野生稻高产QTL导入晚稻恢复系的增产效果

以含有野生稻高产QTLyld1.1和yld2.1的测交材料(V20A/O.rufipogon∥V20B///V20B////测64-7)为基因供体(作父本),以中熟晚稻恢复系测64-7为受体(作母本),连续回交3代再多代自交,每代采取分子标记辅助选择和田间选择相结合的方法,育成携带野生稻高产QTLyld1.1和yld2.1的籼型晚稻新恢复系远恢611。以远恢611及受体亲本测64-7作父本,分别与21个不同类型的不育系配制21对杂交稻组合,同时以威优46、汕优63、金优207为生产对照,分析了野生稻高产QTL的增产效果。结果表明,远恢611系列组合平均理论产量比测64-7系列组合(CK)增产15.5%,21对组合中有17对表现增产,增产组合数约占81.0%;实收产量有16对组合(占76.2%)表现比CK增产,平均增幅7.8%;单位面积颖花量有19对组合(占90.5%)表现比CK增加,平均增幅14.5%;这3项指标的差异均达到极显著水平。对供试45个组合的理论产量、实收产量、单位面积颖花量进行排名,远恢611系列组合分别有15个、12个和15个进入前20位,其中部分组合显示了超高产潜力。从产量结构来看,穗大粒多是远恢611系列组合最显著的特点,其平均穗总粒数达244.7粒,比CK增加61.3%;穗实粒数平均145.5粒,比CK增加74.0%,差异均达极显著水平;而有效穗数和千粒重相对较低,抗倒性相对较强。说明野生稻高产QTL在新恢复系远恢611及其系列组合中得到了较好的表达,具有显著的增产效果和重要的育种价值。此外,还对野生稻高产QTL及远恢611进一步利用的途径进行了分析。

野生稻高产QTL高效表达的光合生理基础

以携带野生稻高产QTL的晚稻新恢复系远恢611所配部分强优势组合为材料,对其部分光合生理指标进行测定的结果表明,远恢611系列组合杂种优势强,穗大粒多,库容量大,具有超高产潜力;后期上面3片功能叶宽大、直立、叶面积大,与茎秆夹角小,不披垂;比叶重大而稳定,不早衰;剑叶净光合速率高。库很大且源较足是远恢611系列组合高产的主要生理原因,也可能是野生稻高产QTL高效表达的重要生理基础。

pib基因启动子及其诱导启动性初探

将pib基因上游5.7 kb区段取代pCAMBIA1301中gus基因上游的35S启动子,构建了pib拟启动区-GUS+35S-hpt植物表达载体pNAR604。经农杆菌介导转化水稻成熟胚愈伤,获得了转基因抗潮霉素愈伤和36株转基因水稻植株。转基因抗性愈伤和转基因植株根的组织化学GUS活性检测表明,光照培养下的抗性愈伤和转基因植株根不能使X-gluc显色,而暗处理24 h后的抗性愈伤和定植后转基因植株的根能使X-gluc显色。转基因植株GUS荧光定量分析结果表明,GUS表达具有器官特异性,黑暗处理前根的GUS活性最高、茎次之,分别是叶片的7倍和3倍,叶片中仅有痕量本底。24 h黑暗处理后根、茎、叶中GUS活性都有增加,且叶片中的增加比例最大,其活性仅次于根。5 mmol/L水杨酸和0.3 mol/L NaCl叶面喷施转基因植株24 h后叶片中GUS活性分别为处理前的2.7和3.6倍。初步确定pib拟启动区是一个诱导型启动子。黑暗、水杨酸和NaCl能诱导该启动子启动活性。

水稻胚乳贮藏物代谢相关基因响应花后高温胁迫的微阵列分析

【目的】揭示花后高温条件下水稻灌浆过程中胚乳淀粉和蛋白贮藏物代谢相关基因的表达谱,并阐明部分重要功能基因对花后高温胁迫的响应表达模式。【方法】利用人工气候箱设高温(日均温度32℃,日最高温36℃/日最低温28℃)和适温(日均温度22℃,日最高温26℃/日最低温18℃)2个温度处理,并在水稻开花后的不同时期取样,对水稻胚乳贮藏物代谢各类相关基因的表达谱与表达模式进行高通量的cDNA微阵列检测。【结果】在水稻胚乳贮藏物代谢的相关基因中,以对高温胁迫响应表现较迟钝的基因居多,其高温处理与低温处理之间的杂交信号(nARVOL)比值(称R值)大致在0.8—1.2,但随高温处理时间的持续,呈上调或下调差异表达的基因数量均有明显增加;花后高温对胚乳糖代谢和淀粉合成类基因表达的调控效应,不仅随各个基因的功能类型、代谢途径和灌浆进程的差别变化而异,而且其表达丰度及其上调或下调幅度在很大程度上还与该功能基因的同工型(或酶亚基)有关;高温处理下水稻胚乳中的谷蛋白、醇溶蛋白和球蛋白类基因多呈下调表达特征,但也会随其所调控的蛋白亚基组分的不同而异,从而对胚乳贮藏蛋白的亚基构成和组分变化产生较大影响;与胚乳白贮藏物代谢密切相关的糖信号传导类基因、核糖体蛋白类基因和逆境防御蛋白类基因普遍比直接参与胚乳贮藏物合成路径的功能基因对高温胁迫响应表现敏感。【结论】花后高温胁迫对水稻胚乳灌浆贮藏物代谢的调控相当复杂,涉及到众多的功能基因位点。

花后高温下水稻可溶性淀粉合酶同工型基因的表达模式

利用人工气候箱设高温(32℃)和适温(22℃)两个温度处理,结合实时荧光定量PCR技术,对水稻胚乳中可溶性淀粉合酶(SSS)8个主要同工型基因的表达特征及其温度响应进行了检测分析。结果表明,水稻SSS各同工型基因对花后高温胁迫的响应表达模式明显不同,SSSIIb、SSSIIc、SSSIIIb和SSSIVa等同工型基因呈上调表达模式,而SSSIIa、SSSIIIa等则呈下调表达模式;SSSI和SSSIIIa是水稻SSSs基因在胚乳中表达的主要形式,而其他6种同工型基因的相对表达量均较低;与SSSI、SSIIc、SSSIIIb和SSSIVb相比,水稻胚乳中SSSIIb、SSSIIIa和SSSIVa等同工型基因对高温胁迫的响应表达更敏感。

一个水稻高效表达启动子Os252的分离

植物基因的表达受启动子的控制,高效表达启动子的分离及功能分析不仅是植物基因工程研究的重要研究方面,也是表达调控研究的重要内容。根据EST数据克隆了一个预测在水稻茎中高效表达的启动子Os252。将该启动子与GUS基因构建成表达载体并转入水稻。转基因水稻PCR分析表明,GUS基因已经成功地整合进水稻基因组中。GUS组织化学分析表明,Os252能启动GUS基因在水稻叶、茎以及胚乳中表达。进一步GUS酶活性的测定表明,叶和胚乳中Os252启动子活性分别是35S启动子的1.9和2.5倍。由于Os252来自于水稻,在叶和胚乳中活性高于35S启动子,因此该启动子可望用于水稻基因工程研究。

水稻ADP-葡萄糖焦磷酸化酶小亚基Ⅰ基因的启动子分析

水稻(Oryaz sativaL.)基因组中的ADP-葡萄糖焦磷酸化酶小亚基(ADP-Glucose pyrophosphorylase small subunit,OsAgpS)由两个基因编码,即OsAgpS1和OsAgpS2。其中OsAgpS1基因产生两个转录本OsAgpS1a和OsAgpS1b,区别在第一个外显子的位置不同。通过RT-PCR方法分析了两个转录本在水稻组织和胚乳不同发育时期的表达特性;同时通过报告基因GUS检测了两个转录本上游转录调节区DNA片段的转录启动特性。结果表明,两个启动子与其下游转录本的表达模式完全一致,即OsAgpS1a转录本和OsAgpS1a上游启动子控制的GUS基因主要在胚乳中高水平表达,在叶片中有很低水平的表达;而OsAgpS1b转录本和OsAgpS1b上游启动子控制的GUS基因主要在叶片和胚乳发育早期低水平表达。这说明OsAgpS1基因产生的两个转录本是由不同的启动子控制转录的,OsAgpS1a上游启动子可以作为胚乳表达用启动子。

水稻植酸酶基因OsPHY2启动子的克隆及生物信息学分析

水稻种子萌发后,新生器官分化和生长所需磷素主要来自于植酸酶对种子中贮存植酸及其盐类的降解。针对水稻植酸酶基因OsPHY2在萌发种子中优势表达、但其转录调控机制尚不明确的现状,本研究克隆了该基因的启动子。利用生物信息学工具对该启动子中含有的顺式调控元件分析表明,该启动子中除含有RNA聚合酶结合的重要保守元件TATA盒和调控转录效率的保守元件CAAT盒外,还含有调控OsPHY2呈组织特异表达、参与碳代谢和应答光照等环境信号的调控元件。利用DNA重组技术,构建了OsPHY2启动子不同长度片段驱动报告基因GUS表达的系列双元表达载体。本试验为鉴定OsPHY2启动子中含有的重要调控元件及其在启动子中的精细定位,进而阐明水稻植酸酶基因OsPHY2的转录调控机制奠定了基础。

水稻金属硫蛋白基因(MT2bL)启动子的克隆与表达分析

金属硫蛋白(metallothionein,MT)富含半胱氨酸,而且能够结合多种金属离子,调控细胞内金属代谢的平衡。本研究根据水稻在减数分裂期、开花期和开花后5 d的基因芯片数据结果,从水稻品种黎榆B(O.sativa L.ssp.japonica C.V.Liyu B)基因组中克隆得到了一个植物MT-2类基因Metallothionein2b-Like(Os MT2b L)的启动子序列,序列全长2 063 bp。利用植物启动子区域顺式作用元件数据库(PLACE)分析表明该启动子序列含有5个CURE(copper-response element)元件(GTAC)以及多个其它顺式作用元件。构建了多个启动子融合表达载体(p Ca MV35S::GUS,p MT2b L::GUS,p Ubi1::GUS,p CYC::GUS和p ACT1::GUS),并通过根癌农杆菌介导转化水稻愈伤组织获得了转基因植株。GUS组织染色结果分析表明,Os MT2b L基因启动子在水稻幼苗期的胚根、胚芽和胚芽鞘中具有高水平的GUS表达活性,特别是在胚根根尖和胚芽顶端的GUS表达活性较高;在减数分裂期的植株叶片、颖壳和开花10 d后的未成熟种子中GUS表达活性也较高;GUS蛋白荧光定量分析结果表明,Os MT2b L基因启动子在水稻叶片中驱动GUS基因表达的活性比Ca MV35S基因启动子高出3倍以上。

利用水稻启动子捕获系筛选水稻胚发育相关基因的初步研究

通过对2227个启动子捕获系中报道基因β-葡萄糖苷酸酶(β-glucuronidase,gus)表达活性检测,筛选到7个水稻胚中表达GUS活性的启动子捕获系,对其中编号为W9154的捕获系作了进一步分析。Southern杂交分析表明W9154是一个单拷贝T-DNA插入系,其T-DNA插入在水稻基因组第3号染色体上一个未知蛋白基因的第2个内含子中。对该未知蛋白基因上游调控序列生物信息学分析显示,其调控序列除含有TATA-box和CAAT-box等常见启动子元件外,还含有RY基序、E盒、G盒及AACA等种子特异性启动子的特征性元件。表达特征分析发现,编码上述未知蛋白的基因在野生型水稻的胚和茎中表达,这与捕获系W9154中GUS表达活性完全一致。这些表明启动子捕获系w9154捕获的候选基因可能是一个水稻胚发育相关基因。