗位叶的叶绿素含量高度相关,且与后者相比具有更高的遗传力。进一步分析了287份玉米自交系的第一片叶的叶绿素含量,利用558 269个单核苷酸多态性分子标记进行全基因组关联性分析,获得9个显著关联SNP位点和16个候选基因。通过候选基因的序列分析和功能预测,发现两个可能和叶绿素含量相关的基因,包括拟南芥Tic22基因的同源基因和水稻衰老相关基因SAG12的同源基因。