一个CRISPR/Cas9-VQR基因编辑系统的构建

CRISPR/Cas9系统是一种广泛应用于细菌、酵母、动物和植物中的基因组定点编辑技术,但该编辑系统的使用范围受PAM (proto-spacer-motif)位点NGG的限制。本研究通过突变Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9)编码氨基酸(1135位的天冬氨酸D突变成缬氨酸V, 1335位的精氨酸R突变为谷胱氨酸Q, 1337位的苏氨酸T突变为精氨酸R,命名该突变子为Cas9-VQR)改造其识别PAM为NGA的位点以扩大其使用范围。并使用玉米Ubi启动子启动Cas9-VQR基因、优化SpCas9的密码子、加入保守的核定位信号序列、增加单子叶植物中保守的3′UTR序列和使用水稻U6启动子启动gRNA来修饰该编辑系统。结果表明Cas9-VQR系统能够识别PAM为NGA的位点,并进行有效的切割。体外酶切活性检测结果表明Cas9-VQR的切割效率为5%～70%。水稻转化检测结果表明Cas9-VQR的切割效率约为27.5%～70.5%,平均切割效率为46.23%。本研究拓宽了CRISPR/Cas9系统在作物中的使用范围,特别是NGA PAM位点较高的作物。     

玉米抗粗缩病毒SCAR分子标记的开发

[目的]通过开发抗玉米粗缩病实用分子标记,实施标记辅助选择可以明显提高抗病育种效率.[方法]在对国内外152份玉米自交系粗缩病抗性鉴定的基础上,利用抗病自交系和感病自交系基因组DNA构建基因池,结合AFLP技术筛选多态扩增片段;在抗池及抗病自交系与感池及感病自交系间筛选出表现一致的多态片段转化为SCAR标记;通过152份玉米自交系粗缩病抗性鉴定验证标记与玉米粗缩病的相关性.[结果]筛选到2个与玉米粗缩病抗性显著相关的SCAR标记,即SCAR69和SCAR74.[结论]开发的SCAR(SCAR69和SCAR74)标记可应用于抗玉米粗缩病毒分子标记辅助选择.     

玉米穗长上位效应和Q×E互作效应分析

以掖478×丹340的500个F2单株为作图群体,利用混合线性模型的复合区间作图法对397个F2∶3家系在5个生态环境下进行穗长的QTL定位分析。共检测到16个穗长QTL,单个QTL所解释的表型变异在0.15%~6.24%,累计贡献率为47.8%。在16个QTL中有10个与环境发生互作,占62.5%,贡献率在0.48%~3.78%之间。上位性互作检测到4对QTL,未检测到上位性QTL与环境互作。表明穗长受微效多基因的控制,易与环境发生互作,上位性互作在其遗传中起一定作用。     

一种快速高效构建植物表达载体的方法

植物表达载体是将目的基因转化宿主细胞的媒介,载体构建是通过遗传转化方法开展基因功能鉴定与应用等研究的重要环节。以构建玉米谷氨酰胺合成酶基因(GS1)表达载体pCUbi1390-Ubi-GS1-35S-EPSPS为例,研究简单、通用、高效的构建载体的方法。该方法目的片段和载体不需要酶切产生互补的黏性末端,只需通过在目的基因PCR上下游引物的5’端设计与线性载体两端有15个碱基的同源序列,根据序列的同源性,将目的基因插入载体中,通过PCR程序实现DNA重组。结果表明,正确构建了设计的转化载体,该方法大大简化了载体构建的过程,也适用于任何一个基于单酶切位点把外源DNA重组插入目标序列。     

玉米抗甘蔗花叶病毒SCAR分子标记开发

 【目的】玉米矮花叶病（由甘蔗花叶病毒引起）是中国和欧洲玉米产区的重要病害,开展分子标记辅助育种可以明显提高抗病育种效率。【方法】本文采用改进的BSA法（bulked segregant analysis,BSA）构建玉米抗感自交系DNA池,结合AFLP技术筛选多态性标记,转化后获得实用性强的SCAR标记,并借助100份自交系抗性鉴定结果对SCAR标记进行相关验证。【结果】获得了2个多态性稳定的AFLP标记P66M38-220和P55M51-240,其中将P66M38-220转化为SCAR112标记,此标记与甘蔗花叶病毒抗性高度相关。【结论】改良BSA法是一种发掘性状基因紧密连锁标记的有效方法;开发的SCAR112 标记可以用于玉米抗甘蔗花叶病毒的分子标记辅助选择。     

玉米Gln1-3 gDNA序列分离、基因结构、保守功能域与等位变异分析

谷氨酰胺合成酶家族是高等植物体内氨态氮同化酶, 是植物体内氮利用与循环的核心构件。玉米Gln1-3基因编码叶肉细胞中的细胞质同工酶, 与全株氮向籽粒蛋白质同化与氮利用效率及产量紧密相关。本研究以玉米自交系辽白371为材料, 采用PCR与接头步移(walking)方法分离得到Gln1-3基因区域基因组DNA(gDNA)全长4 571 bp, 起始密码子至终止密码子序列长3 062 bp。将该基因在GenBank注册, 登录号为EU338535, 并进行了详细注释。该基因由10个外显子、9个内含子组成, 剪接方式主要为5′供位保守的GU与3′受位AG模式。编码的GS1蛋白由356个氨基酸组成, 分子量39.2 kD, 等电点 (pI) 为5.202。保守功能域分析表明, 氨基末端外显子2到外显子6为氨离子结合结构域, 羧基末端外显子8与外显子9构成ATP酶结构域, 在胞内行使催化功能。对50个玉米自交系Gln1-3基因重要分析区域进行了等位变异分析, 鉴定出364个等位变异, 其中313个为SNP变异, 占86%。     

利用SSR标记分析热带、亚热带玉米自交系的遗传多样性

从本实验室确定的核心引物中筛选出39对扩增产物具有稳定多态性的引物，利用这39对SSR标记引物研究了35份热带、亚热带玉米自交系的遗传多样性。39对引物在供试材料中共检测到153个等位位点的变异，每对引物检测等位位点2～8个，平均3.92个；引物的多态性信息量(PIC)变化范围为0.27～0.79，平均0.59。聚类结果表明，41份自交系划分为3个类群，分类结果与系谱基本一致。     

西藏粒用型饲料玉米农艺性状 与产量间的关系研究

为明确影响单株籽粒产量形成的主要因素,为西藏玉米的引种、育种及其相应栽培技术措施的研究提供理论依据,对粒用型饲料玉米的15个农艺性状与单株籽粒产量进行相关分析、回归分析、通径分析等多重分析。结果表明:影响单株籽粒产量的主要因素为玉米产量构成因素,依据其对单株籽粒产量的影响从大到小排列依次为百粒重单株穗数穗行数行粒数;产量构成因素的协调发展是玉米高产的基础;西藏高产型粒用饲料玉米的外部形态应具备株高中等、茎秆粗壮、穗多、穗大、穗重、籽粒饱满等特征。     

玉米基因组学研究进展

简要介绍了玉米基因组学发展背景,概述了玉米基因组学研究进展。在结构基因组学方面,新发展的DNA编码序列富集与过滤技术大大推动了玉米基因组学测序工作的进展,目前已获得基因组中80%的编码序列。功能基因组学在EST计划、Mu-tagging技术、芯片技术和TILLIING技术的推动下也取得了长足的进展。与水稻和拟南芥等的比较基因组学,有助于解读基因组序列,推测未知基因的功能,并促进了基因作图。生物信息学则积累了海量的数据库并呈指数增加,新软件开发、数据的解读和图谱的整合是其重要的研究方向。讨论了基因组学发展对玉米育种的影响。     

作物耐热生理基础与基因发掘研究进展

热胁迫是农作物生产中的环境限制因子,影响作物生长发育并导致农作物减产与降低农产品品质。作物耐热性生理生化、基因发掘与分子机制研究将为农业生产与耐热新品种培育奠定基础。综述了热胁迫逆境对作物营养生长阶段和生殖生长阶段的影响,重点阐述了开花期与子粒灌浆期等作物产量形成关键时期受热害时作物的生理与发育,介绍了作物主要的4种热响应方式,即膜流动性改变、蛋白质解折叠、细胞骨架解聚和代谢物变化,总结了Hsf热激转录因子的调控与耐热分子机制,并展望了应用生物技术创制作物耐热新种质与遗传改良的可行性。本文为作物耐热性生理基础、基因发掘、分子机制与育种途径等研究提供参考。