利用双向导入系和重组自交系定位和挖掘水稻苗期耐冷QTL和有利等位基因

苗期低温冷害常造成水稻生长发育受阻,影响形态建成最终导致减产。鉴定和挖掘优良的耐冷基因,选育耐冷水稻品种,是减少冷害造成水稻产量损失的有效措施。本研究以籼稻明恢63和粳稻02428为亲本构建的双向导入系及重组自交系群体为研究材料,通过人工气候室进行苗期耐冷性鉴定,考查枯萎度和冷害恢复生长后的存活率,结合重测序构建的Bin基因型数据,进行苗期耐冷性QTL定位,3个群体在1号、4号、5号、7号和12号染色体上共检测到13个与水稻苗期耐冷性相关的QTL,解释0.36%~13.63%的表型变异。未定位到不同遗传背景下稳定表达的QTL,但有5个同时影响枯萎度和存活率的QTL被检出,分别位于1号、5号、7号和12号染色体,其中位于1号染色体12,732,139~13,202,097 bp和14,445,778~14,585,009 bp及5号染色体14,658,891~15,684,510 bp的3个QTL的LOD值都高于25,被认为是可靠的主效QTL。结合基因注释、表达谱数据和3K种质资源的苗期耐冷表型数据分析,推测位于5号染色体区间内影响枯萎度和存活率的基因很可能是已克隆的耐冷基因OsWKRY45,而1号染色体2个区间的2个基因是新基因位点,其候选基因分别是LOC_Os01g25540和LOC_Os01g25560。单倍型分析结果表明,LOC_Os01g25540的Hap2、Hap4和Hap9,LOC_Os01g25560的Hap1、Hap8和Hap10为有利单倍型。研究结果将为水稻品种耐冷分子改良提供宝贵的耐冷资源和有利基因。

玉米甘油-3-磷酸酰基转移酶基因ZmGPAT13生物信息学及表达特性分析

【目的】对玉米(Zea mays L.)甘油-3-磷酸酰基转移酶(Glycerol-3-phosphate acyltransferase,GPAT)家族成员ZmGPAT13进行生物信息学分析和在不同非生物胁迫处理下的基因表达模式变化检测,为进一步研究ZmGPAT13的生物学功能奠定理论基础。【方法】通过TAIR和MaizeGDB数据库获得拟南芥(Arabidopsis thaliana)和玉米中GPAT家族蛋白序列,利用生物信息学方法进行理化性质、蛋白结构、亚细胞定位、保守基序、系统进化、磷酸化位点和启动子顺式作用元件等分析,并采用荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对ZmGPAT13在不同组织部位及甘露醇(Mannitol)、NaCl、脱落酸(ABA)、高温(42℃)、低温(4℃)处理下的相对基因表达量进行分析。【结果】ZmGPAT13是一个定位于线粒体的跨膜蛋白,与部分GPAT家族成员含有排序相同的15个保守基序(motif),且与拟南芥中AtGPAT1的亲缘关系最近;预测分析发现ZmGPAT13含有62个磷酸化位点,可能与玉米中多个GPATs存在相互作用关系;ZmGPAT13基因启动子富含多种与低温和ABA响应等相关的顺式作用元件。通过qRT-PCR技术对ZmGPAT13组织表达模式分析发现ZmGPAT13的相对基因表达量在胚芽鞘(Coleoptile)中最高,根(Root)中次之,叶片(Leaf)中最低;甘露醇(Mannitol)、NaCl、脱落酸(ABA)及高温(42℃)和低温(4℃)处理均能诱导ZmGPAT13的基因表达显著上调。【结论】玉米中ZmGPAT13具有高度的进化保守性,可能通过转录水平的变化参与调控玉米对干旱、盐、高温和低温等非生物胁迫的响应过程。