毛竹全长LTR逆转座子的鉴定和进化分析

转座子和逆转座子的大量插入,是高等植物基因组进化的重要动力。作为植物基因组研究热点的禾本科植物之一,毛竹基因组大小约为2 Gb,60%为重复序列,长末端重复序列型逆转座子(LTR逆转座子)则占全部重复序列的一半以上,然而目前对毛竹基因组中LTR逆转座子及进化情况知之甚少。本研究利用已发表的毛竹基因组序列,首次通过大数据筛查预测获得9436个平均长度10.3 kb的全长LTR逆转座子。通过分析,我们估算出毛竹LTR逆转座子插入基因组的时间主要分布于200~500万年前,晚于毛竹基因组四倍化的时间。研究还发现了29个位于全长LTR逆转座子内部、有转录组序列支持的蛋白编码基因,这些毛竹基因均不符合所在基因组区段的毛竹-水稻基因共线性关系,且位于LTR逆转座子内部的基因与存在于染色体其他位置的同源基因在表达模式上有着较大差异。本研究首次尝试从LTR逆转座子的角度探索毛竹基因的进化历程,也为今后的植物基因组研究提供了重要的基础数据。     

植物逆转座子起源的特异性转录因子ALOG基因研究进展

特异性转录因子广泛参与植物胚胎发育、器官形成、开花、果实成熟、环境胁迫以及衰老等多项生命过程,但目前还未见有关逆转座子起源的植物特异性转录因子的文献综述。ALOG基因是近些年在水稻和拟南芥中发现的唯一起源于DIRS1-like型逆转座子的特异性转录因子,是一类编码DUF640结构域的新型蛋白。该基因家族在高等植物中存在多个拷贝,并且参与了植物幼苗下胚轴和花器官等发育过程。本研究介绍了ALOG基因结构及起源,并回顾了拟南芥中ALOG基因的表达模式以及在幼苗下胚轴及花器官发育中的作用,介绍了水稻ALOG基因在内外稃发育、小穗不育外稃发育以及花序形态建成的作用。分析表明ALOG基因不仅参与了器官形成,而且与一些重要的农艺性状有关,对水稻中该基因家族其他成员以及禾本科其他粮食作物的ALOG基因家族进行功能研究是非常有价值的。随着分子生物学研究的深入开展,将在其他高等植物中发现更多由逆转座子进化而来的特异性转录因子,研究ALOG基因将为解析这些基因的功能提供参考。     

兴安落叶松Ty3-gypsy类逆转座子逆转录酶的多样性分析

为分析兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)逆转座子的特点及其多样性与系统进化关系,本研究利用兼并-PCR技术克隆了27条Ty3-gypsy型逆转座子逆转录酶基因序列。这些核苷酸序列长度变化范围为376~417 bp,同源性范围为55.9%~91.4%,具有较高的异质性。系统聚类分析发现,这27条核苷酸序列被分为7个组。翻译成氨基酸后,其中有8条序列出现了终止密码子突变,有2条序列出现了移框突变。将其氨基酸序列与已登录的其它物种的Ty3-gypsy型逆转座子逆转录酶进行聚类分析发现,兴安落叶松的Ty3-gypsy型逆转座子与枣、黄瓜、可可树等同类型的逆转座子逆转录酶有较近的亲缘关系。以上研究表明兴安落叶松的逆转座子具有高度的多样性,可为分析兴安落叶松基因组构成及遗传多样性提供实验依据。     

兴安落叶松Ty1-copia型逆转座子逆转录酶序列的克隆及生物信息学分析

为深入了解兴安落叶松的基因组构成及其逆转座子基因的特征,本研究克隆了其逆转座子逆转录酶序列,并进行了生物信息学分析。根据Tyl-copia型逆转座子逆转录酶的保守序列设计简并引物,并利用PCR技术获得了26条逆转座子逆转录酶序列。这些序列去除引物后的核苷酸长度范围为237~251 bp,序列间相似度为55.9%~90.9%,可被分为6个家族。氨基酸预测结果显示,有3条序列存在移框突变,9条序列存在终止密码子突变。系统进化分析显示,所克隆的17条没有发生终止密码子突变的序列分别与处于不同进化阶段的其他植物的Tyl-copia型逆转录酶具有共同的起源。研究结果证实兴安落叶松含有类型丰富的Tyl-copia型逆转座子,可为该物种逆转座子基因资源的开发和利用提供依据。     

节瓜抗感镰刀菌酸突变体LINE逆转座子RT序列特征分析

根据LINE逆转座子逆转录酶(RT)保守序列设计简并引物,PCR扩增节瓜g DNA,获得580 bp左右目的片段;PCR产物克隆测序后经相关生物信息学软件分析,获得41条来自感枯萎病材料及其抗性突变体的RT序列。感、抗材料的序列长度变化范围分别为548~590 bp与573~590 bp,存在明显缺失突变,核苷酸序列相似性分别为73.6%~98.9%与46.1%~99.3%;核苷酸序列聚类分析分为5个家族,家族I包含29个序列,为节瓜LINE逆转座子主要家族成员。对推导氨基酸序列分析发现,感、抗材料分别包含25个与4个保守氨基酸,抗性突变体半保守氨基酸数目略少,氨基酸序列相似性分别为53.5%~100%与10.3%~100%;与抗性突变体相比,感病材料终止密码子突变发生率较高(23条,100%),移码突变生率略低(11条,47.82%);仅发现1条抗性突变体序列具转录活性。两种材料均存在较高缺失突变、终止密码子突变与移码突变发生率,表现高度异质性。将节瓜RT序列与已知物种相应序列构建系统发育进化树,表明节瓜LINE逆转座子RT序列较保守,与拟南芥、葡萄、李等亲缘关系较近。     

现代月季Ty1-copia类逆转座子RNaseH-LTR序列的克隆与分析

以自育月季品种"花仙子"和7个现代月季品种为试材,对Ty1-copia类逆转座子的RNaseH-LTR序列进行克隆与分析。根据Ty1-copia类逆转座子Rnase H 3'端具有保守结构域这一特点,对RNaseH-LTR序列进行克隆,共分离出7条RNaseH-LTR序列。分析显示7条序列同源性范围在7.7%~56.3%;序列内存在TATA-box和CAAT-box启动元件及多种逆境胁迫相关调控元件;RNaseH-LTR序列在长度和碱基组成上都存在着高度的异质性,而且每条序列都存在终止密码子突变,说明终止密码子突变可能是造成Ty1-copia类逆转座子RNaseH-LTR异质性的原因之一。     

辣椒Ty1-copia类逆转座子逆转录酶序列的克隆及分析

以辣椒属5个栽培种叶片为试材,利用Ty1-copia类逆转座子逆转录酶的保守序列设计简并引物,PCR扩增后均获得了260bp左右的目的条带。对C.annuum的扩增产物进行纯化、克隆和测序,经Mega4和DNAstar软件分析后,获得25条逆转录酶序列,核苷酸序列长度变化范围为225～272bp,这些序列存在高度的异质性,主要表现为缺失突变,同源性范围为23.1%～93.2%,核苷酸聚类分为7个组。翻译成氨基酸后,有9条序列存在1～3个不同程度的终止密码子突变,4条序列存在移框突变。将这25条逆转录酶的氨基酸序列与已发表的不同物种同一类型逆转座子的逆转酶序列进行聚类分析,表明辣椒的Ty1-copia型逆转座子与烟草、矮牵牛、马铃薯有很近的关系。     

OsVPE3参与GA、ABA调节水稻糊粉层细胞程序性死亡的发生

水稻(Oryza sativa L.)糊粉层细胞程序性死亡(programmed cell death,PCD)是水稻种子萌发过程的关键环节,为探究赤霉素(gibberellin acid,GA)与脱落酸(abscisic acid,ABA)在水稻糊粉层PCD中的作用,本研究以水稻"优Ⅱ128"种子为材料,通过采用实时荧光定量PCR技术、荧光染色方法及激光共聚焦扫描显微技术,对Os VPEs表达水平、VPE(vacuolar processing enzyme)活性以及水稻糊粉层细胞存活率等进行测定分析。结果表明:在萌发水稻种子及其胚、糊粉层中,Os VPE3的表达水平都显著高于Os VPE1、Os VPE2和Os VPE4,并且水稻糊粉层中的Os VPE3表达水平及其VPE活性均比水稻种子和胚的高,因此推测水稻糊粉层Os VPE3在水稻种子萌发中可能起着重要的作用。进一步的研究表明,GA显著地提高Os VPE3的表达水平及VPE活性水平,比对照分别提高333%和38%,相应地降低水稻糊粉层中细胞的存活率;而ABA则显著下调Os VPE3的转录水平和降低VPE的活性,分别减少49%和36%,却明显提高糊粉层中细胞的存活率。在ABA中加入GA后,则逆转了ABA的效应。以上结果证实,GA和ABA分别通过Os VPE3促进或抑制水稻糊粉层PCD进程,为进一步研究水稻种子萌发过程糊粉层PCD发生的分子机制提供理论依据。     

覆草旱种对水稻灌浆期生理活性的影响

以籼型三系杂交稻组合汕优63以及常规籼稻扬稻6号为材料,通过稻草覆盖旱种、地膜覆盖旱种、裸地旱种和常规水种（对照）比较试验,研究了旱种对水稻灌浆期间生理活性的影响。结果表明,旱种稻叶片叶绿素含量、剑叶光合速率以及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性均低于水种水稻,后期尤为明显;旱种稻丙二醛（MDA）含量高于水种水稻,灌浆中后期旱种稻根系活力下降较快;上述生理指标（MDA除外）水种〉覆草旱种〉覆膜旱种〉裸地旱种。表明与其他旱种方式相比,覆草旱种水稻的群体质量相对较好,后期生理活性较高。对覆草旱种与覆膜旱种及水种在生理活性上的差异进行了讨论。     

植物硅转运蛋白的研究进展

在概括高等植物体内硅含量、形态、分布及作用等特征的基础上,分析了硅吸收部位、吸收机制以及水稻硅吸收突变体筛选的研究,详细综述了到目前为止在4种高等植物中发现的9种（其中水稻OsLsi1、OsLsi2、OsLsi6,玉米ZmLsi1、ZmLsi2、ZmLsi6,大麦HvLsi1和HvLsi2,南瓜CmLsi1）硅转运蛋白的吸收转运活性等特征,从植株水平上归纳了水稻、玉米和大麦体内多种硅转运蛋白分工合作的硅吸收转运机制。为了加深了解硅转运蛋白及其机理亟待拓宽研究对象。     

Molecular markers to assess genetic diversity

Molecular markers play an essential role today in all aspects of plant breeding, ranging from the identification of genes responsible for desired traits to the management of backcrossing programs. The emergence of marker systems has, for the last 30 years, closely tracked developments in biochemistry and molecular biology. Following the demonstration that retrotransposons are ubiquitous, active, and abundant in plant genomes, markers were developed that are based on the insertional polymorphism they create upon replication. They virtually all exploit the joint that is formed, during retrotransposon integration, between genomic DNA and the long terminal repeats at either end of retrotransposon. The various retrotransposon marker systems differ in the nature of the second primer used in the amplification reactions. All except one of these marker methods is dominant (RBIP is co-dominant). Hence, the availability of effective means to generate doubled haploid populations through gametophytic embryogenesis is valuable for the efficient use of these markers. Over the last eight years, retrotransposon-based markers have been developed for crop species and trees across the plant kingdom, as well as for fungi and insects. Many retrotransposons features make them appealing as the basis of molecular marker systems. They are usually dispersed throughout the genome and produce large genetic changes at the point of insertion that can be detected with family-specific amplification primers. The ancestral state of a retrotransposon insertion is known, and subsequent changes at the locus are not subject to homoplasy. Retrotransposon markers are useful in accelerating backcrossing programs, tagging genes of interest, tracking germplasm, verifying and producing pedigrees, and examining crop evolution.     

水稻非整倍体无性繁殖过程中的遗传稳定性

无性繁殖是保存非整倍体的一个有效手段。为研究该过程中非整倍体的遗传稳定性, 从水稻第8染色体短臂端三体(2n+·8S)自交后代中筛选出相应端四体(2n+·8S+·8S), 其田间性状表现为植株矮小, 叶片非常窄且内卷, 结实率差。在多年无性繁殖过程中, 该端四体所添加的其中1条·8S容易丢失使无性系产生性状变异。通过FISH分析发现该无性变异系的原始系中所添加的2条·8S, 其中1条·8S在着丝粒区域检测不到水稻着丝粒的基本组分CentO序列, 但可以检测到水稻着丝粒的另一基本组分CRR序列, 该染色体可以稳定遗传; 另外1条·8S在着丝粒区域同时检测不到CentO和CRR序列, 该染色体不能稳定遗传。而在最初保存的相应端三体亲本材料的·8S中, 同时包含CentO和CRR序列。说明·8S上的CentO和CRR在多年的组织培养过程中会随机丢失, 导致含有·8S的非整倍体在无性繁殖过程中的遗传不稳定性。     

Vine-1 retrotransposon-based sequence-specific amplified polymorphism for Vitis vinifera L. genotyping

The sequence‐specific amplification polymorphism (S‐SAP) method, derived from the amplified fragment length polymorphism (AFLP) technique, produces amplified fragments containing retrotransposon long terminal repeat ( LTR ) sequence at one end and a host restriction site at the other. The development and application of this procedure to the LTR of the Vine‐1 element from grapevine is reported. Two primers derived from one of the LTR sequences flanking the retrotransposon were used in combination with MseI degenerated primers on 15 grapevine accessions. S‐SAP results were compared with AFLP data. The heterozygosity and gene diversity values were higher for S‐SAP than for the AFLP procedure. Results show that S‐SAP amplification is effective in identifying polymorphisms and defining genetic distances among cultivars, and could be used for fingerprinting and for ‘Traminer’ clone identification. To the contrary Vine‐1 retrotransposon‐based S‐SAP was not able to distinguish ‘Pinot’ clones.     

双胚苗水稻来源的单倍体、二倍体及其杂交F1的DNA甲基化位点分析

全基因组倍增或多倍化, 伴随着基因丢失和二倍化进程, 被认为是植物进化的重要推动力量。DNA甲基化与miRNA的表观遗传调控机制在植物生长发育及进化过程中起着重要的作用。本文采用MSAP (甲基化敏感扩增多态性)技术分析同一双胚苗水稻来源的单倍体、二倍体及其杂交F₁的基因组DNA 5'-CCGG位点胞嘧啶的甲基化及遗传特点。对部分甲基化位点进行切胶、回收、测序及功能注释, 并结合miRNA靶基因预测探讨特定甲基化位点的遗传特点及其与miRNA的相关性。16对选择性扩增引物在双亲及杂交F₁中共检测了462个DNA甲基化位点, 杂交F₁甲基化水平平均为43.20%, 与双亲相差不大(单倍体为46.75%, 二倍体为41.99%)。以TargetFinder软件分析发现其中的7个甲基化位点基因序列上存在1~4个miRNA的结合位点, 这些基因的功能注释包括逆转录转座子蛋白、ras相关蛋白、H2A/H2B/H3/H4核心组蛋白等。同时, 探讨了逆转录转座子在植物进化中的作用。研究结果为进一步阐明水稻基因组倍增过程中DNA甲基化与miRNA的关系提供了参考。     

A novel Tos17 insertion upstream of Hd1 alters flowering time in rice

Heading date 1 (Hd1) is one of the major determinants of flowering time and regional adaptability in rice (Oryza sativa L.), because there is a significant correlation between Hd1 allelic diversity and phenotypic differences in rice cultivars. In this study, we isolated a novel rice mutant with a Tos17 retrotransposon insertion upstream of Hd1. The Tos17 insertion mutant of Hd1 [designated as Tos17(Hd1)] had decreased photoperiod sensitivity and mRNA expression of Hd1, as compared with wild‐type Nipponbare. Between Tos17(Hd1) and Nipponbare, expression levels of OsPRR1 and OsGI were similar, whereas those of two florigen genes Hd3a and RFT1, were significantly different under both short and long‐day conditions. Tos17(Hd1) showed photoperiod sensitivity intermediate between that of Nipponbare and a near‐isogenic line having a non‐functional allele of Hd1, indicating that Tos17(Hd1) has an attenuated but functional Hd1 allele. Our results revealed that allele mining of Hd1 may provide good opportunities to develop novel rice cultivars showing different levels of photoperiod sensitivity.     

链霉菌及其代谢产物防治水稻稻瘟病的研究进展

稻瘟病是对水稻最具破坏性的疾病之一,研发出稻瘟病有效的生物防治剂,对实现水稻产业可持续发展具有重要意义。在过去的几十年里,已有一些微生物活体制剂及代谢产物在水稻生产过程中得到了应用,并取得了一定的成效,但还远远不能满足生产的需要。链霉菌作为一种重要的拮抗微生物,是人们挖掘抗稻瘟病生防制剂的重要资源。近些年来,人们已通过室内抑菌试验、温室盆栽和小区防效等方法挖掘出一些对稻瘟病有良好防效的链霉菌活体制剂和代谢产物,为开发新型的抗稻瘟病生物农药奠定了良好的基础。本文主要对链霉菌及其代谢产物在防治稻瘟病方面的研究进行综述,为开发新型的抗稻瘟病生物农药提供科学依据。     

气候变暖对水稻生产的影响及水稻耐高温遗传改良

受人类活动的影响,全球气候变暖加剧,不断升高的地球表面气温正对水稻生产产生深远的影响。从气候变暖对中国水稻种植区域和产量的影响,高温热害对水稻生长发育的影响,以及水稻耐高温遗传改良等3个方面进行了综述分析。分析表明：气候变暖使水稻生长的活动积温增加,水稻生长季节延长,水稻种植区域不断向北扩展,有利于水稻种植面积的增加;气候变暖也使水稻高温胁迫频发,水稻孕穗期和开花期遭遇高温热害会给水稻造成严重的生理伤害,导致颖花育性下降;籽粒充实期高温胁迫会造成籽粒充实不正常,导致减产和稻米品质下降;通过高温筛选已经鉴定出一批耐高温的水稻种质资源,对这些资源的遗传分析鉴定出了几十个控制水稻耐高温性状的QTLs;种植耐高温水稻新品种是减少水稻高温危害的有效途径,利用耐高温水稻种质作亲本,结合适当的高温筛选鉴定技术,通过杂交育种可以选育出耐高温的水稻新品种。     

水稻开花期的低温对结实率的影响

根据对540份水稻品种开花期耐冷性的研究,明确了:1.低温下开颖、散粉、花粉萌发和受精在品种间有差异;2.低温下花粉萌发状态是支配结实的一个重要因素;3.从低温过渡到常温时,颖花的开闭方式因品种而异,开闭方式及花粉状态与低温下的结实性有关。     

板栗羊肉黄酒工艺及功能性研究进展

板栗羊肉黄酒是将板栗、羊肉加入黄酒的酿造过程生产的一种营养价值高、活性成分丰富、对人体具有保健作用的功能性黄酒。综述了板栗、羊肉的营养价值及加工工艺和黄酒的活性成分及功能性,为板栗羊肉黄酒的开发提供理论依据。     

水稻稻瘟病防治方法研究进展

稻瘟病是水稻三大病害之一,生产上对稻瘟病的防治没有特效的方法。为了对未来水稻稻瘟病在生产实际应用上提供一些参考,分别从化学防治、抗性品种培育、生物防治、栽培管理方法等方面概述了水稻稻瘟病防治方法相关研究进展。分析了化学防治、抗性品种、生物防治、栽培管理在生产应用上的利弊,指出了抗性品种选育、合理栽培管理技术和高活性生物农药三者综合利用将是防治水稻稻瘟病有效的措施。