芝麻DNA和RNA同步提取方法

高质量的DNA和RNA是分子生物学实验顺利进行的基础。本文首次针对CTAB法提取芝麻DNA和RNA的效果进行了研究，在此基础上改进了提取程序和相关技术参数，总结出一套可同步提取高质量芝麻DNA与RNA的方法。利用该方法提取的DNA及RNA经RAPD、SSR、SRAP、DDRT—PCR、AFLP、cDNA—AFLP等分子试验验证，质量好，符合后续试验的要求。这套方法为顺利开展芝麻分子生物学研究奠定了基础。     

高产棉花品种泗棉3号产量及其产量构成因素的遗传分析

利用泗棉3号和CARMEN构建的RIL及其F2、B1、B2、P1、P2、F1两套群体,同时在3个环境中,采用各自的联合世代分析方法,研究了我国长江流域棉区广泛种植的优良品种泗棉3号高产性状的遗传规律。遗传模型分析揭示泗棉3号×Carmen组合的产量及其产量构成因素的最适遗传模型符合主基因 多基因混合遗传模型,说明存在控制这些性状的主基因。所有性状在不同环境中的遗传模型不同。同时,各性状在不同环境中的主基因遗传率变化较大,而多基因遗传率在不同环境中变化相对较小,表明环境对数量性状主基因的表达影响大,对多基因的表达也存在影响。对环境间差异较大性状的研究和选育,要在多个特定的环境中进行,才能提高效率。     

栽培四倍体棉种及其二倍体祖先种的Histone3 基因片段序列分析

组蛋白是植物基因组的重要组成部分。根据Genebank中登录的Histone3基因的全长cD NA序列,设计PCR引物,进行了异源四倍体栽培陆地棉、海岛棉及其二倍体祖先种非洲棉和雷蒙德氏棉中Histone3基因片段序列分析。不同物种中获得的基因片段分别由2个内含子、部分外显子区和3'端非翻译区组成。共存在77个单核苷酸多态性位点,其中外显子区9个,内含子Ⅰ区22个,内含子Ⅱ区21个,3'端非翻译区25个。外显子的SNP变化不影响Histone3基因的转录和翻译。分子聚类结果表明,不同物种A、D基因组的序列定向进化同源性明显,其中AvsD序列相似性为91.6%,AvsATB序列相似性为95.8%,AvsATH序列相似性为95.2%,DvsDTB序列相似性为98.5%,DvsDTH序列相似性为98.0%。A、D染色体组基因序列部分同源性分析表明,陆地棉中ATHvsDTH序列相似性为91.0%,海岛棉中ATBvsDTB序列相似性为92.5%。聚类结果再现了A、D基因组多倍体化后其基因序列与二倍体祖先种平行演化的特点以及A、D染色体组间进化速率在四倍体棉种中与二倍体祖先种中表现的一致性。本文也讨论了基因序列在不同物种中的相似性比较不仅是研究进化的有效方法,也可用于发现基因在不同物种中SNP序列及应用前景。     

陆地棉抗黄萎病性状的遗传及分子标记研究

 以陆地棉抗黄萎病品系常96和感病品种军棉1号为研究材料,构建了一个含有138个F₂单株的作图群体。利用强致病力菌株VD8对P₁、P₂、F₁、F_2：3群体进行营养钵接种,估算各世代的相对病指。应用主基因 多基因混合遗传模型分析得出该组合的最适遗传模型为C-0模型,即加性-显性-上位性多基因模型。对1998对SSR引物和230对SRAP引物进行筛选,获得148个SSR和6个SRAP多态性标记位点,进一步利用MAPMAKER作图软件,构建了一张含122个标记位点的陆陆杂种遗传连锁图。利用复合区间作图法在第9染色体NAU462-JESPR114区间内,检测到1个抗黄萎病QTL,可解释的表型变异为13.8%。     

芝麻EST-SSR标记的开发和初步研究

为了加速分子标记在芝麻研究中的应用,利用网上现有的芝麻EST(expressed sequence tags)数据信息,开展了芝麻EST-SSR功能性标记的开发和利用研究。 在所有的3 328条芝麻EST序列中共确认得到1 785条非冗余EST序列。其中,在含有微卫星重复的148条序列中共检测有155个EST-SSR。非冗余EST序列总长为774.266 kb,平均每4.99 kb含有一个EST-SSR。EST-SSR的分布频率和特征分析表明,以AG/TC为重复基元(motif)的SSR出现最多,占总SSR的37.42%。利用这些序列,设计开发了50对EST-SSR引物,并分别选用36个芝麻、2个棉花、2个大豆和2个油葵进行多态性和通用性研究。其中44对引物在供试芝麻材料中扩增出条带,共产生108个位点,平均每对引物产生2.45个位点,多态信息含量(polymorphism information content, PIC)平均值为0.390。根据遗传相似性系数进行聚类,有26个芝麻材料聚类在两个大的亚类(III和IV)中,聚类结果表明芝麻的基因型与地理来源之间没有必然的联系。此外,分别有2对、3对和4对引物可以在棉花、大豆和油葵中进行通用性扩增。本研究证实这种全新开发的芝麻EST-SSR标记在芝麻遗传多样性分析、遗传图谱构建以及比较基因组等研究方面有广阔的利用前景。     

35S启动子甲基化引起棉花转基因沉默

 用带PBI121质粒的农杆菌LBA4404菌株转化泗棉3号胚性愈伤组织,获得的再生植株进一步对gus和nptⅡ基因进行PCR跟踪检测,共得到97株阳性转基因植株。GUS组织化学检测发现,97株转基因幼苗中有10株GUS检测阴性,嫁接后,只成活一株。利用来源于同一愈伤系的GUS检测阳性植株作为对照,对这一GUS检测阴性的植株进行gus基因沉默机理研究。Southern分析表明,该GUS检测阴性植株与GUS检测阳性植株有相同拷贝数。GUS组织化学检测和RT-PCR分析显示,gus基因在GUS检测阴性植株中没有表达,而nptⅡ基因在这两株转基因棉花中都表达。用限制性内切酶-PCR法分析35S启动子区甲基化发现：GUS检测阴性植株35S启动子区TATA box的HapII/MspI酶切位点发生甲基化,而GUS检测阳性植株该位点没有甲基化。以上研究表明,这株gus沉默的转基因棉花可能是由于其35S启动子区甲基化引起的。     

高产棉花品种泗棉3号产量及其构成因素的QTL标记和定位

利用我国长江流域大面积种植的高衣分、高产品种泗棉3号和西班牙陆地棉栽培品种Carmen,构建RIL作图群体,在3个环境中进行产量及其构成因素的QTLs标记和定位,研究了泗棉3号高产特性的分子机理。用2 523对SSR引物,进行双亲的多态性检测,其中62对（2.46%）有多态性,它们共产生65个稳定的多态性位点。通过复合区间作图,共检测到1个单株果节数、1个铃重、2个籽指、1个衣指和1个百粒籽棉重等8个产量构成因素的QTLs。单标记分析还在多环境中检测到17个产量构成因素的QTLs。与这些QTLs紧密连锁的分子标记可以用于对产量及其构成因素的分子标记辅助选择。     

陆地棉重组自交系产量及产量构成因子性状的上位性QTL分析

棉花的产量及产量构成因子性状是以复杂的方式遗传,遗传力较低并易受环境条件影响。经典数量遗传学指出,上位性是复杂性状的遗传基础。本研究以湘杂棉2号F8和F9世代重组自交系为材料,调查了3个环境下的产量及产量构成因子性状,并构建了遗传连锁图。旨在定位产量及产量构成因子性状的上位性QTL并分析QTL与环境的互作效应。所有产量及产量构成因子性状均检测到上位性QTL,共检测到16对加性互作QTL（AA）,涉及的位点中仅4个有单位点效应,这反映了上位性的复杂性及其对产量和产量构成因子性状的重要贡献。共检测到17对QTL加性和环境互作（AE）,以及14对上位性QTL与环境的互作,表明环境因素对产量和产量构成因子性状起重要影响作用。研究结果还表明上位性效应作为湘杂棉2号的遗传基础起着重要作用。对各性状在不同环境的优良基因型进行了预测。综合优良家系（GSL）和特定环境下的优良家系（SL）的性状表现高于两亲本,表明湘杂棉2号重组自交系各性状都有提高的潜力。由于QTL加性和环境互作以及上位性QTL与环境互作的影响,预测的优良家系基因型会随着环境的改变而不同,表明应针对特定环境开展棉花育种。     

AutoSSR：大批量、高效开发和分析SSR基元的软件

 为从大量的序列中快速发掘和利用简单序列重复(微卫星,SSRs),开发了一个软件工具——AutoSSR。该软件能够从一个包括大量FASTA格式的序列文件中发掘SSR,并分析不同SSRs类型的分布状况。与已开发的类似软件相比,该软件可以不受序列数量和不同系统平台的限制,高效、快速完成SSR信息的搜索和分析。利用该软件对GenBank上释放的来源于棉花、苹果和水稻的DNA序列进行了SSR发掘,得到了36000个SSRs。其中,对来源于棉花的SSRs信息,进一步利用Primer 3软件开发了位点特异性引物,为棉花基因组分析奠定了基础。     

过量表达棉花GhSAP1提高转基因烟草的耐盐性

【目的】SAP（stress-associated protein）是一类涉及胁迫应答和调控的锌指蛋白。克隆并分析其对逆境胁迫应答的反应,为棉花抗逆育种提供候选基因。【方法】通过电子克隆方法并经RT-PCR验证获得棉花锌指蛋白基因GhSAP1,将带有目的基因的载体质粒通过PEG介导转化棉花叶肉原生质体细胞,瞬时表达分析其编码蛋白的特性及亚细胞定位信息。通过qRT-PCR技术分析目标基因的组织表达特征及非生物胁迫条件下的表达特性。通过农杆菌介导叶盘转化法,经组织培养获得转基因烟草进行异位表达,检测其与抗逆相关的生理指标,证明其提高植物抗逆能力。【结果】GhSAP1 ORF长度为543 bp,编码一条含180个氨基酸残基的多肽。其理论等电点8.97,分子量19.3 kD,具有典型的A20/AN1锌指结构域。亚细胞定位显示该基因编码的蛋白定位于细胞核上。不同组织器官表达分析显示,GhSAP1在根、茎、叶中的表达量高,而在开花后5 d的胚珠中表达量很低。GhSAP1受盐胁迫诱导,高盐处理2 h后表达量最高。利用含100 μg•mL-1 Kan的培养基进行抗性筛选转基因后代,结合目标基因的PCR与RT-PCR验证,获得转GhSAP1的转基因烟草阳性株系10个。目标基因GhSAP1均能在烟草基因组中整合并异位过量表达。随机选择3个转基因烟草株系,盐胁迫处理显示,发芽一周的种子在含200 mmol•L-1 NaCl培养基上胁迫12 d,转基因植株幼苗平均成活率为81.7%,比非转基因对照植株增加近3倍,其平均根长为3.05 cm,极显著高于非转基因对照。利用GhSAP1表达较高的L2纯系进行成株期烟草盐胁迫处理30 d,转基因烟草后代的SOD活性和可溶性总糖含量增幅分别为23.89 U•g-1 FW和8.37 %,均显著高于非转基因对照;与未胁迫处理相比,转基因植株的叶绿素含量降低幅度仅为0.17 mg•g-1 FW,而非转基因对照降低了0.39 mg•g-1 FW;盐胁迫处理后,转基因植株的MDA含量增幅为7.42 nmol•g-1FW,而非转基因对照增幅达20.85 nmol•g-1FW;在盐胁迫下,转基因植株具有更强的K+根部运输到植株绿色组织能力,其地上部的K+/Na+为1.23,显著高于非转基因对照。【结论】GhSAP1在参与植物的逆境应答反应机制中具有重要作用,过量表达GhSAP1可显著提高转基因烟草的耐盐能力。