转Pi9抗稻瘟病基因水稻株系的比较转录组分析

【目的】在转录水平上解析Pi9基因介导的稻瘟病抗性调控机理,为培育抗病水稻品种提供理论依据。【方法】向水稻品种日本晴(NPB)及其转Pi9抗稻瘟病基因株系(NPB/Pi9)接种稻瘟菌。分别于接种后0 h、12 h、24 h、36 h提取叶组织样品,选取12503个水稻基因定制基因芯片,进行水稻基因转录组分析,并通过qRT-PCR对部分差异表达基因进行验证。【结果】NPB/Pi9在接种后12 h、24 h和36 h的基因表达量分别与其接种0 h表达量比较,共检测到7754个差异表达基因;相应地,感病水稻NPB在以上时间点共检测到7385个差异表达基因;在接种后36 h,NPB/Pi9的差异表达基因数目显著多于NPB。比较NPB/Pi9和NPB相同时间点的基因表达量,共获得4065个差异表达基因,其中接种后36 h的差异表达基因显著多于接种后0 h、12 h或24 h。因此,NPB/Pi9的稻瘟病防御反应更强烈。对NPB/Pi9与NPB相同时间点的差异表达基因进行GO和KEGG分析,细胞外区域、植物对刺激应答、转录调控、氧化还原、离子结合、次生代谢和植物激素相关的GO分类在接种后呈显著富集,苯丙氨酸代谢、类黄酮生物合成和植物激素信号途径的KEGG通路在接种后显著富集。与效应分子触发的免疫反应(ETI)相关的水杨酸信号途径、几丁质酶,以及与病原相关分子模式触发的免疫反应(PTI)相关的胞外区域、对刺激的应答、木质素合成等,均在抗感水稻之间差异表达。而且PTI/ETI共有的WRKY转录因子、MAPK激酶、茉莉酸和乙烯信号途径等发生差异表达。综上所述,NPB/Pi9和NPB的差异表达模式与ETI和PTI相关,两者相互联系并在Pi9介导的稻瘟病抗性中发挥作用。【结论】与日本晴比较,抗病基因型NPB/Pi9对稻瘟病防御反应更强烈。转录因子、激酶、NBS-LRR基因、几丁质酶、水杨酸、茉莉酸和乙烯信号途径,以及植物次生代谢在Pi9介导的稻瘟病抗病反应中发挥重要作用。     

利用RFP标记进行水稻籼粳杂种偏分离的遗传分析

为了研究水稻籼粳杂种偏分离的遗传基础,用转化红色荧光蛋白(RFP)的7个粳稻株系与籼稻杂交,以整合在不同基因组位点的RFP为可视遗传标记,对F1花粉及F2植株进行遗传分析。根据‘7F5’转基因系的研究结果,在粳稻‘日本晴’和籼稻‘9311’杂交的遗传背景中,水稻基因组chr02:33465170位置附近存在一个花粉偏分离位点。‘9A2’转基因系组配的籼粳杂种产生1∶1(RFP+∶RFP-)比例的花粉,并且其F2植株群体发生偏分离,说明相应RFP位点(chr04:29587748)附近有一个控制F2植株偏分离的连锁位点,该位点的遗传机制与F1的花粉比例无关。RFP标记提高了籼粳杂种花粉及后代植株的研究效率,为探索偏分离遗传机理提供了新的研究手段。     

用无终止子的RFP报告基因捕获水稻终止子研究

基因捕获技术已被广泛应用于植物功能基因组学研究。文章构建了水稻PolyA捕获载体pLJ19,该载体含有用于检测转化事件的绿色荧光蛋白报告基因(GFP)及用于进行PolyA捕获的无终止子的红色荧光蛋白报告基因(RFP),在水稻转化愈伤组织阶段筛选同时含有GFP及RFP的转化愈伤组织并进行RFP插入位点T-DNA侧翼序列(FST)分析可获得水稻终止子序列。将pLJ19转化粳稻品种‘日本晴’的胚性愈伤组织,获得了17个具有PolyA捕获事件的愈伤组织。FST序列分析表明6个T-DNA插入在水稻基因组序列中,其中有5个T-DNA插入在水稻基因3’端附近。结果表明,pLJ19载体可用于水稻终止子捕获研究中,可为水稻终止子研究提供研究方法和材料。     

水稻离体叶片纹枯病接种样品菌量检测方法研究

利用qPCR方法对水稻离体叶片纹枯病接种材料进行纹枯病菌含量的检测,从而对水稻发病程度进行定量分析。各水稻品种接种样品的纹枯病菌DNA含量,从低到高的顺序为:YSBR1、徐稻3号、台北309、泰粳394和Lemont。通过对接种实验条件的精确控制,离体叶片的病斑扫描,以及相对病斑面积的统计分析,验证了关于病害严重程度的qPCR检测结果。大田接种试验中,YSBR1、Lemont和泰粳394的平均病级呈显著差异;这进一步证明,通过纹枯病菌DNA的qPCR方法,能够快速有效地定量检测不同水稻品种的纹枯病抗性差异。该研究可为量化纹枯病发病程度、评价水稻品种的抗性水平及进行纹枯病的早期预报,提供有效的检测手段。     

水稻离体叶片抗纹枯病接种方法的研究

水稻纹枯病是影响水稻生产的重要病害之一。水稻纹枯病抗性属于数量遗传性状,目前尚未发现高抗或免疫的水稻种质材料。为了提高水稻抗纹枯病种质的筛选和研究效率,对水稻离体叶片抗纹枯病接种的实验条件进行了更精确的控制,并采用了量化的病情调查方法。取纹枯菌接种离体水稻叶片组织进行qRT-PCR分析,水稻病程相关基因呈诱导表达,验证了纹枯病菌对水稻的侵染。采用离体叶片接种、大田成株期接种、苗期“微室”接种法,对抗纹枯病水稻品种和敏感品种进行测试。抗性品种和敏感品种纹枯病病级的统计检验呈显著差异,3种方法的结果表现一致。改进的离体叶片接种方法具有易于操作和重复性好的优点,适用于大规模筛选抗纹枯病水稻种质材料。     

水稻苗期纹枯病抗性鉴定微室接种技术的改良

水稻对纹枯病的抗性属于典型的数量性状,多数栽培品种的抗病水平较低,并且抗性差异较小。水稻纹枯病接种和抗性评价体系是培育抗病品种的重要基础。利用植物生长箱的控温、控光和控湿条件以及生长势相对一致的水稻秧苗,对苗期纹枯病微室接种技术进行了改进。试验品种苗期的纹枯病抗性从高到低依次为YSBR1、特青、泰粳394、日本晴和Lemont,并且与大田成株期接种鉴定的结果一致。RT-PCR分析显示,苗期和成株期接种纹枯病菌均诱导4个水稻抗病相关基因的表达。通过"叶枕高"和"苗挺高"计算的各品种苗期病级变幅分别为2.82~8.54级和1.20~3.39级。前者与大田成株期的病级变幅一致,因而"叶枕高"病级计算方法更适用于微室接种鉴定体系。     

玉米转座因子Ac在转基因烟草及其后代中的转座行为

用带嵌合基因３５Ｓ－Ａｃ－ＧＵＳ的农杆菌双元载体转化普通烟草品种Ｎｃ８９,对转基因植株及其回交后代,进行ＧＵＳ组织化学分析,检测到转座因子Ａｃ在部分Ｔ０代和ＢＣＦ１代植株中转座。用Ａｃ作探针,与上述Ｔ０代和ＢＣＦ１代植株的基因组ＤＮＡ进行Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交,结果表明,Ａｃ从原来所在的Ｔ－ＤＮＡ解离,并整合到烟草基因组的其它位点。     

利用共转化方法创制携带Pi9抗稻瘟病基因的无选择标记转基因水稻

水稻稻瘟病是由子囊菌(Magnaporthe oryzae)引起的水稻灾害性病害。培育抗病品种是防治稻瘟病最经济有效的措施之一。水稻Pi9抗稻瘟病基因来源于小粒野生稻并已被克隆和应用于转基因育种。为了提高无选择标记转基因植株的选择效率,将绿色荧光蛋白(GFP)用作可视遗传标记,对双菌株共转化系统进行改良:目的基因载体携带Pi9抗稻瘟病基因;标记基因载体用潮霉素磷酸转移酶(HPT)作为植物转化选择标记,用GFP作为负选择标记,筛除标记基因分离植株。两种载体的农杆菌转化株混合,分别与水稻品种‘浙恢414’、‘浙粳22’、‘浙11B’、‘日本晴’、‘空育131’和‘粤泰B’的愈伤组织共培养,然后从5%~38.3%的起始愈伤组织筛选获得了转化愈伤组织(HPT+GFP+)。对T0植株进行Pi9基因PCR检测,11.8%~77.8%的T0植株为共转化植株(HPT+GFP+Pi9+)。对共转化植株T1代进行绿色荧光检测,筛选阴性植株(GFP-),再通过PCR筛选Pi9+植株。根据13个T1群体的研究结果,61%的共转化植株在T1代分离出无选择标记转基因植株(HPT-GFP-Pi9+)。转Pi9的无选择标记植株和后代株系对水稻稻瘟病呈抗病反应。因此,本研究通过GFP标记提高了双菌株共转化系统的选择效率,转Pi9的无选择标记水稻株系为水稻抗稻瘟病育种提供了有用的遗传资源。     

转mCherry基因水稻的遗传分析及T-DNA整合位点的研究

为了建立转基因水稻的高通量遗传分析系统,本研究以粳稻成熟胚诱导的愈伤组织为受体材料,潮霉素磷酸转移酶(HPT)为抗性筛选标记,通过农杆菌介导的方法将红色荧光蛋白基因mCherry导入水稻。在水稻转化愈伤组织、转化植株(T0)和转基因后代(T1)均检测到红色荧光,证实mCherry在转基因水稻中稳定表达。139个独立转化株系的遗传分析表明,mCherry在转基因后代表现多种遗传模式,54%的转基因株系呈单位点遗传。TAIL-PCR进一步验证转基因整合到水稻基因组。根据T-DNA整合位点DNA序列分析结果,T-DNA左边界发生碱基缺失、增加和替换,右边界只发生碱基缺失,说明左边界比右边界有更多的碱基变异类型。此外,对T2代植株mCherry和HPT的转录水平进行实时定量逆转录PCR分析,结果表明,mCherry和HPT转录水平因T-DNA在水稻基因组中的整合位置而变化,表现位置效应。本研究在mCherry荧光蛋白和其它相关方法的基础上,为转基因水稻遗传及分子分析建立了一个高效的流程体系。     

杂交早稻米质性状的直接和母体遗传效应分析

 用包括基因型×环境互作效应的种子性状遗传模型对杂交早稻的7个品质性状进行了遗传研究。结果表明,7个品质性状都受到种子直接遗传效应和母体效应的控制。其中,糙米率、精米率、粒长和碱消值的遗传变异主要归因于母体加性效应和直接加性效应,前3个性状以母体加性效应为主,碱消值则以直接加性效应占优势。这4个性状的直接加性和母体加性效应之间还有显著的负向遗传协方差。垩白等级主要受母体加性效应控制,直接显性效应也有影响。粒宽和长宽比的变异主要归因于直接加性×环境和母体加性×环境互作效应,以后者为主,此外还有显著的直接显性效应。遗传效应预测值的结果表明,恢复系湖大242为改良杂交早稻品质的较好亲本