植物蔗糖转运基因家族功能分化的生物信息学分析

[目的]用生物信息学方法分析植物蔗糖转运基因家族的功能分化,并明确具有正选择作用的点突变在植物蔗糖转运基因进化过程中的作用。[方法]在基因组水平上对植物的蔗糖转运基因进行鉴别和分类,并利用D IVERGE和PAML软件分别进行功能分化和正选择替代分析。[结果]经基因组检测,发现蔗糖转运基因家族除在单细胞藻类植物中不存在外,在其他植物中均普遍存在;系统发育分析将植物中蔗糖转运基因分成了5个亚群,并发现亚群间存在I型功能分化现象;此外,在3个亚群内检测出了显著的正选择效应。[结论]植物蔗糖转运基因家族在长期进化过程中形成了亚群间的功能分化,同时,具有正选择作用的点突变在该基因家族进化过程中起到重要作用。

《基因工程》课程教学改革的几点体会

基因工程是一门理论和实验并重的专业基础课,必须适应当今教育要求,重点培养学生综合素质和能力。为此本文在精选教材、优化教学内容、探讨不同的教学方法、运用多媒体教学手段,加强实验课教学等方面进行了一些探索,以期提高基因工程教学质量和效果。

水稻胚乳RNA定量RT-PCR分析中参照基因选择

以6个籼粳稻品种胚乳总RNA为研究材料,检测包括eEF-1a、eIF-4a、UBC、GAPDH、UBQ-5、TBL和ACT1在内的7个常用管家基因的表达稳定性情况,通过geNorm软件分析选择最佳参照基因。结果表明:不同的品种间,eEF-1a和ACT1的表达最为稳定,UBC的表达变化最为明显。当利用多基因作为内参基因时,使用两个最稳定表达的管家基因即可达到准确校正的目的。该结果为水稻等植物中基因表达分析时内参基因的选择提供了参考。

水稻栽培品种淀粉合成相关基因来源及其对品质的影响

目的明确高产水稻品种中与淀粉合成相关基因的性质,为稻米品质改良提供指导。方法以53个典型的籼粳品种和近年育成的高产水稻品种为材料,分析了供试品种的理化品质和RVA谱特征,并利用根据籼粳基因组序列差异设计的Wx、Sbe1、Sbe3基因的分子标记,检测了53个水稻品种的基因型,并分析了3个基因位点的遗传学效应。结果3个分子标记均能很好的区分3个位点上等位基因的籼粳来源,根据3个位点的基因型可将53个品种分为6种类型。单个基因遗传效应分析表明:在不同基因型品种间淀粉的理化特性(AC,GC,RVA)存在显著或极显著差异,3个基因的联合效应在不同基因型组合间也存在显著的差异。结论3个基因在高产品种培育过程中得到了广泛的交流和重组,而且3个基因位点上的不同等位基因(籼粳)对稻米淀粉的合成具有不同的遗传效应。其中Wx基因的影响是最主要的,Sbe1、Sbe3基因次之。3个基因位点的分子标记可为高产品种的品质改良提供快捷的工具。

无抗性选择标记转AP1基因抗病水稻新品系的选育

为获得无任何抗生素抗性基因的抗病转基因水稻新品系,将克隆自甜椒的两亲性蛋白AP1基因与潮霉素抗性选择标记基因(HPT)分别构建位于同一农杆菌双元载体上的两个独立的T-DNA区中,并经农杆菌介导,将其导入江苏省推广的两个粳稻品种广陵香粳和武香粳9号中,获得了一批转基因水稻植株。PCR和Southern杂交分析表明,AP1基因和HPT基因已同时导入受体基因组中,并从共转化植株的自交后代中筛选到了无HPT基因的转AP1基因水稻植株。结合田间农艺性状考察,选育了多个无抗性选择标记基因的纯合转AP1基因水稻新品系;抗病性鉴定结果表明,转AP1基因水稻对稻白叶枯病的抗性与未转化对照相比有显著提高,部分转基因水稻对纹枯病的抗性与未转化对照相比也有一定程度的提高。

水稻淀粉脱分支酶基因PUL对稻米理化品质的影响

为了研究PUL基因的变异对稻米蒸煮食味品质的影响,分别以籼稻品种桂朝2号和粳型糯稻品种苏御糯互为供体和轮回亲本,通过分子标记辅助选择,经过多代回交构建了PUL基因的近等基因系,分析了各近等基因系和轮回亲本的蒸煮品质指标。结果表明,近等基因系与轮回亲本在直链淀粉含量、胶稠度和淀粉晶体结构等指标上没有显著差异,而淀粉的热力学特性和淀粉黏滞性等指标存在显著的变化。说明PUL基因是影响稻米蒸煮品质的重要基因之一。来源于籼稻桂朝2号和粳稻苏御糯的PUL等位基因在功能上已经发生明显的分化。本研究中基于PUL基因序列差异设计的分子标记可以直接用于水稻品质的改良。

转基因水稻中重组植酸酶的表达

为通过在转基因植株中表达植酸酶降解植酸来提高水稻中无机磷利用率,构建了由玉米泛素基因Ubi启动子控制的植酸酶基因植物表达载体,并以来源于水稻未成熟胚的愈伤组织作为转化受体,经农杆菌介导法将植酸酶基因导入水稻中,共获得15个独立的转基因株系。对转基因水稻总DNA的PCR和Southern杂交分析证明目的基因已整合入转基因水稻植株基因组中,并能稳定遗传。对部分转基因水稻未成熟种子总RNA进行RT-PCR分析,表明导入的植酸酶基因能够在转基因水稻种子中正常表达。无机磷含量分析表明含目的基因的转基因水稻种子及其后代叶片中的无机磷含量较未转化植株均有了明显的提高。

无抗性选择标记转基因软米和糯稻新品系的选育及中间试验

直链淀粉含量是影响稻米品质的最主要因素之一。为培育直链淀粉含量较低的软米和糯稻新品系,在经共转化法获得的转反义Wx基因水稻自交后代中筛选获得了不含抗性选择标记基因的纯合体。对这些纯合转基因水稻的分析表明,其未成熟种子胚乳中Wx基因表达水平和成熟种子中Wx蛋白量较未转化对照有不同程度的降低。转基因水稻成熟种子中直链淀粉含量较未转化对照有不同程度的下降,2个转基因系降低至10%左右,相当于软米的直链淀粉含量,1个转基因系降到了2%以下,形成了糯稻新品系。转基因稻米中直链淀粉含量降低后,其胶稠度相应变软,而糊化温度未发生明显改变。田间试验结果表明,转基因水稻的大部分农艺性状与受体品种武香粳9号无显著差异。因此,本研究成功培育了无抗性选择标记且淀粉品质改良的转反义Wx基因水稻新品系。

水稻异淀粉酶基因ISA1及其启动子的表达特性分析

利用实时定量RT-PCR方法研究了水稻异淀粉酶基因ISA1在各组织及不同发育阶段籽粒中的表达模式,结果表明该基因只在发育籽粒中表达。同时,克隆了ISA1基因起始密码子上游1.1kb和2.1kb两个不同长度的启动子片段,并分别与GUS报告基因融合,经农杆菌介导转入水稻中。对转基因水稻植株中GUS活性的定性与定量结果表明,2.1kb的ISA1启动子具有很好的胚乳表达特异性,与内源基因定量表达分析的结果一致;而1.1kb的ISA1启动子则不具备该表达特性,它在胚乳、茎、茎节及谷壳中都有很高的表达。这可能是因为2.1kb启动子中含有抑制目的基因在茎等组织或器官中表达的顺式作用元件。

抗褐飞虱和抗除草剂转基因粳稻新品系的选育及其中间试验

利用根癌农杆菌介导法,将位于同一双元载体pCUGNA-BAR上的GNA基因和Bar基因导入粳稻品种广陵香粳,获得了转基因品系。经PCR扩增检测和Southern杂交分析证明GNA基因已整合到转化植株的基因组中。在转化后代中选育了一个表现优异的转基因水稻新品系3015-1-1进行中间试验,田间农艺性状调查发现该品系3015-1-1基本保持了未转化对照优良的农艺特性。抗虫和抗除草剂试验表明,3015-1-1对褐飞虱的蜜露排泄量和繁殖率具有显著的抑制作用,对除草剂Basta有明显抗性。

植物体细胞无性系变异的研究进展

植物体细胞无性系变异是组织培养过程中的普遍现象。本文综述了有关植物体细胞无性系变异的影响因素、类型、机理等方面的研究成果。

一品红转化酶基因片段的克隆和序列分析

根据植物酸性转化酶基因的保守区序列,设计1对PCR引物,以一品红基因组DNA为模板,采用PCR方法扩增出长约500 bp的DNA片段,克隆入pM D-18T载体,测序结果表明:获得1个一品红酸性转化酶基因家族的成员,该基因片段长523 bp,编码173个氨基酸,属于开放阅读框的一部分,不含内含子。在G enB ank中进行同源性检索的结果表明,该成员编码的氨基酸与其他植物细胞壁酸性转化酶编码的氨基酸同源性较高。

水稻维生素C合成相关基因的表达分析

根据拟南芥中参和维生素C合成和代谢关键酶的氨基酸序列,经在公共数据库中搜索比对获得了水稻中参与维生素C合成相关基因的信息。在此基础上,利用实时定量PCR技术对这些基因在水稻不同组织器官以及发育种子中的表达进行分析。结果表明:水稻维生素C合成相关基因在叶中的表达量最高,其次是叶鞘和籽粒,茎和根中的表达量最低,而幼嫩叶片中的表达水平一般高于成熟叶片。

水稻窄叶突变体nal3-t的遗传分析与基因定位

在粳稻品种武香粳9号来源的转基因后代中发现一份窄叶突变体,在整个生育期表现为叶片变窄且内卷,植株矮化。遗传分析表明,该窄叶性状受一对隐性核基因控制。以突变体和南京11杂交获得的F2为定位群体,利用分子标记进行基因定位,将窄叶基因定位在第12染色体长臂的SSR标记CHR1220和CHR1216之间,物理距离约为1.44Mb,与标记CHR1217共分离。定位区段与nal3和nal3(t)等窄叶基因所在的染色体区域相同,故将所定位基因暂定名为nal3-t。这为进一步克隆该基因打下了基础。

植物着丝粒的研究进展

着丝粒是许多高等真核生物染色体的重要结构域之一,它的最内层是由串联重复的卫星DNA及其侧翼富集的中度重复元件组成。在整个真核生物类群中,不同物种间着丝粒的DNA序列千差万别,但其功能却相当保守,可确保在有丝分裂和减数分裂过程中染色体的正确分离和传递。近年来,植物着丝粒的结构、功能和进化方面的研究进展较快,故对此进行了综述。

对多媒体技术与传统教学方法结合提高遗传学教学效果的几点认识

本文对多媒体技术应用于遗传学教学实践中,可以提高遗传学的教学效果,以及多媒体教学可能带来的不足及改进措施的几点认识进行了论述。

水稻抗条纹叶枯病基因Stv-b^i的分子标记辅助选择

水稻条纹叶枯病是我国黄淮及长江流域粳稻区重要的病害。由于水稻条纹叶枯病的发病受外界条件影响较大,人工接种抗性鉴定比较困难,利用与抗病基因紧密连锁的分子标记进行标记辅助选择对提高抗性育种效率具有重要意义。来自籼稻抗源Modan的Stv-bi是水稻育种中广泛应用的条纹叶枯病抗性基因。本研究设计了与Stv-bi紧密连锁的SSR及STS分子标记,用3个抗条纹叶枯病混合群体F30718(圣稻13/镇稻88)、F50701(武优34/T022//圣稻806)、F60702(V6/T022//镇稻88)进行分子标记检测和田间条纹叶枯病抗性鉴定,其结果的符合率分别为99.3%、87.7%和91.8%。表明这些分子标记可以用于条纹叶枯病抗性基因Stv-bi分子标记辅助选择。

水稻淀粉合成相关基因对稻米品质效应的研究

颗粒淀粉合成酶(GBSS)、淀粉分支酶1(SBE1)和淀粉分支酶3(SBE3)是淀粉合成过程中的3个关键酶,这3个酶主要由Wx、Sbe1、Sbe33个基因控制。设计这3个基因位点的分子标记检测了183个水稻品种的基因型,分析了3个基因对稻米理化品质和RVA谱特征的效应。结果表明:3个分子标记均能很好的区分3个位点上等位基因的籼粳来源,根据3个位点的基因型可将183个品种分为8种类型;单个基因遗传效应分析表明,不同基因型品种间淀粉的理化特性(AC、GC、RVA)存在显著或极显著差异,3个基因的联合效应在不同基因型组合间也存在显著的差异。Wx基因对大多数品质性状效应显著,Sbe3效应次之,Sbe1效应较小;Sbe1和Sbe3基因在不同的Wx等位基因背景下,对稻米的品质的理化特征的效应不同。3基因间存在互作效应,Wx与Sbe3的互作效应较大。

激光显微切割技术推进全面解析植物雄配子发生的分子机制

雄配子(又称小孢子,即花粉)的产生是显花植物生殖发育的重要阶段之一。花粉发育是在花药中与花药发育同步进行的,而花药内壁的绒毡层细胞直接为花粉发育提供营养。花药发育中各细胞(如花粉、绒毡层等)特异性的全基因组表达谱可为全面解析植物雄配子发育的分子调控机制提供丰富的信息。但以往的表达谱研究多基于整个花药甚至整个花序的取材,无法提供细胞特异性的表达信息。最近,激光显微切割技术被运用在水稻花粉发育研究这一领域,分别获得了处于减数分裂后各时期的小孢子以及绒毡层的专一细胞类型的全基因组表达谱。在此基础上,不仅发掘了更多新的花粉及绒毡层细胞特异性表达基因,鉴定了花粉及绒毡层细胞中富集的生化、代谢的细胞通路;而且还鉴定出了更多调控花粉及绒毡层细胞特异性基因表达的顺式元件,并通过系统分析得出了多种植物激素在花粉发育中细胞水平上的时空分布。总之,激光显微切割技术和基因组芯片联用的结果提供了很多可供检验的科学假说,大大推动了对植物雄配子发生发育分子机制的全面了解。

莲藕GBSS基因cDNA全长的克隆与序列分析

采用RT-PCR结合RACE技术,扩增得到全长为2265bp的莲藕"美人红"品种的GBSS基因的cDNA序列(GenBank登录号EU938541),其中开放阅读框(ORF)长为1848bp,共编码615个氨基酸。用DNAman软件比对,莲藕GBSS基因cDNA与金鱼草(AJ006293)、马铃薯(EU403426)、大豆(EF153101)、水稻(EU735072)Wx基因cDNA序列的同源性分别达61.2%、59.6%、64.2%、50.6%。对该基因编码的氨基酸序列进行Blastp分析发现,该序列与金鱼草的序列同源性最高,达到77%,与马铃薯、甘薯的同源性达到75%,与豆科植物的同源性在70%～75%,与禾本科植物的同源性在65%～70%。