花生属人工异源多倍体进化早期基因表达变化的cDNA-SCoT分析

为了探索花生属异源多倍体进化理论和种间杂交过程所涉及的遗传机制,以四倍体栽培种花生与二倍体野生种A. doigoi及其种间杂种F₁和早期多倍体世代(S₀~S₃)为材料,采用cDNA-SCoT技术研究花生属人工异源多倍体进化早期基因表达变化规律。12条SCoT引物共扩增出108个cDNA片段,获得差异片段80个,占扩增总条带数的74.07%,对其中的35个差异片段进行克隆测序,有26个和GenBank数据库中已录入的基因具有较高的相似性,包括能量与代谢相关基因(8个)、未知功能蛋白基因(3个)、抗逆性相关基因(4个)、信号传导相关基因(2个)和反转录转座子相关基因(9个)。这说明花生属种间杂交人工异源多倍化早期世代发生着快速、剧烈的基因表达变化;从中获得的一些差异基因片段可用于花生属异源多倍化的分子机制研究。     

利用荧光原位杂交技术分析新合成异源四倍体拟南芥

在植物异源倍化育种中或者通过异源多倍化导入有利基因时,初级杂交后代异源多倍体减数分裂期间,避免部分同源染色体干扰,使同源染色体正常联会和配对以及正确分离是产生功能性雌雄配子的细胞学基础。本研究通过种间杂交技术,获得初级杂交后代异源四倍体拟南芥A. suecica,并重点分析其花粉母细胞减数分裂期同源染色体联会和配对情况。利用DAPI技术染色证明了花粉母细胞减数分裂期间核内染色体数目的正确性和均等分裂;而用荧光原位杂交技术进一步证明了核内染色体组的来源的正确性和同源染色体联会和配对的精准性。该结果证实新合成异源多倍体能进行正常的减数分裂和产生功能性雌雄配子,为种属间杂交和异源多倍体育种以及植物杂种优势利用提供了有利的细胞遗传学证据。     

同源多倍体化效应研究进展

同源多倍体在自然界中的分布非常广泛。为了全面了解与掌握同源多倍体的相关研究进展,明晰相关的研究重点与薄弱环节。对国内外相关研究成果进行了综合分析,重点介绍了多倍体的各种类型以及同源多倍体植物中基因表达变化的特点, 包括基因的沉默、激活和基因表达水平的变化, 探讨了基因表达变化的分子机制。另外,对基因组加倍在进化中的效应也做了阐述。研究发现,与典型的同源多倍体显著不同的是,不少二倍体化的同源多倍体基因组出现缩减的现象。有限的研究资料显示,基因组加倍后的最初几代内没有经历剧烈的基因重构,也没有经历广泛的基因组重组。生物地理学及生态学研究发现同源多倍体的产生与环境的改变有紧密的联系。与异源多倍体相比,同源多倍体的研究还没有得到应有的重视。今后应对同源多倍体基因组的大小和基因表达模式进行不同层次与系统的研究。可以预见同源多倍体在农作物品种改良及农业生产上的积极作用将非常深远。     

小麦族物种线粒体基因rrn18–trnfM区域的序列多样性分析

为了研究线粒体基因组在小麦族物种中的遗传变异与进化关系,选用小麦族的14个二倍体及7个多倍体物种,对其线粒体rrn18-trnfM 基因区域进行PCR扩增并对扩增所得的片段进行克隆测序。获得大小不同的2种片段类型,大片段为513或515 bp,小片段为447或449 bp。其主要差异在trnfM区,即大片段存在trnfM基因,小片段缺失trnfM基因,再次证明以前报道的大麦属和小麦属间的分歧。而中间偃麦草同时存在两扩增片段类型,表明多倍体物种mtDNA具有双亲遗传现象。中间偃麦草的RT-PCR分析发现小片段没有转录,大片段能转录,因而考虑高频重组和选择性表达作为中间偃麦草的线粒体基因组独特的进化系统,这与核基因组进化系统不同。     

花生中DREB类转录因子PNDREB1的克隆及鉴定

脱水响应元件结合因子(DREB)是一类对多个抗逆相关基因表达起调控作用的植物特有的转录因子,在植物抗逆能力综合改良方面具有重要作用。本研究通过筛选花生未成熟种子的cDNA文库,分离到一个DREB类基因——PNDREB1(FM955398)。该基因序列长度为687 bp,推测编码蛋白含有229个氨基酸残基,相对分子量为24.7 kD,理论等电点为5.97,与其他物种中该类转录因子序列同源性较高。利用酵母单杂交系统,对花生PNDREB1与DRE元件的特异识别和结合能力及其C-末端转录激活活性进行检测,显示,转入含有该基因及阳性对照基因的载体均可使酵母菌株正常生长,且具有显色反应,而转入空载体的酵母菌株不能生长,证明基因PNDREB1中的AP2结构域具有和DRE元件特异性结合的能力;同时,只有转入含有该基因C-末端片段及阳性对照基因的载体可使酵母菌株正常生长,并具有显色反应,而转入空载体的酵母菌株不能生长,说明其C-末端片段具有转录激活活性,该基因为DREB类转录因子。基因表达模式分析显示,PNDREB1为组成型表达,且被低温强烈、迅速诱导表达,并对干旱胁迫也有一定程度的响应,但对高盐和ABA处理没有响应。     

杜鹃花属植物种质创新研究进展

杜鹃花是中国传统十大名花之一,栽培历史悠久,具有较高的观赏价值。相对于中国丰富的野生杜鹃花资源,国内杜鹃花种质创新进展缓慢。目前杂交育种仍是杜鹃花属植物种质创新的主要技术手段。杂交亲本的选择、正反杂交(向性)、杂交亲本的亲缘关系及系统分类地位等都会影响杂交的亲和性,因杂交亲和性的差异,受精障碍可能发生在受精前、后的各个不同阶段。针对受精前、后障碍,可以通过不同的授粉方法、杂交组合的合理配置,结合胚拯救技术,克服受精障碍,提高杜鹃花属植物的育种效率。虽有杜鹃花多倍体育种的相关研究报道,但人工诱导的多倍体商业品种还比较少见。秋水仙素(Colchicine)、氨磺灵(Oryzalin)、氟乐灵(Trifluralin)等在杜鹃花多倍体诱导中都有应用,杜鹃花多倍体在观赏特性上表现出叶片肥厚、花大等性状,一般对逆境胁迫的生长适应性也会提高,但也有杜鹃花多倍体抗性减弱的报道。多倍体可以帮助恢复杂交亲本育性,作为杂交亲本进行远缘杂交,有利于提高远缘杂交亲和性,采用异源多倍体可以克服因远缘杂交带来的缺少成对染色体配对而导致的杂种不育等问题。杜鹃花的转基因工程中,主要以农杆菌介导法和基因枪法为主,其中农杆菌介导法的基因转化率较高。本综述结合国内外的研究报道,对相关研究概况方面展开全面论述,以期为后期的杜鹃种质创新研究提供理论依据和技术支撑。     

花生膜联蛋白基因AhAnn1的克隆与表达分析

为挖掘花生抗逆境胁迫相关基因,克隆抗逆相关膜联蛋白Annexin基因,以花生品种花育25号为试验材料,从已知抑制消减杂交文库中获得花生膜联蛋白Annexin类似基因片段,通过RACE技术获得Annexin基因5'-RACE片段。对5'-RACE序列和抑制消减杂交文库中已知基因片段进行拼接,设计特异引物通过逆转录-聚合酶链式反应(RT-PCR)扩增得到该基因,命名为AhAnn1。结果表明,AhAnn1全长为1 277 bp,开放阅读框为951 bp。根据编码区预测AhAnn1编码一条316个氨基酸组成的多肽,预测分子量为36.10 k Da,等电点为7.07。预测该基因编码的蛋白含有膜联蛋白Annexin保守结构域,定位于细胞质中。蛋白序列多重比对和系统发育分析表明,花生与大豆、苜蓿、鹰嘴豆等豆科植物中的膜联蛋白相似性最高,亲缘关系最近。荧光实时定量PCR结果显示,AhAnn1在根系和叶片中的表达量随干旱胁迫程度的增加而增加。由此推测AhAnn1是一种干旱胁迫应答基因,在花生逆境调控中发挥作用。结果为进一步研究花生AhAnn1基因的功能和花生抗逆境胁迫相关分子机理提供了理论基础。     

花生籽仁不同发育时期的转录组测序分析

通过花生籽仁不同时期转录组测序分析,从分子水平上揭示控制花生油脂合成的重要基因。本研究以高油和低油花生新品系为研究对象,构建了花生籽仁早期和中后期4个转录组测序文库。通过高通量测序共获得了59 236条Unigenes,其COG功能涉及了大多数的生命活动,整体功能类的基因最多有4 730条;其中与代谢类和油脂转运相关的基因有654条;Unigene参与的花生代谢通路可分为126类,其中涉及生化代谢的Unigene数量最多,达到了7 672条,占整体的32.95%;有4大类代谢与油脂相关,分别是脂肪酸的生物合成,涉及的基因有85条;脂肪酸的生化代谢,涉及的基因有145条;不饱和脂肪酸的生物合成途径,涉及116条基因;亚麻酸的代谢途径,涉及有138条基因。对花生籽仁两个不同发育时期的差异表达基因进行分析,共得到了120多种代谢途径(passway);并且籽仁发育中后期基因的表达量大部分下调,说明花生种子发育初期,各类调控脂肪酸合成的基因比较活跃,而随着合成油脂调控的不断继续,相关调节基因表达量下降,同时各类脂肪酸和油脂的合成也渐渐变慢。研究结果为深入揭示花生籽仁发育过程中油脂合成调控的相关基因及其功能提供了丰富的数据资源。     

利用基因芯片技术筛选棉纤维伸长相关基因

从回交近交系(backcross inbred lines, BIL)群体中选取纤维长度差异较大的两个系NMGA-062 (33.03 mm)和 NMGA-140 (25.87 mm),利用Affymetrix棉花基因芯片,分析其开花后10 d (DPA, days post anthesis)棉纤维伸长相关基因表达谱。在24 029条转录本中,两材料间差异表达的转录本有7 282条,占总数的30.31%;其中差异表达倍数在2倍或2倍以上的转录本有3 993条,占筛选转录本总数的16.62%,功能分类表明这些转录本主要包括功能预测基因(15.57%)、翻译、核糖体结构相关基因(13.54%)和翻译后修饰、蛋白质转换相关基因(9.29%)3大类。为了验证芯片数据的可信性,8个差异表达显著的基因(Ghi.10655.1.S1_s_at, ACO1, ARF1, SAHH, TUA6, TUA7, β-tub1, β-tub10)被用于实时荧光定量PCR。两种检测手段表现出一致性。随后,利用实时荧光定量PCR对3个与棉纤维相关基因(ARF1, β-tub1, β-tub10)在纤维发育不同时期(5、10、15、20和25 DPA)的表达模式进行了研究,结果表明,3个基因在纤维伸长发育时期(10和15 DPA)大量表达,推测这3个基因可能与棉纤维伸长有重要关系。     

基因沉默技术及其在棉花中的应用

基因沉默是指生物体内基因表达调控的重要手段,主要表现为特定基因的表达量下调或表达受到抑制。基因沉默主要有两种,转录水平上的基因沉默和转录后基因沉默。前者主要包括基因甲基化、位置效应、同源基因的反式失活、后成修饰作用以及重复序列引起的基因沉默;后者主要包括共抑制和RNA干扰引起的基因沉默。基因沉默广泛存在于植物体中,是一种基因表达调控和抵御病毒侵害的重要机制。文中介绍了基因沉默的类型和作用,重点评述了基因沉默技术在植物基因功能研究,尤其在棉花种质创新与品种改良方面的应用进展。     

野生花生遗传物质渗入到栽培种的分子证据

花生属野生种具有高抗严重影响花生产量的主要病虫害的优良基因,花生区组二倍体野生种A.correntina对锈病、斑驳病毒病、PStV、蓟马、蚜虫、叶蝉、螨虫、玉米螟等多种病虫害也具有抗性.19份由珍珠豆型农家品种贺粤1号与A.correntina经可育性杂交获得三倍体F1代,F1代再经过人工染色体加倍、回交和多代自交选择,形成的能稳定遗传且性状优良的四倍体新品系,4份栽培品种和野生亲本A.correntina共24份材料用于SSR分析,40对SSR引物中有3对引物PM36、PM50、PM305,能在部分杂种后代（PM36：T60;PM50：J17、J20、J22;PM350：J7、S11、T62）中稳定地扩增出野生亲本的特异谱带,表明这些材料整合了野生亲本的遗传物质.SSR特异谱带可以作为这几份材料中野生亲本A.correntina的特异遗传标记.此外,有两对引物PM36、PM106能在一些杂种后代中扩增出父母本没有的DNA条带,使SSR分子标记表现出非共显性.     

栽培花生Aux/IAA家族鉴定与生物信息学分析

Aux/IAA(Auxin/Indole-3-Acetic Acid)家族是生长素(Auxin)信号的早期响应基因家族之一,广泛参与调控植物的生长发育。然而目前对于栽培花生(Arachis hypogaea)Aux/IAA家族的研究还未见相关报道。本研究在栽培花生中共鉴定到了34个Aux/IAA基因,分布在15条不同的染色上。多重序列比对分析发现花生Aux/IAAs具有4个保守结构域,分别为Ⅰ-Ⅳ。聚类分析将花生Aux/IAAs分为Ⅰ-Ⅷ,8个亚家族。各个亚家族内部基因具有相似的保守基序,而基因之间的内含子/外显子结构存在差异。基于基因表达模式分析将栽培花生分为A和B两组基因,A组基因在花生各个组织的表达量都相对较高,而B组基因的表达具有组织特异性。基于以上结果,本研究将为进一步对Aux/IAA家族的基因功能研究提供科学依据。     

野生花生脂肪酸组成的遗传变异及远缘杂交创造高油酸低棕榈酸花生新种质

以花生属19个近缘野生物种87份种质和113份栽野远缘杂交后代为材料, 系统分析野生花生脂肪酸组成的遗传变异及其在栽培种花生脂肪酸改良中的潜力。结果表明, 野生花生的棕榈酸含量与栽培种花生相似, 硬脂酸和油酸含量略低于栽培种花生, 亚油酸含量略高于栽培种。不同物种间以及同一物种内不同资源间的脂肪酸组成存在较大差异。A. rigonii棕榈酸含量较低, A. pusilla和A. duranensis油酸含量较高, A. batizocoi亚油酸含量较高, A. rigonii和A. duranensis油酸和亚油酸含量变幅较大。发掘出油酸含量达60%以上的野生资源2份(19-6, A. duranensis和23-1, A. sp.), 亚油酸含量达40%以上的资源7份, 其中A. rigonii(编号为11-4)亚油酸含量高达48%, 是目前所发现的花生资源中亚油酸含量最高的种质。远缘杂交后代脂肪酸的变异远远超过亲本间的差异, 而且不同组合间的棕榈酸、硬脂酸、油酸和亚油酸含量差异达显著或极显著水平。通过远缘杂交获得了6份油酸含量达64.0%以上且棕榈酸含量在8.5%以下的新种质, 其中yz8913-8油酸含量达67.85%, 比其栽培种亲本提高近30个百分点, 且棕榈酸含量仅7.60%。SRAP检测表明, 这6份远缘杂交后代除整合了亲本的DNA片段外, 还产生了新的DNA片段, 有的还丢掉了亲本的某些片段。农艺性状分析表明, 其中4份种质的综合农艺性状较好, 具有重要育种利用价值。     

花生AhPLDα基因植物过表达载体构建及对拟南芥的遗传转化

为了明确花生AhPLDα基因在响应干旱胁迫信号传导中的功能和作用机制,以ABA处理的冀花4号花生叶片c DNA为模板,用RT-PCR方法扩增AhPLDα1和AhPLDα2的全长CDS片段,采用酶切-连接的方法分别将这2个基因定向克隆到植物表达载体p Bar-F3上,冻融法将重组子转入根癌农杆菌GV3101,利用改良Floral-dip法将过表达质粒转入拟南芥。菌落PCR和酶切结果表明,Ca MV35S启动子驱动的过表达载体重组质粒p Bar-AhPLDα构建正确。通过RT-PCR和qRT-PCR验证,表明AhPLDα1和AhPLDα2基因整合到拟南芥基因组中并能过量表达,获得了阳性转基因纯合株系。干旱胁迫试验表明,转基因植株的耐旱性较野生型明显增强。可见,AhPLDα基因参与了干旱胁迫应答过程,是转基因途径提高作物耐旱性的潜在候选基因。     

Interspecific hybridization in the genus Arachis through embryo culture

Summary The embryos of a cultivated tetraploid peanut (Arachis hypogaea), a wild diploid species (A. villosa), and their hybrid embryos, which generally abort in nature, were cultured in vitro and the plants have been successfully transferred to the soil. The hybrids showed triploid chromosome number (3x=30). The significance of wide hybridization in peanut-improvement programs is discussed.     

Variation in progenies of an Arachis hypogaea x diploid wild species hybrid

Summary Derivatives of a cross between cultivated peanuts, Arachis hypogaea L. (2n=40), and the wild species collection GKP 10017 (2n=20) were compared morphologically, for leafspot resistance and for yield. The objective of the study was to determine the effects of wild species germplasm on the A. hypogaea genome. The sterile F₁ hybrid which resulted from crossing the two species was treated with colchicine to restore fertility at the 6x ploidy level. The resulting hexaploid was cytologically unstable and progeny lost chromosomes until stability was regained at the 2n=40 chromosome level. Forty-seven characters were used to analyze the variation among plants in the tetraploid interspecific hybrid population. The plants were compared to four cultivated lines plus GKP 10017. Many hybrids were intermediate to the two parents in morphology. Individual traits such as growth habit, pod and seed size, elongation of the constricted area between pods, nodulation and leaflet size were altered by the presence of GKP 10017 germplasm in many of the hybrid plants. Cercospora arachidicola Hori and Cercosporidium personatum (Berk. & Curt.) Deighton resistances were evaluated for all plants. Several hybrids had few lesions due to either leafspot pathogen. In addition, 24 largeseeded interspecific hybrid selections were compared to the cultivated variety NC 5 for yield. Five selections were superior to both parents at p=0.01. Morphology, disease resistance and yields appeared to be greatly influenced by the wild species GKP 10017 germplasm in plants of the interspecific hybrid population. The potentials of using wild species for improvement of the cultivated peanut are discussed.Paper number 5948 of the journal series of the North Carolina Agricultural Research Service, Raleigh, NC 27650. The investigation was supported in part by ICRISAT and SEA-CR grant no. 701-15-51.     

棉花GhSKIP35基因的克隆与表达分析

以中植棉KV1 SSH文库为基础,从陆地棉中植棉KV1中克隆出来泛素途径SKIP35基因,命名为GhSKIP35。该基因的开放阅读框全长为1863个核苷酸,编码620个氨基酸,含有1个ANK保守结构域。进化分析表明,Gh SKIP35蛋白与甜橙(Citrus sinensis)的SKIP35蛋白相似性最高。q RT-PCR分析显示:在接种大丽轮枝菌V991菌系后初期Gh SKIP35基因表达量激增,12 h便可达到顶峰,24~48 h逐渐下降,推测它在陆地棉抗黄萎病早期防卫反应中起重要作用。利用VIGS(Virus induced gene silencing)技术,在中植棉KV1中成功地沉默Gh SKIP35基因;对沉默棉株接种大丽轮枝菌V991鉴定显示,其病情指数为50.75,而野生型的中植棉KV1和转化空载体棉株的病情指数分别为9.38和11.54。Gh SKIP35基因沉默后,中植棉KV1对黄萎病的抗性丧失,表明Gh SKIP35基因在陆地棉抗黄萎病的过程中起重要作用。     

花生TCP转录因子的全基因组鉴定及组织表达特性分析

TCP基因家族是植物中一类重要的转录因子,参与植物整个生长发育阶段的调控,尤其在花器官和分生组织中发挥重要作用。目前,在花生中尚无TCP相关基因的报道。为研究花生各TCP转录因子的生物调控作用,以及为进一步分析花生TCP基因提供参考信息,利用生物信息学方法在全基因组水平对花生TCP家族基因进行鉴定,分析其染色体定位、系统进化、基因结构、保守基序和基因表达模式。结果分别从花生野生种和栽培种鉴定出19个和32个TCP基因,不均匀分布在9个野生种染色体和14个栽培种染色体上。系统进化分析表明,51个花生TCP基因可划分为亚家族Ⅰ（PCF）和亚家族Ⅱ两个亚类,其中亚家族Ⅱ包括2个分支,CIN和CYC/TB1。这些基因都含有高度保守的bHLH结构域,但其内含子结构存在较大差异,内含子数量及长度分布与基因的系统进化有较大关系,其中亚家族Ⅰ成员的内含子较少,亚家族Ⅱ内含子较多,且长度差异较大。表达谱分析显示,仅有7个基因在各组织中呈现显著差异性表达,其中有6个基因的差异表达与分生组织和花器官有关,推测其在花生茎尖和花的生长发育过程中起重要作用。     

目标起始密码子多态性(SCoT)分子标记技术在花生属中的应用

花生属分子标记领域的研究远落后于其他物种,而栽培种花生因其遗传基础狭窄,用大多数分子标记技术都难以检测到丰富的分子标记,因此限制了花生属野生种在改良花生栽培种方面的利用以及建立花生分子标记辅助育种技术体系。本文分别对花生属4个区组的16份种质资源和8份花生栽培种资源采用与功能基因相关的SCoT分子标记技术研究了花生属种间和栽培种内遗传多样性和亲缘关系。23条SCoT引物在花生属试材基因组中的扩增位点共194个,其中多态性位点130个,多态性达67.01%,通过聚类分析研究了它们之间的亲缘关系;在栽培种内筛选出19条多态性引物,在8份试材基因组中扩增位点198个,其中多态性位点67个,多态性为33.84%,表明SCoT分子标记技术能在花生栽培种内检测出一定程度的DNA多态性。