水稻葡聚糖内切酶新基因OsGLU16的克隆及特性研究

β-1,4-葡聚糖内切酶(endo-β-1,4-glucanase,EGase)在植物的组织生长、开花、果实成熟、器官脱落等方面都具有非常重要的作用。本研究克隆了一个新的水稻β-1,4-葡聚糖内切酶家族基因Os GLU16。序列分析表明该基因位于水稻第8号染色体,c DNA全长1 827 bp,包含一个1 572 bp的开放阅读框,编码523个氨基酸残基。蛋白质同源性分析表明,Os GLU16基因编码的蛋白在第54~第516个氨基酸残基区域具有高度保守的GH9催化结构域。本研究成功构建了Os GLU16基因过表达载体p Ca MV35S-Os GLU16-EGFP,并获得了转基因水稻植株。植株表型分析表明,与野生型相比,过表达株系表现为株高和穗长显著下降。本研究初步探明了Os GLU16基因过表达转基因水稻植株的表型特征,这为进一步丰富β-1,4-葡聚糖内切酶基因家族在水稻生长发育过程中的作用提供理论基础。     

基于QTL-seq的水稻粒质量QTL定位及候选基因分析

利用实验室收集的优良种质资源籼稻亲本B91及B233分析影响粒质量的关键表型性状,挖掘粒质量相关的遗传位点与候选基因,进一步了解多基因调控粒型性状的遗传基础,以期在种质资源改良中加以应用。以2个籼稻亲本B91和B233及杂交繁育的F_2群体为研究材料,对B91和B233籽粒颖壳和胚乳进行扫描电镜观察,测定两亲本灌浆速率;对B91和B233构建的F_2分离群体进行QTL-seq分析,通过注释基因表达位置以及预测功能进一步筛选出粒质量候选基因。结果表明,根据籽粒颖壳和胚乳扫描电镜观察,B233与B91粒长、粒宽、粒厚的差异是由细胞大小和细胞数量共同决定的,且与B91相比B233籽粒饱满度较差。通过灌浆参数的比较,B233起始生长势,活跃灌浆时间,最大灌浆速率等指标均大于B91。QTL-seq分析共得到了430 762个有效SNP位点,发现了位于6条染色体上共8个QTL。主要关注正阈值区内的5个QTL,对正阈值区QTL位点内△(SNP-index)0.7的SNP位点进行了筛选,选出在基因中非同义突变及剪接位点上的SNP突变23个基因,同时挑选出Indel突变基因共11个。根据NCBI网站对注释基因的转录表达分析及基因功能预测筛选出6个可能为调控粒质量性状的候选基因,其中基因Os04g0617600、Os04g0619600编码蛋白起到蛋白激酶或转录调节因子作用,Os04g0624600、Os04g0631000调控碳水化合物的合成与分解,Os04g0653100调控生物大分子的运输,同时也是花粉壁细胞的重要组成成分,Os02g0611450可能调控生物大分子的合成和细胞周期。综上,水稻粒长、粒宽、粒厚及饱满度均直接影响水稻籽粒质量,通过扫描电镜观察,灌浆速率调查从细胞水平和生理水平解释粒质量差异。通过QTL-seq结合注释基因转录表达分析及功能预测等手段可以更高效的筛选出粒质量的候选基因。水稻粒质量可能受到蛋白磷酸化、转录调节相关基因的影响。     

广西水稻地方品种核心种质芽期耐盐性全基因组关联分析

水稻属盐敏感的作物,盐胁迫会导致产量显著减少。我国盐渍地总面积大,并且呈迅速增长趋势,因此,筛选水稻耐盐种质,培育耐盐水稻品种十分必要。本研究在1.5%NaCl盐胁迫条件下评价419份广西水稻地方品种核心种质种子芽期的相对盐害率,并利用全基因组关联分析鉴定耐盐位点。研究结果表明:盐胁迫下,种子芽期平均发芽率为57.67%,显著低于对照92.55%,且夏皮罗-威尔克检验(0.9301)不符合正态分布。基于208,993个SNP标记,将419份核心种质资源分为6个亚群,利用一般线性模型(general linear model, GLM)和混合线性模型(mixed linear model,MLM)分析分别获得129个和1个显著关联SNP,分布在1号、2号、3号、4号、5号、6号、8号、9号和12号染色体上。在14个与水稻耐盐性显著关联区域,有13个区域与前人定位或克隆的耐盐基因重叠。显著关联区域Chr. 8:10,564,948～10,733,175为首次报道,命名为qGR8。qGR8区域内含有53个基因,其中34个经转录组数据比对获得表达谱,比对结果推测LOC＿Os08g17370为候...     

‘大白谷’CC-NBS-LRR蛋白编码基因抗干尖线虫侵染时空表达研究

为深入探究‘大白谷’(Oryza sativa L.ssp.Indica)感病的分子机理,以及抗病基因在发病过程中所起的作用,克隆了‘大白谷’CC-NBS-LRR蛋白编码基因Os11g RGA8,对Os11g RGA8基因进行了生物信息学分析,并对其在水稻抗干尖线虫侵染过程中的功能进行了研究。Os11g RGA8基因位于11号染色体,其编码蛋白含有733个氨基酸,等电点为5.99,相对分子质量为84355.07。序列分析表明该氨基酸序列含有RX-CC、AAA_22、NBS和LRR_4这4个结构域,Os11g RGA8基因编码抗病蛋白属于CC-NBSLRR抗病蛋白家族。Q-PCR结果显示,接种水稻干尖线虫SAMN02420038的籼型常规稻‘大白谷’,与CK组‘大白谷’相比,Os11g RGA8基因表达量表现为上调,且24 h内上调增幅较缓,48 h时上调增幅突然上涨,72 h时上调增幅又出现下降,表明该基因参与‘大白谷’天然免疫反应过程,在水稻干尖线虫侵染过程中起到一定抗性作用。     

过量表达水稻EPFL家族基因影响拟南芥气孔的发育

气孔由两个保卫细胞围合而成是植物重要的与外界气孔交换的器官,其在发育过程中受到环境与内部因素的控制,表皮原母细胞由一次不对称分裂开始经过一系列分化,最终形成2个保卫细胞并形成气孔。最近在对EPFL家族基因(epidermis patenting factor like,EPFLs)研究中,发现EPFLs编码的小肽可能在气孔发育中起到调节作用,特别是对气孔密度及在气孔系细胞发生与发展都有调节作用。本研究利用生物信息学方法,比对了水稻(Oryza sativa)基因组,找到与拟南芥(Arabidopsis thaliana)同源的水稻EPFLs基因,构建载体转化拟南芥,以拟南芥为表型研究对象,研究水稻EPFLs在调控气孔形成过程中可能起到的作用,研究发现水稻EPFLs也具有调节气孔发育的作用,其中与Stomagen同源的Os01g0914400水稻基因的表型与拟南芥Stomagen表型非常相似,过表达都增加了气孔的数量与密度,水稻EPFLs中有3个基因Os04g0637-300、Os03g0672500、Os04g0457700转化拟南芥后表现气孔密度显著减少,研究说明水稻中也有调节气孔发育的相关基因,可能对水稻气孔发育与分布密度有影响作用。     

水稻落粒性基因qSH1调控区关键SNP的HRM检测体系优化

高分辨率熔解曲线(high resolution melting,HRM)分析是一种新发展起的DNA多态性快速筛查分析技术,具有灵敏、准确和高效等突出优势。q SH1是控制水稻落粒性的主效基因,在该基因的上游12 kb的调节区存在一个SNP位点(命名为q SH1(G/T))调控其表达,从而引起不同品种间落粒性差异。为针对q SH1(G/T)位点建立一种HRM快速分型检测体系,本研究以难落粒的粳稻品种"日本晴"和易落粒的"R1128"为材料,研究了不同的PCR产物长度、DNA浓度、Mg2+浓度、退火温度及扩增模式对HRM分型效果的影响。结果表明:使用q SH1-1引物(产物长度68 bp)能获得平稳的熔解曲线和单一熔解峰;当DNA浓度在5 ng/μL以上、退火温度为60℃、Mg2+浓度为1.5 mmol/L时,HRM分型效果最佳;此外,选择降落PCR模式能取得较好的分型效果。研究结果可为后续该位点的基因分型及水稻落粒性分子遗传改良的研究奠定基础。     

疣粒野生稻中白叶枯病抗性等位基因克隆和生物信息学分析

水稻白叶枯病是水稻生产上的主要细菌病害之一。疣粒野生稻具有对白叶枯病高抗,甚至免疫的特性,从中发掘优异的抗白叶枯病基因,可以拓宽栽培稻白叶枯病抗性遗传基础。本研究通过转录组测序和3'/5'RACE方法,从疣粒野生稻中克隆了两个白叶枯病抗性等位基因Omxa5和Omxa13的cDNA全长,并对其编码的蛋白质进行了详细的生物信息学分析。结果表明,疣粒野生稻与短药野生稻间亲缘关系最近。蛋白结构分析表明,Omxa5和Omxa13与水稻同源蛋白xa5和xa13具有相同的保守结构域。结合疣粒野生稻对PXO99菌株免疫的表型(未显示),我们推测Omxa13蛋白Mt N3.1结构域的氨基酸突变,影响其与Cu转运蛋白COPT1和COPT5的相互作用,使寄主木质部维管束中维持相对较高的Cu浓度,抑制细菌的生长。     

水稻灌浆期籽粒中光信号相关基因鉴定与表达分析

光是影响水稻生长发育重要的环境因素,光作为信号物质调控水稻众多生长发育过程,但光信号在水稻籽粒灌浆中的作用研究较少。本研究利用高通量测序技术,对水稻灌浆期强、弱势粒中光信号途径相关基因进行了鉴定,从抽穗后10 d、15 d、21 d、27 d和35 d 5个灌浆时期,鉴定出了5个光受体基因,9个光信号途径调控因子基因,8个光信号途径其他基因共22个光信号相关基因。光受体基因包括光敏色素Os PHYB和Os PHYC,隐花色素基因Os CRY1b、Os CRY2和Os CRY-DASH。Os PHYB和Os PHYC在5个灌浆时期强、弱势粒中均表达;Os CRY-DASH在5个灌浆时期弱势粒中均表达,在强势粒中除21 d外其余4个时期均表达。调控因子基因Os PIL15、Os COP1、Os HY5、Os HFR、Os SPT、Os ELF3-1和Os ELF3-2在5个灌浆时期强、弱势粒中均表达。灌浆期基因表达动态分析表明,光信号途径基因在弱势粒中的表达量高于强势粒,光敏色素基因与调控因子基因之间在灌浆期协同表达。     

水稻落粒性及相关基因克隆研究进展

种子落粒性的丧失是水稻驯化的关键特征之一，不仅减少了产量损失，还提高了收获效率。文章综述了近年来水稻落粒性的研究进展，包括水稻落粒性及形成的生理基础、调控落粒性的基因定位与克隆以及在驯化过程中落粒性的变化，以期深化对水稻驯化和落粒调控机制的研究，为水稻育种方向提供新的思考，推动水稻种植业发展。     

一个水稻落粒性基因SH1的SSR标记定位

以籼稻品种93-11为轮回亲本,与粳稻品种日本晴杂交并回交的高世代分离群体为研究材料,选用104个多态性的SSR标记对水稻的落粒性基因进行定位。结果表明,在BC₄F₂群体中,6个标记的基因型来自于日本晴;在BC₄F₃定位群体中,难落粒植株数与易落粒植株数的分离比例为3:1,落粒性受1对显性基因控制,命名为SH1;分子标记与落粒性共分离分析将SH1定位在SSR标记RM5389和RM1068、RM1387之间,与3个标记的遗传距离分别为0.7cM、5.5cM和13.1cM,此结果为该基因的分子标记辅助选择奠定了基础。     

野生稻种子发芽试验初报

随着野生稻资源的利用越来越受到重视,野生稻的特征特性、抗病虫性和品质等的鉴定正在逐步开展,这就需要大量的野生稻种子.但由于野生稻的结实率较低,落粒性强,繁种     

水稻落粒性基因定位与克隆研究进展

水稻落粒性的丧失是水稻人工驯化中的重要事件.容易落粒是导致水稻减产的主要因素之一,因此落粒性也是水稻育种项目中重点选择的性状.为了阐明落粒性的机理,许多研究者开展了水稻落粒性有关基因的定位和克隆研究.其中,2个控制水稻落粒性的基因(sh4,qSH1)已经被克隆.本文综述了水稻落粒性的基因定位、克隆及进化等方面的研究进展.     

水稻OsNCED4基因的克隆及功能初探

脱落酸(abscisic acid,ABA)是一种抑制植物生长的植物激素,因能促使叶子脱落而得名,在植物逆胁迫中发挥关键作用。由NCED基因编码的9-顺-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED),是ABA在高等植物中的关键酶。本研究已成功从水稻Ilmibyeo(O.sativa L.ssp.japonica)基因组中克隆得到Os NCED4,生物信息学分析表明,Os NCED4基因位于水稻第7号染色体上,ORF全长1749 bp,无内含子结构,编码582个氨基酸,具有NCED家族的RPE65保守结构;以该基因和其启动子序列构建组织表达载体pOsNCED4::GUS、pCaMV35S::OsNCED4:EGFP和RNAi干扰载体p Ca MV35S::OsNCED4:RNAi,用于基因表达和功能分析,并利用农杆菌介导的方法,成功获得了相应遗传载体的转基因植株;GUS染色结果表明,该基因在叶片、叶耳、小穗等组织部位均有表达;RT-PCR结果显示,Os NCED4在水稻不同生育期的根、茎、叶、叶鞘和穗子中均有不同程度的表达,但表达量具有明显的差异;亚细胞定位结果显示,OsNCED4基因编码的蛋白定位于细胞核;与野生型植株相比,RNAi植株的花粉育性无明显差异,而结实率显著下降。该研究结果为进一步研究水稻OsNCED4基因表达的调控,以及为水稻生长发育上的功能研究提供了科学依据。     

水稻DUF966基因家族的生物信息学分析

DUF966基因家族是一类未知功能的基因家族,它们在水稻生长发育和逆境胁迫应答反应中可能起重要作用,为了研究这些基因的生物学功能,初步揭示它们对水稻生长发育和抗逆性的调控作用,本研究通过生物信息学方法,分析了水稻DUF966家族基因特征、系统进化、芯片表达谱、跨膜结构域、信号肽以及亚细胞定位。结果表明,水稻DUF966基因家族包含7个成员,几乎都具有转录活性,它们编码的蛋白质只包含1~2个保守的未知功能结构域(DUF966结构域);进化分析表明,该家族可分为4个亚群,其中Os DSR2、Os DSR4、Os DSR5和Os DSR6同属一个亚群,可能具有相似的生物学功能;芯片表达谱分析表明,该家族基因主要在幼苗、花序和茎中呈中、低度表达,Os DSR3和Os DSR7基因受盐和低温胁迫的诱导表达,其它基因受不同非生物胁迫的抑制表达,该家族多数基因还能被白叶枯病菌侵染诱导表达;蛋白预测表明,该家族蛋白不含跨膜结构域和信号肽序列,能够被定位在细胞质中。本研究为系统开展水稻DUF966基因家族的生物学功能研究提供了依据。     

水稻新生多肽结合复合体α链基因家族的表达分析

水稻新生多肽结合复合体α链(Osα-NAC)基因家族共有3个成员,分别位于第1,3,5号染色体。为研究Osα-NAC基因家族在逆境环境中的生物学功能,利用RT-q PCR和Western Blot技术,详细分析了Osα-NAC基因家族在不同组织中的表达情况,并进一步研究了Osα-NAC基因家族对非生物胁迫的应答模式。结果表明,在高盐和模拟干旱条件下,Os1g NAC和Os5g NAC基因表达上调,Os3g NAC基因表达下调,提示Osα-NAC基因家族各成员在水稻响应非生物胁迫的过程中发挥不同的作用。上述试验结果初步阐明该基因家族在非生物胁迫下的表达特性,为今后更深入研究该基因家族的功能提供了理论依据。     

水稻OsVDAC6的表达及亚细胞定位

VDAC (Voltage-dependent anion channel)是位于线粒体外膜上参与细胞质和线粒体膜间物质及能量交换的主要通道,在细胞程序性死亡、能量代谢、物质运输以及信号转导过程中起着重要的作用。前期实验室在水稻基因组中鉴定出8个OsVDAC基因。为研究OsVDAC6的功能,本研究根据水稻OsVDAC6的ORF序列设计引物,将相应编码区克隆至原核表达载体pET-32a (+)中,通过IPTG诱导Os VDAC6融合蛋白表达,利用Western Blot检测目的蛋白。构建了pM999-OsVDAC6-GFP瞬时表达载体,转化水稻原生质体后用激光共聚焦显微镜观察荧光信号。结果表明OsVDAC6被成功克隆到pET-32a(+)和pM999-GFP载体,0.5mmoL/L IPTG 16℃诱导8 h可大量表达49 kD可溶性目的蛋白,并且Os VDAC6定位于线粒体。本试验结果为进一步研究OsVDAC6的功能提供了科学依据。     

水稻B3转录因子OsL1的生信分析及表达模式

B3转录因子是植物特有的转录因子,与植物花形态建成、激素信号转导、种子生长发育及植物逆境胁迫响应密切相关。前期研究中,利用穗发育芯片筛选到一个OsL1基因。生物信息学分析发现,OsL1基因位于水稻4号染色体,基因全长4 262 bp,编码433个氨基酸,蛋白分子量为48.7 kD,序列比对和系统发育分析表明Os L1属于B3家族转录因子,不含信号肽剪切位点和跨膜结构域,亚细胞定位于细胞核。启动子序列分析发现,该基因启动子中含有8个光响应元件及部分激素响应元件。实时PCR分析发现OsL1在水稻根、茎、叶、和穗中均有表达,其中在根和穗发育7期表达量较高,进一步克隆Os L1启动子区域,构建pCAMBIA1301-OsL1-GUS表达载体,遗传转化并鉴定获得转基因植株,The previous study在水稻根、茎、叶、和穗中均检测到了GUS信号,表明OsL1属于组成型表达。以上结果为深入研究OsL1基因在水稻生长发育过程的生物学功能提供了科学依据。     

水稻OsUAP2基因生物信息学分析及原核表达活性鉴定

UAGPase广泛存在于生物体,是糖代谢过程中一类重要酶。我们前期发现水稻Os UAP1具有单向催化UDPG分解代谢活性,Os UAP2与Os UAP1序列相似性极高。本研究对Os UAP2进行生物信息学分析,构建并表达重组蛋白,并鉴定其酶蛋白活性。结果表明,OsUAP2基因位于4号染色体,编码区序列长1482 bp,编码493个氨基酸;Os UAP2具有UDPGP保守结构域,无跨膜区域,N-端不含信号肽;二级结构分析显示,该蛋白含α-螺旋和无规则卷曲较多;同源性分析表明,Os UAP2与玉米UAGPase的亲缘关系最近。在16℃下经0.1 mmol/L IPTG诱导8 h,原核菌株BL21表达出分子量约55 kD可溶性重组蛋白。体外酶活性测定表明,Os UAP2能同时催化UDPG降解和合成,表现出双向可逆催化的特点。本研究结果为进一步深入研究OsUAP2基因的生物学功能提供了科学依据。     

水稻甜质胚乳突变体m5788的鉴定及基因定位

胚乳发育是种子形成的关键,其决定水稻的外观品质和食味品质。m5788是从粳稻品种中花11的组织培养后代中发现的甜质胚乳突变体,其籽粒皱缩,千粒重与穗粒数均显著降低,淀粉合成受阻,可溶性糖含量显著增加。通过对m5788与IRAT129杂交产生的F₂代群体分析表明,甜质胚乳性状受1对隐性核基因控制。对569个F₂隐性极端单株进行连锁分析和定位,将目的基因定位在8号染色体长臂端Z8-25.8和Z8-25.9之间110kb的区域内。该区间内存在1个与玉米甜质基因Sugary 1氨基酸序列相似性高达82.2%的基因LOC_Os08g40930,编码一个属于淀粉去分支酶（DBE）途径的异淀粉酶ISA1。测序结果表明,该基因序列和启动子在野生型和m5788中不存在碱基差异。qRT-PCR分析结果表明,与野生型相比,突变体中LOC_Os08g40930的表达量明显降低。同时,DBE途径中支链淀粉酶的编码基因表达量也显著降低。因此,m5788携带的isa1基因是一个新发现的等位变异。