小麦杂交种与亲本之间穗下节间基因差异表达分析

以株高和穗下节间长度表现杂种优势的小麦杂交组合矮9×冀矮8号的杂种及其亲本为材料, 应用cDNA-AFLP技术分析杂种、亲本的穗下节间基因差异表达情况。分离差异表达基因段后, 对其克隆、测序并在GenBank进行Blast-x分析和功能推测, 发现差异表达的基因包括分别受赤霉素和细胞分裂素诱导表达、与细胞分裂有关的基因cdc2和PAS1基因, 它们在小麦杂种节间中分别特异表达和偏高亲表达。另有一个与细胞快速膨大有关的液泡质子泵H⁺-PPase基因在杂种中偏高亲表达。其他差异表达的基因包括蛋白激酶等与植物信号传递相关基因、与物质代谢相关的基因、参与基因转录调控的基因、与泛素参与的蛋白降解相关的基因等。小麦杂交种与亲本的穗下节间, 大量基因涉及细胞分裂、膨大和物质代谢、转录调控等过程, 初步推测它们的差异表达可能与穗下节间及株高杂种优势形成有关。     

基于蛋白质组学的高丹草苗期杂种优势分析

高丹草是代表性的利用杂种优势的饲用牧草, 本研究以杂种高丹草及其亲本三叶期叶片为试材, 采用双向电泳、质谱技术及生物信息学分析方法, 进行了蛋白质组学研究。凝胶上检测到的可重复蛋白点400多个, 其中杂种与亲本间达到了显著水平的差异蛋白点34个, 包括显性( 单亲沉默3个, 偏高亲表达17个, 偏低亲表达5个)和超显性表达( 特异表达1个, 超高亲表达6个, 超低亲表达2个)模式, 因此推测显性和超显性效应共同促进高丹草杂种优势的形成, 且显性效应作用更大。同时, 成功鉴定出其中的27个蛋白点涉及到8个功能类别, 即：光合作用、碳水化合物代谢、胁迫响应、ATP合成、蛋白质合成、电子转移、信号转导及未知蛋白。高丹草所占比例最大的光合蛋白多数呈上调表达, 表明杂种叶片光合作用增强进而同化更多的有机物是杂种优势形成的主要原因。网络互作的关键节点蛋白为杂种优势特异蛋白的基因操作提供了靶蛋白。本研究在蛋白质水平为高丹草杂种优势分析提供了理论依据, 也为其他饲草作物的相关研究提供了理论参考。     

玉米抽穗期亲本及其杂交种间基因差异表达与杂种优势的关系

为探讨玉米杂种优势形成的分子机理,选用了8个玉米自交系和它们的5个杂交种,采用mRNA差异显示技术分析了杂种和亲本之间抽穗期叶片的基因表达差异模式。结果表明:所选用的杂交种与自交系之间的基因表达模式可以分为5种类型:杂种特异表达型(W1)、单亲显性表达型(W2)、双亲表达沉默型(W3)、单亲沉默表达型(W4)、亲本和杂交种表达一致型(W5),所占比例分别为2.81%,16.92%,11.79%,4.25%和64.23%。还对每种差异表达模式与12个杂种性状表现和中亲优势进行了相关分析。     

玉米杂交种先玉335及其亲本种子萌发过程中胚芽蛋白质组学分析

以培养84 h种子的胚芽(包括胚芽鞘)为试验材料, 对优良玉米杂交种先玉335与其亲本自交系的蛋白质组学差异进行了分析。结果表明, 在杂交种先玉335中共检测到560个蛋白点, 在亲本PH6WC和PH4CV分别检测到507个和508个蛋白点, 而且先玉335胚芽及胚芽鞘中81%的蛋白点表现非加性累积模式, 其中 288个蛋白点表现为超高亲的上调表达, 仅15个蛋白点表现超低亲的下调表达, 因此推测非加性蛋白的累积可能是杂交种先玉335胚芽萌发过程中胚芽及胚芽鞘杂种优势产生的主要原因。用于质谱分析的13个差异极显著蛋白主要涉及代谢途径、蛋白折叠、胁迫响应、细胞骨架和细胞解毒5种类型。     

玉米雄穗分枝数性状遗传、杂种优势与亲子相关分析

以15个玉米F1代杂交种及8个亲本自交系为材料,在两种氮环境下研究了玉米雄穗分枝数的遗传力、杂种优势及亲子关系等。结果表明,玉米雄穗分枝数性状存在显著的基因型和基因型×氮水平互作差异,广义遗传力达0.52～0.86。该性状F1杂交种呈近中亲遗传和超显性遗传共存的特点,大多数组合表现出正向杂种优势。亲子相关分析表明,F1雄穗分枝数与父本、高亲值及中亲值之间相关性较高。研究结果为玉米育种关于雄穗分枝性状选择提供了一定的参考。     

玉米雌穗发育杂种优势相关miRNA的研究

杂种优势已广泛应用于玉米育种, 在提高玉米产量、品质以及增强抗逆性等方面起到了重要的作用, 然而杂种优势的分子机制尚不清楚。植物miRNA主要在转录和转录后水平调节基因的表达。为阐明miRNA是否及如何对玉米雌穗发育杂种优势产生影响, 本研究对玉米杂交种郑单958及其亲本自交系(昌7-2和郑58)进行了高通量miRNA测序和降解组测序。取玉米雌穗花序分生组织(IM)发育为成对小穗分生组织(SPM), 进而产生小穗分生组织(SM), 及小花分生组织(FM)将3个不同时期的雌穗样品用于miRNA建库测序, 鉴定出16个miRNA家族中的81个保守miRNA为非加性表达, 认为是与雌穗发育杂种优势形成相关的miRNA; 3个阶段中分别检测到80.30%、56.06%和48.10%的非加性表达的miRNA被显性或超显性抑制。鉴定出8种新的miRNA, 属于7个miRNA家族。通过雌穗降解组测序, 发现在郑单958及其亲本自交系中共同检测到的miRNA靶向42个基因的82个转录本。根据测序结果构建了miRNA参与玉米雌穗杂种优势的模型, 并推测在雌穗发育早期阶段杂交种雌穗的miRNA的普遍抑制导致其靶基因上调表达, 随着发育进程miRNA逐步解除抑制, 带来其靶基因表达量的逐步减少, 这种miRNA与其靶基因的拮抗关系也许与玉米雌穗发育杂种优势形成有关。     

六棱大麦杂种优势与配合力的研究

对六棱大麦杂种 F_120个组合及其9个亲本12个性状的杂种优势研究表明:株粒重、单株草重、株粒数和每穗粒重的杂种优势达20～35%;主穗长、株高、单株穗数、每穗粒数、千粒重和主穗粒数的杂种优势约为10～20%;主穗小穗数为5.49%,经济系数为负向优势-1.62%。由于各性状的遗传变异均以基因的加性效应为主,各性状的遗传力较高,故预     

玉米籽粒早期发育相关蛋白的差异表达特性

玉米籽粒发育早期,代谢活动旺盛,细胞分裂与增大活跃,为后续贮藏物质的合成形成充足库容。为阐明籽粒早期发育的蛋白合成、积累与调控过程,本研究以夏玉米品种登海661为试验材料,在开花期人工饱和授粉后第3、第5、第10天取果穗中部籽粒,利用同位素标记相对定量(iTRAQ)技术分析其蛋白差异表达特性。玉米籽粒早期发育阶段总计鉴定及定量2639种蛋白,这些蛋白涉及多种生物过程与分子功能,其中代谢过程和分子过程是最主要的2个生物过程;催化活性和绑定功能是最主要的2个分子功能,这些生物过程与分子功能对籽粒早期发育具有重要作用。定量分析结果表明137种蛋白在籽粒发育早期显著差异表达,其功能涉及蛋白代谢、胁迫响应、细胞生长与分裂、碳水化合物与能量代谢、转运、次生物质代谢、淀粉合成、转录、油脂代谢、信号转导、氨基酸代谢等。其中,表达差异较大的是与蛋白代谢、胁迫响应、细胞生长与分裂以及碳水化合物与能量代谢相关的蛋白。表达模式聚类结果显示这些不同功能类别的蛋白协同表达,共同调控玉米籽粒的早期发育。     

冬小麦主要性状的杂种优势及配合力分析

以６个冬小麦亲本按安全双列杂交第三种方法配制组合３０个，进行杂种优和势配合力分析。结果表明，穗粒重，株高，穗长，穗粒数均表面出明显的杂种优势；千粒重只有平均优势，没有超高亲优势；Ｆ１较亲本抽穗期平均提早两天，成熟期退后一天。评价一个亲本组合优势要结合一般配合力，特殊配合力及组合表现三方面来评价。     

华北地区不同年代玉米杂交种主要农艺性状演变规律研究

通过对我国华北地区1970-2005年审(认)定的26个玉米单交种的主要农艺性状的分析,认为我国华北地区玉米杂交种主要农艺性状的演变规律为:株型由平展型逐渐向紧凑型和半紧凑型过渡;产量稳步提高;穗长、穗粒数和行粒数增多;穗位高有下降趋势;秃尖长和秃尖度有上升趋势;千粒重、株高、穗行教、穗粗、出子率、ASI和成熟期等性状趋于稳定;产量的绝对杂种优势和相对杂种优势分别呈上升和下降趋势.试验结果认为,千粒重、行粒数、穗粒数和穗行数对提高玉米产量的作用最大,是我国华北地区20世纪70年代以来玉米杂交种提高产量的重要因素.     

大豆质核互作雄性不育系NJCMS2A及其保持系的花药蛋白质组比较研究

大豆质核互作雄性不育系NJCMS2A是以栽培大豆组合（N8855 ´ N1628）F₂不育株为母本,以N1628为父本,通过连续回交选育而成的,N1628（或NJCMS2B）为其同型保持系。对NJCMS2A和NJCMS2B的二胞花粉期花药进行蛋白质组比较分析,获得重复性好的双向电泳图谱,在分子量18.4~116.0 kD、等电点4~7线性范围内,检测到约217个蛋白点,其中差异表达蛋白点25个,包括在NJCMS2A 中出现而在NJCMS2B中缺失的蛋白点13个,在NJCMS2A中缺失而在NJCMS2B中出现的蛋白点10个,另有2个蛋白点的表达量在NJCMS2B中比在NJCMS2A中明显增强。利用基质辅助激光解吸飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）技术对差异表达蛋白进行分析,获得肽质量指纹图谱,用Mascot软件搜索NCBInr数据库,鉴定出14个差异表达蛋白,其中10个在NJCMS2A中出现而在NJCMS2B中缺失和4个在NJCMS2A中缺失而在NJCMS2B中出现。对热激蛋白22 kD、半胱氨酸蛋白酶、V型H+-ATP酶A亚基、MADS盒蛋白和淀粉分枝酶等主要差异蛋白进行功能分析,推测不育系NJCMS2A雄性不育性可能与能量代谢紊乱、细胞程序化死亡（PCD）、淀粉合成受抑制和花器官发育调节基因作用失控等有关。     

Proteomic Analysis of a Cotton Virescent Mutant Obtained by Space Mutation

We extracted total protein from the second-to-top leaves from the cotton line CCRI 58 and its virescent mutant CCRI 58vsp, which was obtained by space mutation. The protein profiles of the two lines were obtained by isoelectric focusing followed by SDS-PAGE. We analyzed the relative abundance of differentially expressed proteins in leaves between CCRI 58 and CCRI 58vsp using ImageMaster-2D Elite 7.0 software, and further identified the differentially expressed protein spots by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry(MALDI-TOF/TOF) analysis. The results showed that 41 proteins showed differential expressions between CCRI 58 and CCRI 58vsp. The PI values of these proteins were mainly concentrated in the range of 4.0 to 7.0 and their molecular weights ranged from 15.0 to 95.0 kDa. After further MALDI-TOF/TOF analysis, we identified 14 of the differentially expression proteins. Among these were ribulose-1,5 bisphosphate carboxylase/oxygenase, S-adenosylmethionine synthase, and flavanone3-hydroxylase. The positively identified proteins were associated with photosynthesis and light respiration, ethylene and polyamine synthesis, and flavonoid synthesis. Based on these differentially expressed proteins, we can explain some of the mechanisms of the cotton virescent mutant at the protein level.     

白菜型冬油菜温敏不育系PK3-12S育性转换的差异蛋白质组学分析

为揭示温敏不育系PK3-12S育性转换机制,本研究以白菜型冬油菜温敏不育系PK3-12花药为材料,采用2-DE和LC-MS/MS质谱鉴定等差异蛋白组学方法,分离鉴定了PK3-12在不育/可育条件下花药差异表达蛋白质,并对差异表达蛋白进行了生物信息学分析;进而采用RT-PCR检测了PK3-12在不育/可育条件下花蕾发育进程中差异蛋白编码基因表达量变化。结果表明,高温不育条件下, PK3-12花药形态瘪小,药室有少量败育花粉,育性转换受1对隐性基因控制,表达变化量在2倍以上差异蛋白质点31个,其中增量表达蛋白质点6个,减量表达蛋白质点11个,表达完全抑制蛋白点12个,不育花药特异表达蛋白点2个。质谱鉴定出15个差异蛋白质,参与信号转导通路、二羧基乙醛酸代谢、糖酵解代谢、次生合成代谢、氨基酸生物合成、分支酸生物合成、碳代谢途径等细胞过程。Rubisco亚基连接蛋白编码基因BrrbcL开放读码框(open reading frame, ORF)长度为1095 bp,编码364个氨基酸;与可育花蕾相比,发育进程中不育花蕾BrrbcL基因、膜联蛋白基因(ANN)、BetVI过敏原家族基因(BetVI)表达明显下调,表明上述基因可能参与了温敏不育系PK3-12S育性的转换。     

MS1与MS1-HS两种选择方法的比较研究Ⅱ.遗传方差、配合力及杂种优势

对ZZ4完成了4轮MS1-HS和MS1选择.结果表明,经4轮选择的群体,两种方法均有效地保留了各主要性状的遗传方差.MS1-HS选择的群体遗传方差下降速率更慢,C4群体的单株籽粒产量的遗传方差仅减少3.7%.穗长、穗粗、粒行数、行粒数、出籽率、百粒重的遗传方差的变化与单株籽粒产量一致,MS1C4的遗传方差减少了8%～15%,MS1-HSC4的遗传方差仅减少了4%～15%.株高、穗位高、抽丝期、植株保绿度、抗倒性等相关选择性状的遗传方差的变化与产量性状基本一致.MS1-HS法对改良玉米群体籽粒产量与测验种间的特殊配合力十分有效,呈逐轮上升的趋势;改良群体与测验种综系140间的杂交后代产量平均每轮提高6%,杂种优势平均每轮提高6.9%.两种方法在改良群体产量性状一般配合力方面,均得到了良好的效果.同时,穗部性状及株高、穗位、抽丝期、散粉期、抗性等田间农艺性状的一般配合力也获得了同步改良.通过ZZ4改良群体与6个测验种间杂交组合产量及杂种优势的比较研究,得出ZZ4与黄早四类种质为杂种优势模式对.     

Differential gene expression between wheat hybrids and their parental inbreds in seedling leaves

Differential display of mRNA was used to analyze the differences of gene expression in seedling leaves between heterotic hybrid/nonheterotic hybrid and their parental inbreds in order to study the molecular basis of heterosis in wheat. The results indicated that patterns of gene expression in hybrids differ significantly from their parents. Both quantitative and qualitative differences were observed. The quantitative differences include gene over-expression, gene under-expression in hybrid and dominant expression of highly-expressed parental genes in hybrids. The qualitative differences include silencing in hybrids of genes expressed either in male or female parent, and silencing in hybrids of genes expressed in both parents. Expression in hybrid of genes only expressed either in male or female parent was also observed. It was also found that some genes expressed at high level in heterotic hybrid were underexpressed or expressed at low level in nonheterotic hybrid. One differentially expressed cDNA fragment 4B was cloned and sequenced after being confirmed through Northern blot analysis. Homology search in GenBank proved that the cDNA fragment is a new sequence. The selection of primers for differential RNA display in wheat and the relationship between wheat heterosis and alteration of gene expression in hybrids as compared to their parental inbreds were also discussed. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

中棉所12及其选系配制的4个杂交棉幼苗期基因差异表达

以与中棉所12及其2个选系为亲本组配的4个杂交棉中棉所28、中棉所29、湘杂棉2号和冀棉18苗期的根和顶端叶为研究材料,采用cDNA-AFLP技术分析苗期杂交棉与亲本的根和叶基因差异表达,并用QuantitativeReal-Time技术加以验证.结果表明:(1)在4个杂交组合中,中棉所12选系是营养生长杂种优势高值亲本;(2)杂交种和亲本间存在显著的基因表达差异,可分为杂交种上调、单亲显性、单亲沉默、杂交种下调4种表达型.4个杂交组合在三叶期根和叶中差异表达基因的4种类型比例趋势基本一致,单亲差异表达型(包括显性和沉默表达)在根和叶中所占比例较高,杂种下调表达型所占比例较低,反映出苗期单亲差异表达型在杂种优势形成中起主要作用;叶部差异表达基因数目和比例(29.20%～46.09%)比根(15.65%～22.49%)高的多,说明叶中基因差异表达可能比根中基因差异表达对杂种优势形成作用更大;(3)高值亲本中棉所12选系与杂交棉共同表达的基因多于低值亲本与杂交棉共同表达的基因,从分子水平上证明中棉所12选系在杂交棉冀棉18、中棉所29和中棉所28的苗期营养生长杂种优势产生中起优势亲本的作用;(4)4种杂交组合差异表达基因(包含叶和根)占总表达基因的27.00%～34.56%,分析差异表达基因类型和4个杂交组合的关系发现,超显性效应占3.30%～7.17%,超低亲效应占2.62%～4.14%,低亲效应占5.65%～13.03%,显性效应和加性效应是主要的杂种优势效应,占79.52%～83.79%.多种杂种优势效应的并存说明杂种优势可能是多基因共同作用产生多种效应的结果;(5)超亲优势组合中棉所28的超显性效应占7.17%,明显高于其他3个表现中亲优势组合,说明杂交种上调表达型可能对苗期杂种优势产生起重要作用.     

陕农138小孢子发育过程中蛋白表达差异的比较分析

为了寻找小麦单核中晚期愈伤组织诱导率较高的原因,探讨小麦花药发育的蛋白质代谢机制,本试验利用双向电泳技术对陕农138小麦小孢子单核中晚期和双核期的全蛋白分析表明,在等电点4~7之间可识别约450个以上清晰的蛋白质点,检测到差异点26个,对其中14个质量较好、重复性较高的差异表达的蛋白质点采用基质辅助激光解吸分离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)进行肽指纹图谱分析,并利用Mascot软件在NCBInr数据库搜索,鉴定出11个蛋白质点,另3个蛋白质点未得到有意义的鉴定,11个蛋白质点分别被鉴定为UDP-葡萄糖焦磷酸化酶(1个蛋白点)、叶绿素抗体结合蛋白(1个蛋白点)、pentatricopeptide重复蛋白PPR566-6 (1个蛋白点)、半胱氨酸蛋白酶抑制剂(1个蛋白点)、泛素(1个蛋白点)、S-腺苷-L-半胱氨酸水解酶(2个蛋白点)、放氧增强蛋白(2个蛋白点)和假定蛋白(2个蛋白点)。这些蛋白质点的功能涉及到糖代谢、蛋白质降解、细胞防卫等代谢过程。     

玉米亲本间遗传距离与杂种优势及配合力的关系

以6个玉米自交系及其双列杂交组合进行试验,用3种方法计算的遗传距离来研究距离与杂种优势及配合力的关系。结果为:(1)PD~2(表—主—欧法计算)和GD~2(基—主—欧法计算)与穗粒重平均优势具有显著抛物线关系,PGD~2(表—主—道—欧法计算)与穗粒重平均优势亦有抛物线关系的趋势。(2)亲本的一般遗传距离(GGD~2)和一般表型距离(GPD~2)与亲本吐丝日数的一般配合力呈现高度负相关。(3)GD~2和PD~2与穗粒重、吐丝日数、穗长、千粒重的特殊配合力无确定关系,与穗行数、果穗重、穗位高、株高的特殊配合力略呈抛物线关系。PGD~2与上述8个性状的特殊配合力有抛物线关系的趋势。(4)杂交组配时应考虑:在类间选择亲本;双亲间PGD~2较大;双亲自身产量较高。