杨树花发育相关基因及基因工程调控

杨树作为世界上重要的速生栽培树种和林木基因工程的模式树种,对其花发育分子机理的深入研究既是进行杨树开花调控的前提和基础,也为研究其它多年生木本植物花发育的研究提供借鉴.与其他开花植物相似,杨树的花发育也分为开花诱导、花的发端和花器官发育三个阶段,并且每个阶段都有多种基因的参与和调控.依据拟南芥等植物中花发育基因的信息,在杨树中也克隆了一大批与其花发育相关的基因,这些基因在表达方式、基因功能、调控等方面与其在拟南芥等植物中既有相似性,又具有杨树自身的特点.在杨树花发育相关基因的研究基础上,已经获得了提早开花及不育的转基因杨树.随着杨树花发育研究的不断深入以及实验技术的不断更新,杨树遗传改良必将发生历史性的变革.     

植物类胡萝卜素生物合成相关基因的表达调控及其在植物基因工程中的应用

类胡萝卜素是人类饮食结构中不可缺少的重要成分,具有多种重要的保健功能,尤其是有些类胡萝卜素,如β-胡萝卜素是合成维生素A的前体,具有抗癌和提高免疫力等功效。类胡萝卜素还广泛用于医药和化妆品工业。迄今为止,自然界中发现的大多数类胡萝卜素都是微量的中间产物,很难直接利用。本文概述了高等植物类胡萝卜素生物合成途径、类胡萝卜素生物合成关键酶基因的克隆,如异戊烯焦磷酸异构酶、牻牛儿牻牛儿基焦磷酸合成酶、八氢番茄红素合成酶、八氢番茄红素脱氢酶、ζ-胡萝卜素脱氢酶、!-番茄红素环化酶、ε-番茄红素环化酶,并对这些关键酶基因的功能进行鉴定。以水稻、油菜、马铃薯和番茄为例,阐明了类胡萝卜素合成关键酶基因在植物基因工程中的应用。将黄水仙的Psy和Lcy-b以及噬夏孢欧文氏菌(Eriwiniauredovora)CrtI基因同时转入水稻,水稻种子内胚乳类胡萝卜素含量得到提高。另外,在油菜、马铃薯和番茄中转入与类胡萝卜素合成相关的基因,类胡萝卜素含量也发生不同程度的提高,基因表达水平也发生变化。阐述了通过基因操作技术只能得到极少量的类胡萝卜素,只有进一步弄清类胡萝卜素代谢途径,提高外源基因在植物中的特异表达,才能合成大量类胡萝卜素,使类胡萝卜素遗传操作技术成功运用于作物品质改良。     

花青素合成相关基因在二倍体彩色马铃薯薯肉中的表达分析

为了探究彩色马铃薯薯肉颜色分布的机理,本试验利用RT-PCR技术,检测了与花青素合成相关的6种结构基因和4种调节基因,在彩色马铃薯杂交组合后代中不同薯肉颜色个体以及同一薯块中不同薯肉颜色部分的表达情况,研究这些结构基因和调节基因在薯肉中的表达模式.结果 显示,在75个杂交后代中,除结构基因DFR外,其余5个结构基因在红...     

五种相关光合蛋白基因在马铃薯野生种冷驯化中的表达分析

以马铃薯野生种S.acaule(W 3,抗冻、具冷驯化能力)和S.cardiophyllum(Cph 12,霜冻敏感、不具冷驯化能力)为研究对象,通过荧光定量PCR,研究五种光合相关蛋白基因在冷驯化期间的转录表达量.结果表明,在冷驯化期间,两种植株叶片净光合速率均呈先降后增趋势;W 3植株叶绿素呈先增后降趋势,Cph ...     

水稻叶形相关调控基因研究进展

叶形是塑造水稻“理想株型”的重要组成部分,主要包括叶长、叶宽、叶色、叶厚、卷曲度、叶倾角、披垂度等性状,对于水稻光合作用、抗逆性、优质高产具有重要意义。本研究综述了水稻不同叶片形态特征及其生理状态对植株生长和产量的影响,分析了近年来叶片形态建成相关分子机制研究进展,可促进水稻叶形种质资源收集、创制和利用,为水稻叶形分子机理研究和“理想株型”育种提供思路,有助于更好地开展叶形分子标记辅助选择,提高育种效率。     

马铃薯StIgt基因家族的鉴定及其对干旱胁迫的响应分析

干旱胁迫是影响马铃薯产量和品质的主要非生物胁迫因素之一。马铃薯在抵御干旱胁迫的过程中,根系的生长发育和构型分布发挥着重要作用。Igt基因家族是普遍存在于植物中的一类功能基因,在调控植物根系构型和提高植株抗逆性等方面效果显著。本研究以马铃薯双单倍体‘DM-v4.03’高质量基因组为参考,在全基因组范围内分析鉴定了StIgt基因家族的成员,并采用多种生物信息学软件对其进行了系统进化树构建、染色体定位、保守蛋白结构域、基因结构和顺式元件预测。同时,利用本课题组前期对马铃薯四倍体品系在不同干旱条件下的转录组测序结果,分析了StIgts响应干旱胁迫的表达谱。结果表明,在马铃薯中共鉴定获得10个StIgt家族成员,其中StIgt1由本课题组前期克隆获得。除StIgt1位置信息不明外,其余基因不均匀地分布在1、2、5、7、10和11号染色体上。StIgt家族蛋白长度为110~283个氨基酸,分子量介于13.136~32.542 kD之间,预测等电点为3.82~9.86。系统进化树分析发现,该基因家族可分为3个亚族,亚族间的基因结构、蛋白保守域和顺式作用元件差别明显。干旱胁迫下的表达谱分析表明,StIgt6、StIgt7、StIgt9和StIgt10响应早期干旱胁迫,在干旱2 h时即迅速上调表达。这些结果为阐明StIgt基因家族的进化关系和进一步研究其成员的功能特性提供了理论基础。     

WRKY转录因子与脱落酸在调控低温中的作用

为了探索WRKY转录因子与脱落酸在调控植物抵御低温的作用。本研究总结了低温对植物的影响,介绍了ABA作为低温信号通路载体的研究进展,归纳了ABA调控WRKY转录因子以及其他转录因子抵抗低温的研究以及调控低温中受ABA响应的转录因子,概括了WRKY在低温中的作用。最后指出低温胁迫对植物影响的分子机制及调控网络的研究是未来研究的方向。     

外源类甜蛋白基因在马铃薯中的表达

将“津引薯８号”马铃薯薄版和含有ＣaMV35S启动子控制的类甜蛋白（ＴＬＰ）基因与紧密连锁的Ｕbiquitin启动子控制的bar标记基因的农植菌双元表达域体进行共培养。切下马铃薯薄片表面产生的幼芽,用含有除草剂bialaphos的ＭＳ培养其进行初步筛选。当获得的生根抗性芽生长成株后用ＴＬＰ蛋白抗体和ＴＬＰ基因特异引我对成株进行间接ＥＬＩＳＡ检测和ＰＣＲ检测。两种检测结果一致率为９０％,推断以bar基因为筛选标记、紧密连锁 的外源类甜蛋白基因已经进入马铃薯基因组并利以表达。     

植物抗寒相关功能与调控基因研究进展

低温是严重影响农业生产的重要因素之一,尤其是在高海拔的冷凉地区。近年来随着抗寒基因工程的发展,有关植物抗寒性的研究得到了很大的进展。本研究从抗寒相关的功能基因和调控基因两方面入手,归纳了就近几年国内外关于植物的抗寒相关功能基因（冷诱导基因、脂肪酸去饱和代谢关键酶基因和抗氧化酶基因等）和调控基因（AP2/EREBP、NAC、MYB、WRKY和bZIP转录因子）并提出了展望,以期为人们进一步认识和利用植物抗寒相关基因提供参考,为植物抗寒机理的研究和植物抗寒育种提供依据,期望随着研究的深入能够培育出多抗寒性植物新品种。     

干旱调控下马铃薯抗旱相关性状的遗传变异分析

以敏感型品种大西洋和耐旱型品种定薯1号为亲本构建的185个F1分离群体为材料,研究了正常灌溉和干旱胁迫2种环境条件下,该群体株高、茎粗、主茎数、分枝数、单株结薯数、单株薯重共6个数量性状的遗传特点。结果表明:2种环境条件下,分离群体各性状分离明显,且基本符合正态分布,表现为数量性状遗传特点,是一个较为理想的QTL作图群体。分离群体在干旱胁迫和正常灌溉条件下相关性状的差异主要是由于环境条件引起的。     

PVY引起马铃薯块茎细胞坏死的相关基因研究

本研究采集健康马铃薯块茎和被PVY侵染的马铃薯块茎为材料,选取马铃薯RCCR基因和LSD1基因为目标基因。首先提取总RNA后通过反转录PCR(RT-PCR)、琼脂糖凝胶电泳,证明RCCR基因和LSD1基因成功获得,然后进行荧光定量PCR(qPCR)测定在PVY侵染的马铃薯块茎中RCCR基因和LSD1基因的相对表达量,最后又进行了目标基因编码蛋白的结构分析。结果表明,这2个基因的相对表达量均有所下降,推测这2个基因与马铃薯块茎细胞坏死相关,为之后研究PVY引起马铃薯块茎细胞坏死的相关分子机制做了前期探索,为今后的分子育种和抗病药物筛选提供了可选的靶点。     

AT-hook基因及其在植物开花调控中的研究进展

AT-hook基因是能够编码与双链DNA小沟中富含AT碱基的序列特异性结合的一类基因,其所编码的蛋白含有以甘氨酸-精氨酸-脯氨酸(GRP)三个氨基酸残基为中心的DNA结合蛋白基序.笔者通过对AT-hook基因的特点和功能及其在拟南芥及水稻等高等植物开花中的调控作用综述.AT-hook基因不仅参与植物的生长发育及逆境胁迫...     

马铃薯锌转运蛋白基因StZIP12调控锌吸收功能

马铃薯作为世界第四大粮食作物,是全球2/3人口的主食,是锌生物强化策略的重要目标作物,因此研究马铃薯锌吸收具有重要作用。锌转运蛋白调节植物锌吸收过程。本研究在前期研究基础上克隆了马铃薯锌转运蛋白基因StZIP12,定量PCR结果表明该基因在马铃薯各组织中均有表达,在新叶中表达量显著高于其他组织,且受到低锌诱导表达;利用异源酵母互补试验证实了StZIP12能够恢复锌吸收障碍酵母突变体ZHY3(zrt1zrt2)的锌吸收功能;利用转基因手段过表达StZIP12于马铃薯品种鄂薯3号,在缺锌处理下,与非转基因对照植株相比较,过表达StZIP12提高了转基因马铃薯株高,转基因组培苗的根长和总锌含量以及盆栽转基因植株块茎的锌含量增加,其中2个株系块茎锌含量分别比对照提高22.00%和32.95%。以上结果证明了StZIP12在马铃薯锌的吸收过程中起着重要调节作用,为马铃薯锌生物强化提供了理论依据。     

钾代谢相关基因在烟草中的表达

以钾高效基因型K2、K3、K5、K7、K9与常规烤烟品种K326为材料, 采用漂浮育苗、移栽砂培的方法, 利用实时定量PCR调查钾代谢相关基因在烟草叶片中的表达情况, 并测定不同材料的钾吸收动力学参数和钾利用率。结果表明, K2、K7和K9是典型的富钾型, 12个钾代谢相关基因中TORK1和NtTPK1的表达水平相对较高。5个富钾型的钾吸收能力显著强于K326。但它们在高钾环境下钾素吸收能力强而利用率较低, 在低钾环境下钾吸收能力强且利用率相对较高, 尤其是品系K2、K7和K9钾的经济利用率相对较高。     

油菜素内酯合成和信号转导基因在马铃薯块茎贮藏期间的表达变化及对萌芽的影响

为探明油菜素内酯BR在块茎萌芽中的作用,建立更有效的种薯催芽调控体系,选择了休眠期不同的3个品种,利用q RT-PCR分析与BR合成、信号转导、调控有关的9个基因在贮藏期间及抑芽处理下的表达模式;同时检测BR类似物24-表油菜素内酯(24-e BL)及其与赤霉素GA3对块茎萌芽的影响。结果表明,涉及BR合成的4个基因表达量均随贮藏时间延长升高,短休眠品种升高的时间点早于中、长休眠品种;信号转导及调控基因中BRI1和CYCD3的变化与合成基因相似,BSK和TCH4的表达量则在中、长休眠期品种中保持恒定。抑芽处理在贮藏前期能刺激这些基因的表达升高,但之后都迅速下降并保持低水平。转录因子BZR1在各品种中以及抑芽处理下均没有明显变化。24-e BL利于块茎解除休眠,但不促进芽的伸长生长,与GA3互配效果更佳,单株块茎增重37.92%~98.41%。结论表明,BR合成和信号转导是块茎从休眠向萌芽转变的必经生理过程,它与GA3互配用于催芽更利于种薯萌芽的整齐、健壮并促进块茎形成。     

DNA甲基化参与调控马铃薯响应干旱胁迫的关键基因挖掘

植物受到干旱胁迫时,会通过DNA甲基化做出快速反应以帮助其应对胁迫。为探究在干旱胁迫下,DNA甲基化是如何影响基因转录表达,本研究对甘露醇模拟干旱和5-azadC(去甲基化)处理下,抗旱性不同的2个马铃薯品种(抗旱型,青薯9号;干旱敏感型,大西洋)进行转录组学分析,以Fold-change>2和校正后P<0.01进行差异表达基因(DEG)的筛选。GO富集分析发现,2种处理都共同显著富集到氧化应激和碳水化合物代谢过程相关的GO term。说明不同耐旱性马铃薯在响应干旱胁迫时,与这些GO term相关的基因也受DNA去甲基化调控。对既响应干旱又响应DNA去甲基化的1345个DEG进行KEGG功能富集发现,与植物抗旱相关的通路有植物MAPK信号途径、植物激素信号转导途径、植物谷胱甘肽代谢通路、糖酵解与糖异生和磷酸肌醇代谢通路。说明这些通路相关基因在大西洋和青薯9号2个抗旱性不同的马铃薯品种中,响应干旱的敏感性受DNA甲基化调控。接着对DEG上游1500 bp启动子区域进行顺式作用原件和甲基化CpG岛分析发现,干旱胁迫下参与植物谷胱甘肽代谢的GST基因通过DNA去甲基化来降低启动子区ABRE和CAAT-box作用元件的甲基化水平,进而激活该基因的表达以应对干旱胁迫。因此,利用比较转录组学分析干旱和DNA去甲基化处理下的差异基因,可挖掘到DNA甲基化参与调控马铃薯响应干旱胁迫的相关基因,为研究马铃薯干旱胁迫响应的表观遗传学机理提供新的研究思路。     

内源激素基因和生化物质调控马铃薯块茎休眠的研究进展

马铃薯是中国四大粮食作物之一,其块茎休眠与发芽特性对马铃薯的播种培育和生产加工均有影响,但目前对于控制块茎休眠和萌发的相关基因及其分子机制的认识尚不深入,制约着中国马铃薯块茎产量的提高与品质的改良。深入研究马铃薯块茎的形成机理对马铃薯产量和品质的改善都有重要意义。从植物激素基因、生化物质（蛋白质、酶、酚类）等方面对马铃薯块茎休眠和萌发的研究进展进行综述,为块茎休眠和发芽调控机制研究、马铃薯种植、贮藏保鲜与产业化发展提供参考。     

马铃薯classⅠpatatin基因在试管块茎形成中的功能

将正反义classⅠpatatin基因导入马铃薯品种甘农薯2号中,有2个转正义基因株系试管块茎的可溶性蛋白含量和LAH活性与对照相比有不同程度的增加,有3个转反义基因株系的可溶性蛋白质含量下降,并且所有转反义基因植株的LAH活性都不同程度地降低。试管块茎的诱导结果表明,有1个转正义基因株系的结薯株率和单株结薯数比其对照明     

马铃薯晚疫病抗性相关基因StDIR1的克隆与表达

马铃薯是世界性粮蔬作物。致病疫霉引起的晚疫病则是马铃薯育种所面临的最严峻问题之一,因此,分离和利用马铃薯晚疫病抗性基因获得抗病新品种是马铃薯育种的重要目标。首先在连翘中发现的一类与木质素合成相关的Dirigent基因可能在植物抗病虫害过程中起重要作用。试验根据马铃薯的EST序列信息设计特异性引物,并通过RT-PCR和RACE技术获得了一条全长为729 bp的Dirigent基因cDNA序列,命名为StDIR1;该cDNA编码一个包含191个氨基酸的蛋白质多肽;系统进化分析表明,该多肽是一种Dirigent-like蛋白,属于DIR-b亚群,与陆地棉Di-rigent-like protein 1相似性高达76%,同一性为62%。利用半定量RT-PCR技术分析发现,致病疫霉、H2O2以及NO可以诱导该基因不同程度的上调表达。组织特异性分析表明,该基因在马铃薯根组织中表达量最高,而在茎、叶、花以及块茎组织中的表达量偏低。首次表明StDIR1基因与马铃薯对致病疫霉的侵染应答具有相关性。     

水稻粒形调控相关基因进化的全基因组尺度分析

水稻粒形相关基因,对于调控作物产量和品质都具有十分重要的作用,但关于其进化缺少一个系统的、全基因组尺度的比较基因组学分析。研究以已鉴定的水稻粒形相关基因为目标序列,在8个禾本科植物中进行比较基因组学分析,旨在全基因组范围揭示不同粒形基因在多个禾本科作物种系中的进化规律。基于同源比对分析发现,不同基因组中粒形相关基因数量不具有明显差异,平均每个基因组中粒长和粒宽相关的基因分别有364和75,其中较多的是谷子,有423粒长、71粒宽调控基因。基因组同源共线分析,发现全基因组加倍和串联重复对于家族基因拷贝数增加具有重要贡献,但是重复基因丢失可能维持了基因数量的稳定。通过粒形基因中旁系同源基因对间的同义核苷酸置换率(Ks)比较,揭示不同的粒形基因具有不同的进化速率,进化最快的是粒长调控相关基因An-1。本研究为认识水稻粒形调控相关基因进化提供了重要的理论基础,对于禾本科粒形相关基因从全局尺度到单基因的进化具有极为重要的意义。