粗山羊草全基因组Aux/IAA基因家族的分离、染色体定位及序列分析

生长素是植物生长发育过程中的关键激素之一,Aux/IAA家族基因是重要的生长素原初响应基因。通过生物信息学方法从粗山羊草(Aegilops tauschii)全基因组中分离出28个Aux/IAA基因,其中20个粗山羊草Aux/IAA蛋白具有4个保守结构域;28个Aux/IAA基因分布于全部7对染色体上,5个基因分别具有位于同一位点的已知标记。粗山羊草IAA3、IAA11和IAA26的表达具有组织特异性,分别在雌蕊、种子和根中特异表达。系统发育显示,11对粗山羊草-乌拉尔图小麦Aux/IAA蛋白、5对粗山羊草-大麦Aux/IAA蛋白直系同源。共线性分析表明,粗山羊草Aux/IAA基因与短柄草、水稻中同源基因具有很好的共线性。本研究分离的相关基因不仅可用于小麦的遗传改良,也为深入研究小麦Aux/IAA基因提供了信息。     

普通小麦与四倍体小麦——粗山羊草双二倍体杂种后代的细胞遗传学研究

利用四倍体小麦与粗山羊草杂交合成的双二倍体为桥梁亲本与普通小麦杂交,极易获得杂种。通过这一途径已将粗山草的抗叶锈基因Lr21(位于1DS),Lr32(位于3D)和抗杆锈基因Sr33导入普通小麦。董玉琛等利用能引起染色体自然加倍的四倍体小麦种质—硬粒小麦(T.durum Desf.)和波斯小麦(T.persicum Vav.)分别与原产地不同的5份粗山羊草杂交,合成了7份双二倍体,对白粉病表现高抗或免疫。近几年来,我们利用大面积推广的普通小麦与四倍体小麦和粗山羊草的双二倍体—Am6杂交,试图将粗山羊草的抗白粉病基因导入普通小麦,从而提高普通小麦的抗病性。为此,本文对普通小麦和Am6杂交后代的细胞遗传和重要农艺性状的遗传改进做一报道。     

小麦D基因组产量性状QTL定位

粗山羊草是普通小麦的D染色体组供体,为了寻找粗山羊草中对小麦产量性状遗传改良有益的基因,通过对四倍体硬粒小麦与粗山羊草杂交合成的双二倍体Am6-1和普通小麦品种Ph85-16的回交一代进行产量性状变异特点分析,发现粗山羊草的D组染色体对小麦的产量性状具有显著影响,千粒重、穗长、穗粒数和每穗小穗数明显高于Ph85-16;同时利用130对SSR引物对几个与产量性状相关的QTL位点进行了定位,初步寻找到4个主效QTL,它们分别为与穗长相关的QSl．sdau-5D,其贡献率为31．58％,与株高相关的QPh．sdau-1D,其贡献率为25．38％,与穗粒数相关的QGs．sdau-5D,其贡献率为44.65％,与千粒重相关的QTgw．sdau-3D,其贡献率为61．62％。     

小麦与山羊草双二倍体抗病性的研究与利用

本文报道了波斯小麦与粗山羊草(5个品系),小伞山羊草和卵穗山羊草双二倍体及其亲本的抗叶锈和白粉病鉴定结果。粗山羊草对叶锈的抗性受波斯小麦品系 PS 5(不抗叶锈)的抑制,在双二倍体中不能表现。小伞山羊草和卵穗山羊草对叶锈的抗性不受波斯小麦的影响,能在双二倍体中充分表达。以对白粉病免疫的波斯小麦为母本与免疫的山羊     

偏凸山羊草的核型和C-带研究

通过对偏凸山羊草的核型和C-带分析研究表明,偏凸山羊草的D染色体组与节节麦的D染色体组很相似,其可能来自于节节麦;M^V染色体组臂比较大,有2对普通小麦所没有的近端着丝粒染色体,且所显C-带带型与普通小麦的染色体组有明显区别。     

27个二倍体和10个四倍体小麦近缘种抗叶锈性鉴定

利用我国小麦叶锈菌5个优势致病类型的混合菌种,在田间对27个二倍体和10个四倍体小麦近缘种成株期抗病性进行了接种鉴定,发现3个粗山羊草、1个野生二粒小麦和3个硬粒小麦表现免疫,1个一粒小麦、9个粗山羊草和1个硬粒小麦表现抗病,说明目前这些材料所含抗叶锈病基因有很高的开发应用价值。选择18个有鉴别作用的小麦叶锈菌致病类型,在不同温度下进行苗期抗叶锈病基因推导,根据抗感反应模式,推定粗山羊草Y192含Lr40,Ae37和Y190含Lr41,硬粒小麦Altar 84、Doliu、Dr147和Volcani 447含Lr23和未知基因;Ae39、T96243和Y193等10个粗山羊草和野生二粒小麦不含苗期抗叶锈病基因。粗山羊草Ae39、T96243、Y193和野生二粒小麦在成株期表现免疫至抗病且严重度≤10%,说明具有成株期抗病性特点。     

粗山羊草Dof转录因子家族基因的鉴定与分析

Dof(DNA-binding one zinc finger)基因家族是植物特有的一类包含高度保守的C_2-C_2锌指结构域的转录因子,其在植物种子发育与萌发、光、激素以及逆境响应中起到重要调控作用。本研究基于已公布的粗山羊草基因组数据,采用生物信息学方法鉴定了粗山羊草Dof基因,并对其结构、保守结构域、染色体定位、系统进化树和表达谱进行了详细的分析。结果表明:粗山羊草Dof转录因子家族包含10个基因,它们均含有完整的C_2-C_2锌指保守结构域;每个基因含有1~3个内含子,AetDof家族蛋白共包含11个保守的模体;该家族基因除7号染色体外,在其余染色体上均有分布;与拟南芥Dof蛋白构建系统发育树发现,该家族基因可被分为3个亚族;转录组数据分析显示,粗山羊草Dof基因的表达具有组织特异性,其中3个转录因子(AetDof1,AetDof7,AetDof10)在种子中特异性强表达。本研究结果为深入解析粗山羊草Dof基因的功能提供了参考依据。     

顶芒山羊草特异寡核苷酸探针开发和oligo-FISH核型构建

栽培小麦近缘物种顶芒山羊草(Aegilops comosa, 2n=2x=14, MM)是小麦改良的三级基因库。为准确鉴定顶芒山羊草M基因组染色体或染色体区段,本研究利用二代测序获得顶芒山羊草M基因组序列信息,从中鉴定出16条可能的特异卫星重复序列。根据这些序列设计12个寡核苷酸(oligo)探针进行oligo-FISH,结果表明,其中10个探针可在顶芒山羊草染色体上产生明显的杂交信号。对探针特异性分析发现, 5个探针仅在顶芒山羊草染色体上产生杂交信号,在小麦染色体上未观察明显杂交信号,可作为顶芒山羊草特异探针鉴定小麦背景中的顶芒山羊草染色体。选择在顶芒山羊草染色体上信号分布丰富的3个探针(oligo-pAc89、oligo-pAc148、oligo-pAc225)组成探针套ONPS#AC1,结合利用本实验室根据小麦D亚基因组开发的寡核苷酸探针库,构建了顶芒山羊草的oligo-FISH核型。本研究构建的FISH核型可以准确识别顶芒山羊草各条染色体,为挖掘、转移和利用顶芒山羊草优异基因提供了快速准确的鉴定手段。     

波斯小麦与山羊草杂种F_1自然形成双二倍体的细胞遗传学研究(摘要)

在小麦与山羊草杂交中发现,波斯小麦品系Pss与粗山羊草、卵穗山羊草、小伞山羊草、顶芒山羊草以及钩刺山羊草的杂种F_1具有可育性,自交产生一批小麦—山羊草双二倍体。对波斯小麦×粗山羊草杂种F_1的细胞学研究表明,可育性是由于杂种F_1以两种途径形成了未减数配子。1.一部分花粉母细胞第一次分裂消失,只发生第二次分裂。     

杀配子染色体在小麦-黑麦异代换系中的作用研究

利用小麦-黑麦异代换系H-13(1R/1D), H-24(5R/5A),H-33(6R/6A)与中国春-杀配子染色体二体异附加系CS-DA2C(来自山羊草Ae. cylindrica),CS-DA3C(来自山羊草Ae. triuncialis)配置杂交组合,对杀配子染色体的作用进行了研究。结果表明,杀配子染色体3C对H-13和H-24都是致死的,即有着完全的杀配子作用,但对H-33的杀配子作用则是不完全的,有着接近正常的结实率,说明不同的小麦-黑麦异代换系遗传背景对杀配子作用有很大影响,可能在品系H-33中存在对2C染色体杀配子作用的抑制基因。在以品系H-33为母本时,2个杀配子附加系F1的自交结实率差异显著,说明在相同的小麦-黑麦异代换系遗传背景下,染色体2C与3C的杀配子作用是不同的,在这2个杀配子染色体上可能带有不同的杀配子基因?这些研究结果为进一步创制小麦-黑麦易位系奠定了基础。     

普通小麦及近缘粗山羊草α-醇溶蛋白基因的克降、定位与进化分析

通过特异PCR引物设计,从普通小麦品种(豫麦34和烟农19)和粗山羊草(T9、T197、T48、T176和T17)中扩增、克隆了7个新的α-醇溶蛋白基因,分别命名为Gli-YM34、Gli-YN19、Gli-T9、Gli-T197、Gli-T48、Gli-T176和Gli-T17,基因序列长度为846~891 bp,编码282~297个氨基酸残基,都具有α-醇溶蛋白的典型结构特点。其中Gli-YM34和Gli-YN19基因推导的醇溶蛋白都含有一个额外的半胱氨酸残基,可能对面筋品质有正向作用。根据α-醇溶蛋白氨基酸序列所具有的4种T细胞抗原表位和多聚谷氨酰胺重复区的平均长度以及中国春缺体四体分析,将来自普通小麦品种的Gli-YM34和Gli-YN19基因定位在6D染色体上的Gli-D2位点,而且Gli-YM34和Gli-YN19与来自粗山羊草的α-醇溶蛋白基因具有很高的序列相似性,进一步证明粗山羊草是普通小麦D基因组的供体。在克隆的4个典型α-醇溶蛋白基因中检测到21个SNP和1个9 bp的缺失。系统进化分析表明,α-醇溶蛋白基因与低分子量谷蛋白亚基基因关系较近,在大约43.69百万年时分化,与ω-醇溶蛋白和HMW-GS基因亲缘关系较远,它们的分化时间大约为79.39百万年。     

粗山羊草(Aegilops squarrosa)的染色体和同工酶分析

利用火焰干燥涂片法制片和吉姆沙染液分化染色,分析了粗山羊草的染色体组型和 C-带带型。粗山羊草具有7对染色体,包括5对中部着丝点染色体、1对亚中部着丝点染色体和1对随体染色体。除第1对染色体外,所有染色体都具着丝点带。有的染色体具变化较大的中间带和末端带。据聚丙烯酰胺凝胶电泳分析粗山羊草的酯酶和过氧化物酶同工酶,在幼苗不同时期,其酶谱是不同的。     

两种山羊草携带Gc基因的新发现

由栽培二粒小麦和沙融山羊草形成的双二倍体，再和高大山羊草一起，替换了普通小麦细胞质，形成代换系。这个代换系的后代携带两个新的Ｇｃ基因。Ｃ－带分析表明：一个基因位于高大山羊草５Ｓ染色体或类似５Ｓ的染色体上，而另一个基因，位于沙融山羊草的４Ｓ染色体上。     

小麦抗白粉病材料的细胞学鉴定

本研究是在张庆勤、戴秀梅等人研究的基础上,采用形态学标记和细胞学标记相结合的方法来研究和探讨小麦抗白粉病材料中抗病基因的来源及其染色体的基因定位.通过26-2三个后代的形态学和细胞学比较分析,得到了一个抗病的含有偏凸山羊草5Mv染色体长臂片段的杂合易位系,编号为26-2-15(2n=42),中期Ⅰ染色体配对构型为18.37Ⅱ Riag 2.58 ⅡRod 0.08 Ⅰ,后期Ⅰ平均有两个(1.91)落后染色体,末期微核数0.5%.由本实验结果推测少数细胞中附加的染色体减数分裂时着丝点发生断裂,后与部分同源染色体臂(5DS)发生融合,形成易位染色体.试验结果显示:来自偏凸山羊草的5Mv染色质经过5代的连续自交,已经能在普通小麦中稳定遗传而不丢失,并且能利用外部形态的某些特征加以选择;在株系26-2三个后代中,在减数分裂的不同时期都可见到不同程度的染色质丢失现象,估计可能是外源染色质带来的未知基因在分子水平上影响了DNA的正常复制所致.     

ph1b、ph2a、ph2b基因在小麦与卵穗山羊草、小伞山羊草、离果山羊草F1杂种中的作用

迄今为止,仅Sharma等1986年研究报道了phlb基因诱导小麦与离果山羊草F₁杂种染色体配对作用,但没有在离果山羊草及其它山羊草中发现染色体配对促进基因或抑制基因,尚无phlb基因诱导小麦与卵穗山羊草F₁及ph2a、ph2b基因诱导小麦与这3个山羊草F₁染色体配对作用的报道。Farooq等1990年报道易变山羊草不同品系影响F₁染色体配对。     

普通小麦及近缘粗山羊草α-醇溶蛋白基因的克隆、定位与进化分析

通过特异PCR引物设计,从普通小麦品种(豫麦34和烟农19)和粗山羊草(T9、T197、T48、T176和T17)中扩增、克隆了7个新的α-醇溶蛋白基因,分别命名为Gli-YM34、Gli-YN19、Gli-T9、Gli-T197、Gli-T48、Gli-T176和Gli-T17,基因序列长度为846～891bp,编码282～297个氨基酸残基,都具有α-醇溶蛋白的典型结构特点。其中Gli-YM34和Gli-YN19基因推导的醇溶蛋白都含有一个额外的半胱氨酸残基,可能对面筋品质有正向作用。根据α-醇溶蛋白氨基酸序列所具有的4种T细胞抗原表位和多聚谷氨酰胺重复区的平均长度以及中国春缺体四体分析,将来自普通小麦品种的Gli-YM34和Gli-YN19基因定位在6D染色体上的Gli-D2位点,而且Gli-YM34和Gli-YN19与来自粗山羊草的α-醇溶蛋白基因具有很高的序列相似性,进一步证明粗山羊草是普通小麦D基因组的供体。在克隆的4个典型α-醇溶蛋白基因中检测到21个SNP和1个9bp的缺失。系统进化分析表明,α-醇溶蛋白基因与低分子量谷蛋白亚基基因关系较近,在大约43.69百万年时分化,与ω-醇溶蛋白和HMW-GS基因亲缘关系较远,它们的分化时间大约为79.39百万年。     

对人工合成小麦的微卫星变异分析

比较分析了同一四倍体小麦Langdon与5个不同粗山羊草在合成六倍体小麦前后A、B、D染色体组不同染色体上的微卫星变异, 旨在通过分析异源多倍化引起的微卫星位点和序列变异以期探讨异源多倍体的进化机制。在所检测的位于A、B染色体组上各125个特异微卫星(G-SSR)标记中,分别有5个(4.0%)和6个(4.8%)位点发生变异;而在76个A/B染色体组上的表达序列标签微卫星(EST-SSR)标记中,只有2个(2.6%)发生了变异,比A、B染色体组G-SSR变异频率小,说明功能基因区的变异小于重复序列非编码区。在D染色体组上的103个G-SSR标记中,3个位点(2.9%)发生了序列变化。对表现差异的微卫星位点序列分析发现,人工合成小麦中多倍化引起的微卫星序列变异主要表现为简单序列重复单元次数的增加或减少;发生消除的微卫星序列比普通的微卫星序列更易发生不同类型的序列改变。微卫星序列在异源多倍化过程中对新物种基因组的形成可能起到重要的调节作用。     

山羊草属基因库的开拓利用（续上期）

山羊草属基因库的开拓利用（续上期）翁跃进（中国农科院作物品种资源所，北京１０００８１）三、小麦与山羊草属的染色体工程染色体工程是指人工有计划的操作染色体，从事外源基因的导入，创建双二倍体、附加系、代换系和易位系等新的种质。在小麦与山羊草的染色体工程中...     

小麦及其祖先物种GRF转录因子家族鉴定与表达分析

生长调控因子(growth-regulating factor, GRF)在植物的生长发育、逆境响应和激素信号转导中起着重要的调控作用。系统分析小麦及其祖先物种GRF转录因子家族成员在基因组上的分布、结构、进化以及表达特性,对于深入研究GRF家族的生物学功能和小麦的进化具有重要的意义。本研究利用生物信息学方法,对乌拉尔图小麦、拟斯卑尔脱山羊草、粗山羊草、栽培二粒小麦和普通小麦5个物种的GRF成员进行全基因组鉴定,并对其理化性质、系统发育关系、基因结构、启动子顺式作用元件以及表达特性进行了分析。结果表明,乌拉尔图小麦、拟斯卑尔脱山羊草、粗山羊草、栽培二粒小麦和普通小麦中分别有15、12、19、29和53个GRF成员,通过种间共线性分析发现,TtGRFs分别有18个和29个成员与TuGRFs和AesGRFs具有共线性, TaGRFs分别有36个和37个成员与TtGRFs和AetGRFs具有共线性。启动子顺式作用元件预测发现GRF基因具有基本的转录元件以及一些与生长发育和逆境响应的结合元件。RT-qPCR分析表明,多数GRF基因在外源IAA、GA和干旱胁迫条件下呈上调表达趋势,而在高温胁迫条...     

硬粒小麦与偏凸山羊草部分双二倍体的核型研究

通过硬粒小麦（AABB，2n＝28）与偏凸山羊草（DDMvMv，Zn＝28）杂交，今成选育出遗传上相对稳定的部分双二倍体。利用核型分析，初步鉴定出该部分双二倍体具有编凸山羊草的染色体组，从而证实了杂种的真实性。该部分双二倍体的获得为将硬粒小麦，特别是偏凸山羊草的优异基因向小麦转移奠定了基础。