拟南芥CPK10/CPK30双突变体的构建及表型分析

CDPKs是植物细胞内一类重要的钙感受器,拟南芥CPK10属于CDPK家族成员。为研究CPK10及与其同源性较高的CPK30是否共同参与逆境响应。首先构建了cpk10×cpk30双突变体,然后进行多种逆境下的生理表现检测,并利用RT-PCR方法分析2个基因的表达情况。结果显示,模拟干旱、盐、ABA处理拟南芥幼苗后,双突变体与野生型无差异;成苗期双突变体与单突变体对干旱敏感程度类似。转录水平检测到,在干旱胁迫时双突变体中RD29A的表达与野生型及单突变体趋势相反,呈下降趋势;响应ABA的OST1在双突变体中受干旱诱导后0.5 h明显表达上调。成功获得了cpk10×cpk30双突变体,由生理表型和表达分析结果推测CPK10与CPK30可能共同参与了依赖ABA的干旱逆境信号转导过程,且二者之间存在功能冗余。     

水稻减数分裂异常突变体osmd的表型分析及基因定位

减数分裂是有性生殖生物繁殖的基础,减数分裂和受精过程的正常进行保证了有性生殖生物配子体和合子体世代交替,并维持了遗传物质的稳定性。因此发现和克隆减数分裂相关基因可为进一步理解减数分裂调控过程提供研究基础。通过正向遗传学方法,筛选一个水稻减数分裂相关突变体并将其命名为osmd(Oryza sativa meiosis defect)。对其生长过程、花器官、花粉育性进行观察分析;通过DAPI,FISH染色对其进行染色体行为分析;并对该突变体进行遗传分析、基因定位和候选基因分析。结果表明,与野生型相比,osmd突变体营养生长过程正常,花器官以及雌蕊形态正常,但是成熟期花药不饱满,花粉粒不能被I2-KI染色。对突变体osmd花粉母细胞减数分裂过程观察发现,在粗线期染色体不能完全配对、终变期出现单价体、二分体时出现滞后染色体、四分体时期出现多个微核。通过FISH试验确定osmd突变体同源染色体不能正常配对。遗传学分析表明,osmd突变体不育表型由一个单核隐性基因控制;通过图位克隆将osmd的突变位点定位到10号染色体上的2个Indel分子标记Chr10-312和Chr10-1003-3之间,该区间共有900 kb,有133个开放阅读框。该区间内一个已知水稻减数分裂相关基因OsPAIR3编码区序列无变化。由此推测Os MD是一个未报道的参与水稻减数分裂同源染色体配对过程的蛋白。     

玉米籽粒突变体smk7的表型分析和基因定位

利用甲基磺酸乙酯(EMS)对玉米自交系B73进行诱变,获得一个可以稳定遗传的小籽粒突变体smk7(small kernel 7)。smk7成熟籽粒表现为体积变小,胚和胚乳发育缺陷,百粒重显著降低。突变籽粒发芽率仅为10%,且幼苗黄化不能生长成正常植株。成熟smk7胚乳中淀粉、蛋白、油分含量与野生型籽粒相比无显著差异,但突变体胚乳淀粉粒体积明显变小且形状不规则。smk7突变籽粒在授粉后12 d即可观察到明显的小籽粒和空瘪表型,石蜡切片显微观察显示突变籽粒的胚和胚乳发育迟缓,胚乳基部转移层细胞(BETL)相对于野生型细胞壁向内生长减少,发育受阻。用杂合植株(+/smk7)与多个自交系分别杂交,构建不同背景的F2分离群体,遗传分析结果表明该性状受单隐性核基因控制。利用靶向测序基因型分型(genotyping by target sequencing,GBTS)技术将基因初定位于2号染色体短臂,进一步精细定位发现该基因位于RM1433917和RM1535316两个标记之间约120 kb的物理范围内,共有8个蛋白编码基因。本研究为进一步克隆和解析SMK7基因调控玉米籽粒发育的分子机制奠定了基础。     

玉米籽粒突变体dek101的表型分析和精细定位

As the storage organ of maize, kernel development and accumulation of storage production directly determines maize yield and quality. In this study, a stable defective kernel mutant, named as defective kernel 101 (dek101), was identified during the development of double haploid (DH) lines in maize. The dek101 kernels displayed severely shrunk kernel appearance, significantly reduced kernel weight, lethal embryo, defective endosperm and were incapable of germinating. The dek101 showed obvious developmental abnormalities at 12 days after pollination (DAP). The fresh weight, dry weight and volume of the kernels were no longer increased after 21 DAP. Scanning electron microscopy (SEM) observation revealed that the starch granules of dek101 were significantly smaller compared with wild-type kernels. Genetic analysis demonstrated that the mutant trait was controlled by a recessive single gene. Using 441 F₂ individuals and 1648 F₃ individuals, dek101 was narrowed down to a genomic region of about 300 kb between the InDel marker IDP2182 and IDP4600 on chromosome 1, which contains five predicted genes. These results laid the foundation for mining functional genes related to maize kernel development and deciphering the mechanism of grain development.     

拟南芥失绿突变体生理特性及其基因定位

通过筛选T-DNA插入突变体库得到一种叶色失绿拟南芥突变体yg (yellow green),为了研究该失绿突变体的性状变化及发生原因,对其表型、光合色素含量、叶绿体超微结构进行观察或测量,并通过染色体步移法定位了突变基因和T-DNA插入位点。研究发现,突变体yg整个生长期均呈浅黄绿色或黄色,植株瘦弱,生长迟缓,干鲜比、植株高度、基部抽薹数均低于野生型;其叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量相对野生型分别减少了90.6%、89.6%、79.7%;透射电镜观察表明,该突变体叶绿体发育异常,类囊体排列松散,基粒片层断裂,淀粉粒较少,嗜锇颗粒数量显著增加;基因定位发现yg的CHLI1基因发生突变,T-DNA插入点位于5’UTR第24 bp后,导致该基因表达量显著降低。本研究明确了该突变体的失绿机制,进一步证实了CHLI1基因在叶绿素合成过程中的重要功能。     

玉米籽粒突变体smk7的表型分析和基因定位

In this study, a stable small kernel mutant, named small kernel 7 (smk7), was isolated from ethylmethane sulfonate (EMS) mutagenesis of maize inbred line B73. Compared with wild type, the smk7 mutants showed smaller kernel size, defective embryo and endosperm development and a significant decrease in 100-kernel weight. The smk7 kernels showed a low level of germination rate at 10% and cannot grow into normal plants. No significant changes were detected in protein, starch and oil content between mature wild type and smk7 kernels, but the starch grains became significantly smaller and irregular in smk7 kernels compared with wild type. The smk7 kernels could be clearly distinguished from the wild type as early as 12 days after pollination (DAP), on the basis of their smaller and emptier phenotype. Microscopic inspection of the paraffin sections revealed that the development of embryo and endosperm were delayed, and the cell wall in growth in basal endosperm transfer layers (BETL) were arrested in smk7 compared with wild type. The F₂ populations with multiple backgrounds were constructed by crossing heterozygous plants (+/smk7) with several other inbred lines. Genetic analysis showed that the mutant phenotype was controlled by a single recessive gene. Based on genotyping by target sequencing (GBTS) strategy, the SMK7 was initially mapped on the short arm of chromosome 2. The fine mapping results suggested that SMK7 was located between markers RM1433917 and RM1535316, with a physical distance of 120 kb. There were eight protein-coding genes in this region. This study laid a foundation for further genes cloning and research of the SMK7 function in regulating maize kernel development.     

甜玉米雄性不育突变体ms2020的表型分析和基因定位

为将雄性不育基因应用于甜玉米杂交制种中,达到降低劳动成本且保证种子纯度的目的。以来源于甜玉米自交系K78的雄性不育自发突变体male sterility 2020(ms2020)为材料,构建ms2020与甜玉米自交系M08的F₁及相应的F₂遗传群体,通过表型鉴定、遗传分析和基因定位研究ms2020甜玉米雄性不育突变体。表型鉴定结果表明：F₁群体均表现为雄性可育,F₂群体出现了育性分离。不育植株能够正常抽雄,但花药不开裂、散粉异常,花药变小且颜色淡黄;1%I₂-KI染色发现不育植株的花药内包含不能正常着色的败育花粉粒。遗传分析结果表明：育性正常植株与不育植株的比例符合3∶1,表明ms2020雄性不育突变体是由单基因控制的隐性突变体。利用BSA技术,初步将目的基因定位在7号染色体短臂上;随后利用初定位区间内的20对SSR标记对不育基因进行定位,将不育基因精细定位在标记S1和W10之间,物理距离为11.30 kb。该区间内包含Zm00001d018802和Zm00001d018803...     

玉米籽粒突变体dek101的表型分析和精细定位

籽粒作为玉米储藏器官,其发育程度和物质储存直接影响玉米的产量和品质。本研究在玉米双单倍体系选育过程中发现可稳定遗传的籽粒缺陷突变体,命名为defective kernel 101 (dek101)。该突变体籽粒皱缩,粒重显著降低,胚致死,胚乳发育缺陷,不能成苗。在授粉后12 d, dek101开始出现明显的发育异常,授粉后21 d籽粒鲜重、干重、体积不再增加。扫描电镜观察发现,与野生型相比, dek101淀粉粒显著变小。遗传分析证实该突变性状受隐性单基因控制。利用441个F2单株和1648个F3单株,将该基因定位在1号染色体的标记IDP2182和IDP4600之间,物理区间约300 kb,共有5个预测基因。这些结果为挖掘与玉米籽粒发育有关的功能基因,解析籽粒发育机制奠定了基础。     

水稻向地性突变体的鉴定与遗传和定位分析

从水稻籼稻品种E优428的诱变M1代群体中获得向地性突变体la(t),该突变体在苗期倒伏生长,成熟期呈匍匐型生长,其它性状未发现异常。初步的生理研究表明该突变体不受外源激素(2,4-D,赤酶素)和光照的影响,并失去了感受重力的能力。遗传分析表明,该突变属单基因隐性突变,将该基因暂定名为la(t)。利用该突变体与籼稻品种D62B杂交,构建了F2代分离群体,用微卫星标记分析,将该基因定位于水稻第11染色体上的微卫星标记Lu2和Lu18之间,与目的基因分别相距1.0和1.7 cM。通过电子杂交的方法将该基因所在区域的遗传图谱整合到国际水稻基因组计划的水稻第11染色体物理图谱中,其la(t)基因两端毗连的Lu2和Lu18 SSR标记之间的物理距离约为140~200 kb。为用图位克隆法分离此目的基因和研究水稻向地性生长的分子机理奠定基础。     

绿豆荚粒数增多突变体snpp1的表型分析及基因定位

荚粒数是食用豆产量性状的构成因子,是食用豆遗传改良的育种目标之一.目前,调控绿豆荚粒数形成的遗传网络和分子基础尚不清楚.通过构建绿豆突变体库,本研究筛选获得了荚粒增加突变体snpp1,遗传分析发现该突变体受半显性基因控制.通过构建F2 代分离群体,筛选群体中的极端单株构建2个DNA混池(每个池包含35个极端单株),利用...     

拟南芥swn突变体耐盐性的初步分析

SWN (Swinger)蛋白是多梳抑制复合体2(polycomb repressive complex2,PRC2)结构的核心成分之一,为了研究SWN在拟南芥中耐盐胁迫方面的作用,我们分析了拟南芥突变体swn与野生型之间转录组水平的基因表达差异,高盐胁迫下的萌发实验,以及与盐胁迫响应基因RD20 (Responsiv...     

水稻紫叶突变体PLM的表型与遗传研究

从爪哇稻香大粒中发现一紫叶突变体PLM,通过与绿叶水稻C181杂交,对PLM及其后代进行遗传、色素和品质的分析.结果显示:PLM紫叶突变体为隐性单基因遗传.与绿叶植株相比,PLM及其后代紫叶群体的花青素含量显著增加,叶绿素总量也有一定的增加;PLM子粒的长宽比为3.09,达到国标一级;其垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量和胶稠度均低于国标三级,表现较差;在其杂交后代中,品质性状得到了一定改善.PLM是一优良的标记供体材料.     

水稻窄叶突变体nal20的表型分析与基因定位

叶片作为植物光合作用的主要器官, 其面积的大小影响着光能利用率和最终产量。为了研究水稻叶片形态建成的分子机制, 利用 ⁶⁰Co-γ射线诱变粳稻品种春江06, 在M₂代中得到1份窄叶突变体, 命名为narrow leaf20 (nal20)。该突变体叶片变窄、株高降低、分蘖增多、茎节间缩短、抽穗期提前。本研究重点调查了3片功能叶的形态, 发现突变体叶片宽度减少了50%, 叶片长度变化较小。细胞学观察表明, 叶片变窄主要是由于表皮细胞数目的减少, 而细胞大小变化不大。遗传分析表明, 该突变体表型受1对隐性基因控制。利用具有多态性的InDel分子标记及nal20与Dular配制的F₂定位群体, 将该基因定位于第7染色体着丝粒区1.9 Mb范围内。二代测序结果表明, 在该范围内有455 kb的大片段缺失。本研究结果为窄叶基因NAL20的克隆和功能分析奠定了良好基础, 也为水稻株型改良提供了基因资源和育种材料。     

一个水稻温敏黄化突变体的表型分析和基因定位

对水稻叶色进行表型分析与基因定位,可为图位克隆该类基因和研究水稻光合系统功能奠定基础。利用甲基磺酸乙酯(ethyl methanesulfonate,EMS)诱变的方法,从籼稻品种"南京11"(简称NJ11)中获得温敏黄化突变体dy1;与野生型相比,dy1在自然环境下,从苗期至成熟期始终表现叶片黄化,透射电镜显示dy1类囊体结构异常;同时株高、分蘖数、结实率等农艺性状也表现出极显著的差异;实验室光照培养箱条件下,dy1苗期在20℃下表现白化,在25℃表现黄化,在30℃下为浅绿的表型;遗传分析表明水稻温敏黄化突变体dy1的表型是由1对隐性基因控制;将突变体与粳稻广亲和品"02428"杂交,构建F2群体,从中选出隐性极端个体,通过基因定位,将控制黄化的基因限定在第1染色体长臂上标记Y-4和Y-35之间的115 kb的区间内,含有16个开放阅读框(ORF),测序发现,dy1中编码尿嘧啶核苷酸激酶的基因LOC_Os01g73450的第4个内含子与第5个外显子交界处存在单碱基替换,拟作为候选基因;且叶绿体合成相关基因表达量显著降低,猜测该基因可能参与了叶绿素合成途径。     

拟南芥Mo敏感突变体基因克隆及功能分析

为了了解Mo的分子功能,对26 000粒拟南芥EMS诱变突变体种子进行了筛选,鉴定出一个对正常Mo敏感的突变体4-10。在正常170 nmol/L Mo条件下,4-10突变体的根部伸长发育受到抑制,而340μmol/L Mo处理能部分恢复突变体根长。在170 nmol/L Mo条件下4-10和Col-0幼苗的根长分别为(1.56±0.13)cm和(11.89±0.71)cm;而在340μmol/L Mo条件下,4-10和Col-0的根长分别为(3.3±0.17)cm和(6.8±0.73)cm。此外,340μmol/L Mo处理能够恢复4-10异常的根形态。Mo含量测定结果表明,4-10突变体植株根部Mo含量显著低于野生型植株;除了对正常Mo敏感外,4-10突变体叶色对NH_4~+也敏感,其花青素含量显著高于Col-0。为了鉴定4-10突变体候选基因,利用图位克隆技术将候选基因定位到1号染色体一个23 kb区域(26.809~26.832 Mb),进一步基因组重测序结果表明,在该区域存在1个非同义突变SNP,包含该SNP的基因At1g71100编码核糖-5-磷酸异构酶(RPI),初步证明,RPI基因为4-10突变体的候选基因。利用At RPI基因纯合突变植株和4-10突变体进行的等位性检测结果表明,4-10突变体和等位基因突变体rsw10-1杂交的F1仍然对NH_4~+敏感,从而确定RPI基因为4-10突变体基因。通过表型分析注意到除了过量Mo能恢复4-10突变体根长之外,外源尿苷处理同样可以恢复4-10突变体的根长。结果表明,过量的Mo通过尿苷转运作用促进了补救合成途径进程。     

水稻单侧卷叶突变体B157遗传分析及基因初步定位

用60Co-γ射线诱变籼稻品种808,获得一个叶片单侧右向正面卷曲的突变体,命名为B157.以突变体B157与平展叶水稻808、日本晴(粳稻)、东洋超级稻(籼稻)杂交构建F2遗传群体.F2群体分离分析表明,该突变体的卷叶性状由一对隐性基因控制.利用东洋超级稻xB157构建的F2群体对该卷叶性状进行基因定位,初步将控制该卷叶性状的基因定位在水稻第1染色体上,并将其定位在RM272与RI02526两个分子标记之间,我们将该基因命名urll(t)(unilateral rolled leaf 1).定位分析表明,urll(t)基因与RM272与RI02526的遗传距离分别为0.6 cM和2.0 cM.进一步的in silico分析显示,urll(t)基因所在的两个标记间的物理距离为692.9 kb,包含78个预测基因,其中有14个编码未知功能的表达蛋白,17个编码未知功能的假定蛋白,47个编码功能蛋白.基于TIGR数据库的分析发现,在这些预测基因中有三个预测基因与植物细胞分裂和生长有关,我们推测这三个预测基因可能与控制urll(t)卷叶性状有关.     

水稻斑马叶突变体zebra1349的表型鉴定及基因精细定位

从恢复系育种材料[R128//(R318/R1025)F1]F6中获得一个新的斑马叶突变体zebra1349,突变体秧苗期如果不移栽,与野生型一样表现绿色,移栽后5 d新抽出的叶片包括叶鞘会呈现出与叶脉垂直的黄绿相间的条纹,移栽后30 d抽出的叶片又表现正常绿色,成熟期主要农艺性状与野生型无明显差异。与野生型相比,突变体六叶期斑马叶黄区部位的总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量分别下降了55.86%、61.02%、39.34%和47.03%。透射电镜(TEM)观察表明,突变体斑马叶绿区部位叶绿体发育正常;黄区部位叶肉细胞中叶绿体结构异常,类囊体膜退化和分解严重,类囊体基粒片层数量明显减少,片层间距拉大,排列疏松。对zebra1349与正常叶色品种杂交F1、F2代的遗传分析表明该性状受1对隐性核基因调控。利用1192株zebra1349/02428 F2隐性定位群体,最终把ZEBRA1349基因定位在水稻第12染色体In Del标记indel39和indel44之间,其遗传距离分别为0.04 c M和0.17 c M,根据日本晴基因组序列推测,两标记之间的物理距离约为89 kb。本研究为ZEBRA1349基因的图位克隆和功能研究以及分子标记辅助育种奠定了基础。     

绿豆EMS诱变突变体库的构建及表型分析

为探索适于绿豆突变体库构建的最佳甲基磺酸乙酯(EMS)浓度和处理时间,以‘皖科绿3号’种子为研究材料,设置4种EMS浓度(0.6%,1.0%,1.4%和1.8%)和4种时间(6 h,10 h,14 h和18h)共16个组合,并以半致死剂量为突变体库构建的条件。结果表明,‘皖科绿3号’的最佳诱变条件为1.0%/10 h。用该条件处理6000粒成熟的‘皖科绿3号’种子,获得M1代植株998份。对M2代群体中植株叶色、叶形、株高、花器官、开花期等性状进行鉴定。共发现表型变异材料324株,变异频率为2.97%。突变体中叶色变异和矮秆是主要的变异类型,分别占植株总数的1.10%和0.46%。利用基因组重测序技术对4份突变材料的突变位点进行鉴定,测序结果表明碱基突变频率为1/37.78 kb。实验确定‘皖科绿3号’的最佳诱变条件为1.0%/10 h。研究结果也表明利用EMS诱变的方法可获得丰富的表型变异材料,可用于绿豆品种遗传改良和功能基因组学研究。     

玉米籽粒突变体dek48的表型鉴定与基因定位

籽粒是玉米的主要营养储存器官,也是禾本科植物种子发育研究的模式器官。本研究对玉米自交系郑58进行甲基磺酸乙酯(EMS)诱变,获得一个稳定遗传的籽粒缺陷突变体,命名为defective kernel 48 (dek48)。该突变体籽粒皱缩扁小,百粒重显著降低,胚和胚乳发育严重缺陷,不能成苗。在玉米授粉后12 d即可观察到明显的发育缺陷,表明该突变发生在籽粒发育的早期阶段。扫描电镜观察发现dek48与野生型相比淀粉粒显著变小。石蜡切片显微观察发现dek48淀粉胚乳填充不饱满,糊粉层细胞发育不规则。遗传学分析表明,该突变性状受隐性单基因控制。进一步构建F2遗传定位群体,将该突变体基因精细定位于3号染色体7.39 Mb～7.52 Mb之间。生物信息学分析发现该区间内有6个开放阅读框,暂未发现与籽粒发育有关的已知基因,后续将通过测序和基因表达分析进一步确定候选基因。     

水稻茎秆壁增厚突变体的表型鉴定与基因定位

水稻的茎秆强度影响植株的抗倒伏能力。本研究通过60Coγ射线辐射籼稻‘9311’,获得了一个茎秆壁增厚的突变体st1,并对突变体进行了表型鉴定和基因定位分析。结果表明,与野生型‘9311’相比,突变体st1重心高显著降低,基部第四、五节间缩短退化,株高显著变矮。突变体基部第二节间和基部第三节间厚度分别为1.63和1.75 mm,显著高于野生型,倒伏指数显著降低。茎秆解剖结构表明,st1的基部第二节间的大维管束数目、节间表皮和基本组织厚度显著高于野生型。主要农艺性状分析表明,突变体结实率降低,粒宽显著增加,千粒重、垩白粒率和垩白度显著增大。遗传分析表明,突变体st1的突变性状受1对隐性基因控制。利用Mutmap测序定位st1基因。结果表明,st1基因位于第2染色体。本研究为水稻茎秆壁增厚基因的克隆和功能分析提供科学依据,也为水稻抗倒伏研究提供了良好的种质资源。