浅谈遗传学课程本科教学思考与体会

遗传学已成为众多高等教育院校生物类专业本科生重要的必修或选修课程，但是由于该课程理论性较强、前沿知识和技术发展迅速、内容广、难点多，本科生在学习过程中往往觉得难度大、缺乏主观能动性；本文针对目前遗传学课程本科教学中存在的问题，探讨遗传学课程教学改革的措施，以期建立合理完善的课程体系、制定合理的教学方法，提高遗传学课程的教学质量。     

以谷蛋白GluA-2信号肽增强外源蛋白在转基因水稻胚乳中的表达与积累

提高外源蛋白在特定目标组织器官中的表达量是转基因植物研究与开发的核心技术之一。谷蛋白是水稻种子中最主要的贮藏蛋白,其表达具有严格的时空特异性。为进一步研究谷蛋白信号肽序列在指导基因表达中的作用,本研究克隆了水稻谷蛋白Glu A-2基因的启动子及其信号肽编码序列,并与GUS报告基因编码区融合,构建了分别含有和不含有信号肽的表达载体p13GG和p13GSG;经农杆菌介导法分别转入同一水稻品种中,获得了20多个独立转化子,PCR证明外源基因都已整合进了水稻基因组中。Northern杂交结果表明,融合Glu A-2信号肽编码序列可显著提高GUS基因在水稻胚乳中的转录;利用GUS特异的抗体进行Western杂交分析,显示该信号肽序列可显著提高外源蛋白在转基因水稻胚乳中的积累,但是其所指导表达的GUS蛋白在水稻胚乳中并没有表现出相应的活性,其机制有待进一步深入解析。相关结果对于水稻品质改良基因工程研究以及以水稻种子作为生物反应器高效表达外源蛋白具有重要的指导作用。     

水稻种子蛋白质含量及组分在品种间的变异与分布

采用近红外光谱技术测定分析了351份不同类型水稻品种(系)糙米中的蛋白质含量,结果显示粗蛋白含量在9.3%~17.7%之间,平均为12.4%;籼稻平均蛋白质含量为13.2%,比粳稻高约1个百分点。蛋白质含量低的粳稻品种明显偏多,表现出明显的遗传不平衡现象。现有生产上主栽品种稻米蛋白质含量大多处于中等水平,而高蛋白粳稻种质极少。但仍有部分蛋白质含量极高或低的种质,如饲料稻、早籼稻和一些籼粳交后代品系蛋白质含量较高,而部分粳稻和外来籼稻品种中的蛋白质含量较低。因此可以从一些地方品种、外来品种以及籼粳交后代中筛选到极端类型的种质,为遗传育种提供研究的原材料。SDS-PAGE分析结果显示不同类型水稻间各贮藏蛋白组分具一定差异。     

高直链淀粉含量水稻品种间淀粉消化特性的差异分析

以4个具有相似的高直链淀粉含量水稻品种为试验材料,分析其淀粉和米粉的消化特性以及影n向消化特性的因素.结果 表明:相对于其他2个品种,MRX和ZXM的米粉和淀粉的酶解消化程度最低;所有品种水稻基本理化特性如表观直链淀粉含量、胶稠度、总淀粉以及蛋白质含量等对淀粉的消化特性无实质影响;不同品种间淀粉消化特性差异主要是由淀粉粒的结构差异引起的,MRX和ZXM淀粉粒在酶解消化过程中较为稳定,不易被酶侵蚀而破碎;其糊化温度和热焓值均显著高于其他2个品种,可能与其支链淀粉具有较高比例的短支链(DP 12-24)有关.     

籼稻背景下抑制不同ALK等位基因表达对稻米品质的影响

【目的】稻米糊化温度是影响稻米品质的重要指标，该性状受主效基因ALK/SSII-3调控，ALK基因具有多个复等位基因，本研究旨在通过RNAi技术明确籼稻亚种中两个不同ALK等位基因的效应。【方法】以分别含有ALKc和ALKb等位基因的高糊化温度品种珍汕97B和低糊化温度品种龙特甫B为试验材料，使用RNAi技术构建ALK表达下调的转基因株系，通过对其稻米理化品质的测定来明确不同等位基因表达下调对稻米品质的影响。【结果】对不同转基因水稻目的基因的表达分析显示本研究中转基因株系的ALK基因受到了不同程度的干扰。重点分析了不同RNAi株系稻米的糊化温度，结果表明珍汕97B的RNAi转基因稻米的糊化温度极显著降低，而在低糊化温度品种龙特甫B背景中下调表达ALK基因后对糊化温度的影响较小；转基因株系与未转化亲本相比，米粉的起始糊化温度都显著降低，表现为提前糊化；在珍汕97B背景下干扰系的峰值温度与未转化亲本相比极显著降低，而在龙特甫背景下米粉的峰值温度与未转化对照相比显著降低。对不同转基因系的理化品质分析表明，ALK下调表达植株稻米的表观直链淀粉含量显著增加，下调表达ALK后会引起米粉峰值黏度和崩解值的改变。高糊化温度品种珍汕97B干扰系与未转化对照相比胶稠度呈现极显著性差异，而低糊化温度品种龙特甫干扰系的胶稠度与未转化对照相比没有差异。【结论】下调表达ALK等位基因对稻米理化品质产生显著影响，并且干扰不同等位基因的效应存在明显差异，即籼稻中的两个ALK等位基因的效应存在显著差异。     

水稻窄叶突变体nal3-t的遗传分析与基因定位

在粳稻品种武香粳9号来源的转基因后代中发现一份窄叶突变体,在整个生育期表现为叶片变窄且内卷,植株矮化。遗传分析表明,该窄叶性状受一对隐性核基因控制。以突变体和南京11杂交获得的F2为定位群体,利用分子标记进行基因定位,将窄叶基因定位在第12染色体长臂的SSR标记CHR1220和CHR1216之间,物理距离约为1.44Mb,与标记CHR1217共分离。定位区段与nal3和nal3(t)等窄叶基因所在的染色体区域相同,故将所定位基因暂定名为nal3-t。这为进一步克隆该基因打下了基础。     

云南哈尼梯田当前栽培水稻遗传多样性及群体结构分析

利用118对SSR分子标记对2012年云南哈尼梯田的47份水稻材料进行多态性检测,分析其遗传多样性,并利用Structure 2.3.4软件进行群体结构分析。结果显示,118对SSR标记共检测到255个等位变异,变幅为2~4个,平均每个标记2.161个。基因多样性指数变异范围为0.043~0.656,平均0.303。多态信息含量(PIC)变异范围为0.042~0.583,平均0.256。其中高度多态位点(PIC0.5)有2个,中度多态位点(0.25PIC0.5)有66个;通过遗传相似系数及基于数学模型的群体结构分析均将供试材料分为偏籼和偏粳2个类群;聚类结果和海拔高度总体上没有明显规律,但偏籼类群中的偏籼红米亚群按海拔高低分别聚在一起。研究表明,云南哈尼梯田现有栽培水稻以偏籼水稻为主,但本研究估测的遗传多样性低于前人报道。     

云南哈尼梯田当前栽培水稻ALK基因的遗传多样性及与稻米糊化温度的关联分析

云南是世界公认的亚洲栽培稻遗传多样性和起源中心之一。利用51对SSR分子标记对云南哈尼梯田当前栽培的111份水稻材料进行多态性检测,并分析其群体结构。聚类分析表明,供试材料主要分为偏粳类群(group I)及偏籼类群(group II)两大类群,其中以偏籼类群居多,占83%,这两类群并未完全按地理来源聚类。所选材料稻米的糊化温度变异较广,可以分为低(66℃)、中低(66~70℃)、中高(70~74℃)和高(74℃)4类。通过基因测序,分析了稻米糊化温度控制基因ALK的序列多样性,发现其可以分为10种单倍型。关联分析结果表明,所选水稻样品稻米的糊化温度主要由ALK基因3个SNP位点组合控制。其中,A-GC和G-TT两种组合主要控制低(66℃)和中低(66~70℃)糊化温度,G-GC组合主要控制中高(70~74℃)和高(74℃)糊化温度。SNP3402 T类型与高、中高糊化温度有关。绝大多数偏籼类品种的ALK基因含有G-GC组合,因此都倾向于高糊化温度。上述研究结果为水稻分子育种和种质资源保护研究提供了一定的参考价值。     

优质籼稻品种黄华占和扬稻6号稻米理化特性和淀粉精细结构比较

以携带相同Wx^b基因的籼稻品种黄华占和扬稻6号为试验材料,系统分析了这2个优质籼稻品种的理化特性和淀粉精细结构。结果表明,黄华占稻米蛋白质含量显著低于扬稻6号,而表观直链淀粉含量高于扬稻6号,其他理化品质如胶稠度、总淀粉含量和碱消值两者无显著差异;黄华占稻米具有较高的糊化温度和热焓值。黄华占和扬稻6号稻米淀粉粘滞曲线较为接近,但黄华占稻米具有较高的崩解值和较小的回复值。扫描电镜分析表明,淀粉粒形态和结构在2个样品间无明显差异;但淀粉精细结构分析表明,黄华占稻米淀粉含有较少的支链淀粉短链以及较多的支链长链和较多的直链淀粉短链;淀粉晶体结构分析表明,黄华占和扬稻6号淀粉均为A型晶体,但黄华占稻米淀粉的长程有序结构较扬稻6号淀粉高,而短程有序结构样品间无显著差异。上述研究为选育优质籼稻提供了参考。