T-DNA插入产生的水稻多分蘖突变的遗传分析

在筛选和鉴定水稻T-DNA(含Basta抗性基因Bar)插入纯合体的过程中，观察到一个多分蘖的突变体。其分离群体中多分蘖和正常分蘖两种植株类型的分离比率为3∶1，符合1对基因的显性遗传。Basta 抗性检测、PCR分子检测及Southern杂交证实，该突变体是由单一T-DNA插入引起的，多分蘖性状与T-DNA共分离。该突变材料可用于插入座位的     

一个水稻雄配子不育基因MGA1(t)的遗传及表达特征分析

在水稻转基因材料后代中筛选到一个自交后代标记基因呈1:1异常分离的雄配子不育突变体(暂命名为Male gametophyte abortion1,mga1(t))。该突变体花粉约50%败育,花粉败育表型与T-DNA共分离,且只能通过雌配子传递,表明mga1(t)是一个T-DNA插入引起的雄配子败育突变体。Southern blot分析表明,mga1(t)为单拷贝T-DNA插入突变体。侧翼序列分析发现T-DNA插入在水稻3号染色体上一个Bax inhibitor(BI)-1 like家族蛋白基因的5’非翻译区,该基因可能与细胞程序性死亡有关。RT-PCR表达分析显示MGA1(t)基因在水稻不同生长发育期均有表达,尤其在长度发育为0～7mm的颖花中强表达,表明该基因是一个水稻雄配子优势表达基因。     

一个 T-DNA 插入突变体的分子鉴定及表达分析

突变体在水稻功能基因组研究中具有重要的作用。对水稻OsFCA位点的插入突变体进行了分子鉴定,证实此突变体为纯合突变体,并且发现突变体与野生型植株相比,抽穗期明显延迟。通过RT-PCR结果分析表明, T-DNA插入的突变体植株中OsFCA基因完全不表达。另外,在短日照条件下,对水稻成花相关的2个重要基因Hd1和Hd3a的RT-PCR分析表明,在野生型植株中,2个基因的表达量都明显高于突变体植株,尤其是在夜间的表达量相差较为明显。说明OsFCA在短日照条件下通过正向调控Hd1和Hd3a的表达促进水稻的开花。     

T-DNA诱发的小麦强分蘖突变体研究初报

利用农杆菌介导的小麦活体转化技术转化多个小麦品种,得到一定数量的小麦转化体植株。在小麦品种鲁麦21的遗传转化体T0代植株中发现一强分蘖突变体,通过PCR技术和Southern杂交技术证明该突变体含有T-DNA序列;该突变体表现为单基因隐性突变,在突变体T3代中均能通过PCR扩增到T-DNA内的序列,表明该突变体为T-DNA插入诱发的突变体。通过对该突变体初步分析表明突变基因与温度应答有关,随温度的降低,突变体分蘖速度加快。     

尖孢镰刀菌T-DNA插入突变体的筛选及插入基因分析

在建立T-DNA插入突变体库的基础上,为筛选出致病力明显下降的突变体并明确其插入位点信息,对突变体的培养表型和致病性差异进行测试,研究结果为进一步阐明尖孢镰刀菌致病分子机制奠定基础。在前期构建的T-DNA插入突变体库中,采用PCR检测筛选了300株T-DNA插入突变体,观察和测定菌落形态、生长速率、产孢量、遗传稳定性等生物学性状,用海棠胚根接种法比较突变体致病力差异,对筛选到的致病力明显减弱的突变体进行插入位点侧翼序列分析及Southern杂交分析。结果显示,283个供试突变体都已插入目的基因,并伴有绿色荧光。将T-DNA插入突变体连续转接培养5代后,在含潮霉素B的培养基上能稳定遗传,且菌落形态和颜色无明显改变;在对283株突变体进行致病性测定中,87.9%的突变菌株致病力减弱,在致病力减弱的突变体中,HS2-520、HS2-1016和HS2-2109几乎丧失了致病性。选取8株致病力明显减弱的突变体进行Southern杂交分析,结果显示,其中6株突变体为单拷贝插入菌株,1株为双拷贝插入菌株。对这8株突变体进行了TAIL-PCR侧翼序列扩增,经公司测序,与野生菌株HS2基因组序列比对后获...     

大丽轮枝菌致病缺陷型T-DNA插入突变体的筛选与鉴定

【目的】从大丽轮枝菌T-DNA突变体库中筛选鉴定致病缺陷型突变体并分析致病相关基因。【方法】将落叶型大丽轮枝菌菌株Vd991的294个T-DNA插入突变体在寄主棉花上进行致病力测定。利用Southern杂交和hiTAIL-PCR(High-efficiency thermal asymmetric interlaced PCR)技术分别对筛选获得的9个致病力显著降低的突变体进行拷贝数和侧翼序列分析。【结果】与接种野生型Vd991的棉花相比,接种突变体的棉花的病情指数极显著降低。Southern杂交表明其中1个突变体中T-DNA为双拷贝插入,其余8个突变体均为单拷贝插入。生物学特性分析发现T-DNA的插入导致这些突变体在生长速率和产孢量等方面与野生型Vd991相比均有不同程度的降低。Blast比对分析明确了这些突变体中T-DNA的插入位置和在基因组上的分布,并从野生型菌株Vd991中成功克隆得到了这些可能影响大丽轮枝菌致病力的相关基因。【结论】筛选和鉴定T-DNA插入突变是在全基因组范围内快速获得致病相关基因信息的1种有效方法,极大的促进了大丽轮枝菌的致病分子机制等研究,为进一步培育抗病棉花品种奠定了基础。     

水稻密穗突变体A989突变基因克隆和转基因植株分析

从水稻T-DNA插入突变群体中分离得到一个密穗突变体A989,表现晚开花、穗二级枝梗和小花数增加以及包颈。分子检测证明A989中T-DNA是单拷贝插入,通过inverse PCR的方法分离得到A989中T-DNA的旁邻序列,表明T-DNA插入在RCN2基因polyA加A位点后330bp处;RT-PCR检测发现在A989中,RCN2基因的表达被显著上调。利用2×35S启动子在野生型水稻Zhonghua 11中超表达RCN2基因,转基因植株表现为不抽穗,通过细胞学观察发现转基因植株能完成营养生长向生殖生长的转变,但是生殖生长期的分生组织在分化出二级枝梗原基后停止分化和生长。此外,通过比较部分开花相关基因在野生型Zhonghua 11、突变体A989中的表达,推测了RCN2基因可能的作用途径。     

水稻穗大小决定基因PS1的遗传分析及克隆

穗大小是影响水稻产量的重要农艺性状之一。本研究在水稻粳稻品种"中花11号"T-DNA插入突变体库中鉴定了一个植株略矮、穗长变短25%、一次枝梗和二次枝梗数目分别减少33%和80%、且粒型变异的突变体。T-DNA标签共分离检测表明:该突变体的表型与T-DNA插入无关。通过与籼稻品种"珍汕97"配置杂交组合构建遗传作图群体,F2杂合后代符合经典孟德尔遗传分离比3:1,证明突变性状受一对隐性基因PS1(Panicle Size 1)所控制。采用图位克隆的方法,将基因PS1初步定位在第11号染色体短臂上的IN44和IN50标记之间,两标记物理图距为105 kb。对候选基因进行进一步的表达量分析、比较扩增及测序发现基因LOC_Os11g12740(即SP1)可能是本研究的PS1基因。本研究为进一步分离克隆PS1基因及对水稻穗大小发育的深入研究提供依据。     

一个新的水稻细条纹叶色突变体特性分析和基因克隆

叶色突变体作为一种易于观察的性状突变,是开展光合系统的结构和功能、叶绿素生物合成及其调控机制研究的理想材料。本研究以水稻T-DNA插入细条纹叶色突变体为研究材料,通过叶片的形态鉴定、石蜡切片、叶绿素和光合速率测定,分析突变体的表型和光合特性;采用TAIL-PCR技术,定位和克隆该突变基因。结果表明:突变体苗期幼叶上呈现间断的白色细条纹,而叶鞘、叶脉表现正常,三叶期后至分蘖期叶片逐渐转绿;突变体叶色对温度变化敏感;是国内外尚未报道的一种新型水稻细条纹叶色突变体。根据T-DNA插入标签,确定突变候选基因位于第7染色体上,并对候选基因进行了克隆已获得部分cDNA序列,暂命名为fs3(t)。     

棉花黄萎病菌T-DNA插入突变体库的构建及其表型分析

 以棉花强致病力黄萎病菌株V592为材料,利用农杆菌介导的T-DNA插入技术构建了一个含15000个转化子的突变体库,对突变体的生物学特性、致病力及T-DNA插入拷贝数进行研究,结果显示：(1) 突变体的菌落形态分为菌核型、中间型、菌丝型和菌膜型,分别占92.12%,4.54%,3.19%和0.15%;（2）菌核型、中间型和菌丝型菌株,在菌落生长速度和孢子大小方面无明显差异;而在产孢量方面,菌核型普遍强于中间型和菌丝型;（3）致病性测定显示,菌核型的致病力普遍强于中间型和菌丝型;（4）Southern杂交显示,T-DNA单拷贝数插入的突变体比率约为70.99%,而菌核型的单插入率为80.00%,明显高于中间型(69.23%)和菌丝型(64.71%)。以上结果表明,农杆菌介导转化技术可用于棉花黄萎病菌突变体库的快速构建,突变体的菌落表型与其产孢能力、致病力及T-DNA插入拷贝数等之间存在一定的相关性。     

水稻突变群体的构建及功能基因组学

随着水稻基因组全序列的测定完成，功能基因组学已成为重点研究内容。功能基因组学主要研究生物有机体内各基因的生物学功能进而了解所有基因如何协调发挥作用完成一系列的生长发育过程。目前已经发展了多种分析鉴定基因功能的方法，其中最直接最有效的方法是构建饱和的基因突变群体，通过突变体分析鉴定基因功能。本文主要阐述了各种构建方法及其优缺点以及在功能基因分离鉴定上的应用。自发突变的频率极低，且自发突变基因的分离难度比较大，只能作为突变群体构建的辅助方法。利用EMS等化学诱变剂可以在短时间内构建大量点突变群体，并可用TILLING进行突变检测，但多位点的点突变使突变表型难以鉴定。由快中子等物理诱变也可以在短时间内构建大量缺失突变体，且可用Ddeteagene系统进行检测；但多基因缺失、多位点缺失和内含子缺失等使突变表型的分析可能无法进行。利用T—DNA、转座子和反转录转座子等构建插入突变体已经成为突变库构建的主要方法。T—DNA插入已成功应用于水稻大规模突变体的构建，但只限于转基因效率较高的品种；T—DNA在基因组中整合的复杂性以及转基因过程中由组织培养等引发的突变等，增加了突变体表型和分子分析的难度。Tos17是目前应用最为成功的反转录转座子，但多拷贝的插入使突变体的表型鉴定和分子鉴定较为困难，因为只有10％左右的突变性状是由Tos17插入引起的。理论上，Ac／Ds双因子系统是目前最理想的水稻插入突变库构建体系，Ds的单拷贝插入，大大方便了突变体的表型分析和分子鉴定；Ds的回复突变，可以验证突变表型是否由Ds插入引起；但在血转座酶驱动下Ds可能发生的多次跳动所形成的痕迹(footprint)也可能影响突变表型的分析。RNAi可以有效地使目标基因沉默，但并不是所有基因均可被RNAi沉默；对多因一效基因或同源性较高的基因家族，RNAi会同时作用这些基因，沉默表型很难鉴定。可见，每一种方法都有各自的优缺点，但不同的方法是可以互补的，通过各种方法是能够构建成理想的水稻突变库的。     

水稻Ds插入双分蘖突变体形成机理的分析

在水稻Ds插入突变株筛选过程中,发现一个在同一分蘖节形成大、小两个分蘖的双分蘖突变体dt1（double tillers mutant）,两个分蘖均可正常抽穗形成有效分蘖。采用TAIL-PCR技术从该突变体中克隆了Ds插入的侧翼序列,将该序列作为查询序列进行核苷酸序列数据库（NCBI-BLAST）在线比对分析,发现所克隆的Ds侧翼序列与3号染色体的克隆OJ1345H02（gi|21281466）序列同一性达100%。以FGENESH和GeneMark.hmm两种软件分别对Ds插入基因的结构进行分析,在外显子的数目、大小、位置等方面均得出高度一致的结果。同时,用NCBI Entrez server和Pfam等软件对该基因进行功能预测,推测的基因编码产物含保守的FH2结构域,为水稻类形成素蛋白。突变体后代Ds插入基因型分析显示,其后代出现分离,表明该突变体为Ds插入杂合体。     

一个新的水稻黄绿叶突变体的遗传分析及突变基因的精细定位

在水稻品种Dongjin的T-DNA插入突变体库中筛选到一份黄绿叶突变体T113,该突变体在生长的整个时期叶片都呈现黄绿色,且越到后期表型越明显。T113与野生型亲本Dongjin相比,叶片光合色素含量明显降低,株高变矮,结实率降低,每穗着粒数、穗长和千粒重均明显减少,抽穗期延迟,且黄绿叶性状不受温度影响,叶绿体中的类囊体排列较为疏松,出现更多的嗜锇体,叶绿素合成和质体发育相关基因表达量发生改变。遗传分析表明,T113的突变性状由1对隐性核基因控制。利用T113/N22的F2群体,将突变基因定位在第2染色体长臂Indel标记CX2和JX18之间,物理距离约为79 kb,此区间内包含12个预测基因。     

转Xa23基因水稻的白叶枯病抗性及其遗传分析

在分离克隆抗白叶枯病基因Xa23研究中获得大量转基因水稻材料。为了系统研究转Xa23基因水稻的抗病稳定性和遗传模式, 本文通过逐株进行抗白叶枯病接种鉴定、PCR和Southern blot分子检测, 对一批转Xa23基因水稻植株进行了T₀代到T₂代的跟踪分析。结果表明, Xa23基因的整合和表达, 使感病受体品种牡丹江8号获得抗病性。由于Xa23基因插入受体基因组的位点不同, 同是单拷贝插入的转基因T₀代抗病植株, 其抗病程度有明显差异。T₀代植株的抗病程度, 可以准确、稳定地遗传到T₁代和T₂代。单拷贝转基因植株分离群体的抗感植株分离比接近3∶1, 表明转Xa23基因遵循孟德尔单基因遗传模式。已获得2个纯合的单拷贝转基因抗病株系, 它们的抗病程度稍有差别, 将用于外源基因插入位置效应分析和杂交稻抗病育种。     

Determining the basis of nonhost resistance in rice to cereal rusts

Cereal rusts are a constant disease threat that limits the production of almost all agricultural cereals. Rice is atypical in that it is an intensively grown agricultural cereal that is immune to rust pathogens. This immunity is manifested by nonhost resistance (NHR), the mechanisms of which are poorly understood. As part of the Borlaug Global Rust Initiative (BGRI), studies are being undertaken to dissect the molecular mechanisms that provide rust immunity in rice and determine if they can be transferred to wheat via transgenesis. Microscopic analyses showed that cereal rusts are capable of entering the rice leaf via formation of an appressorium over a stomate and subsequent infection of underlying mesophyll cells. However, there is considerable variation in the extent of colonization at each infection site. Our research effort has focused on screening for increased growth of cereal rust using natural and induced variants of rice. Two collections of rice mutants, T-DNA insertional mutants and chemical/irradiation-induced mutants, and diverse germplasm accessions are being screened for compromised NHR to cereal rusts. Preliminary screening with stripe rust identified several potential mutants that allow increased fungal growth. The confirmation of these lines will serve as the foundation for the isolation of gene(s) responsible for this compromised resistance. Details of the strategies being undertaken and progress to date are provided.     

转ppc基因水稻苗期抗旱特性研究

通过C₄转基因技术改善C₃作物光合作用, 以期提高作物产量是国内外研究的热点之一。然而, 目前关于转磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因对水稻的光合作用、产量和抗旱性的影响及其调节机理仍不很清楚。本研究以T₄代转ppc基因水稻为材料, 进行产量和苗期抗旱性研究。结果表明, 在旱作栽培条件下, 两个转ppc基因株系(T1, T2)单株产量分别比未转基因的对照(WT)增产28%和42%, 分蘖增加27%和40%; T1和T2可维持较高的光合速率、气孔导度和水分利用效率; 干旱胁迫使超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量增加, T1和T2 SOD活性增幅(+25%)都显著高于WT(+9%), 而MDA含量增幅显著低于WT, 表明转ppc基因水稻具有较强的抗氧化能力; T1和T2比WT具有较高的脯氨酸含量和渗透势下降幅度, 说明转PEPC基因水稻的渗透调节能力高于对照。PEG-6000处理下, 得到的结果相似。