基因化学修饰调控的研究进展

生物体内基因的表达主要通过基因的转录和mRNA的翻译.基因调控主要发生在DNA水平上的调控、转录控制和翻译控制3个方面.多细胞生物通过基因调控实现细胞分化,形态发生和个体发育;微生物则通过基因调控改变代谢方式以适应环境的变化.在基因工程中应用基因调控的原理可使外源基因表达,因此基因调控的研究具有生产实践意义.     

水稻DNA损伤修复同源基因纯合突变系的鉴定

在长期的进化过程中,生物逐步形成了应对各种DNA损伤的修复机制,以保护基因组的完整性,减轻或消除DNA损伤的影响。本研究通过同源搜索找到了与DNA损伤修复相关水稻同源基因,在水稻插入突变体库中搜索出插入突变系,并成功引进了其中的26份T1代突变材料。通过对插入位点的分子鉴定和进一步培育,获得了14份涉及8个水稻DNA损伤修复同源基因的T3代纯合插入突变系,并对其进行了初步的遗传分析和表型考察。这些纯合突变系涉及的水稻基因可能在DNA错配修复(Os02g0592300、Os09g0407600、Os10g0509000)和碱基切除修复(Os02g0465112、Os06g0643600、Os05g0567500、Os04g0673400、Os09g0420300)中发挥重要作用。与亲本相比,除1份材料外,其他纯合突变体系及其野生型姐妹系的结实率均有显著降低;某些纯合突变系的千粒重与亲本相比有显著下降。这些水稻DNA损伤修复基因突变系的育成为开展水稻DNA修复的遗传学和分子生物学研究以及培育抗逆水稻提供了珍贵的实验材料。     

DNA条形码研究进展

DNA条形码是应用有足够变异的标准化短基因片段对物种进行快速、准确鉴定的新的生物身份识别系统。2003年,加拿大Guelph大学Hebert等首次正式提出了DNA条形码概念,2004年成立了生物条形码联盟,目前有来自50个国家的两百多个组织成为其成员,2007年5月加拿大Guelph大学组建了世界上第一个DNAbarcoding鉴定中心,2009年1月正式启动“国际生命条形码计划”,中国科学院代表中国与加拿大、美国和欧盟共同为iBOL4个中心节点。线粒体细胞色素C氧化酶基因COI具有引物通用性高和进化速率快等优点,是理想的动物DNA条形码,不过,COI在植物中应用效果较差,因此,核糖体ITS序列和质体rbcL、matK和trnH—psbA等序列也相继被引入植物的DNA条形码研究。虽然DNA条形码研究还处于起步阶段,面临巨大挑战,但是,越来越多的研究表明DNA条形码可以广泛应用于生物的分类和鉴定,是一种简便、高效、准确的物种鉴定技术,已经在动物、植物和微生物等研究中取得了显著成果,是生命科学领域发展最快的学科前沿之一。本文从DNA条形码的开发、应用、国内相关文献研究现状、DNA条形码面临的挑战以及发展前景等进行了综合分析,以期推动我国DNA条形码和分类学研究的发展。     

耐辐射奇球菌中辐射/干燥响应基序的研究进展

耐辐射奇球菌是迄今为止被发现抗逆性最强的极端生物之一,是研究DNA损伤应激响应与修复机制的较为理想模式生物.其中的辐射/干燥响应基序是一组相对保守的17-bp长的回文序列,广泛地分布在众多不同功能的DNA损伤响应基因中,与抗电离辐射、氧化损伤及干旱等有关.本文结合该领域以往的研究文献与最新研究,探讨了耐辐射奇球菌中辐射/干燥响应基序的研究进展,阐释了其所涉及的DNA损伤应激响应通路,并且进一步展望了其潜在的生物学功能、意义与应用.     

基于核酸DNA/RNA同位素示踪技术的水稻土甲烷氧化微生物研究

稳定性同位素示踪复杂土壤中微生物DNA/RNA的技术难点是13C-DNA/RNA的鉴定。本研究针对我国六种典型水稻土,利用稳定性同位素13CH4示踪活性的甲烷氧化菌,超高速密度梯度离心获得不同浮力密度DNA/RNA后,以甲烷氧化菌独有的pmo A功能基因和16S r RNA特异基因作为分子标靶,通过半定量凝胶电泳技术评价了特异基因作为分子标靶判定13C-DNA/RNA的可行性,进一步利用克隆文库技术研究水稻土中的活性甲烷氧化菌群落结构。结果表明:甲烷氧化菌功能基因pmo A作为分子标靶,能够准确鉴别13C-DNA,而甲烷氧化菌特异的16S r RNA基因则能较好地区分12C和13C标记的RNA,但13C-RNA中的非目标微生物污染高于13C-DNA示踪技术。进一步以13C-DNA和13C-RNA为模板,分别构建了pmo A和16S r RNA基因的克隆文库,系统发育分析表明I型菌主导了土壤甲烷氧化过程,其中江西鹰潭和黑龙江五常土壤中活性甲烷氧化菌全部属于Ia型,而四川资阳、浙江嘉兴、江苏常熟和江都土壤中Ia型和Ib型甲烷氧化菌均有发现,并且后者比例较低。这些结果表明分子标靶基因能够有效判定复杂土壤中的甲烷氧化菌13C-DNA/RNA,在DNA和RNA水平的结果基本一致,我国典型水稻土中活性甲烷氧化菌可能存在一定的地理分异规律。     

保护细胞潜在损伤DNA的分子安全系统的发现

明尼苏达大学的研究人员在人类细胞中发现了一个能够解除并降解外源DNA分子安全系统,这一发现可能为基因工程和基因治疗技术的重大改进打开大门。在生物科学学院的生物化学、分子生物学和生物物理学副教授Reuben Harris领衔下，该报告于2010年1月10日发表在《Nature Structuraland MolecularBiology》杂志上。     

耐辐射奇球菌DNA损伤响应开关蛋白PprI的研究进展

耐辐射奇球菌是迄今为止发现的最具辐射抗性的生物之一。其体内的Ppr I蛋白在整个DNA辐射损伤修复过程中起着必不可少的作用,ppr I作为一个细胞全局性的开关基因,协调控制DNA损伤响应与修复过程中众多细胞通路的基因表达。本文探讨了Ppr I在耐辐射奇球菌抗辐射和抗氧化中的生物学功能、相关结构功能以及对其他原核及真核生物抗逆性的影响,并展望了其潜在的生物学新功能与意义,旨在为进一步研究耐辐射奇球菌的辐射抗性机制提供理论依据。     

空间飞行对水稻CDA基因甲基化的诱变效应

为了研究空间飞行对植物CDA基因甲基化的影响,以第21颗返回式卫星搭载的水稻种子和地面对照为试验材料,采用亚硫酸盐处理测序的方法对水稻胞嘧啶脱氨基酶(RCDA)基因CpG簇以及第一外显子区域胞嘧啶甲基化进行检测。与地面对照相比,空间飞行导致RCDA基因第一外显子发生可遗传的高甲基化变化。半定量PCR检测显示空间飞行后RCDA基因表达水平下降。另外采用药物5-氮杂胞苷处理水稻使RCDA基因甲基化水平降低,同时检测到基因表达水平上升。结果说明,空间飞行能够对RCDA基因产生甲基化诱变效应,并且甲基化水平的变化与基因表达相关。本研究从表观遗传学角度探讨了空间飞行环境对植物诱变效应的机制。     

水稻干尖线虫海藻糖酶Ab-tre-1基因克隆与逆境条件下的表达分析

海藻糖酶参与生物体内能量代谢,在抵御逆境胁迫过程中发挥关键作用。水稻干尖线虫是水稻上重要的寄生线虫,能够在多种逆境中存活,严重危害水稻生长。为探究水稻干尖线虫海藻糖酶基因的功能,利用RACE-PCR技术获得了该线虫海藻糖酶基因全长,将其命名为Ab-tre-1,并利用实时荧光定量PCR技术分析在线虫卵、不同龄期和若干逆境条件下该基因的表达情况。结果表明,该基因DNA序列长2 083bp,包含9个内含子,开放阅读框1 743 bp,编码580个氨基酸,含有2个典型的海藻糖酶标签基序。进化树结果表明,水稻干尖线虫海藻糖酶与自由生活线虫和动物寄生线虫位于不同进化分支。Ab-tre-1在线虫卵中的表达最高,二龄幼虫和成虫次之,三、四龄幼虫表达水平较低。此外,当水稻干尖线虫暴露于干燥、活性氧、高温和药剂胁迫环境中,Ab-tre-1表达水平均显著提高,表明该基因可能与水稻干尖线虫的抗逆过程有关。本研究结果为阐明水稻干尖线虫海藻糖酶基因抗逆表达提供了理论依据。     

人参外源DNA直接导入技术方法研究

自1980年国外多名学者采用外源DNA直接导入技术,成功地实现了矮牵牛花色变异子代,玉米叶斑病抗性转移等.70年代中期,我国学者周光宇首先提出外源DNA导入高等植物的受精胚囊,以创造变异的设想.据此,将不同品种、不同种、不同科的外源DNA或目的基因导入棉花、水稻等获得突破性进展.作者从1992年开始,以人参为受体,西洋参种子的DNA为供体,进行了外源DNA直接导入方法的研究,旨在探讨药用植物分子育种的新途径,为人参抗病分子育种奠定基础.     

水稻白叶枯病黄单胞菌rpfF基因的定位及其在致病调控中的作用

检测到水稻白叶枯病菌能产生一种“跨菌调控因子”，在固体平板上，这种因子由白叶枯病菌分泌到细胞外后可以扩散并进入甘蓝黑腐病菌，调控甘蓝黑腐病菌致病因子的表达．本研究从水稻白叶枯病菌中克隆鉴定了一个与这种“跨菌”调控因子合成有关的基因ｒｐｆＦ，通过转座子诱变和标记置换（ｍａｒｋｅｒｅｘｃｈａｎｇｅ）技术，构建了ｒＰｆＦ突变体，突变体丧失了产生这种“跨菌”调控因子的能力，在水稻植株上的致病能力明显减弱，ＤＮＡ序列分析得知ｒｐｆＦ基因编码的产物和大肠杆菌的３－酮脂酰－ＣＯＡ硫解酶（３－ｋｅｔｏａｃｙｌ－ＣＯＡｔｈｉｏｌａｓｅ）同源。     

水稻白叶枯病菌rpfC基因DNA序列的测定分析

ｒｐｆＣ是甘蓝黑腐病菌中全局性调控胞外酶和胞外多糖合成以及致病性的一个基因簇中的一个基因。已从水稻白叶枯病菌中鉴定和克隆到一个在功能上能互补甘蓝黑腐病菌的ｒｐｆＣ突变体的基因，并通过构建突变体证实了这一基因在水稻白叶枯病菌致病性中起重要作用。本研究对水稻白叶枯病菌的这一基因的ＤＮＡ序列进行了测定分析，结果表明，它与甘蓝黑腐病菌的ｒｐｆＣ基因具有高度的同源性。因此，将水稻白叶枯病菌的这一基因也称为ｒｐｆＣ基因     

水稻白叶枯病黄单胞菌编码顺乌头酸酶的rpfA基因的鉴定

通过生化功能分析，证实了水稻白叶枯病黄单胞菌野生型菌株Ｔ３０００产生两种顺乌头酸酶（分别命名为ＸｏｏＡｃａｎＡ和ＸｏｏＡｃａｎＢ）。通过三亲本接合的方法，将获得的含水稻白叶枯病黄单胞菌ｒｐｆ基因簇的重组质粒ｐＧＸＮ３０００导入甘蓝黑腐病黄单胞菌ｒｐｆＡ基因突变体８４７６中。经生化功能分析证实，８４７６／ｐＧＸＮ３０００中含有水稻白叶枯病黄单胞菌的顺乌头酸酶ＸｏｏＡｃａｎＡ；同时还证实了ＰＧＸＮ３０００能互补８４７６，恢复其合成胞外酶和胞外多糖的能力及致病性．这表明在ＰＧＸＮ３０００中含有一个完整的水稻白叶枯病黄单胞菌的顺乌头酸酶基因，该基因具有类似甘蓝黑腐病黄单胞菌ｒｐｆＡ基因的功能．因此将该基因命名为水稻白叶枯病黄单胞菌ｒｐｆＡ基因。     

水稻白叶枯病菌GX1329基因组文库的构建及含编码TAL效应物基因的克隆的分离

由革兰氏阴性细菌水稻白叶枯病菌引起的水稻白叶枯病是亚洲、北美以及非洲部分地区最严重的水稻病害之一,水稻白叶枯病可使水稻减产高达50％以上。研究表明水稻白叶枯病菌的毒力主要依靠三型分泌系统所分泌的效应物。为了解水稻白叶枯病菌广西菌株GX1329中含有avrBs3／pthA家族基因的情况,本研究应用Alu I部分酶切其基因组DNA,构建了含有736个克隆的菌株GX1329的基因组文库。BamHI酶切分析随机挑取的15个文库克隆表明,克隆的外源DNA随机性良好,克隆的最小片段为27．7kb,最大为58．5kb,平均大小为39．9kb,文库克隆容量约为2．8×10^3Mb,该文库中包含基因组中任一个基因的概率为99．4％。利用来自水稻白叶枯病菌菲律宾菌株PX086的无毒基因avrXa10的第252位～第486位核苷酸序列作为探针,通过菌落原位杂交从GX1329基因组文库中筛选到37个含avrBs3／pthA家族基因的克隆。再通过Southern杂交分析,得到了17个独立克隆。这17个克隆中至少含有13个不同的avrBs3／pthA家族基因。这些基因在GX1329基因组中有的单独存在,有的两个或两个以上串联存在。本工作基本上明确了菌株GX1329基因组中avrBs3／pthA家族基因的数量,为进一步研究菌株GX1329中avrBs3／pthA家族基因的功能奠定了基础。     

水稻白叶枯病菌基因XOO2193的突变体构建及其毒力和胞外多糖分析

水稻白叶枯病菌是一种引起水稻白叶枯病的植物病原细菌,水稻白叶枯病是世界水稻生产中最严重的细菌性病害之一。本研究采用携带同源序列的自杀质粒pK18MobGⅡ整合的办法构建了水稻白叶枯病菌中国菌株13751编码6-磷酸葡糖酸内酯酶的基因XOO2193的非极性突变体GNM2193。对突变体的表型分析发现其毒力在杂交水稻品种特优63上显著减弱,突变体在非寄主植物蓖麻上不能引起过敏反应。此外,突变体胞外多糖的产量是野生型的43.4%。用一段含有XOO2193基因的DNA片段对GNM2193进行功能互补,互补菌株在水稻上的毒力、引起过敏反应的能力和胞外多糖产量恢复到野生型水平。说明XOO2193基因与病菌的毒力和胞外多糖的产生有关。     

转拟南芥NPR1基因桂99 T3代植株的抗病性及农艺性状表现

以转拟南芥AtNPR1基因的恢复系品种桂99T3代纯合株系为材料,考查其农艺性状及其抗病性,并比较转基因植株与桂99侵染水稻白叶枯病菌后的农艺性状。结果表明：转基因植株表现出对水稻白叶枯病的抗性显著增强77%以上;穗长、剑叶长、有效穗数、一次枝梗数、每穗实粒数、单株产量和谷粒宽等农艺性状与未转基因桂99无显著差别。在受到水稻白叶枯病菌侵染后,转基因植株的一次枝梗数、每穗粒数、每穗实粒数和单株产量等方面均比对照桂99高出13%～78%。说明AtNPR1基因增强了水稻的抗病能力,从而降低了病害引起的产量损失。转基因植株的恢复力不受影响,稻米品质比桂99更加优良。本工作为转基因水稻抗病育种的研究奠定了基础。     

利用酵母双杂法鉴定水稻白叶枯病菌Ⅲ型效应物寄主靶标初探

水稻白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo）引起的水稻白叶枯病是世界水稻生产中最严重的细菌性病害之一。前期研究发现Xoo PXO99A中一个编码Ⅲ型效应物的PXO_03420（hpaF）基因与病菌游动性、致病性和致敏性有关,为探讨hpaF基因编码产物在病菌与日本晴水稻中的互作关系,本研究采用Matchmaker酵母双杂交系统构建了日本晴水稻叶片高质量cDNA文库,文库重组率为87.6%,滴度为2.57×10^6pfu/mL。将文库与构建的Y187/pGBKT7_03420诱饵进行酵母双杂交,共得到26个阳性克隆。通过对阳性克隆测序所得结果进行结构域分析,初步鉴定HpaF与水稻叶片中具有WHY或PRK结构域的两个蛋白存在互作关系。本研究结果为进一步研究hpaF基因的功能奠定了基础。     

枯草芽孢杆菌SO113分泌蛋白的抑菌作用及抗菌蛋白的分离纯化

枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis)SO113对水稻白叶枯病菌（Xanthomonas oryzaepv.oryzae）有强烈的抑菌作用（表现出一透明抑菌圈）。培养液上清中加入60％饱和度的硫酸铵沉淀所得的蛋白粗提液对热稳定，对链霉蛋白酶E不敏感，对蛋白酶K部分敏感，对中国各稻区白叶枯病菌的7种致病型都有强烈的抑杀作用，蛋白粗提液100℃加热15min后脱盐，经DEAE0－Sepharose Fast Flow柱层析得3个未分开的抗菌活性峰，示吸附部分经CM－Sepharose Fast Flow柱层析，得到1个主活性峰，由于B.subtilis SO113的分泌蛋白对水稻白叶枯病菌表现出良好的广谱抗性以及丰富的抗菌活性峰，因此对其进一步的研究和设法隆编码抗菌蛋白的基因都具有重要意义。     

水稻白叶枯病黄单胞菌赖氨酰－tRNA合成酶基因的定位、克隆及分析

以３２Ｐ标记的甘蓝黑腐病黄单胞菌赖氨酰－ｔＲＮＡ合成酶基因为探针，将水稻白叶枯病黄单胞菌同功的基因定位于ｐＧＸＮ３０００１．６ｋｂ的ＢａｍＨＩ片段上．通过ＤＮＡ－ＤＮＡ杂交，标记置换等方法初步证实：在稻白叶枯病黄单胞菌中只有一个拷贝的赖氨酰－ｔＲＮＡ合成酶基因，该基因失活对病菌是致死的。     

不同致病型水稻细条病菌的遗传多样性分析

采用引物BOX和ERIC对来自4省的35个细条病菌菌株进行Rep-PCR扩增,BOX引物扩增出14条指纹带,10种谱型,以致病型为单位计算遗传多样性值为0.63～1.00;ERIC引物扩增出19条指纹带,17种谱型,遗传多样性值为0.86～1;引物ERIC比BOX在遗传多样性方面有更好的分辨率;树状聚类图反映的遗传分簇差异,与菌株的致病型及其地理的来源之间没有相关性。