水稻株型相关基因的定位与克隆研究进展

水稻株型相关性状包括分蘖数、分蘖夹角、株高及穗部性状。株型相关性状都是重要的农艺性状,是水稻产量因素的重要组成部分。株型形成涉及到一系列基因的表达和表达产物行使功能,因此对这些基因的挖掘和功能分析具有重要意义。目前,虽尚未完全了解控制株型相关性状的基因及其功能,但也已取得了日新月异的进展。本文针对各个株型相关性状,综述了已鉴定的基因及其功能特点,以为分子育种运用及进一步遗传生理研究作理论基础。     

抑制OsAGO1a基因的表达导致水稻叶片近轴面卷曲

 AGO蛋白是RNA诱导沉默复合体的核心元件,在植物生长发育过程中发挥着重要作用。通过分别特异性地扩增OsAGO1a基因中第2外显子和第11~12外显子的片段,构建了两个干涉载体OsAGO1aI 1E和OsAGO1aI 2E。利用农杆菌介导法转化水稻品种日本晴,抑制OsAGO1a基因的表达,借此研究OsAGO1a的功能及其对水稻生长发育的影响。结果表明, 抑制OsAGO1a的表达导致叶片的近轴面卷曲而对其他主要农艺性状的影响不大。     

水稻隐花色素基因Cry1a/Cry2/Cry1bRNAi表达载体构建及遗传转化研究

构建一个包含3个水稻隐花色素基因片段的RNAi表达载体pSC 1301-347-Cry1aCry2Cry1b并转化水稻,以期导致Cry1a、Cry1b与Cry2集体沉默,观察它们对水稻重要农艺性状的影响.结果表明,转基因水稻开花期显著延迟,结实率骤降,株高增加,剑叶变短,谷粒变长、变宽；而剑叶宽、穗长与对照无显著差异.     

利用CRISPR/Cas9系统定向改良水稻粒长和穗粒数性状

【目的】基因组定点编辑技术已成为分子育种的重要手段。本研究拟对GS3和Gn1a功能缺失突变对目标性状的改良效应进行分析,以期为培育高产水稻提供理论基础。【方法】利用CRISPR/Cas9系统,以控制粒型基因GS3和控制每穗粒数基因Gn1a为编辑对象,构建了共敲除载体p C1300-2×35S::Cas9-g~(GS3)-g~(Gn1a)a,用农杆菌介导法转化4个优质水稻品种,分析了基因突变的特征和相应农艺性状。【结果】构建的敲除载体成功地实现了对GS3和Gn1a基因的定点编辑。在4个转化受体的T_0代均分别获得了gs3和gs3gn1a的移码突变体。对T_1 代中无选择标记突变体的农艺性状分析表明,突变体gs3和gs3gn1a与野生型相比粒长变长,千粒重增加;突变体gs3gn1a与突变体gs3相比,每穗粒数显著增加。【结论】利用CRISPR/Cas9系统进行水稻基因编辑可以快速改良品种的目标性状,在水稻品种的定向改良方面具有巨大的潜力。     

水稻抽穗期遗传与分子调控机理研究进展

 抽穗期是与水稻产量相关的重要农艺性状之一。介绍了水稻抽穗期的遗传方式和生长发育特性;总结了618个定位的抽穗期QTL和以Hd1、Hd3a、Ghd7、Ehd1等为代表的控制水稻抽穗期的重要功能基因,并初步形成了水稻抽穗期的调控网络。还进一步讨论了水稻抽穗期研究中所面临的问题以及其在生产实践中的应用前景。     

水稻矮生基因的克隆和功能研究进展

 矮生性是水稻最重要的农艺性状之一。矮秆基因参与水稻一系列的生理、生化过程,水稻矮生性基因的克隆和功能研究,对了解水稻矮秆性状与产量的关系十分重要。通过介绍水稻矮秆基因的类型和概念,对已克隆的水稻矮秆基因按功能分类详细列举了它们的结构、功能与经典遗传学的关系以及在育种上的利用价值。     

水稻着粒密度的遗传分析

 水稻小穗着粒密度是一个重要的农艺性状,其与单株穗数、小穗数和粒重等有密切的联系。该性状在密穗品种与疏穗品种杂交的 F_1值高于双亲平均值,F_2群体分布呈近正态分布的曲线。因此该性状属多基因制约的数量性状,而且和单株生产力有显著相关,故必将受到水稻育种家的重视。     

水稻淡绿叶基因PGL11的鉴定与精细定位

【目的】叶片是水稻进行光合作用的主要场所,叶片颜色的变化与水稻的生长发育直接相关。发掘水稻叶色突变体,是水稻功能基因组学研究的重要遗传基础。【方法】利用EMS诱变日本晴获得一个能稳定遗传的淡绿叶突变体,暂命名为pgl11(pale green leaf 11)。在不同生育期测定野生型与突变体的叶绿素含量。在苗期,取野生型与突变体叶片进行叶绿体结构的透射电镜观察。在分蘖期,测定野生型与突变体的光合参数并观察气孔结构。在成熟期,测定野生型和pgl11的主要农艺性状。以pgl11为母本,南京6号为父本构建相应的F2群体,采用图位克隆的方法,对该基因进行定位。【结果】从苗期开始,突变体pgl11的每一片新叶均表现为淡绿色,叶绿素含量显著降低,叶绿体发育异常。随着叶片的生长,叶色由淡绿逐渐转绿,至抽穗期时叶绿素含量亦无明显差异。pgl11还表现光合速率、气孔导度明显下降,胞间CO_2浓度上升。扫描电镜观察发现,突变体pgl11的气孔发育异常。与野生型相比,突变体的农艺性状如株高、剑叶宽、二次枝梗数、每穗粒数、粒长、粒宽、千粒重以及结实率等均显著降低。对叶绿素合成、光合作用以及质体发育相关基因的表达量测定表明,突变体pgl11中参与叶绿体转录和翻译相关基因的表达量显著升高,而叶绿素合成和光合作用相关基因的表达量显著下降。遗传分析表明,该突变表型受一对隐性核基因控制。通过图位克隆的方法将该基因定位于第1染色体上的C6和C8标记之间,物理距离约为110 kb。【结论】该定位区间内未见有叶色相关基因报道,推测PGL11基因可能是一个新的水稻叶色基因。     

转Bt基因水稻克螟稻杂交转育后代农艺性状的研究

 对转Bt基因水稻与常规品种的杂交后代进行了GUS活性的组织化学分析和农艺性状考察。结果表明，报告基因gus与抗虫基因 cry1Ab是连锁遗传和协同表达的，利用GUS组织化学染色法可快速筛选抗虫杂种植株；无论是籼粳交，还是粳粳交后代，抗虫和感虫的两类植株间在株高、穗长、单株分蘖数、播始历期和千粒重等主要农艺性状上无显著差异，这无疑为利用Bt水稻培育优良的抗虫品种提供了科学依据。     

一种水稻微效QTL精细定位和克隆新途径

水稻重要农艺性状一般由少数主效QTL和大量微效QTL共同控制。水稻主效QTL克隆已取得显著进展,而微效QTL由于遗传作用弱,表型鉴定易受测量误差影响,克隆进展缓慢,但微效QTL在水稻重要农艺性状调控中的作用不容忽视。本文介绍了一种水稻微效QTL精细定位和克隆的新途径。该途径包含2个阶段：1）应用剩余杂合体构建近等基因系群体进行目标QTL的精细定位;2）应用基因编辑技术创制候选基因突变体验证基因功能。应用该策略笔者所在团队在水稻第1染色体长臂精细定位了6个微效粒重和粒型QTL,并成功克隆首个微效粒重QTL。该技术可在方法上为水稻QTL克隆及新种质创制提供更多选择。     

Effects of Suppressing OsCRY1a Gene Expression on Rice Agronomic Traits

Using primers designed according to the published sequence of rice OsCRY1a gene,we obtained part of the gene fragment by PCR and constructed an RNA interference expression vector with it.To down-regulate the expression level of the gene or lead to the loss-of-function of the gene,the vector was then introduced into rice via Agrobacterium-mediated transformation.Based on the performance of the transgenic plants,the functions of the gene were analyzed and deduced.The results indicated that suppressing the expression of the gene retarded flowering for 16 d in rice with the plant height and grain length significantly increasing whereas other important agronomic traits observed remained unchanged apparently.     

香蕉Maasr1基因RNAi植物表达载体的构建及鉴定

以香蕉Maasr1基因为目的基因,载体pBS为中间载体,pBBB、pBI121为表达载体,分别构建含有Maasr1基因的RNAi植物表达载体DBBB-S-I-A和含有Maasr1基因正义片段的植物表达载体pBl121-S,并通过农杆菌介导的方式对构建的该RNAi载体沉默效果进行鉴定.结果表明:(1)利用中间载体pBS和植物表达载体pBBB成功构建了香蕉Maasr1基因的RNAi植物表达载体pBBB-S-I-A;(2)利用载体pBI121成功构建了1个含有Maasr1基因正义片段的植物表达载体pBI121-S:(3)构建的RNAi载体pBBB-S-I-A可以抑制Maasr1基因的表达,具有较好的沉默效果.     

雄性不育及育性恢复基因表达载体的构建

将拟南芥花药特异表达启动子A6与核酸酶基因融合构建不育基因,与核酸酶Bamase特异抑制剂Barstar基因融合构建育性恢复基因,再分别与抗除草剂溴苯睛基因表达盒bxn串联,形成紧密连锁,分别构建植物雄性不育和育性恢复基因表达载体pwP一AN及pwp一AS,以抗澳苯睛基因作为转化和繁殖、制种过程的筛选标记。     

基因枪介导甘蔗遗传转化研究初报

将从灰树花（Grifola frondosa）中分离克隆到的海藻糖合酶cDNA以正向插入植物表达载体pBI121/BamHI Sst1位点，获得一植物表达载体pBT；又用Ubi-L启动子插入植物表达载体pBI121/HindⅢ＋Xbal位点，获得重组质粒pUB,再把海藻糖合酶cDNA正向插入pUB/BanHI SstI位点，获得另一植物表达载体pUBT。然后通过基因枪法分别用植物表达载体pBT和pUBT转化甘蔗。再生植株的点杂交和PCR－Southern杂交表明海藻糖合酶基因已整合进甘蔗的基因组中。     

大肠杆菌glgC基因的定点突变及高效表达

通过PCR方法,从E.coliJM109基因组DNA中扩增到全长为1296bp的glgC基因,对其进行定点突变,获得第296位和336位氨基酸同时突变的glgC336基因。将2者亚克隆进pET-30a,成功构建了重组表达载体pET-C和pET-C336,转化大肠杆菌BL21(DE3),在1mmol/LIPTG诱导下进行表达。SDS-PAGE电泳分析显示,在约53kD处有1条明显的蛋白表达带,证明目的基因已得到高效表达,且重组蛋白表达量占菌体蛋白总量的77.3%。     

油菜热休克蛋白基因HSP81.1启动子的克隆与功能验证

利用温度诱导热休克蛋白启动子控制外源基因表达不但能提高外源基因表达的准确性,而且可以通过减少外源蛋白的积累,提高转基因作物的安全性。本研究从甘蓝型油菜（Brassica napus）基因组中扩增获得热休克蛋白基因启动子,并将其克隆至双元载体pBI121的GUS报告基因上游,构成双元表达载体pBI121 HSP GUS。通过农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导法转化烟草后获得转基因植株。对T1转基因植株研究表明,外源基因在42℃处理1h开始表达,且即使用同样条件诱导,GUS基因的表达率和表达量在不同生长时期均有差异。在第50d左右的苗期,GUS基因的表达率和表达量高,但随植株老化而逐渐下降。研究显示,利用油菜的热休克蛋白启动子可以达到温度控制烟草基因表达的目的。     

木薯淀粉分支酶基因克隆及反义表达载体的构建

利用RT-PCR方法,用木薯块根cDNA做模板克隆获得支链淀粉合成的关键酶基因SBEII,经序列分析,同源性为98.07%;以PCAMBIA1301为基础,构建了以块根特异表达启动子Sporamin驱动的SBEII基因反义结构的植物表达载体.     

玉米隐性核不育保持系表达载体构建

在Genebank中搜索花粉致死基因Zm AA1、花粉育性恢复基因Ms45、粉质胚乳突变基因Mucronate及各基因特异调控因子和终止子序列,并在目的片段的上下游设计增加同尾酶Spe I(Nhe I、Xba I)和酶切后具有各种类型的DNA片段的Esp3I酶切位点,基因合成构建到克隆载体puc57上,命名为puc-Zm AA1、puc-Ms45、puc-Mc。采用传统酶切连接的方法将目的片段构建到植物表达载体p CAMBIA3300上,并用热击法将重组质粒导入农杆菌LBA4404及EHA105中,酶切、PCR检测及核苷酸序列测定证明,植物表达载体构建成功。     

耐盐碱基因eIF1A对玉米遗传转化研究

以来自柽柳的耐盐碱基因eIF1A为研究对象,构建其单子叶植物表达载体,并利用农杆菌介导法转化极早熟玉米自交系加2和M1的胚性愈伤组织,创制转eIF1A基因玉米新材料,为耐盐碱转基因玉米育种提供技术和材料支持。结果表明,成功构建eIF1A基因的单子叶植物表达载体pCAMBIA3300-Ubi-eIF1A,共获得33株除草剂抗性植株,其中,12株目的基因和筛选标记基因PCR呈阳性反应,RT-PCR检测表明,目的基因正常转录表达。     

海莲耐盐基因AOC克隆及转录融合表达载体的构建

利用RT-PCR的方法从红树林海莲中克隆丙二烯环化氧化酶基因(AOC),并进行序列测定和BLAST程序进行同源序列分析。从RT-PCR得到的产物,其核苷酸序列与GeneBank中海莲丙二烯环化氧化酶基因AO(CBAB21610)的核苷酸序列完全相同。AOC基因通过中间载体pBS-AOC,pJIT60-AOC,最后克隆到植物表达载体pGreenII0229上,得到双35S的pGreenII0229-AOC植物表达载体。AOC基因和ipt基因通过中间载体pBS-AOC,pBS-ipt,pBS-AOC-ipt,pJIT60-AOC-ipt;最后将AOC和ipt基因以转录融合的方式克隆到植物表达载体pGreenII0229上,得到具有双35S启动子的AOC,ipt双基因转录融合的植物表达载体pGreenII0229-AOC-ipt。