辣椒DNA甲基化修饰酶基因的鉴定与表达特征分析

DNA甲基化与去甲基化是表观遗传修饰中一种保守的分子机制,参与植物生长发育、次生代谢和逆境胁迫响应等多种生物过程,受DNA甲基化修饰酶基因的调控.为了解DNA甲基化修饰酶基因在辣椒基因组中的特征,利用生物信息学手段鉴定出14个辣椒DNA甲基转移酶和去甲基化酶基因,并对其进行系统分析.结果表明:辣椒基因组中含10个DNA...     

巴西橡胶树表观遗传研究进展

表观遗传是指在不涉及基因组DNA序列改变的情况下,基因功能发生了可逆的、可遗传的改变。研究表明,表观遗传调控在植物的生长发育及逆境胁迫应答反应中起着重要的作用。目前,表观遗传学研究主要集中在DNA甲基化、小RNA调控、组蛋白修饰、染色质重塑及基因组印迹等。与模式植物相比,橡胶树表观遗传的研究相对滞后,主要涉及DNA甲基化及miRNAs研究这2个方面。本文就橡胶树DNA甲基化及miRNAs的相关研究进行了简要综述,并对表观遗传在橡胶树中的研究前景提出展望。     

植物表观遗传修饰的分子机制及其生物学功能

表观遗传调控是指基于非DNA序列的改变所致基因功能的变化,最终导致生物多效性表型。表观遗传调控因子通过多种途径调控基因表达,参与植物几乎所有的生长发育过程。本文介绍了DNA甲基化、组蛋白修饰、RNA甲基化、染色质重塑、非编码RNA、基因印记和母性效应等植物表观遗传修饰主要类型的分子机制,以及它们在细胞增殖、细胞分化、生物与非生物胁迫、开花、果实成熟和胚胎发育中的作用机制和生物学功能,并对其在农业上的应用作了展望。     

水稻蛋白激酶基因启动子OsSRLp的分离及特性分析

【目的】为研究水稻中I型酪蛋白激酶基因OsSRL启动子的结构及功能,【方法】以水稻中花11基因组DNA为模板,经PCR扩增获得基因上游约1600 bp序列,命名为启动子OsSRLp。应用PLACE在线软件,分析序列中的顺式作用元件,同时构建含有GUS报告基因的植物表达载体,转化水稻。【结果】OsSRL为组成型表达,OsSRLp含有调控生殖发育、激素应答及逆境响应等多种顺式作用元件。OsSRLp驱动的GUS报告基因在根、茎中均有所表达,在小穗中表达丰度较高,而在其他组织中表达丰度较低。【结论】OsSRLp为组成型启动子,其下游调控基因OsSRL可能参与水稻发育及生殖过程。     

双胚苗水稻单倍体及其杂交后代基因组DNA甲基化特异位点的分析及功能探讨

 采用甲基化敏感性扩增多态性技术对水稻单倍体SARⅡ 628及它与蜀恢527、蜀恢363的杂交后代基因组DNA甲基化位点进行了分析。用16对选择性扩增引物在双亲及杂交后代中共检测到765个DNA甲基化位点,与双亲相比,杂交后代DNA甲基化水平均有不同程度的降低。通过分析两个杂交组合与双亲的甲基化带型差异,发现非单倍体遗传及单倍体独立遗传两种甲基化差异位点。对部分甲基化位点的序列进行功能分析,发现这些位点主要涉及细胞构造、代谢途径、应激反应等生物学功能。推测这类功能基因的甲基化修饰调控着相关基因的开启与关闭,为植物的生存、生长、发育及进化提供动力。     

龙眼体胚发生过程中RNA甲基化相关基因全基因组鉴定及表达分析

为了解龙眼RNA甲基化相关基因的生物学功能,本研究基于基因组和转录组数据,采用生物信息学分析方法,进行龙眼基因组RNA甲基化相关基因成员鉴定,蛋白结构域及特性分析,分子进化树分析,体胚发生过程和组织器官基因表达水平分析以及ABA处理下的定量表达分析。结果显示：龙眼中有7个参与RNA甲基化过程中的关键基因,包括5个RNA甲基转移酶基因和2个去RNA甲基化酶基因;各成员内含子数量差别较大,为4~28个不等;进化树分析显示,龙眼RNA甲基转移酶和去甲基化酶蛋白与甜橙亲缘关系最近;蛋白结构域分析显示,RNA甲基化相关酶具有保守的蛋白结构域;龙眼RNA甲基化相关基因启动子区域中主要含有光响应功能元件、激素响应功能元件、胁迫响应功能元件和分生组织表达响应元件,推测RNA甲基化相关基因可能对植物的生长发育和适应不良环境有一定调节作用;RNA甲基化相关基因部分成员在龙眼体胚不同发生阶段和不同组织器官中的表达有明显区别,推测龙眼RNA甲基化相关基因可能参与不同体胚发育阶段和组织器官形态建成;不同浓度ABA处理下,龙眼EC中RNA甲基化相关基因的表达情况各异,其中DlVIR、DlALKBH10B和DlMTB的相对表达量受到一定的抑制作用,而DlFIP37则呈现上调表达,暗示龙眼RNA甲基化相关基因参与激素响应途径。本研究表明,龙眼RNA甲基化相关基因除了可能在叶的形成、花的发育和植株的形态建成等方面发挥重要的作用外,还可能参与调控胚胎发育和响应非生物胁迫,推测龙眼RNA甲基化相关基因成员在功能上具有差异性和多样性。     

低温胁迫后水分对水稻幼苗根系活力和水孔蛋白相关基因表达的影响

【目的】为了探究低温冷害胁迫后水分/湿度对水稻幼苗根系活力和水分运输等的影响,【方法】以具有低温耐性差异的嘉籼7号和辐8329两个水稻品种为研究材料进行低温胁迫处理后,在进行实验Ⅰ（不同湿度梯度,正常温度培养条件下）和实验Ⅱ（快速回温处理实验,以正常温度恢复为对照）。【结果】实验Ⅰ结果表明,与较低湿度（30%）相比,较高的湿度（60%和90%）可以提高根系活力,有效保证水稻幼苗的存活率并缓解其遭受的低温冷害。水孔蛋白基因OsPIP2;5和OsPIP2;6的表达水平与根系活力密切相关,对水稻的抗寒和低温耐性具有显著的调控作用。实验Ⅱ结果表明,与对照组（CK）相比,快速回温处理后水稻幼苗的含水量和根系活力显著降低;且正常自然恢复状态下,两个水稻品种的存活率明显高于快速回温组幼苗。【结论】低温胁迫显著影响水稻幼苗的生长发育过程。较高的湿度环境有助于缓解幼苗的低温冷害损伤,保证存活率。同时,低温胁迫后的外界环境湿度对水稻幼苗的含水量、根系活力和水孔蛋白相关基因表达有显著影响,其中OsPIP2;5和OsPIP2;6的表达水平与根系活力正相关,在水稻幼苗抵御外界低温冷害过程中起重要作用。因此,与低温胁迫后田间大量灌溉相比,正常温度下土壤缓慢的温度上升对幼苗的根系活力影响较小,有助于其在低温冷害后恢复生命活动。     

低温条件下小麦叶绿体基因启动子甲基化的变化

为建立小麦叶绿体基因启动子甲基化的检测体系,检测低温胁迫下小麦叶绿体编码基因甲基化的变化规律并分析叶绿体编码基因表达的调控模式,以低温敏感型小麦返白系及其对照矮变1号为材料,选取4个在低温条件下两个材料间表达有差异的叶绿体基因petN、trnC、petD和rrn16S,通过亚硫酸盐测序法(BSP-seq)分别测定低温处理后这些基因(TaMET1,TaDRM和TaCMT)启动子的甲基化率,并用qPCR的方法对这4个基因以及预测定位于叶绿体的三个DNA甲基转移酶基因进行表达量检测。结果显示,叶绿体基因组总的甲基化水平在低温条件下持续增加,基因间启动子甲基化水平变化并不完全一致,基因型之间也略有差异。4个基因的表达量与甲基化水平的相关性不同,petN的表达对甲基化比较敏感,低温诱导甲基化率增加,基因的表达量则下调,但其余3个基因的表达与甲基化率的变化无直接相关性。返白系中三个DNA甲基转移酶基因的表达在低温条件下都呈上调趋势,但矮变1号中的TaMET1与TaCMT基因表达下调。结果为深入研究低温下小麦叶绿体基因甲基化的变化规律及其对叶绿体基因的调控机理奠定了基础。     

茶树DNA甲基转移酶基因CsDRM2的克隆及表达分析

DNA甲基化作为表观遗传修饰的主要途径之一,能够通过对基因组 DNA 的修饰参与植物对外界环境胁迫的响应, DNA甲基化需要DNA甲基转移酶的参与.实验室前期研究表明,茶树在冷驯化过程中发生了甲基化反应.通过RACE克隆,获得了茶树中DNA甲基转移酶CsDRM2基因的cDNA全长序列(NCBI登录号KR057963).CsDRM2序列全长2328bp,含1815bp的开放阅读框,编码604个氨基酸,预测蛋白质分子量为67.39 kD,理论等电点(PI)为4.85.生物信息学分析结果显示,茶树CsDRM2蛋白与芝麻和烟草的亲缘关系最近,CsDRM2的氨基酸序列与其他植物的DRM2相似性均高于65%.CsDRM2基因表达分析的结果发现,随着冷驯化的进行,CsDRM2基因的表达量呈现出增加的趋势,参与茶树冷驯化过程的甲基化响应.     

黑麦基因组DNA甲基化修饰位点的MSAP分析

为了获得黑麦基因组DNA甲基化修饰水平、模式及位点等表观遗传信息,采用EcoR Ⅰ和Hpa Ⅱ / Msp Ⅰ双酶切建立适合于黑麦基因组的"甲基化敏感扩增多态性"(Methylation sensitive amplification polymorphism,MSAP)分析体系,在全基因组水平检测黑麦DNA甲基化修饰位点.以12对MSAP引物进行选择性扩增,共检测到甲基化修饰位点226个,"CCGG/GGCC"位点甲基化修饰比例为51.72%.对部分黑麦基因组甲基化修饰位点进行回收,最终分离了22条存在甲基化修饰的基因组DNA序列.BLAST比对分析结果表明,黑麦基因组中包括转座子序列、散在重复序列以及单拷贝蛋白质编码序列在内的多种类型DNA序列中均存在DNA甲基化修饰现象.同时发现,在甲基化检出序列中都存在明显的"CpG"二核苷酸成簇富集现象,这些区域分布与MSAP分析结果相一致.在此基础上,对应用MSAP技术分离黑麦基因组DNA甲基化修饰位点的有效性以及黑麦基因组序列中DNA甲基化修饰潜在位点分布特征和生物意义进行了讨论.     

水稻子预44和江南香糯基因组比较鉴定稻瘟病抗性相关基因

【目的】子预44是一具有广谱持久稻瘟病抗性的云南地方粳稻品种。为了鉴定子预44中候选稻瘟病抗性相关基因,【方法】本研究利用高通量测序技术（High-throughput sequencing）对子预44和感病水稻江南香糯进行了全基因组测序。而后使用软件GATK(3.4-46)对高质量测序结果进行SNP和InDel的检测和统计,进一步筛选出子预44和江南香糯DNA水平存在SNPs/InDels多态性抗病相关基因。【结果】通过Hiseq X10 PE150平台分别获得了4 118 170 045 bp和2 995 054 509 bp子预44和江南香糯的基因组数据,比对到参考基因组（Ensembl release 31）的比对率分别为98.56％和98.30％。在抗病水稻子预44和感病水稻江南香糯之间鉴定了922个纯合突变的差异抗病相关基因。结合基因定位结果,在子预44中鉴定了一个新的抗稻瘟病候选基因。【结论】 研究结果为子预44中抗稻瘟病新基因的克隆提供了参考,对子预44广谱持久抗瘟分子机制的研究奠定了基础。     

水稻子预44和江南香糯基因组比较鉴定稻瘟病抗性相关基因

【目的】子预44是一具有广谱持久稻瘟病抗性的云南地方粳稻品种。为了鉴定子预44中候选稻瘟病抗性相关基因，【方法】本研究利用高通量测序技术（High-throughput sequencing）对子预44和感病水稻江南香糯进行了全基因组测序。而后使用软件GATK(3.4-46)对高质量测序结果进行SNP和InDel的检测和统计，进一步筛选出子预44和江南香糯DNA水平存在SNPs/InDels多态性抗病相关基因。【结果】通过Hiseq X10 PE150平台分别获得了4 118 170 045 bp和2 995 054 509 bp子预44和江南香糯的基因组数据，比对到参考基因组（Ensembl release 31）的比对率分别为98.56％和98.30％。在抗病水稻子预44和感病水稻江南香糯之间鉴定了922个纯合突变的差异抗病相关基因。结合基因定位结果，在子预44中鉴定了一个新的抗稻瘟病候选基因。【结论】研究结果为子预44中抗稻瘟病新基因的克隆提供了参考，对子预44广谱持久抗瘟分子机制的研究奠定了基础。     

Changes in DNA Methylation Pattern at Two Seedling Stages in Water Saving and Drought-Resistant Rice Variety after Drought Stress Domestication

Recent studies revealed that DNA methylation plays an important role in plant growth and development. In this study, a water-saving and drought-resistant rice variety Huhan 3 was subjected to drought stress from tillering to grain-filling stages in six successive growth cycles. The variations in DNA methylation pattern between the original generation （Go） and the sixth generation （G6） were analyzed by using methylation sensitive amplification polymorphism method. The results revealed that the methylated loci accounted for 34.3% to 34.8% of the total loci. Among these methylated loci, 83.1% to 84.8% were full- and hyper-methylated and 15.2% to 16.9% were hemi-methylated. The DNA methylation level decreased from the three-leaf to four-leaf stages in Huhan 3. Differentially methylated loci （DML） between generations or/and between different developmental stages accounted for 4.0% of the total loci, most of which were only related to plant development （57.9%）. Compared to Go, the DNA methylation pattern of G8 changed after drought domestication, at the three-leaf stage, de-methylation accounting for 59.1%, while at the four-leaf stage, re-methylation for 47.9%. Genome-wide alternations of DNA methylation were observed between the two seedling stages, and DML mainly occurred on the gene＇s promoter and exon region. The genes related to DML involved in a wide range of functional biology and participated in many important biological processes.     

水稻黑条矮缩病毒P7-1基因对水稻的遗传转化及转基因植株的抗病性分析

【目的】通过在水稻中过量表达水稻黑条矮缩病毒(Rice black streaked dwarf virus, RBSDV) P7-1基因,分析RBSDV P7-1是否是导致水稻不育的重要致病因子,并明确过量表达P7-1转基因植株对病毒的抗性。【方法】采用RT-PCR方法从感病植物中扩增获得RBSDV P7-1基因,构建pCAMBIA-1300-P7-1载体,通过农杆菌转化法获得转基因水稻,观察水稻是否能够正常结实,并采用人工接种病毒方法分析转基因植株的抗性。【结果】过量表达RBSDV P7-1的转基因水稻生长、结实正常。在接种7 d和14 d时转基因植株中病毒积累量显著低于野生型对照,但在28 d时部分转基因株系中病毒积累量高于对照,接种30 d时转基因植株的发病率与对照无明显差异。【结论】在水稻中过量表达RBSDV P7-1不影响水稻的结实;转基因水稻在RBSDV侵染早期可抑制病毒的积累,但在后期对病毒的抗性与对照没有明显差异。     

水稻OsENO2-2基因过表达对水稻抽穗期的影响

【目的】 OsENO2-2是OsENO2通过可变剪切产生的短转录本,其cDNA序列从粳稻中花11中分离获得。本研究的主要目的是初步分析OsENO2-2在水稻抽穗期调控中的作用。【方法】 构建了OsENO2-2的超量表达载体,获得转基因植株,通过对表型的观察和统计,分析目的基因在过量表达条件下的功能,并利用反向遗传学方法验证该基因的功能。【结果】 OsENO2-2过量表达导致水稻在长日照条件下的抽穗期推迟,而短日照条件下抽穗期无明显变化。通过qRT-PCR方法对水稻开花关键基因的检测发现,在长日照条件下,RFT1的表达量在超表达材料中显著下调,其他开花重要基因表达量在野生型和超表达材料中没有显著变化;而在短日照条件下,所有检测基因的表达量在野生型和超表达材料中均没有显著变化。【结论】 在长日照条件下,OsENO2-2主要通过调控RFT1基因的表达来调控水稻抽穗期。     

水稻矮缩病毒对介体昆虫黑尾叶蝉生物学参数及种群增长的影响

【目的】 水稻矮缩病毒(RDV)是水稻普通矮缩病的病原。该病害主要依赖于黑尾叶蝉经卵以持久增殖方式传播,危害水稻。本研究旨在明确RDV对黑尾叶蝉存活、发育、繁殖和种群增长的影响,分析病毒对介体昆虫的间接影响。【方法】 采用室内实验比较了黑尾叶蝉在健康水稻及感病水稻上的发育繁殖情况,组建了实验种群生命表,并调查了RDV对种群增长的影响。【结果】 与健康水稻相比,感病水稻上叶蝉若虫期存活率更高,雌若虫发育历期显著缩短,雄成虫寿命显著延长,产卵量显著增加,其他生物学参数无显著差异。五个生命表参数仅净生殖率(R₀)存在显著差异,感病水稻上叶蝉R₀显著高于健康水稻。饲喂感病水稻的养虫笼内叶蝉种群增长更快,总成虫数量更多,在接虫后的第4、5和6月显著高于健康水稻上的数量。【结论】 水稻矮缩病毒可以提高黑尾叶蝉的存活率和产卵量,并促进种群的增长。     

水稻幼穗响应稻曲病菌毒素胁迫早期的转录组分析

【目的】由稻曲病菌引起的稻曲病不仅造成水稻减产,而且还会产生对动物和植物有毒的真菌毒素。探明水稻幼穗对稻曲病菌毒素胁迫响应的分子机制,可为发掘水稻抗稻曲病基因以及抗病分子育种开辟新的思路。【方法】用稻曲病菌毒素处理水稻幼穗,采用转录组测序技术对水稻幼穗进行转录组测序,以水稻9311基因组作为参考基因组进行对比,利用TPM法计算基因表达量,设定参数（差异倍数的绝对值不小于2,且q值不大于0.05）筛选差异表达基因。结合基因差异表达分析、富集功能分析,鉴定水稻响应胁迫的关键基因,并利用实时荧光定量PCR技术对差异表达基因进行验证。【结果】在稻曲病菌毒素胁迫12 h后,水稻幼穗出现2526个差异表达基因（DEG）;通过GO富集、KEGG代谢途经和KOG功能分析,将差异基因划分为GO功能下的64个条目、32个代谢途径和KOG功能下23个类别,包括淀粉和蔗糖代谢、苯丙类生物合成、碳代谢、糖酵解/糖异生、氨基糖和核苷酸糖代谢等生物学过程。DEG中有66个植物转录因子,分属7种植物转录因子家族,包括WRKY和Myb两大转录因子。分析二萜类生物合成与淀粉和蔗糖代谢途径相关基因发现,OsCPS2、OsKSL4和细胞色素P450等基因表达量上调,而淀粉酶、β-呋喃果糖苷酶和UDP-焦磷酸化酶等基因表达量下调,推测这些基因在水稻响应稻曲病菌毒素胁迫时发挥重要的作用。【结论】稻曲病菌毒素作为非生物胁迫因素对水稻幼穗具有毒性;通过干扰淀粉和蔗糖代谢等途径而影响种子营养物质的合成,降低水稻抵抗病原菌侵染水稻的能力。     

籼稻C84和粳稻春江16B重组自交系遗传图谱构建及籽粒性状QTL定位与验证

【目的】本研究旨在挖掘水稻粒型新基因、探索其分子机理,解析籽粒发育调控遗传网络奠定基础,并为通过分子标记聚合有利基因开展超级稻分子设计育种提供理论依据。【方法】以植株和籽粒形态差异较大的晚粳稻品种春江16B(CJ16B）和广亲和中籼稻背景恢复系C84为亲本构建含有188个家系的重组自交系为作图群体,利用158对在双亲中存在多态性差异的分子标记,构建了遗传连锁图谱,总遗传距离为1428.40cM,平均标记间距为9.04cM。在构建遗传图谱的基础上,完成RIL188个株系籽粒的粒长、粒宽、粒厚、长宽比和千粒重等5个性状考查并进行QTL定位。【结果】在海南陵水和浙江杭州两地共检测到籽粒相关主效QTL30个,包括籽粒QTL新座位18个,解释遗传变异3.51%~17.25%。其中粒长、粒宽、粒厚和长宽比QTL位点分别为9个、5个、5个和6个,千粒重QTL位点5个。经基因座位比对,发现有5个QTL区间与已克隆的调控籽粒形态相关基因座位相近,我们通过对双亲目标基因的测序并根据差异位点设计dCAPs分子标记进行验证。【结论】该RIL群体及其遗传图谱可用于水稻重要农艺性状主效QTL基因的定位和克隆,新定位的18个粒型QTL可以为水稻籽粒发育调控网络提供补充和资料积累。     

干旱胁迫下马铃薯幼苗DNA甲基化研究

马铃薯（Solanum tuberosumL）是我国重要的粮食作物,性喜阴湿冷凉的环境,干旱严重影响着马铃薯的品质产量的稳定。试验采用PEG-6000模拟干旱胁迫处理3个品种的马铃薯幼苗,并对其基因组DNA进行甲基化敏感扩增多态性（Methvlation-sensitiveamplifiedpolymorphism,MSAP）分析,在20％的PEG胁迫下,‘大西洋’的基因组DNA甲基化程度随着时间的增长而有所增大。‘中薯3号’在20％的PEG胁迫下,随着时间的增长,甲基化基本趋势是减弱的。‘中薯5号’和‘中薯3号’情况类似,其甲基化趋势基本上也是随着时间增长而降低的。将特异带回收测序和B1ast比对,结果表明其中几条带跟与萜类化合物合成等功能基因具有一定的同源性。