水稻遗传转化甘露糖安全筛选体系的建立

根据genebank中公布的pmi基因序列设计引物,通过PCR扩增从大肠杆菌中分离出6-磷酸甘露糖异构酶基因。将该基因替换植物表达载体pCAMBIA1300中的潮霉素抗性基因hpt,构建了以pmi为选择标记基因的植物表达载体pPMI。对水稻进行了基因枪转化和农杆菌转化,研究了筛选培养基中甘露糖浓度对抗性愈伤组织频率的影响。部分抗性愈伤组织已获得再生植株,PCR检测初步证明外源基因已转入植物细胞。

普通小麦×斯卑尔脱小麦重组近交系群体构建及性状遗传变异分析

以普通小麦3338和斯卑尔脱小麦Altgold为亲本杂交,从F2代开始采用单粒传法构建了含188个重组近交系的群体,对该群体的抽穗期、株高、每穗小穗数、穗长、不孕小穗率、旗叶长、旗叶宽、芒长8个农艺性状的变异进行了分析。结果表明,该重组近交系群体存在着广泛的遗传变异,各性状的变异系数在6.55%到93.38%范围内变化。除芒长、穗长外,其余6个性状都符合或近似正态分布,表现为数量性状遗传特点,是一个适合遗传作图的理想群体。对株高和抽穗期两个性状的遗传参数进行了估计,广义遗传力分别为88%和58%。

植物杂种优势形成的分子遗传机理研究进展

杂种优势是普遍存在的一种复杂生物学现象,在农业生产中获得了广泛应用,但对其形成机理迄今尚未阐述清楚,随着基因组学研究的深入和发展,植物杂种优势的分子遗传机理研究也取得了重要进展,证实显性、超显性和上位性对杂种优势都有所贡献,并克隆了水稻第2染色体上控制产量杂种优势的QTL位点qGY2-1.建立了水稻、玉米、小麦和拟南芥等植物重要杂种优势性状的转录和蛋白质组表达谱,发现杂交种与亲本之间存在明显的基因表达差异,表现为加性和非加性等差异表达模式,这可能与等位基因变异和表观遗传调控有关,基因表达调控网络解析是未来杂种优势机理研究的重要发展方向,最近在拟南芥生长杂种优势研究上已经取得了突破性的研究进展.

小麦骨干亲本“胜利麦/燕大1817”杂交组合后代衍生品种遗传构成解析

小麦地方品种燕大1817是我国小麦育种骨干亲本之一，胜利麦/燕大1817杂交组合是北部冬麦区小麦品种遗传改良的基础组合。利用随机分布于小麦全基因组21条染色体上的175对在胜利麦和燕大1817间具有多态性的SSR标记（每条染色体平均8.3对）分析了燕大1817和胜利麦对其38份后代衍生品种的遗传贡献率。结果表明，在全基因组水平上，燕大1817对其后代衍生品种贡献率为26.8%，胜利麦对其后代衍生品种贡献率为43.6%；在部分同源群水平上，燕大1817对其后代衍生品种A、B和D基因组的贡献率分别为25.9%、25.7和26.4%，胜利麦对其后代衍生品种A、B和D基因组的贡献率分别为46.1%、39.1%和44.0%。说明引进种质对我国北部冬麦区小麦品种遗传改良起了重要作用。在染色体水平上，胜利麦对其后代衍生品种的21条染色体贡献率在20.0%~63.3%间，其中对1A染色体贡献率仅有20.0%，对7A染色体贡献率高达63.3%。骨干亲本燕大1817对其后代衍生品种的21条染色体贡献率在7.5%~44.2%间，其中对2A染色体贡献率仅有7.5%，对7D染色体贡献率可达44.2%。骨干亲本燕大1817对后代衍生品种贡献率较高的基因组（单元型）区段有7个，分别是3A上的Xwmc11–Xcfa2262、7B上的Xbarc1073–Xwmc475、1AL上的Xgwm357–Xwmc312、7DS上的Xbarc305–Xwmc506、4AS上的 Xgwm165–Xgwm610、1B上的Xwmc419–Xwmc134和2D上的Xcfd56–Xbarc228，其中，3A染色体上的Xwmc11–Xcfa2262区段对衍生品种贡献率高达77.5%。而胜利麦对后代衍生品种贡献率较高的基因组（单元型）区段有8个，分别是6BS上的Xwmc105－Xwmc397、3D上的Xgdm72–Xgdm8、2DS上的Xgdm5–Xgwm455、7AL上的Xbarc121–Xgwm332、5DL上的Xgwm174–Xwmc161、5BL上的 Xgwm499–Xbarc308、5A上的Xbarc141–Xgwm291和4BL上的Xgwm66–Xgwm251，其中6BS上的Xwmc105–Xwmc397区段对衍生品种的贡献率最高，达71.3%。这些基因组（单元型）区段上存在许多与产量、抗病、抗逆和适应性等重要农艺性状相关的基因和QTL，对北部冬麦区小麦品种遗传改良可能起了重要作用。

小麦根系性状对磷胁迫响应QTL定位

土壤缺磷是限制作物产量提高的主要的非生物胁迫之一,培育磷高效基因型是解决这一问题的有效途径.根系对作物的正常生长发育,尤其是营养吸收和磷效率的提高至关重要,所以定位不同磷胁迫条件下根系及其胁迫反应相关数量性状位点(QTL)将有助于磷高效品种的培育.本实验以小麦重组近交系群体(农大3338×Altgold)为材料,结合高密度遗传图谱,在正常供磷、低磷处理和磷饥饿处理条件下共检测到与小麦根系性状(根长、根数和根干重)及其磷胁迫响应有关的QTL位点30个(LOD>2.0),分布在14条染色体上,其中单个位点对表型贡献率大于10%的有5个,在染色体7B上共检测到7个位点.分析发现,根系性状QTL和磷胁迫响应QTL是由不同位点所控制的.此外,控制幼苗根系相关性状的QTL的增效等位基因分散于双亲中,聚合这些来自双亲的增效等位基因,将有可能选育出磷效率明显提高的小麦品种.

玉米杂交种与亲本苗期根系蛋白差异表达谱分析

尽管杂种优势已经在生产上得到了广泛应用,但是对其形成机理的认识仍然非常有限.为了进一步探讨玉米杂种优势形成的分子机理,以玉米杂交种豫玉22及其亲本综3和87-1苗期根系为材料,采用蛋白质双向电泳和质谱鉴定技术进行了杂交种与亲本之间苗期根系差异蛋白表达谱研究.结果表明,发芽后8d的杂交种在根长、根尖数目、表面积和生物量等根系性状上均具有明显的杂种优势.双向电泳分析结果显示,在所检测到的1118个蛋白点中,有172个(15.38%)在杂交种与亲本的根系中发生了明显的表达变化,包括单亲沉默、杂种特异、杂种偏低亲、杂种偏高亲和中亲表达等5种差异表达类型,其中以单亲沉默所占比例最高.另外,鉴定出了56个差异表达蛋白点,发现其功能涉及转录和翻译、代谢、能量、信号转导、细胞结构、胁迫响应和转座元件等.因此,玉米杂交种与亲本在蛋白丰度上存在明显的差异,并且差异表达蛋白涉及到各个生长发育过程,可能与玉米根系杂种优势表现有关.

遗传与基因表达数据的整合——eQTL的方法及应用

高通量的基因型分析和芯片技术的发展使人们能够进一步研究哪些遗传差异最终影响基因的表达。通过表达数量性状座位(eQTL)作图方法可对基因表达水平的遗传基础进行解析。与传统的QTL分析方法一样,eQTL的主要目标是鉴别表达性状座位所在的染色体区域。但由于表达谱数据成千上万,而传统的QTL分析方法最多分析几十个性状,因此需要考虑这类实验设计的特点以及统计分析方法。本文详细介绍了eQTL定位过程及其研究方法,重点从个体选择、基因芯片实验设计、基因表达数据的获得与标准化、作图方法及结果分析等方面进行了综述,指出了当前eQTL研究存在的问题和局限性。最后介绍了eQTL研究在估计基因表达遗传率、挖掘候选基因、构建基因调控网络、理解基因间及基因与环境的互作的应用进展。

小麦苗期根系mRNA的稳定性分析

转录后调控是基因表达调控的重要方式,其中mRNA稳定性是转录后调控的有效途径之一.实验采用cDNA-AFLP技术,对小麦杂交种3338/2463与其亲本苗期根系中的mRNA稳定性进行了分析.结果显示,在所检测到的2995条带中,有96条的丰度经3′脱氧腺苷处理60min后在至少一个材料中表现为明显降低,占总数的3.21%,表明这些条带所代表的mRNA半衰期比较短,可能是不稳定mRNA.同源比对分析结果显示,在所鉴定出的74个编码不稳定mRNA的基因中,有30个与已知功能基因具有较高的同源性,其中既有转录因子和信号转导基因,还有一些结构基因,而其余44个为功能未知基因.比较分析发现,杂交种与亲本之间不稳定mRNA的比例没有显著差异,但是不同基因型之间不稳定mRNA的降解速度不同,其中WRKY和线粒体半ABC转运蛋白基因在杂交种中的下调表达可能与其mRNA在杂交种与亲本中的稳定性差异有关.

利用大麦寡核苷酸芯片分析小麦种间杂交种与亲本之间根系基因表达谱

大量报道表明,杂种优势的形成与杂种一代中亲本基因的表达方式改变有关．为了深入研究小麦杂种优势形成机理,分析了小麦种间杂交种3338/2463在分蘖盛期地上部以及9个根系性状的杂种优势．结果表明总根长、根表面积、根体积、根干重和叶干重等5个性状表现明显的杂种优势．在测定小麦种问杂交种3338/2463根系性状杂种优势基础上,利用大麦寡聚核苷酸芯片,研究了上述杂交种与其亲本之间根系基因差异表达．结果发现,有1187个基因在杂种与亲本之间存在表达差异．差异表达模式可以分为8种类型,即杂种特异型、杂种沉默型、亲本特异型、亲本沉默型、杂种上调型、杂种下调型、杂种偏高亲和杂种偏低亲．利用半定量RT-PCR技术对 14个差异表达基因的表达模式进行验证,发现9(64．29％)个基因与芯片的表达类型完全一致．利用GeneOntology分析对差异表达的基因进行分类,表明差异表达基因涉及植物生长代谢的各个过程．将差异表达基因进行电子定位分析,发现差异表达基因散布在小麦的各条染色体的Bin上, 分布在第一到第七部分同源群上的差异表达ESTs分别为158,148,121,140,132,94,127个．

云南元江普通野生稻穗颈维管束和穗部性状的QTL分析

以云南元江普通野生稻为供体亲本 ,籼稻品种特青为轮回亲本构建高代回交群体 ,用SSR标记构建连锁图谱 ,在第 1、2、3、4、7和 1 0染色体上定位到 7个控制穗颈大维管束数的QTL ,在第 1、2、3、4和 8染色体上定位到5个控制穗颈小维管束数的QTL ,在第 1 1和 1 2以外的 1 0条染色体上 ,共定位到 1 5个控制穗一、二次枝梗数和穗颖花数QTL。来自野生稻的等位基因大多表现负效 ,能显著减少群体的穗颈维管束数、枝梗数和颖花数 ,说明从野生稻演化成栽培稻的过程中 ,可能淘汰了一些对产量不利的QTL ,保留了有利的QTL。相当一部分控制穗颈维管束数、枝梗数及颖花数的QTL在染色体上成簇分布或紧密连锁 ,且加性效应的方向一致 ,从理论上解释了这些性状表型显著相关的遗传基础 ,同时也说明在人工选择或自然选择下 。

普通小麦品种Brock抗白粉病基因分子标记定位

为明确利用Brock转育成的小麦抗白粉病品系3B529(京411*7//农大015/Brock,F6)抗性的遗传基础,将高感白粉病小麦品系薛早和3B529杂交,获得F1代、F2分离群体和F2:3家系。抗病性鉴定和遗传分析结果表明,3B529对E09小种的抗性受1对显性基因控制,暂被定名为MlBrock。利用BSA和分子标记分析,获得了与MlBrock连锁的3个SSR标记Xcfd81、Xcfd78、Xgwm159和2个SCAR标记SCAR203和SCAR112,根据SSR和SCAR标记在中国春缺体-四体、双端体和缺失系的定位结果,将MlBrock定位在小麦染色体臂5DS Bin0～0.63区间上。MlBrock与Xcfd81和SCAR203共分离,与SCAR112的遗传距离为0.5cM。这些分子标记的建立有利于今后Brock抗白粉病基因分子标记辅助选择和基因聚合。综合抗白粉病基因MlBrock的染色体定位和抗谱分析结果,推测MlBrock很可能是Pm2基因。

小麦品种“唐麦4号”抗白粉病基因的分子标记与染色体定位

唐麦4号是对小麦白粉病(Blumeria graminis f.sp.tritici)具有良好抗性的T1BL·1RS育成品种,遗传分析结果表明,唐麦4号携带1个抗白粉病半显性单基因,暂命名为PmTm4。采用唐麦4号为抗病亲本的杂交组合(唐麦4号/Clement)F2代抗、感病分离群体和F3代家系,利用集群分离分析法(BSA)建立了与PmTm4连锁的分子标记连锁图Xcau12—Xgwm611—PmTm4—XEST92—Xbarc1073—Xbarc82—Xwmc276。根据小麦7BL连锁图的标记顺序和抗白粉病基因连锁标记在中国春缺体-四体、双端体和缺失系上的定位结果,将PmTm4基因定位于小麦7BL染色体臂末端。以上研究结果为唐麦4号抗白粉病基因在育种中的利用、分子标记辅助选择和基因累加提供了便利。

野生二粒小麦导入普通小麦的抗白粉病基因MlWE29分子标记定位

小麦白粉病(Blumeria graminis f.sp.tritici)是严重影响小麦生产的重要病害之一,培育和应用抗病品种是有效控制和减少病害的最经济有效的方法。野生二粒小麦是硬粒小麦和普通小麦的四倍体野生祖先种,是小麦抗病性遗传改良的重要基因资源。本研究利用来自以色列的野生二粒小麦WE29与普通小麦杂交,再用普通小麦连续回交和自交,育成高抗白粉病小麦新品系3D258(系谱为燕大1817/WE29//5*87-1,BC4F6)。将3D258和高感小麦白粉病的普通小麦品种薛早配制杂交组合,对其F1、F2代分离群体和F3代家系进行白粉病抗性鉴定和遗传分析。结果表明3D258携带抗白粉病显性单基因,暂命名为MlWE29。利用集群分离分析法(BSA)和分子标记分析,发现6个SSR标记(Xgwm335、Xgwm213、Xgwm639、Xwmc415、Xwmc289和Xwmc75)和5个EST-STS标记(BE494426、BE442763、CD452476、BE445282和BE407068)与抗白粉病基因MlWE29连锁。利用中国春缺体-四体系、双端体系和缺失系将抗白粉病基因MlWE29及其连锁标记物理定位于5BL染色体的0.59–0.79区域。这一普通小麦抗白粉病种质资源的创制及其连锁分子标记的建立为小麦抗病基因分子标记辅助选择、基因积聚和分子育种提供了新的物质基础。

15个普通小麦WRKY基因的克隆与表达分析

WRKY转录因子广泛参与了植物对生物与非生物胁迫应答反应、激素响应以及生长发育等一系列生理活动.但是,对小麦WRKY家族基因目前还缺少系统的克隆、表达和功能研究.文中采用EST的电子拼接方法,克隆了15个具有完整开放阅读框的小麦WRKY基因,分属于WRKY家族的3个大类.表达分析发现,除TaWRKY10基因在分蘖节中表达最强外,其他基因的表达水平都是在叶中最高;4个基因随着叶片的成熟和衰老表达量显著增强;8个基因对低温、高温、NaCl或PEG等逆境因子具有响应;另外,WRKY基因在小麦杂交种与亲本之间存在明显的表达差异,并且有些基因对PEG逆境因子的响应在杂种比在亲本中快.表明,小麦WRKY基因参与了叶片衰老和逆境胁迫的响应过程,所检测到WRKY基因在杂种和亲本中的表达差异可能会通过增强杂交种的抗逆性而促进小麦杂种优势的产生.

水稻中一个新的MYC基因的克隆及其分析

在水稻基因组序列中发现类似MYC序列的同源序列,并设计引物成功克隆了一个水稻OsMYC基因(GenBank登录号:AY398581 ),并对其进行了分子结构分析。OsMYC基因具有典型的DNA结合结构域: 碱性区域 /螺旋 环 螺旋(bHLH)基序,与其他MYC类似基因的蛋白序列比对结果表明,OsMYC基因与AtMYC2、MYC7E和PG1等氨基酸序列一致性分别是 78%、48%、46%,而在bHLH区的一致性分别为 95%、84%、77%,N端保守区的一致性分别为 81%、54%、52%;位于bHLH区域内的核定位信号区则完全一致;系统进化树分析结果表明,该基因与AtMYC2、MYC7E和PG1等位于同一亚类。此外,该基因主要在营养器官中表达,茎秆中表达最强,根和叶片中较弱,并且能被外源ABA或Fe3 +所诱导,这与AtMYC2、MYC7E基因的表达模式基本相同。该基因是水稻MYC转录因子家族的一个新成员。

从野生二粒小麦导入普通小麦的抗白粉病基因MlWE18分子标记定位

野生二粒小麦(Triticum turgidum var.dicoccoides)是小麦抗白粉病遗传改良的重要基因资源。利用野生二粒小麦WE18与普通小麦品种(系)连续多次杂交和自交,育成对白粉病菌生理小种E09高度抵抗的小麦新品系3D249(京双27//燕大1817/WE18/3/温麦4,F7)。利用高感白粉病品系薛早和3D249组配杂交组合,获得杂种F1代、F2分离群体和F3代家系,进行苗期白粉病抗性鉴定和遗传分析。结果表明,小麦品系3D249对E09小种的抗性受显性单基因控制,暂命名该基因为MlWE18。利用集群分离分析法(BSA)和分子标记分析,发现4个简单重复序列(SSR)标记(Xwmc525、Xwmc273、Xcfa2040和Xcfa2240)、1个EST-STS标记(Xmag1759)和1个EST-STS序列标记(XE13-2)与抗白粉病基因MlWE18连锁,在遗传连锁图谱上的顺序为Xwmc525–Xcfa2040–Xwmc273–XE13-2–Xmag1759–MlWE18–Xcfa2240。SSR标记的染色体缺失系物理定位结果表明,抗白粉病基因MlWE18位于小麦7A染色体长臂末端的Bin7AL16–0.85–1.00。与已知定位于该染色体区域的Pm基因遗传连锁图谱比较表明,MlWE18与抗白粉病基因Pm1、MlIW72、PmU、Mlm2033和Mlm80均位于7AL相同染色体区段。

人工合成六倍体小麦(AABBDD)与亲本种之间基因组与基因区域的序列变异分析

为探讨六倍体小麦进化过程中基因组发生的变异,我们以两套不同世代(早代和高代)的人工合成六倍体及其母本(四倍体小麦,AABB)和父本(粗山羊草,DD)为材料,采用DNA—AFLP和SSCP方法分别对基因组与基因区域的序列变化进行了研究.结果发现,人工合成六倍体小麦基因组中来源于父本的条带发生丢失的数目更多,表明倍性较低的亲本(DD)基因组序列在多倍化过程中发生了更明显的变异,这与前人的研究结果一致.与DNA-AFLP结果相比较,采用SSCP方法检测到的变异比例明显较低,说明六倍体小麦进化过程中基因区域发生变异的频率较低,而DNA-AFLP检测到的丢失条带可能主要为非编码序列,特别是重复序列.分析还发现,有4个基因在杂交F1代就发生了变异,这说明这些基因变异是由于杂交引起的.生物信息学分析结果显示,在上述4个基因中,有3个位于2D染色体长臂上,并且位于相近的同一区域.本研究结果显示,在人工合成六倍体小麦进化过程中,基因区域的序列变异具有选择性,而不是随机的.

来自野生二粒小麦IW3和IW10的两个抗白粉病基因的鉴定及SSR标记定位

野生二粒小麦(Triticum dicoccoides)是小麦抗病育种的重要资源库之一。来自以色列Mount Hermon的野生二粒小麦材料IW3和IW10对我国小麦白粉病菌生理小种E09表现高抗。对硬粒小麦Langdon与IW3和IW10两个杂交组合F2分离群体和F3家系的遗传分析表明,IW3和IW10对小麦白粉菌E09的抗性均受显性单基因控制,暂被命名为MlIW3和MlIW10。采用BSA法和SSR标记分析,筛选到与抗白粉病基因MlIW3和MlIW10连锁的5个SSR标记,这两个基因均位于Xbarc84和Xwmc326之间,顺序为Xbarc84–4.6cM–MlIW3–1.6cM–Xwmc326和Xbarc84–6.6cM–MlIW10–0.6cM–Xwmc326。根据SSR分子标记的遗传图谱和在中国春的缺体-四体、双端体和缺失系的定位结果,这两个抗白粉病基因被定位在3BL染色体的末端。根据MlIW3和MlIW10的来源和分子标记定位结果,推断这两个基因可能是小麦抗白粉病基因Pm41或其等位基因或位于同一个基因簇中。

小麦TaMBD3基因的克隆和表达

DNA甲基化(m5C)在基因表达调控过程中发挥重要作用,而甲基结合域蛋白(MBD)是能特异识别甲基化位点的反式作用因子。为了探讨小麦中MBD基因的结构与功能,以拟南芥MBD基因的EST为基础,通过电子克隆结合RT-PCR方法分离克隆了包含ORF的小麦甲基结合域蛋白基因TaMBD3。序列分析显示,TaMBD3具有典型的甲基结合域,其中包含了能与甲基化DNA相结合的保守氨基酸残基。组织表达特性分析表明,TaMBD3在幼穗和茎中的表达量高于其它组织器官。采用电子定位的方法,将TaMBD3基因初步定位在6AS1-0.35-0.65和C-6BL3-0.36两个区域。

利用变性高效液相色谱(dHPLC)进行小麦等位基因差异表达分析

等位基因变异是生物体基因组中普遍存在的现象,也是物种进化和育种的重要基础.等位基因可以通过编码区的改变或者表达来影响基因的功能,因此研究等位基因的表达具有重要的生物学意义.由于小麦基因组的复杂性,造成等位基因的鉴定比较困难,这极大地制约了小麦等位基因表达研究的开展.利用CAU36和CAU328两个EST-SSR标记,结合变性高效液相色谱(dHPLC)分析技术,在35个小麦基因型中分别检测到4种和3种等位变异类型,并且以抽穗期的穗下节节间为材料,对其在4×6的小麦双列杂交组合杂交F1代中进行了表达分析.结果表明,这两个EST-SSR引物扩增的等位基因在多个组合中均存在显著的差异表达,且CAU36标记检测到的等位基因表达变化值与部分杂交种的株高之间存在显著的相关性.