黑麦端部特异重复序列pSc200在新合成的不同小麦-黑麦双二倍体中的变异

【目的】更好地了解在小麦-黑麦双二倍体形成过程中,黑麦染色体变异的情况。【方法】利用黑麦Kustro及黑麦AR106BONE分别与小麦品种绵阳11杂交,获得两种双二倍体（MKS1及MARS1）。以黑麦亚端部串联重复序列pSc200为探针,采用荧光原位杂交的方法,分析亲本黑麦及相应的双二倍体中黑麦染色体端部染色体结构变化。【结果】检测到pSc200杂交位点在MKS1中减少,而在MARS1中增加。【结论】异源多倍体化过程中,染色体端部结构的变异是伴随多倍体化快速发生的。这可能有利于新合成的异源多倍体快速稳定,使得两个不同的基因组在同一核中协调共存。来自不同组合的小麦－黑麦双二倍体中,黑麦染色体结构发生不同的变异为黑麦在小麦育种中的应用提供了启示。     

六倍体小黑麦染色体的荧光原位杂交分析

采用基因组原位杂交(GISH)和荧光原位杂交(FISH)技术对六倍体小黑麦进行了研究,以鉴定其含有的黑麦染色体的数目和结构特点,了解小黑麦基因组组成,为其在小麦遗传育种中的应用提供参考.分别以黑麦基因组DNA及pSc200和pSc250探针进行顺序GISH-FISH分析,结果显示该小黑麦含有21对染色体,来源于黑麦的2对染色体的长臂端部出现pSc200和pSc250信号,而另外5对染色体的两端部都有该信号.以Oligo-pSc119.2-1,pSc200和pSc250探针对小黑麦进行了双色FISH分析,发现小黑麦的Oligo-pSc119.2-1信号与黑麦基本相似,而pSc200和pSc250信号与黑麦的差异较大.以黑麦基因组DNA及Oligo-pAs1-1和Oligo-pSc119.2-1为探针对小黑麦进行顺序GISH-FISH分析,鉴定其基因组组成为AABBRR;同时发现小黑麦染色体的一些FISH信号发生了变化,其原因可能是小黑麦形成过程中染色体结构发生了改变,从而导致小黑麦的DNA重复序列呈现多态性.     

普通小麦-奥地利黑麦抗条锈病衍生系NR1121的鉴定

【目的】检测从普通小麦(Triticum aestivumL.)与奥地利黑麦杂交后代选育出的、形态学稳定的抗条锈病衍生系NR1121的黑麦遗传物质。【方法】在室内条锈病抗性鉴定的基础上,采用细胞学方法、基因组原位杂交、SCAR(Sequence characterized amplified region)标记以及SSR(Simple sequence repeat)标记、A-PAGE等方法,对普通小麦-奥地利黑麦衍生系NR1121进行分子细胞遗传学鉴定。【结果】NR1121和奥地利黑麦对条中32号生理小种(CY32)免疫,陕麦611和携带Yr9基因的洛夫林10、洛夫林13、秦麦9号、丰抗8号、陕229和偃师9号均高感,表明NR1121携带的抗条锈病基因来源于奥地利黑麦。NR1121细胞学稳定,根尖细胞染色体数2n=42,花粉母细胞减数分裂期2n=21Ⅱ;以奥地利黑麦总基因组DNA为探针的原位杂交结果显示,NR1121含有2条奥地利黑麦染色体。SCAR和SSR标记(Xgwm 131-1B)检测结果表明,NR1121携带黑麦1R染色体的遗传物质。A-PAGE结果显示,NR1121在ω区的Gli-B1位点具有黑麦特征带,说明NR1121含有黑麦1R染色体短臂上的遗传物质。【结论】NR1121为农艺性状优良的小麦-黑麦1R异代换系,对CY32免疫,其抗病基因来源于奥地利黑麦,可能是一个不同于Yr9基因的新抗条锈病基因。该种质可作为条锈病抗源用于小麦抗病育种。     

干旱胁迫下油用牡丹‘凤丹’基因组DNA甲基化分析

利用甲基化敏感扩增多态性技术探究不同干旱处理下油用牡丹‘凤丹’基因组DNA甲基化的水平及其变异模式。结果表明:‘凤丹’4年生植株的基因组DNA甲基化率为93.24%;随着干旱程度的加强,‘凤丹’基因组DNA发生甲基化变化位点的比率呈先上升后下降的趋势;对不同程度干旱处理后的‘凤丹’进行复水,与对照植株相比,复水后的‘凤丹’植株基因组DNA总甲基化率均表现为上升。干旱胁迫下‘凤丹’基因组DNA甲基化出现4种变异模式,表现为15种条带类型。轻度干旱诱导‘凤丹’基因组39.78%的位点发生了甲基化,40.00%的位点发生了去甲基化;重度干旱诱导‘凤丹’基因组46.00%的位点发生了甲基化,38.60%的位点发生了去甲基化,表明干旱胁迫会诱导‘凤丹’基因组DNA甲基化状态发生改变。     

用荧光原位杂交技术检测黑麦染色质

荧光原位杂交技术（fluorescence in situ hybridization ,FISH）是一种快速、准确、直接检测和定位外源染色质的新技术。本研究荧光原位杂交用毛地黄毒苷-11-dUTP标记黑麦总DNA作探针,以检测小麦中黑麦染色质。结果如下：八倍体小黑麦（2n=8x=56）有丝分裂中期有14条染色体显示黄色,42条染色体显示红色,红色间期核显示有14个黄色亮点,表明这八倍体小黑麦含14条黑麦染色体。八倍体小黑麦中黄色黑麦染色体显C-带和H-带的末端有绿色的带。这是由于黑麦染色体末端结构异染色质含量高所致。黑麦附加系2R的间期细胞核中有1 ～ 2个黄色亮点。这表明2R含有1至2条黑麦染色体。     

DNA甲基化及其生物学功能

DNA甲基化是真核细胞基因组重要修饰方式之一。机体有建立和维持DNA甲基化的机制。DNA甲基化通过与反式因子相互作用或通过改变染色体结构而影响基因的表达,在胚胎发育、X染色体失活、基因组印记等方面起着重要作用。DNA甲基化为哺乳动物的发育、遗传性疾病和肿瘤的发生、生物进化、性状的遗传控制等的研究提供了新的途径。     

萝卜-芥蓝异源四倍体F4和F10世代DNA甲基化变异的MSAP分析

以人工合成的萝卜-芥蓝异源四倍体的F4和F10世代为材料,用MSAP法检测2种材料DNA甲基化变异情况,以期为远缘杂交后不同世代间基因组DNA甲基化遗传和变异规律提供实验依据。结果表明:F4代和F10代甲基化程度分别为30.61%和33.10%,共检测12种甲基化变异模式,可以分为5种类型,甲基化变异位点占所有甲基化位点的41.71%。用甲基化抑制剂5-氮胞苷处理F4代,F10代材料,检测到甲基化程度分别为20.67%和25.75%,F代比F代受到了更大冲击,说明不稳定世代对环境的影响更加敏感。     

干旱胁迫诱发的玉米DNA甲基化变异的研究

本实验以玉米品种B73和H99为实验材料,分别对其进行干旱胁迫处理(0天、5天、7天、9天、11天),用MSAP方法分析干旱胁迫条件下的玉米基因组DNA甲基化变化情况。结果表明,干旱胁迫下,玉米DNA甲基化修饰发生了明显的改变,包括甲基化水平变化和模式变化;B73与H99的甲基化变异程度存在差异,其中B73在处理7天时检测到的变异率最高,为32.48%,H99在处理9天后的变异率最高,为30.00%。本研究初步分析了玉米在干旱胁迫下所发生的表观遗传学变异的频率及其与玉米抗逆性之间可能存在的关系,为进一步研究植物抗干旱胁迫的机制和培育抗干旱玉米新品种提供理论依据。     

河八王杂交种F1、BC1及其亲本DNA甲基化水平和模式变化

为分析河八王及后代基因组DNA甲基化水平和遗传模式变化,以河八王及其后代F_1和BC_1为材料,采用甲基化敏感扩增多态性技术(Methylation sensitive amplification polymorphism,MSAP)结合毛细管电泳技术(Capillary electrophoresis,CE)分析亲本及后代基因组DNA甲基化水平和遗传模式变化规律。结果表明:母本‘GT05-3256’的MSAP比率是59.6%,父本‘GXN1’则是60.5%,其杂交种F_1的MSAP比率是56.4%～59.0%,均低于双亲;BC_1的母本‘YC94-46’的MSAP比率是59.4%,父本‘T6-3’则是59.0%,BC_1MSAP比率是56.9%～69.8%,整体平均为62.8%,平均值高于双亲。BC_1世代总甲基化水平略高于F_1世代水平。F_1和BC_1基因组CCGG位点发生甲基化的方式整体上以内部胞嘧啶双链甲基化为主。在F_1和BC_1中均检测到70种甲基化类型,并进一步分为A、B、C、D和E等5大类,其中A类是亲本向杂交种的甲基化遗传类型;B类是去甲基化类型,表示杂交种相应于其亲本的甲基化减弱;C类是过或超甲基化类型,表示杂交种相应于其亲本的甲基化增强;D类是次甲基化类型,杂交后代甲基化水平比双亲均要低;E类为不定类型。结果显示,B、C、D、E是杂交种的甲基化变异类型;F_1的甲基化遗传类型(A类)比例明显低于BC_1,但变异类型B、C、D、E高于BC_1;杂交形成F_1和BC_1过程中,基因组DNA普遍发生了超甲基化修饰。     

黑麦染色体组中一个新重复序列的发现、定位与应用

 【目的】寻找黑麦基因组中新的重复序列作为特异PCR标记。【方法】以普通小麦中国春、川农18、育成品系R111、绵阳11为对照，以荆州黑麦、秦岭黑麦、非洲黑麦、森林黑麦为材料，用RAPD法筛选到黑麦基因组中的一个高拷贝DNA片段OPD15940，将OPD15940输入到NCBI的BLAST框中进行比对。根据OPD15940设计特异PCR引物D15F和D15R，利用这对引物对小麦族物种进行扩增，验证OPD15940的特异性。进而利用原位杂交技术定位pScD15940在染色体上的位置。【结果】序列比对后发现OPD15940与重复序列Sukkula中近60个53bp的小片段有较高的同源性，但又不同于Sukkula，是一类新的重复序列。通过特异PCR确定仅含黑麦染色质的物种能扩增出OPD15940，因而OPD15940为黑麦所特有。原位杂交结果显示除端部区域外，pScD15940弥散状分布在黑麦整套染色体上。【结论】OPD15940可以作为分子标记检测导入到小麦背景中的黑麦染色体。     

应用MSAP技术对脐橙品种进行DNA甲基化分析

 应用甲基化敏感扩增多态性（MSAP）技术对24个脐橙品种胞嘧啶甲基化模式和程度进行评估。结果表明，脐橙基因组的CCGG序列中检测到4.7%～15.0%的DNA发生甲基化；18对扩增引物有10对显示有多态性，总共得到639条带，其中43条带为甲基化多态性带，平均甲基化多态性（P）比率达6.7%。结果显示DNA甲基化在脐橙中发生频繁，且品种之间的甲基化模式存在较大差异，脐橙CCGG序列中胞嘧啶甲基化外部（15.0%）多于内部（4.7%）。本文首次运用MSAP技术对脐橙品种进行胞嘧啶甲基化分析表明，使用MSAP检测脐橙品种多态性非常有效。     

栽培稻、斑点野生稻、药用野生稻基因组比较分析

以栽培稻总DNA为探针,对栽培稻(AA)自身、斑点野生稻(BB)以及药用野生稻(CC)体细胞染色体进行基因组荧光原位杂交(GISH),并以斑点野生稻总DNA为探针,对自身和药用野生稻体细胞染色体进行基因组荧光原位杂交,以此研究A、B、C 3个基因组型之间的关系.结果显示,A、B、C基因组之间都存在较高的同源性,其中AA与CC之间的信号最强,BB基因组与AA基因组次之,BB基因组与CC基因组的信号最弱.说明A、B、C 3个基因组之间的亲缘关系,A与C最近,B与C最远.     

Mapping the Drosophila genome with yeast artificial chromosomes

The ability to clone large fragments of DNA in yeast artificial chromosomes (YAC's) has created the possibility of obtaining global physical maps of complex genomes. For this application to be feasible, most sequences in complex genomes must be able to be cloned in YAC's, and most clones must be genetically stable and colinear with the genomic sequences from which they originated (that is, not liable to undergo rearrangement). These requirements have been met with a YAC library containing DNA fragments from Drosophila melanogaster ranging in size up to several hundred kilobase pairs. Preliminary characterization of the Drosophila YAC library was carried out by in situ hybridization of random clones and analysis of clones containing known sequences. The results suggest that most euchromatic sequences can be cloned. The library also contains clones in which the inserted DNA is derived from the centromeric heterochromatin. The locations of 58 clones collectively representing about 8 percent of the euchromatic genome are presented.     

拟斯卑尔脱山羊草的FISH核型分析

【目的】建立拟斯卑尔脱山羊草的FISH核型,分析明确不同来源拟斯卑尔脱山羊草的FISH核型特点,比较不同拟斯卑尔脱山羊草及其与普通小麦的FISH核型差异。【方法】以荧光标记的寡核苷酸Oligo-pTa535和Oligo-pSc119.2为探针,利用荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)技术分析pTa535和pSc119.2在不同拟斯卑尔脱山羊草、四倍体小麦和普通小麦染色体上的杂交信号分布特点;以禾本科植物着丝粒专化寡核苷酸Oligo-CCS1为探针,明确拟斯卑尔脱山羊草的着丝粒位置,测量拟斯卑尔脱山羊草染色体相关参数;通过FISH核型比较明确不同拟斯卑尔脱山羊草及其与小麦核型的多态性差异。【结果】Oligo-pTa535主要分布在小麦的D和A组染色体上,在小麦的B组染色体上仅有零星分布,在5份拟斯卑尔脱山羊草的染色体中未显示Oligo-pTa535杂交信号。Oligo-pSc119.2杂交信号主要分布在小麦的B组染色体上,在小麦的A、D组染色体中分布较少,但在5份拟斯卑尔脱山羊草染色体上均有广泛分布。根据Oligo-pTa535和Oligo-pSc119.2杂交信号在小麦染色体上的分布特点,可以将小麦的不同染色体相互区分开来。Oligo-pSc119.2杂交信号在不同倍性、不同品种的小麦B组染色体上的分布特点基本相似,而不同来源拟斯卑尔脱山羊草的Oligo-pSc119.2的FISH核型差异较大,甚至在同一细胞内的2条同源染色体上Oligo-pSc119.2杂交信号的分布也具有明显差异。不同来源的拟斯卑尔脱山羊草与小麦B染色体组的FISH核型存在明显差异。PI542238的7对染色体均为中间着丝粒染色体,核型公式为2n=14=14m。其余4份拟斯卑尔脱山羊草的4S染色体均为近中着丝粒染色体,其余染色体均为中间着丝粒染色体,核型公式皆为2n=14=12m+2sm。【结论】拟斯卑尔脱山羊草染色体上含有丰富的与pSc119.2高度同源的重复序列,不含有与pTa535高度同源的重复序列。不同来源的拟斯卑尔脱山羊草之间以及同一来源的拟斯卑尔脱山羊草的个体间甚至同一个体内的同源染色体间在pSc119.2的分布上均具有遗传多样性。以Oligo-pSc119.2为探针建立的拟斯卑尔脱山羊草染色体FISH核型与小麦B组染色体的核型具有显著差异。利用荧光标记的Oligo-pTa535和Oligo-pSc119.2为探针进行FISH分析,可以准确区分拟斯卑尔脱山羊草的不同染色体,并能将拟斯卑尔脱山羊草与小麦的染色体区分开来。     

基于顺序GISH-FISH花生栽培种的染色体分析

【目的】针对花生染色体较小,染色体细胞学标记少,细胞遗传研究相对滞后,染色体分类识别困难的问题,建立能够准确区分栽培花生（Arachis hypogaea L.,2n=4x=40,AABB）A、B染色体组的新核型,提高染色体识别准确率,以揭示栽培花生和野生供体亲本的染色体对应关系,鉴定栽培种花生染色体结构变异体。【方法】以花生栽培种（Arachis hypogaea L.,2n=4x=40,AABB）的2个可能供体亲本即花生野生种Arachis duranensis（2n=2x=20,BB）和Arachis ipaënsis（2n=2x=20,AA）全基因组DNA及5S rDNA和45S rDNA为探针,利用顺序基因组荧光原位杂交（GISH）和多色荧光原位杂交（McFISH）技术（简称顺序GISH-FISH）结合DAPI染色,在准确区分花生栽培种A、B染色体组的基础上,对花生栽培品种Z5163及其供体亲本染色体进行分析,建立花生栽培种新核型,并利用该核型对其他栽培品种的染色体进行分析,以探讨该核型的应用潜力和栽培花生染色体组成特点。【结果】以A. ipaënsis和A.duranensis全基因组DNA为探针的GISH分析表明,以A. ipaënsis为探针在花生栽培种20条B组染色体上能够产生清晰稳定的杂交信号,在A组染色体上没有信号,而以A.duranensis为探针,只在18条A组染色体能产生信号,但1对A组的小染色体“A染色体”不易被区分,因此,以A. ipaënsis为探针可以准确区分花生栽培种A、B染色体组;综合5S rDNA和45S rDNA Mc-FISH和DAPI染色分析,发现花生栽培种A、B染色体组DAPI带纹、5S rDNA和45S rDNA的分布分别与A.duranensis和A. ipaënsis一致,此结果支持A.duranensis和A.ipaënsis是花生栽培种的供体亲本。DAPI染色结果显示,A. ipaënsis及花生栽培种的B组染色体均有14条染色体显示着丝粒带纹,明显多于前人报道,表明仅利用DAPI染色来区分花生栽培种A、B组染色体的方法具有局限性。综合DAPI染色、rDNA、A.duranensis和A. ipaënsis基因组探针进行顺序GISH-FISH分析,建立了可以准确识别花生栽培种A、B染色体组新核型。然后利用该核型对3个栽培种品种的染色体组成进行了分析,首次发现一个自发的花生染色体代换系MS B1（A1）,揭示了栽培花生染色体B1与A1之间存在部分同源关系。【结论】野生花生A. duranensis和A. ipaënsis分别与栽培花生A和B基因组染色体间具有很好的对应关系;研究建立的基于GISH-FISH和DAPI染色的栽培花生新核型,不但可以准确区分大部分A、B组染色体,而且还能识别栽培花生在多倍体化和人工进化过程中可能存在的自发的染色体变异,揭示A、B组染色体间的部分同源性。     

盐胁迫下红花基因组DNA甲基化的MSAP分析

以红花幼苗为研究材料,经200mmol.L-1 NaCl溶液分别处理4、8、12h,以未经盐胁迫处理为对照(CK),对DNA甲基化变化特征进行MSAP(甲基化敏感扩增多态性)分析。选用13对选扩引物,共检测到3 140个基因位点。甲基化水平分析表明,CK,4、8、12h处理样本中总甲基化率分别为31.8%、27.1%、31.0%和31.3%。进一步对不同处理时间红花基因组DNA甲基化模式的变化特征进行分析表明,NaCl处理4h后DNA的去甲基化模式调整占优势,而处理8h及12h后DNA甲基化水平恢复到CK水平,甲基化及去甲基化模式调整基本一致。上述结果显示,盐胁迫条件下红花基因组DNA甲基化状态发生了一定变化,并且这种变化与盐胁迫程度相关,推测DNA甲基化修饰可能参与了红花的盐胁迫应答。     

Global Analysis of Cytosine Methylation and Proteome Under Cold Treatment in Brassica napus

Cytosine methylation/demethylation plays pivotal roles in regulating gene expression at a genome-wide level. However, limited reports are available to reveal correlating changes of cytosine methylation and proteomic expression in Brassica napus so far. Therefore, in the present study, global cytosine methylation and proteome were analysed in B. napus after cold treatment by methylation-sensitive amplified polymorphism （MSAP） and two-dimensional protein electrophoresis technology （2-DE）. The results showed that the lowered genome-wide DNA methylation status was revealed after cold treatment, and about 0.88% of discrepancy in DNA methylation was detected between the non-flowering and flowering plants after cold treatment. Moreover, the 52 significantly up-regulated proteins emerged in comparison with the 36 down-regulated proteins, as well as the 14 proteins exclusively detected in the flowering plants. Intriguingly the 8 specifically expressed proteins in the non-flowering plants disappeared in the flowering plants with cold treatment. Therefore, these present data proved that the correlating changes of cytosine methylation and proteomic expression were evidenced under cold treatment in B. napus.     

重金属胁迫对生物DNA影响的研究进展

对重金属胁迫对植物、动物、微生物的DNA(包括碱基、基因、染色体等)的影响进行综述。指出,重金属胁迫能够诱导生物体产生碱基改变、DNA单双链断裂、染色体改变等DNA损伤。介绍一些检测重金属的方法及重金属胁迫对生物的DNA影响的研究方法,有助于进一步防御改善重金属污染,更好地了解重金属胁迫对生物体造成DNA损伤的机理。     

薏苡不同种质的基因组原位杂交分析

为了研究薏苡属不同种质之间的关系,采用基因组原位杂交(GISH)技术,以四倍体栽培薏苡(2n=20,AABB)基因组总DNA作为探针,分别对广西的栽培薏苡、野生薏苡和水生薏苡体细胞中期染色体进行基因组原位杂交。杂交结果显示,栽培薏苡和野生薏苡染色体都被强烈而密集的杂交信号所标记,说明野生薏苡与栽培薏苡在基因组染色体水平上的同源程度很高,保守重复序列占很大比重;水生薏苡的基因组中有20条染色体的DNA成分与栽培薏苡的基因组DNA高度同源,推断供试的水生薏苡种属于广西六倍体水生薏苡居群。     

Dependence of heterochromatic histone H3 methylation patterns on the Arabidopsis gene DDM1

The Arabidopsis gene DDM1 is required to maintain DNA methylation levels and is responsible for transposon and transgene silencing. However, rather than encoding a DNA methyltransferase, DDM1 has similarity to the SWI/SNF family of adenosine triphosphate-dependent chromatin remodeling genes, suggesting an indirect role in DNA methylation. Here we show that DDM1 is also required to maintain histone H3 methylation patterns. In wild-type heterochromatin, transposons and silent genes are associated with histone H3 methylated at lysine 9, whereas known genes are preferentially associated with methylated lysine 4. In ddm1 heterochromatin, DNA methylation is lost, and methylation of lysine 9 is largely replaced by methylation of lysine 4. Because DNA methylation has recently been shown to depend on histone H3 lysine 9 methylation, our results suggest that transposon methylation may be guided by histone H3 methylation in plant genomes. This would account for the epigenetic inheritance of hypomethylated DNA once histone H3 methylation patterns are altered.