叶绿体基因组及其在樟科植物系统发育研究中的应用

樟科植物是被子植物中一个较大的木本植物类群,也是一个较为古老的类群,集轻工业、食用、材用、药用、观价值赏于一身,在我国林业史和园林史上占有重要地位。植物的系统发育研究可在阐明物种之间亲缘关系的同时,挖掘它们的共同祖先以及它们在进化过程中的分化和演化路径,揭示生物种群和物种的多样性及其时空分布。在概述樟科植物和叶绿体基因组的基础上,分析了利用叶绿体基因组对樟科植物进行系统发育研究的相关进展,以期为樟科植物的相关研究提供参考。     

叶绿体转化及其用于疫苗表达研究的最新进展

随着植物转基因研究的不断深入,核基因组转化的转基因沉默现象严重影响了基因工程的应用效果.植物叶绿体遗传转化以叶绿体基因组为平台对植物进行遗传操作,外源基因定点整合及母性遗传特性能较好地解决＂顺式失活＂和＂位置效应＂等类的基因沉默问题和转基因逃逸等安全问题,成为植物基因工程发展的新方向,在工业、农业及医药生物领域发挥了重要作用,也为生产廉价、安全的植物疫苗提供了新思路.本文在简要介绍叶绿体转化的原理、转化方法与优势的基础上,重点综述了近年来通过该技术表达的一些重要的病毒抗原和细菌抗原.最后,对叶绿体转化技术在表达外源基因方面存在的问题进行分析.未来随着叶绿体基因表达、调控机制研究的逐渐深入及相关技术体系的日臻完善,叶绿体转化有望成为疫苗生产的生力军.     

11种植物psbA基因的密码子偏好性及聚类分析

植物叶绿体psbA基因的启动子是叶绿体基因工程中常用的启动子,研究该基因的编码特点对完善叶绿体基因工程的研究设计、提高外源基因在受体物种中高效、稳定的表达具有重要作用。本研究综合运用了多种分析软件,对11种植物的叶绿体psbA基因进行了分析。结果表明,11种植物psbA基因的ENC（Effective Number o...     

不同种源马蔺的叶绿体DNA变异研究

本研究利用通用引物,采用PCR技术从9个不同地理种源的马蔺样品中扩增了叶绿体基因组trnLt-rnF间隔区的DNA片段,进行了序列测定,并运用DNAMAN软件分析了不同种源马蔺的亲缘关系。结果表明:9个马蔺植物样品分为2个相对独立的组,其中第1组包括采自北京、泰山、武威、涿洲、民勤、固原6个种源的马蔺,第2组包括采自太仆、乌鲁木齐和西乌旗3个种源的马蔺。2个组的亲缘关系很远,同源性只有45%,这表明马蔺物种不是单系起源,本研究结果也表明了利用叶绿体基因间序列研究马蔺亲缘关系是可行的。     

我国南方野生樱属植物的分子系统发育分析

为鉴定我国樱属植物的系统发育关系,本研究以30种典型樱属植物为试验材料,利用核基因ITS和4个叶绿体间隔序列[petA-psbJ、trnH-psbA、rpl32-trnL(UAG)和trnL-trnF]进行测序,采用MEGA 6软件对5个序列特点进行分析,并构建系统发育树。结果表明,5个序列的DNA片段长度多态性和单核苷酸多态性较高,其中ITS和rpl32-trnL(UAG)变异程度最大,可作为樱属植物核心条形码序列,其他序列可作为辅助序列;通过5个序列的组合序列构建的系统发育树,可相对准确地反映樱属植物间的系统发育关系。本研究结果为进一步探究樱属植物的起源、系统发育关系、物种鉴定及资源保护提供了一定的参考依据。     

豇豆叶绿体基因组密码子使用偏好性分析

为了探究豇豆（Vigna unguiculata）叶绿体基因组密码子的使用模式,本研究从NCBI下载完整的豇豆叶绿体基因组序列,并对其进行结构分析。利用CodonW和CUSP对筛选获得的50条可编码蛋白序列（CDS）进行分析,获得GC1、GC2、GC3、RSCU、CAI、CBI、Fop、ENc、RFSC等重要参数,并进行中性绘图、PR2-plot绘图、ENc-plot绘图以及对应分析、最优密码子分析和其他物种对比分析。结果发现,豇豆叶绿体基因密码子更偏向以A或U(T)结尾,G和C在密码子各位置中的占比较低,平均值为36.31%;有效密码子数（ENc）的平均值为44.903,密码子偏好性较弱;GC1与GC2、GC3间均有相关性,表明碱基突变对密码子选择也有影响。从中性绘图、PR2-plot绘图、ENc-plot绘图结果可以看出,豇豆叶绿体密码子使用偏好性同时受到了碱基突变与自然选择的影响。本研究最终筛选出20个最优密码子,并将豇豆叶绿体基因组密码子使用频率与其他物种进行比较,发现豇豆与番茄在密码子使用频率上存在较高的相似度。本研究结果为提高豇豆叶绿体外源基因的表达效率提供了参考依据。     

基因组学在作物抗逆性研究中的新进展

自然环境中各种生物和非生物胁迫是影响作物产量的巨大威胁。随着现代分子生物学的发展,从分子水平研究作物抵御逆境的机理已成为生态农业研究的一个重要任务,分子遗传学与生态学的整合诞生了生态基因组学即用基因组学的技术和手段研究生态学领域的问题。基因组学按其研究内容分为功能基因组学、结构基因组学和比较基因组学,本文从这3方面分别阐述了作物抵抗生物胁迫和非生物胁迫的生态基因组学研究进展,总结了基因组学在植物抗逆性研究中的一些新技术和新手段,特别是基于近几年发展起来的二代深度测序所带来的一系列高通量的检测方法与结果。①功能基因组学包含转录组学、表观遗传学、蛋白组学、相互作用组学、代谢组学和表型组学,本文侧重从植物抗逆的功能基因表达水平上的研究展开,重点探讨了转录组学和表观遗传学在植物抗逆研究的新进展,介绍了一些转录组学和表观遗传学研究技术,如基因芯片技术、RNA测序技术、SAGE、cDNA-AFLP、SSH、亚硫酸盐法、ChIP-Chip、ChIP-seq等;例举了一些转录因子基因家族在植物抗逆反应中的作用,总结其作用共性,结果表明不少抗逆基因受到胁迫后基因转录激活上有一定相关性,大多受激素信号转导途径所调控,很多抗逆途径最终都涉及到ABA信号传导通路并与衰老相关;植物的抗逆性受多个信号通路调控,对同一逆境响应常常需要不同的转录因子共同参与,而同一转录因子也有可能参与2个以上的不同抗逆反应;表观遗传学则指在不改变基因序列前提下,对DNA甲基化修饰、组蛋白翻译后修饰及小RNA介导的信号传导等,有证据表明其存在遗传印记作用。②结构基因组学主要利用QTL定位和DNA测序技术,确定植物基因组的遗传图谱和物理图谱,二代深度测序平台的建立使许多植物的全基因组测序成为可能。迄今为止,已有超过40种植物完成全基因组测序,越来越多的植物全基因组计划正在实施中或预计实施。③比较基因组学是基于功能基因组学和结构基因组学进而比较不同物种或不同群体间的基因组差异和相关性的研究,可分析逆境响应相关基因在进化过程中及在地理位置分布中的作用和意义,也同时为QTL定位及功能基因组学研究提供丰富信息。此外,还简要介绍并列举了一些网络共享作物抗逆的生物信息资源数据库。虽然基因组学在如何正确处理海量数据等问题上还存在瓶颈,但它提供的大量作物抗逆方面的基因组信息已为植物抗逆研究提供了众多线索与依据,为今后改良作物抗逆性的遗传育种工作带来了新启示。     

苏云金芽孢杆菌基因组研究概况

迄今为止，全球已有2个Bt株菌株完成了全基因组测序，1个Bt菌株正在拼接中，15个Bt菌株正在进行测序中。已有22个晚质粒完成了全序列测定。助是作为生物农药使用最广泛的微生物菌株，也是最为成功地将其杀虫晶体蛋白基因应用于植物转基因的微生物。在基因组进化、新基因发现、基因表达调控等方面一直是科学家研究的热点，并取得了相当多的成果。本文概述了苏云金芽孢杆菌基因组测序现状、基因组特征及比较基因学等方面的研究进展。     

基于DNA条形码ITS2的高分辨率熔解曲线鉴定市售核桃乳真伪

市场上核桃乳掺杂使假现象层出,急需建立一种快捷、准确、高效的真伪鉴定方法。本研究选取核桃基因组间隔区ITS2、叶绿体基因组编码区rbcL以及非编码区psbA-trnH作为候选DNA条形码基因。综合扩增、测序、比对成功率以及生物信息学结果,筛选得到ITS2是区分核桃、花生等不同坚果的最适DNA条形码。利用高分辨率熔解曲线(HRM)技术对市售核桃乳、山核桃乳进行目的种源(核桃、山核桃)及常见掺假物种(花生、大豆)成分鉴定。并通过构建核桃、花生不同比例混合标准品,检测核桃乳、山核桃乳掺假浓度。结果表明,通过测序比对和HRM分析,在9种不同品牌的核桃乳中,有1款核桃乳成分比对为花生,1款山核桃乳比对结果为核桃,这两款属于标签不符、以次充好的造假产品。研究表明基于ITS2序列的HRM技术,无需测序,一管式闭合分析,能实现对核桃乳、山核桃乳快速、准确的真伪鉴定,为植物蛋白饮料食品标签标识的符合性检验提供了一定的科学依据。     

红花低分子量油体蛋白基因的克隆与系统进化分析

目的:克隆红花低分子量油体蛋白基因L-Oleosin,并进行测序和序列比较分析。方法:参考已完成的红花转录组测序结果,设计特异性引物,从野生型红花种子中提取RNA,以RT-PCR方法扩增L-Oleosin全长基因,测序之后,进行不同物种同源基因间的系统发生分析,应用Phylip软件绘制分子进化树。结果:克隆了红花低分子量油体蛋白基因,系统发生分析表明,L-Oleosin基因的变异很大,物种间差异明显。结论进行油体蛋白基因相关功能研究和建立油体蛋白表达系统等方面的研究应该以同种属植物或亲缘关系较近的植物之间应用为主,基因工程改造和功能验证应在本物种上进行,然后拓展至近缘物种。     

油菜叶绿体多顺反子定点整合表达载体的构建

根据拟南芥叶绿体基因组序列设计PCR引物,从我国甘蓝型油菜栽培品种F4叶绿体基因组中克隆了长度为1.5kb的trnI和trnA2个基因序列,核酸序列分析表明它们与拟南芥基因的同源性高达94%和99%,这两个克隆的油菜叶绿体基因组序列trnI和trnA被用于构建叶绿体定点整合表达载体。利用烟草叶绿体基因强启动子Prrn和终止子TpsbA,以及筛选标记基因aadA和目的基因HSA,构建了多顺反子表达盒Prrn-aadA-HSA-TpsbA,将表达盒置于油菜叶绿体trnI和trnA序列之间,最后构建成油菜叶绿体多顺反子定点整合表达载体pIPaHTA。酶切鉴定及序列分析证实,构建的表达载体具有预期的调控元件及结构,这为后期油菜叶绿体转化体系的建立奠定了基础。     

全基因组测序(WGS)在畜禽群体进化和功能基因挖掘中的应用

全基因组测序(whole genome sequencing,WGS)是指通过高通量测序技术对物种个体或群体的基因组进行测序,并通过生物信息学技术对序列特征进行分析,以在全基因组水平探究物种的进化规律和筛选功能基因,主要包括从头测序(de novo)和重测序(re-sequencing).WGS具有信息全面、精确、高效等优点,尤其能对未知基因和未知结构变异进行高效探索,随着高通量测序技术的发展,WGS成本快速降低,使其迅速超越传统策略,成为当前群体进化分析和功能基因挖掘的最主要研究策略,并在畜禽中得到广泛应用.目前已经对鸡(Gallus gallus)、猪(Sus scrofa)、牛(Bos taurus)、绵羊(Ovis aries)、山羊(Caprahircus)、马(Equus caballus)、鸭(Anas platyrhynchos)和狗(Canis lupus)等畜禽进行了大量WGS研究,探究了畜禽进化规律,并挖掘出许多关键功能基因.此外,WGS在未来畜禽泛基因组的构建和全基因组选择育种中也将有广泛的应用.本文主要对WGS的特征和发展进行了介绍,概述和讨论了其在畜禽群体进化和功能基因挖掘中的应用,并简述了其关键要点和应用前景,以期为WGS在畜禽中得到进一步的应用提供理论参考.     

用ITS序列识别牧草种质资源

DNA条形码技术能够快速、准确地识别物种,对于开展基础性的分类学研究和应用性的生物多样性研究极为重要。本文以广西畜牧研究所牧草种质资源圃的8个物种共22个品种为材料,进行植物条形码ITS测序。PCR结果显示ITS的扩增成功率达到100%,同源性的分析表明各物种中的ITS序列变异显著,共找到99个可以用来区分物种的变异位点,系统进化树的结果表明利用ITS序列进行物种水平鉴定成功率达100%,能够作为DNA条形码识别植物物种。     

我校参与并出色完成微生物基因组测序项目

20 0 1年 1 0月 3 0日 ,上海、北京、广西等科学家在国家人类基因组南方研究中心宣布 ,经过联合攻关 ,最近完成了三种重要的人类和植物病原微生物——钩端螺旋体、表皮葡萄球菌和黄单胞菌的全基因组测序 ,取得了国际领先的科研成果。我校校长唐纪良博士和分子遗传研究所何勇强博士到达上海并参加了为此而举行的新闻发布会。据了解 ,在此次基因科研中 ,广西大学主持承担了其中的“野油菜黄单胞菌全基因组序列测定与突变体库的构建”项目并出色完成了任务。据介绍 ,在承担了国际人类基因组测序计划任务的同时 ,我国还启动了微生物基因组测序计…     

萝卜ICE1密码子使用偏性分析

为了解萝卜ICE1密码子的使用特性,运用CUSP和Codon W软件程序分析萝卜ICE1密码子的使用偏好性,并与芜菁等10种植物ICE1、萝卜基因组样本及拟南芥等基因组密码子偏性进行比较。结果表明,萝卜ICE1密码子偏好以A/T结尾;根据RSCU值,确定萝卜ICE1高频密码子有12个;与萝卜基因组密码子相比,19个密码子的偏好性相同;与其他物种同源基因相比,密码子选择偏性存在差异;聚类分析中,基于ICE1编码序列的聚类结果比密码子使用偏性分析更能准确地反映物种间的亲缘关系;与其他物种基因组密码子使用频率比较发现,同科物种(拟南芥、甘蓝)差异较小,与水稻差异较大,预示着萝卜ICE1在异源表达时尚需进行适当的改造和优化。萝卜ICE1密码子偏性分析为萝卜ICE1的异源表达及分子遗传研究提供了一定的理论依据。     

牡丹基因组成功破译 花形花色任由人

正国色天香的牡丹花,有望实现"私人定制"。2017年9月26日,在洛阳牡丹基因组测序成果新闻发布会上,我国科学家在洛阳宣布已成功破译牡丹基因组,为世界首次,在国际植物基因组研究上填补了芍药科植物基因组研究空白,且有三项成果领先全球。洛阳有着1 600年的牡丹种植历史和丰富的种质资源,素有"洛阳牡丹甲天下"的美誉。为实现牡丹科研上的根源性创新,解决牡丹育种周期长、效率低等技术难题,2014年12月,洛阳市政府与深圳华大基因签署协议,共同开展洛阳牡丹基因组学研究,主要任务是开展洛阳牡丹基因组测序和牡丹遗传多样性、洛阳牡丹分子育种研究。     

高粱基因组学研究进展

高粱是世界上主要的谷物作物之一,是越来越重要的生物燃料作物,是恶性杂草约翰逊草的祖先,同时也是很多具有复杂基因组的热带禾本科植物的植物学模型。因此高粱成为植物基因组学研究的主要对象之一。高粱基因组学研究的丰富历史随着重要的自交系材料BTx623全基因组测序的完成而达到顶峰,这为更好研究高粱基因及其相关功能打下了基础。对甘蔗亚族谷类植物以外的植物的更进一步的基因组特征分析,将有利于发现基因组大小和结构进化的机制,水平和模式,为进一步研究甘蔗和其它重要的经济作物奠定基础。     

集胞藻PCC6803乙醇酸脱氢酶基因的克隆及其叶绿体定位分析

为明确集胞藻PCC6803乙醇酸脱氢酶与水稻Rubisco小亚基叶绿体转运肽(RCTP)的融合蛋白是否能准确定位到水稻叶绿体,本研究以特异引物从集胞藻PCC6803基因组DNA中扩增获得约1.5 kb的片段,将该片段与水稻Rubisco小亚基叶绿体转运肽连接,然后将融合片段连入瞬时表达载体P322-d1-e GFP,测序,获得融合基因RCTP-gdh,进一步构建了叶绿体定位的瞬时表达载体RCTPGDH-e GFP-d1并进行了叶绿体定位研究。结果表明,集胞藻PCC6803 GDH共编码492个氨基酸,含有FAD结合域、FAD关联的氧化酶活性(222~464 aa)以及乙醇酸氧化酶亚基(51~463 aa)。激光共聚焦显微镜分析表明,融合蛋白RCTP-GDH-e GFP可以准确定位到水稻叶绿体,但其转运效率低于RCTP-e GFP的转运效率,叶绿体和细胞质中的融合蛋白RCTP-GDH-e GFP都易于聚集而呈斑点状。本研究为进一步应用集胞藻gdh基因改造C3作物光呼吸代谢途径,抑制C3作物光呼吸速率,提高作物光合速率奠定了基础。     

生物能源植物小桐子功能基因及基因组研究进展

为缓解能源需求与原油价格不断上涨以及有限的化石燃料储备之间的矛盾,人们得寻找更加生态、可持续再生的替代能源。利用能源植物生产生物柴油与生物酒精类燃料已成为发展的方向。其中,大戟科的小桐子以其强抗逆性、高含油量等特点而受到了广泛的关注。本文综述了能源植物小桐子油脂含量与质量、生物代谢以及抗逆性等方面的相关功能基因、细胞学染色体核型、核基因组以及叶绿体基因组的研究进展,以期为能源植物小桐子的遗传改良提供参考。     

藜麦的基因及基因组研究进展

藜麦是联合国粮农组织认定的唯一可满足人体基本营养需求的单体植物,具有较高的经济效益和研究价值。随着第二、三代高通量测序技术的发展,藜麦的基因组全貌得以揭示,各类基因转录组及重要基因家族研究进一步展开。基于此,对近年来藜麦基因及基因组学的主要研究进行了综述。未来藜麦的基因研究仍需加强对关键性状和活性成分的全基因组关联分析和调控机制等方面的研究,为藜麦生长发育和代谢调控提供科学依据。