基于开放染色质的全基因组水平转录调控元件的研究方法与进展

真核生物转录调控过程是大量的顺式调控元件与反式作用因子相互作用的结果.研究发现,这一调控过程与染色质核小体的动态定位相关,调控因子的结合需要裸露的无核小体的DNA区域,即开放的染色质位点.因此,高效精确地定位基因组上的开放染色质位点为成功地发掘基因组调控元件,乃至揭示基因表达调控机制提供了重要线索和有效手段.本文对开放染色质位点的定义、主要研究方法以及功能注释进行概述,希望对在基因组水平上调控元件的发掘,尤其是在植物中的应用提供借鉴.     

大豆PIN-Like(PILS)基因家族的鉴定、表达分析及在根瘤共生固氮过程中的功能

植物激素生长素在植物的生长发育过程中发挥了至关重要的作用,它的稳态和浓度梯度建立控制了几乎所有器官的极性建成。生长素在特定细胞中合成、运输、感知以及代谢降解建立了符合器官发育的生长素浓度梯度。在豆科植物中,根与土壤微生物互作形成了根瘤这一特殊的器官,进行生物固氮。然而,生长素稳态控制生物固氮的功能还未知。拟南芥中的研究表明,PIN-Like (PILS)蛋白协助调节的细胞内生长素稳态,并介导下游细胞核内的生长素信号传递。本研究以大豆作为研究模型,在大豆基因组中鉴定获得19个PILS家族基因(GmPILS),不均匀分布于大豆10条染色体上。GmPILS在大豆9种组织部位中表现出多种表达模式,且具有明显的组织表达特异性。GmPILS1e和GmPILS1f在根瘤菌体区域富集表达,使用人工微RNA沉默(artificialmicro RNA interference,amiRNAi)下调GmPILS1e和GmPILS1f在根瘤的表达,导致根瘤的固氮酶活性上升,而过量表达GmPILS1f导致根瘤的固氮酶活性下降,因此GmPILS1e和GmPILS1f可能参与大豆固氮酶活性的调节。这些结果为进一步解析大豆GmPILS家族基因的功能和作用机制奠定了基础,同时也为结瘤固氮在农业育种中的应用提供了有价值的基因资源。     

基于CRISPR-Cas9基因编辑技术创制大豆gmnark超结瘤突变体

为研究豆科作物结瘤自我调节机制(autoregulation of nodulation, AON)的作用机理,运用CRISPR-Cas9基因编辑技术创制大豆品种华春6号超结瘤gmnark突变体,设计3条靶向目的基因GmNARK的特异sgRNA,构建CRISPR-Cas9敲除载体。通过毛根转化试验选取sgRNA-B和sgRNA-C两条编辑效率较高的sgRNA用于大豆稳定转化,在T1代筛选出8种不同突变类型的突变体,在T2代通过营养液水培试验证明其中5种突变体有超结瘤的表型。选取gmnark-A突变体作进一步表型分析,发现其具有超结瘤、植株矮小和叶片深绿的表型。本研究所创制的gmnark突变体是研究AON途径作用机制与根瘤发育的重要遗传材料,同时此新种质资源具有作为"绿肥"与其它作物进行间作或轮作的巨大潜力。     

一株耐盐碱细菌的筛选鉴定及其对植物的促生作用

采用平板稀释分离法、筛选培养基培养法和16S rRNA鉴定的方法,从福建莆田盐碱土壤中分离、筛选、鉴定得到1株耐盐碱能力最强的解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens),命名为PT6-1.通过试验测定其生理生化特性和耐盐碱促生能力.结果表明,PT6-1多项生理生化特性呈阳性,在盐碱土培养条件下,施加PT6-1菌液对巨菌草株高、总鲜质量、总光合色素含量、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性相较于对照组分别增加了23.10%、45.73%、156.37%、68.14%、11.84%,对玉米各项指标分别增加了38.03%、123.02%、77.26%、18.25%、9.59%. PT6-1具有良好的耐盐碱促生能力,在盐碱地治理,菌草业、农业发展方面有良好的应用潜力.     

红麻EST-SSR标记的开发及其多态性评价

红麻是最重要的自然纤维作物之一,然而SSR标记的匮乏限制了其遗传改良。本研究从红麻90 175个EST序列中挑出含有转录因子的EST,开发了94对SSR引物。以24份不同红麻种质资源的DNA为模板,利用9%非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测多态性。结果表明,85对引物(占90.4%)至少在2个材料之间存在多态性,表明开发的EST-SSR具有很好的多态性。其中,三核苷酸重复所占比例最多,重复基元AAT和ATG的多态性较高。聚类分析表明,24份红麻种质资源的遗传相似系数变化在0.62~0.92之间,表现出丰富的遗传基础。这些结果不仅丰富了红麻的分子标记数量,而且为红麻的遗传分析提供资源。     

主要麻类作物基因组学与遗传改良:现状与展望

随着测序技术的发展,主要麻类作物(黄麻、红麻、苎麻、亚麻和工业大麻)参考基因组从2011年至2020年陆续完成测序,这标志着麻类作物科学已经进入基因组时代。文章首先详细概述主要麻类作物基因组测序。其次,评述了基于基因组学的麻类作物重要应用价值基因挖掘。基于参考基因组和转录组测序,大量关于纤维发育、响应非生物胁迫的候选基因被挖掘,以促进麻类作物纤维的物种特性和“不与粮食争好地”的逆境农业。同时不同麻类作物特异性状候选基因陆续被报道,如红麻雄性不育、亚麻种子含油量和大麻大麻素相关候选基因等。再次,麻类作物基因组测序完成为基于组学的麻类作物遗传改良提供可能:有助于麻类作物种质资源形成和演化机制研究,系统解析纤维产量、纤维品质、抗病耐逆等农艺性状形成的分子基础;有助于建立高通量基因型-表型数据库,挖掘优异基因资源与创制新种质;有助于创新并集成分子标记辅助选择、基因组选择、转基因等技术,建立高效的快速育种技术体系。宜选育高产高效、抗逆抗病、适宜轻简化机械化、优质专用的多用途麻类作物新品种,以满足麻类作物相关产业的市场需求,适应麻类作物生产方式。尽管已经获得重要基因以及位点的信息,但如何高效率利用已有基因资源对麻类作物进行遗传改良仍需面临一系列挑战,如成熟稳定的遗传转化体系、麻类作物基因编辑体系构建及基因组选择育种等。     

玉米叶绿素含量的全基因组关联分析

目的 叶绿素含量与作物产量呈正相关。通过提高叶绿素含量来提高作物产量是作物育种的方向之一。因此,利用全基因组关联分析（genome-wide association study, GWAS）解析玉米叶绿素含量的遗传基础,可为玉米高光效理想株型设计育种提供理论指导。方法 以538份玉米自交系构成的关联群体为研究对象,在5个环境下,通过对其授粉后5 d的棒三叶（穗位叶、穗上叶、穗下叶）叶绿素含量进行测定,并借助覆盖玉米全基因组的558 629个单核苷酸多态性标记（SNPs）,利用3种模型（Q、K和Q+K）对叶绿素含量进行全基因组关联分析,随后选择最优模型的GWAS结果并结合eQTL（expression quantitative trait loci）分析对叶绿素含量的自然变异进行解析。结果 5个环境下,棒三叶叶绿素含量均遵从正态分布且叶绿素含量间呈正相关;方差分析表明棒三叶叶绿素含量的环境效应、基因型效应、基因型与环境互作效应均达到了极显著水平;此外,穗上叶、穗位叶和穗下叶叶绿素含量的遗传力分别为0.66、0.66和0.67。比较3种模型发现K模型对假阳性（I型错误）控制最好,在此模型下共检测到29个与棒三叶叶绿素含量显著关联的SNP（P≤3.99×10^-6）,涉及到18个位点,共有76个候选基因落在这18个位点内,其中85.5%（65/76）的候选基因具有eQTL,11.8%（9/76）的候选基因与对应表型显著相关（P＜0.05）,说明这9个基因可能是通过表达量变化来调控表型变异。在这76个基因中,60个候选基因有功能注释,功能涉及到能量代谢、物质输送代谢途径和生物合成调节等过程。此外还发现2个可以在不同环境或不同叶片共定位的位点,其中,共定位位点内的基因GRMZM2G074759编码一种与AAE3高度相似的酰基活化酶,该基因通过提高α-酮戊二酸（ALA）和草酰乙酸含量进而影响氨基酸生物合成,提高籽粒赖氨酸含量,改善玉米品质。此外,ALA的合成会促使叶绿素含量升高,进而提高作物产量,推测该基因为最可能的候选基因。结论 K模型对假阳性的控制效果最好,基于K模型,共检测到18个玉米叶绿素含量显著关联位点,发现多个参与叶绿素合成途径相关基因。     

百香果（Passiflora edulis）R2R3-MYB基因家族的结构和功能分析

【目的】探究R2R3-MYB转录因子在代谢、发育等多种生物学过程中发挥的调控作用。对百香果R2R3-MYB基因家族进行表达分析并探究其在花果发育过程中的调控机制,对深入研究R2R3-MYB转录因子在百香果中的生物学作用中具有重要意义。【方法】基于百香果全基因组数据,通过HMM搜索对R2R3-MYB家族成员进行筛选鉴定,并利用实时荧光定量PCR分析其在百香果花不同组织中的表达模式。【结果】从百香果基因组中鉴定出99个R2R3-MYB基因,根据系统进化分析将其分为36个亚组。99个R2R3-PeMYB基因随机分布在9条百香果染色体上。基序和基因结构分析表明,R2R3-PeMYB在同一亚组中具有相对保守的结构特征。共线性分析表明,片段复制事件促进了百香果R2R3-MYB家族的扩张。基于转录组数据和qRT-PCR分析,发现R2R3-PeMYB基因在百香果花的不同组织的不同发育阶段中表现出差异的表达模式,说明R2R3-PeMYB基因在花不同组织和果实的发育过程中发挥重要作用,尤其是PeMYB62和PeMYB63在百香果果皮转色期的高表达,说明其可能参与百香果花青素的合成。同时8个R2R3-PeM...     

金都百香3号冬季果实生长发育及其品质形成规律

【目的】研究百香果冬季果实的生长发育及品质形成规律,为果实营养调控及采摘时机选择提供科学依据。【方法】以金都百香3号为材料,观察、测定其冬季果实发育过程中的纵径、横径、单果质量、果皮质量和果皮厚度、可溶固形物含量、可滴定酸含量、还原糖含量和维生素C含量等指标,研究果实品质相关指标的变化规律和品质形成关键时期;分析果实品质动态变化的相关性,评价冬季果实品质。【结果】金都百香3号冬季果实的果汁形成始于花后45 d,果汁变色始于花后50 d,果皮变色始于花后90 d,果实完全成熟自然脱落于花后130 d。果实纵径、横径、可食率和果汁率均呈先缓慢增长,然后迅速增长,最后逐渐趋于平稳的变化趋势,分别于花后25、30、110和110 d接近最大值并趋于稳定;单果质量在花后95 d达最大值;果皮的质量和厚度均在花后35 d开始下降,花后110 d后趋于稳定;可溶固形物含量与固酸比总体呈上升趋势,且果实完全成熟时达最大值;可滴定酸、还原糖及维生素C含量呈先增长后下降趋势,分别于花后80、120和110 d达最大值;金都百香3号冬季果实发育过程中可滴定酸的动态变化与还原糖、可溶固形物和维生素C含量呈负相...