植物表皮毛发育控制基因GL2遗传互作因子的筛选和鉴定

表皮毛广泛存在于陆生植物的地上部分,是植物与环境之间的一道天然屏障,具有多种重要的生物学功能。拟南芥HD-Zip家族转录因子GLABRA 2(GL2)是调控表皮毛形成和发育的关键因子,通过筛选和鉴定GL2的遗传互作因子,可以为进一步研究植物表皮毛发育调控的分子机制奠定基础。通过大规模的遗传筛选和图位克隆,获得了一个叶片上完全没有表皮毛的突变体M12-01,遗传分析表明M12-01 single突变表型受隐性单核基因控制。M12-01 single突变体表型与拟南芥TRANSPARENT TESTA GLABKA 1(TTG1)基因的功能缺失突变体表型相似。对TTG1基因的测序结果显示其+445位碱基由鸟嘌呤突变为腺嘌呤,从而使编码的甘氨酸变为精氨酸。本研究证实TTG1突变能增强gl2-3突变体的表型,GL2基因与TTG1基因之间存在遗传互作,这为进一步研究GL2调控植物表皮毛发育的分子机制提供了新的遗传材料。

在钙离子敏感性方面与RCH1遗传互作的酿酒酵母基因的筛选

酿酒酵母ScRCH1是白念珠菌CaRCH1的同功基因,作为人体溶质转运蛋白SLC10A7的同源蛋白,两者都是细胞质膜上钙离子内流的抑制因子。为了研究酿酒酵母RCH1与基因组中其他基因之间的遗传互作,利用合成遗传阵列(Synthetic Genetic Array,SGA)方法构建了RCH1分别与其他非必需基因之间的双基因缺失株文库。钙离子表型筛选表明RCH1与17个基因之间存在遗传互作,其中4个基因BUD9、THR1、RAS2和CPR7在钙离子敏感性方面的功能以前没有报道过。这些结果为深入研究Rch1对钙离子稳态的调控提供了参考。

全基因组关联分析研究植物与微生物组的互作遗传机制

所有栖息在植物宿主上的微生物被称为植物微生物组。随着高通量测序的发展,植物微生物组作为一个复杂的生态系统已经被广泛关注。植物微生物组群落的结构和功能等方面已得到了深入细致的研究,而植物与微生物组的互作机制仍有待探索。全基因组关联分析(Genome-Wide Association Analysis Study, GWAS)作为一种有效的手段已经被用来研究宿主和微生物组之间的关系。本文基于国内外最新研究进展,从以下方面进行综述,包括植物对微生物组的调控,以及如何应用GWAS研究植物与微生物组互作遗传机制,重点阐述了植物与微生物组关联分析中微生物组作为“拓展表型”数据的选择,并且总结了植物宿主影响微生物组的遗传机制,旨在阐明宿主遗传因素对微生物组的调控,增进对植物与微生物组互作的理解。

DEP1与NRT1.1B基因的遗传互作对水稻氮素利用的影响

提高氮素利用效率一直是水稻遗传改良攻关的重点方向。直立穗等位基因dep1及籼稻等位基因nrt1.1b均有利于提高水稻氮素利用效率,因此,阐明DEP1与NRT1.1B基因的互作关系对水稻氮素利用的影响对培育氮高效水稻品种具有重要指导意义。以携带不同DEP1与NRT1.1B基因型组合的重组自交系为供试材料,在低、中及高氮条件下(分别记为LN、MN和HN),分析了DEP1与NRT1.1B基因间不同的遗传互作方式对水稻氮素利用、产量及其构成因素的影响。结果表明,不同氮素条件下,基因型组合dep1/nrt1.1b具有最大的氮素收获指数;LN条件下,nrt1.1b基因有利于提高氮素利用效率,在MN和HN条件下dep1基因有利于提高氮素利用效率;携带dep1基因株系有效穗数和穗粒数显著提升,其产量均值显著高于其他株系,而NRT1.1B基因对产量无显著影响。

食管癌“环境-遗传-基因互作”组学研究:核黄素、核黄素转运基因2和NOTCH1-P53-Rb互作关系

本研究组利用全基因组关联分析和全基因组外显子测序技术发现核黄素转运基因2（riboflavin transporter gene 2,RFT2;又称C20orf54、SLC52A2、RFVT3）是食管鳞状细胞癌（简称鳞癌）重要易感基因^（[1]）,NOTCH1基因突变是食管癌变的重要分子事件^（[2]）。这些发现引发学者对RFT2和NOTCH1与肿瘤发生和发展的关系进行深入研究。

“环境-遗传-基因互作”模式中磷脂酶Cε1对食管癌易感性的影响

随着全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)和后GWAS研究的深入,越来越多的疾病相关单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)被发现。近年的研究[1-3]提示,部分疾病相关SNP可导致其所在基因以及相关基因转录和蛋白表达水平发生变化,进一步影响肿瘤的发生和发展,甚至影响肿瘤的转归(预后),这些发现极大丰富了“环境-遗传-基因互作”模式对肿瘤发生、发展和转归影响的新理论;这些SNP可分为增加疾病易感性的SNP和致病性SNP两大类。推测致病性SNP不但影响相关基因的转录和蛋白表达,并且也可能影响驱动基因突变。

长牡蛎生长性状的遗传效应及与环境互作分析

利用遗传模型分析方法,对长牡蛎生长性状的遗传效应及其与环境互作效应进行研究。结果表明,壳长、壳宽和总重3个性状主要受显性效应控制,显性方差占表型方差的比例分别为0.31、0.23、0.36;壳高性状主要受显性-环境互作效应控制,显性-环境互作方差占表型方差的比例为0.37。4个性状中,壳高的加性效应作用较大,狭义遗传力达到0.10,表明以壳高为目标性状进行选育较容易。但由于总遗传力中互作广义遗传力大于广义遗传力,因此在选育过程中需考虑环境的影响。从遗传效应预测值看,中国和韩国群体杂交子代的效应值最大,表明这2个种群杂交易获得生长性状的杂种优势。

樟子松优树子代遗传×环境互作效应及生态稳定性分析

利用樟子松优树半同胞子代 2 8个家系 3个试点的生长性状 ,进行多点分析 ,结果表明 :家系差异及家系与地点交互作用显著。采用生产力等参数对半同胞家系进行生产力、遗传稳定性和适应性的综合评定 ,为不同地点选出优良家系 13个 ,其中普遍优良的有 4个 ,材积平均增益 37%。分析表明 ,家系生产力、遗传稳定性和适应性三者的关系是多变的 ,选择家系时应慎重 ,既要有面上选择 。

基因互作型雄性不育性遗传研究现状

植物雄性不育性是自然界的普遍现象,引起不育的原因有遗传、环境以及遗传与环境互作的。遗传的雄性不育性依基因载体又有“三型学说”、“二型学说”和“一型学说”之分。目前普遍为接受的是“二型学说”。

接种根瘤菌环境下大豆叶形遗传及QTL定位分析

为探究接种根瘤菌环境下影响大豆叶形的遗传基础,本研究利用两个叶形具有显著差异的大豆品种及RIL群体,在接种和不接种根瘤菌环境下对大豆叶形性状进行遗传和QTL定位等分析。结果显示,叶形相关性状的遗传率在0.60~0.95之间,环境与基因型间存在互作效应,并且接种根瘤菌可以显著影响叶形指数(LS)与单株粒数(GN)、单株荚数(PD)和单株粒重(GW)的相关系数。此外,两种处理下共检测到8个QTL位点,LOD值范围在2.50~7.03,可解释6.4%~16.9%的遗传变异。其中,qLS-15可解释由根瘤菌×基因型互作引起叶形性状6.4%~9.3%的遗传变异,LOD值在2.50~3.69之间,表明qLS-15是与环境互作的主要遗传位点之一。综上所述,根瘤菌可以通过qLS-15影响大豆叶形,研究结果为解析根瘤菌提升大豆产量的内在机制提供了理论依据。

LHON的分子遗传学研究进展

Leber遗传性视神经病变(LHON)表现典型的母系遗传特征,与线粒体DNA(mtDNA)突变相关。然而单一的mtDNA遗传模式不能解释LHON患者男性占优势、外显率逐渐减少、女性患者发病年龄较晚和仅视神经受累等其他的临床特征。对LHON的两种遗传模式即mtDNA遗传模式和mtDNA与核基因互作遗传模式方面的研究进展进行综述。

杉木无性系圃地测定性状遗传变异分析及超早期选择

【目的】利用立地条件相对均一的圃地建立短期测定林,通过分析67个参试杉木无性系苗期生长性状的遗传变异情况及遗传-环境互作效应对各性状选择的影响程度,探讨无性系苗期超早期选择策略,进一步对大量候选无性系开展快速初筛和超早期选择,以降低长期测定成本,提高无性系选育效率。【方法】利用杉木第3代种子园子代实生群体选择优良单株,扦插繁育成无性系,于圃地做性状短期测定。参试无性系67个,重复10次,12株小区,完全随机区组设计。造林1 a后,测定苗高、地径、侧枝数和最长侧枝长度共4个生长性状指标,通过构建表型方差分析模型,估算遗传方差分量,以及遗传与环境互作效应方差分量的值,并利用ASReml软件分别估算遗传力和重复力。【结果】在圃地栽植1 a后,参试无性系的苗高、地径、侧枝数和最长侧枝长度均值分别为0.640 m、1.010 cm、10.30条和0.28 m,4个观察性状的表型变异系数分别为12.86%、14.88%、21.34%和14.89%;参试67个无性系在苗高、地径、侧枝数和最长侧枝长度性状上存在显著遗传差异,测定性状的重复力均达0.74左右,遗传力估值均稳定在0.48左右;所测4个性状的遗传与环境互作方差分量占总遗传方差的35%左右;地径与苗高、侧枝数和最长侧枝长度存在显著相关,遗传相关系数均达0.9以上;以地径性状为指标进行选择,苗高、地径、侧枝数和最长侧枝长度的遗传增益估值随着入选率的降低逐渐增高,但苗高、侧枝数和最长侧枝长度重复力、遗传力以及遗传-环境互作方差比例均保持在较为稳定的范围内,呈现出一定程度的波状变化;而地径则随着入选率的降低,重复力和遗传力估值下降,遗传-环境互作方差比例增大。当入选率降低到40%以下时,杉木无性系的苗高、侧枝数和最长侧枝长度3个性状的遗传-环境互作方差比例分别达到41.18%~48.61%、37.82%~40.13%和39.61%~54.37%,但地径的遗传-环境互作方差比例由45.91%快速上升至94.33%,当入选无性系数量由19个降至16个时,地径遗传力和遗传-环境互作方差比例发生显著变化,地径遗传力由0.2263降至0.0914,遗传-环境互作方差比例由63.09%迅速增加到83.26%;取30%左右入选率,筛选出19个无性系用于山地造林长期测定,初选材料的苗高、地径、侧枝数和最长侧枝长度的均值分别为0.73 m、1.20 cm、12.4条和0.33 m,遗传增益均值分别为10.81%、15.45%、16.66%和13.88%,分别比群体均值高出14.06%、18.81%、20.39%和17.86%。【结论】遗传-环境互作效应对杉木无性系表型性状的影响不可忽视,其互作方差在总遗传方差中具有较大的占比;杉木无性系苗高生长和侧枝生长受遗传与环境互作作用影响相对较小,地径可能对圃地微环境变化等因素更为敏感,因而将苗高和地径性状综合起来进行杉木无性系超早期选择能够取得较为理想的结果;降低入选率并不能剔除遗传-环境互作效应对地径和最长侧枝长度的影响,高强度的选择反而会增加遗传-环境互作的影响,但适当的入选强度既能保留无性系间目标性状遗传变异的丰富度,又能固定大部分的遗传-环境互作效应;短期圃地测定,能对大量待测杉木无性系进行快速初筛,缩小长期测定林面积,降低测定成本;对参试无性系性状遗传与环境互作效应特征进行早期解析,可为充分利用遗传与环境的有益互作效应提供重要依据。

补光处理对黑云杉不同种源苗木生长的影响

为了解光照处理下不同种源苗木的性状表现,建立高效的黑云杉补光育苗技术体系,用日光灯、日光色镝灯和碘钨灯3种光源对10个引自加拿大的种源容器苗进行了补光处理试验。结果表明:光照处理可以抑制苗木休眠,促进其持续生长,日光灯午夜补光8h处理135d的种源苗高可达对照的5.47倍。光源对苗木生长、枝条和根系分生有显著影响,日光色镝灯的处理效果最好,日光灯更经济方便。用日光灯补光时,以午夜补光8h的苗木生长最好。苗木性状存在种源与光源的极显著互作效应,说明黑云衫种源在适应光环境上存在较大差异。应重视引种试验的种源选择,在补光育苗中根据种源选择合适光源,以期达到最佳育苗效果。

白菜重要园艺性状的QTL定位分析

为从转录水平上准确定位显著影响各性状的QTLs,及其遗传效应和互作规律,以矮脚黄白菜自交系(97-3-2)和白蔓菁芜菁自交系(001-24)为亲本及其杂交建立F6重组自交系群体为材料,采用cDNA-AFLP、cDNA-SRAP技术,构建了一个总长度为1 048.4 cM包含311个分子标记,14个连锁群的高密度转录图谱。并采用基于混合线性模型的QTL作图分析软件QTLmaper2.0对F6群体进行QTL作图分析,检测到控制蛋白质、Vc、株高、伸展度、叶片数、单株质量等12个主要园艺性状的42个QTL,定位于分子转录图谱的14个连锁群中,并阐明了单个QTL的遗传效应及QTLs间的互作遗传效应。