中科院揭示植物种子和器官大小调控的新机制

<正>植物种子和器官大小是重要的产量性状,大小调控也是一个基本的发育生物学问题。然而,植物决定其种子和器官最终大小的分子机理目前并不清楚。为了揭示植物种子和器官大小调控的分子机理,中科院遗传与发育生物研究所李云海研究组已在拟南芥中分离了一些大种子和器官的突变体da(DA是汉字"大"的意思)。其中,da1-1突变体形成大的种子、器官和粗壮的植株。DA1编码一个泛素受体蛋白,通过抑制细胞分裂从而调控植物种子     

分子鉴定拟南芥 myb26／mail sterile35突变体中表达下调基因 At2 g47500

利用不可产生花粉的突变体作为研究花药和花粉发育的途径,以证实涉及花粉发育的基因及其在基因网络中的作用。研究结果表明,拟南芥中MYB26/MALE STERILE35（ MS35）雄性不育基因会调控药室内壁次生加厚发育,影响其后的花药开裂,并可上调木质素生物合成途径。而At2g47500基因是在芯片分析ms35/myb26突变体中涉及花粉发育表达下调的一个未被鉴定的基因。通过生物信息学分析发现,At2g47500基因是一个与微管发育有关的基因,在整个植株都表达,包括花发育阶段。利用拟南芥基因库筛选该基因中的T-DNA插入突变体,并通过PCR鉴定,得到插入位点在启动子和外显子的纯合突变体。通过表型分析和表达筛选发现,At2g47500突变并未对表现型产生影响,表明T-DNA插入位点在外显子的突变体基因并未在花药中表达;但转录表达分析认为,该基因在花粉里表达,并通过启动子：GUS表达结构得到进一步证实。35S启动子超量表达At2g47500,并未导致其在野生型植物中异位的过量表达;将其转入突变体中,基因表达量恢复,也未有表现差异。说明其对花粉发育的影响不明显。定量PCR分析微管发育其他相关基因,以及花发育中次生壁发育有关基因在突变体中的表达,At2g47500对花粉发育影响不明显。在突变体中,大部分基因也未因其缺失、表达受到明显影响。综上所述,该基因在花药发育中不受ms35/myb26的调控,发挥次要作用,受到主效基因的调控。     

一个水稻长护颖突变体的遗传分析和基因定位

花器官发育异常突变体是研究植物花发育分子机理的重要材料。本研究在特种栽培稻品种"鸭血糯"中发现一个长护颖自然突变体,命名为Osleg(Oryza sativa long empty glumes)。组织细胞学分析表明,该突变体护颖的远轴表皮细胞凸凹不平,毛状体较多,许多瘤状体轴向平行排列,与外稃表皮细胞结构相似。遗传分析结果表明,该突变性状受一对隐性基因控制。将Osleg纯合体与籼稻品种9311杂交构建F2定位群体,利用已公布的水稻SSR标记和自行设计的STS标记对突变位点进行基因定位,最终将OsLEG定位在水稻7号染色体短臂上的LC15和LC25标记之间,物理距离约207kb,为进一步克隆OsLEG基因和研究禾本科植物花器官的分子调控机理提供了重要科学依据。     

水稻颖壳退化突变体degraded hull 2 (dh2)的遗传分析与基因定位

鉴定和克隆水稻花器官突变体新基因,对了解水稻花器官发育的分子遗传机制和分子信号调控途径有着重要的作用。本研究报道了1个水稻颖壳异常突变体,来源于EMS (ethyl methane sulfonate)处理的缙恢10号(Oryza sativa)诱变群体,暂被命名为degraded hull 2 (dh2)。表型分析发现突变体小花第一轮内稃或外稃横向细胞数目减少,导致内稃或外稃变窄而不能正常勾合,从而呈现开裂现象,其内三轮花器官均无明显变化。遗传分析表明该突变性状受1个隐性单基因控制。利用群体分离分析法(bulked segregation analysis, BSA),将DH2基因定位在第3染色体的IND-5和IND-14之间,遗传距离分别为0.99 cM和1.49 cM。该研究结果为DH2基因的图位克隆奠定了基础,对水稻花发育生物学研究具有重要的意义。     

一个新的水稻短根毛突变体的遗传分析和基因定位

根毛是植物吸收水分和养分的重要器官。本研究从T-DNA突变体库中获得一个以中花11为遗传背景的水稻短根毛突变体, 命名为ossrh3 (Oryza sativa short root hair 3)。该突变体的根毛伸长严重受阻, 并且伴随株高、主根长、侧根长和侧根数目等性状的改变。遗传分析表明该突变性状受1对隐性单基因控制, 利用ossrh3纯合体和籼稻品种Kasalath杂交构建F₂定位群体, 利用已公布的水稻SSR (simple sequence repeat)和自行设计的STS (sequence- tagged site)标记, 最终将OsSRH3定位在水稻第1染色体上的标记S38978和S39016之间, 物理距离约为37.7 kb, 包含8个候选基因, 为进一步克隆OsSRH3基因和研究禾本科作物根毛发育的分子调控机理提供了依据。     

植物叶色变异分子机制研究进展

叶色变异是自然界中普遍存在的一种现象,叶色突变体不仅是研究光合系统、叶绿素代谢及叶绿体发育等通路的理想材料,对叶色变异突变体基因进行定位还有助于深入阐明叶色基因的调控机理,对作物遗传改良和提高产量具有重要的指导意义。本研究从叶绿素代谢、血红素代谢、叶绿体发育基因、核质转运途径、类胡萝卜代谢和嘌呤核苷酸合成途径等方面阐述了植物叶色变异的分子作用机制,为叶色突变体的研究提供了科学依据。     

两个新的水稻Dwarf18基因强等位突变体的表型分析及分子鉴定

通过EMS诱变日本晴获得了s2-9和s1-146a两个矮秆突变体,其植株矮小,成熟期株高分别为日本晴的26.3%和19.2%;苗期叶片较宽,叶色深绿;穗型仍为散穗但穗长变短,粒型未发生改变。对水稻胚乳的α-淀粉酶诱导实验表明,这两个矮秆突变体与GA的信号传导途径无关,外源活性GA₃对水稻幼苗株高的促进实验显示它们应与赤霉素的生物合成有关。利用突变体与籼稻品种Dular分别杂交构建了F₂群体,精细定位表明这2个突变体的表型与水稻Dwarf18 (D18)基因紧密连锁。序列分析发现这两个矮秆突变体的D18基因均发生了突变：在s2-9突变体中D18基因的内含子3'' 拼接点发生单碱基突变,s1-146a中D18基因编码区的单碱基突变导致提前终止密码子的出现。RT-PCR结果显示,在s1-146a中D18基因表达明显增强,但在s2-9中未检测到D18基因的表达。     

EMS诱变甘蓝型油菜获得高油酸突变体

用0.4％ EMS诱变甘蓝型油菜NJ7982种子,从M2代筛选得到1个油酸含量76.15％的突变株(M2-2080),M3代该突变体的油酸含量也达到了75.0％ (M3-2080-1).对高油酸突变体M3-2080-1和野生型BnFA D2基因进行克隆,分析突变体油酸含量高的原因.序列表明,高油酸突变体中,BnFA D...     

拟南芥Mo敏感突变体基因克隆及功能分析

为了了解Mo的分子功能,对26 000粒拟南芥EMS诱变突变体种子进行了筛选,鉴定出一个对正常Mo敏感的突变体4-10。在正常170 nmol/L Mo条件下,4-10突变体的根部伸长发育受到抑制,而340μmol/L Mo处理能部分恢复突变体根长。在170 nmol/L Mo条件下4-10和Col-0幼苗的根长分别为(1.56±0.13)cm和(11.89±0.71)cm;而在340μmol/L Mo条件下,4-10和Col-0的根长分别为(3.3±0.17)cm和(6.8±0.73)cm。此外,340μmol/L Mo处理能够恢复4-10异常的根形态。Mo含量测定结果表明,4-10突变体植株根部Mo含量显著低于野生型植株;除了对正常Mo敏感外,4-10突变体叶色对NH_4~+也敏感,其花青素含量显著高于Col-0。为了鉴定4-10突变体候选基因,利用图位克隆技术将候选基因定位到1号染色体一个23 kb区域(26.809~26.832 Mb),进一步基因组重测序结果表明,在该区域存在1个非同义突变SNP,包含该SNP的基因At1g71100编码核糖-5-磷酸异构酶(RPI),初步证明,RPI基因为4-10突变体的候选基因。利用At RPI基因纯合突变植株和4-10突变体进行的等位性检测结果表明,4-10突变体和等位基因突变体rsw10-1杂交的F1仍然对NH_4~+敏感,从而确定RPI基因为4-10突变体基因。通过表型分析注意到除了过量Mo能恢复4-10突变体根长之外,外源尿苷处理同样可以恢复4-10突变体的根长。结果表明,过量的Mo通过尿苷转运作用促进了补救合成途径进程。     

水稻窄叶突变体nal20的表型分析与基因定位

叶片作为植物光合作用的主要器官, 其面积的大小影响着光能利用率和最终产量。为了研究水稻叶片形态建成的分子机制, 利用 ⁶⁰Co-γ射线诱变粳稻品种春江06, 在M₂代中得到1份窄叶突变体, 命名为narrow leaf20 (nal20)。该突变体叶片变窄、株高降低、分蘖增多、茎节间缩短、抽穗期提前。本研究重点调查了3片功能叶的形态, 发现突变体叶片宽度减少了50%, 叶片长度变化较小。细胞学观察表明, 叶片变窄主要是由于表皮细胞数目的减少, 而细胞大小变化不大。遗传分析表明, 该突变体表型受1对隐性基因控制。利用具有多态性的InDel分子标记及nal20与Dular配制的F₂定位群体, 将该基因定位于第7染色体着丝粒区1.9 Mb范围内。二代测序结果表明, 在该范围内有455 kb的大片段缺失。本研究结果为窄叶基因NAL20的克隆和功能分析奠定了良好基础, 也为水稻株型改良提供了基因资源和育种材料。