光敏色素基因与作物改良利用

基因克隆、基因功能研究、作物转基因以及遗传育种的有效结合,对棉花等作物新品种的选育具有推动作用。在作物改良利用的基因中,光敏色素基因是一类重要的光信号传递基因,是主要的红光和远红光的光信号受体,与植物的整个生长发育过程紧密相关。详述了近年来光敏色素基因的功能、结构等方面的研究进展,对深刻研究了解植物光信号转导途径所调控的植物发育具有积极意义。     

植物光敏色素基因研究进展

植物光敏色素作为光受体,感知环境条件,进行能量转换。为深入挖掘光敏色素基因作用的分子机理,提升其在作物遗传改良中应用的有效性,综述了植物光敏色素基因的研究进展,阐述了其在调控植物光信号转导中的重要作用,并对其在作物遗传改良中的应用进行了探讨。     

光敏色素的结构及其信号调控机制

光信号参与并调节植物生命周期中的许多生理过程,而植物可通过自身的光感受器来感知多样的光照信息。光敏色素(Phytochromes,phy)作为一种感知红光/远红光的植物色素蛋白,在植物种子发芽、开花、发育转变、趋光性、避阴反应等适应性应答中发挥着重要作用。光敏色素以吸收红光的非活性形式Pr和吸收远红光的活性形式Pfr存在,这一差别明显体现在二者的结构中。综述了光敏色素两种形式的结构差异及其信号调控机制,并以光敏色素在植物光合作用中的调节作用为例,进一步理解光敏色素对于植物生长发育的重要性,最后对未来的研究方向进行了展望。     

光质效应和作物光敏色素的研究进展

本文就各种不同光质对生作物生育、作物品质成分和作物生理的效应和光敏色素的研究进展进行综述。     

光敏色素的生物学功能及其调控

光是影响植物生长发育的重要因素,植物为感受光而进化出光受体。光受体分为4类,其中光敏色素研究较为深入,它是红光和远红光受体,在光形态建成过程中发挥着重要作用。近年来的研究阐明了光敏色素的作用模式,以及由其介导的光信号转导途径和植物发育调节过程,如下胚轴延伸、茎分支、生物钟及开花时间控制等。基于目前的研究总结光敏色素的生物学功能及其介导的光信号转导途径,并展望其研究前景,以期为相关领域研究提供参考。     

甘蓝光敏色素B基因的克隆及在拟南芥中异源转基因的功能验证

目的】甘蓝（Brassica oleracea L.）是世界上最广泛种植的蔬菜作物之一,其种植已由春、秋两季种植转变为四季栽培,因此,研究甘蓝对光温的反应能力是品种改良的重要基础。光敏色素是植物最重要的一类光受体,主要响应远红光和红光的变化,其中,光敏色素B是红光的最主要受体,与光形态建成、避荫性以及生物产量等性状密切相关。克隆甘蓝的光敏色素B基因（BoPHYB）,在拟南芥中验证异源基因BoPHYB在光形态建成和避荫性反应中的作用,丰富植物光敏色素基因功能研究,评价光敏色素在甘蓝品种改良中应用的潜在价值。【方法】利用RT-PCR的方法克隆、测序验证得到甘蓝自交不亲和系12C的BoPHYB编码区cDNA序列;利用生物信息学软件分析其编码的氨基酸序列及结构域,并与其他植物的光敏色素B进行序列比对,分析它们之间的同源关系;构建其35S启动子驱动的植物表达载体pJIM19-Myc-BoPHYB,通过农杆菌介导法转化拟南芥野生型Col-0和phyB-9突变体,并获得纯合转基因株系;比较BoPHYB与拟南芥光敏色素B（AtPHYB-GFP）的转基因株系在不同光质下的下胚轴伸长和成株期的表型,验证其在光形态建成和避荫性反应中的作用。【结果】从甘蓝中克隆了BoPHYB的编码区cDNA序列,该基因编码区含有3 507个核苷酸,编码具有1 168个氨基酸残基、分子量为128.9 kD的蛋白质;与拟南芥和白菜的phyB结构域类似,BophyB包含1个GAF结构域、2个PAS结构域、1个HisKA结构域和1个HATPase_c结构域;氨基酸序列同源性分析发现,BophyB与拟南芥以及白菜的phyB同源性最高,与小麦、玉米、水稻等单子叶植物的同源性较低;与AtPHYB-GFP类似,在红光和白光下不但Myc-BoPHYB能互补phyB-9极端黄化的表型,而且转基因株系均表现为下胚轴加剧缩短;长日照和短日照下成株期转基因导致植株矮化、叶片深绿和叶柄缩短。【结论】克隆了甘蓝光敏色素B基因,甘蓝光敏色素B与拟南芥和白菜的光敏色素B具有相似的结构和功能,在红光和白光下促进幼苗的去黄化反应,在成株期显著抑制长日照和短日照下植株的避荫性反应。     

光敏色素互作因子(PIFs)对植物生长发育的调控

光敏色素相互作用因子(PIFs)属于拟南芥bHLH转录因子家族的第15亚族,是光信号响应过程中的关键负调控因子。光激活的光敏色素通过促进PIFs蛋白降解,直接或间接抑制它们与DNA的结合,从而实现光对植物生长发育的调控。研究发现PIFs在调控种子萌发、幼苗形态建成、避荫反应、昼夜节律以及各种植物激素响应过程中起着重要作用。此外,PIFs作为细胞信号传导的"枢纽"具有更为广泛的作用,能够整合不同信号,精细调控整个转录网络。     

光敏色素研究进展

综述了自20世纪20年代光敏色素被发现以来的研究概况及进展.主要包括(1)光敏色素作为主要光受体在调节从种子萌发到器官衰老的植物生长过程中所发挥的作用;(2)光敏色素的5种不同基因型及基因同源性和主要的反应方式,尤其是光敏色素的主要分子基因PhyA和PhyB在反应方式上的区别;(3)从生物化学和分子水平阐述了光敏色素的生理功能,其中包括光敏色素对细胞生长的调节,光敏色素是如何通过调节光周期反应进而调节了生长和开花的,光敏色素对基因表达的调控以及光敏色素与植物激素协同作用于植物生长和育性等;(4)虽然迄今为止人们极少研究光敏色素和植物激素在苜蓿秋眠中的作用,但对此方面提出了研究展望.     

生物活性水和光敏色素对植物生长发育的作用综述

生物活性水是一种具有微生物、矿物质的活性水,对植物生长发育有显著促进作用。光敏色素是植物感受红光-远红光的受体,在植物的光形态建成过程中发挥着重要作用。该文综述了生物活性水和光敏色素在植物生长发育方面的作用。     

光受体的研究进展

光是植物生活中最重要的环境因子之一,它不仅给植物提供辐射能,而且可作为信号调节植物生命周期中的各种生理过程。植物的光周期反应主要是通过光受体接收或传递光信号来完成。介绍了植物光周期和几种光受体红光或远红光受体光敏色素、蓝光受体隐花色素、向光素、紫外光受体UV-B的研究进展。     

水稻不同卷叶性状叶片的透光率及其对产量性状的影响

[目的]测定不同卷叶性状的水稻(Oryza sativa L.)叶片的透光率,并分析不同透光率对产量性状的影响。[方法]用构建的水稻卷叶近等基因系B6C1和B5C2回交得到B6C2,对B6C2群体进行透光率及产量性状的测定。[结果]在晴天条件下,不同卷叶性状的水稻叶片透光率的变化趋势基本一致:不同生育时期透光率的变化为分蘖期收割期始穗期,即随着生育时期的推进透光率先降低然后升高。在阴天条件下,透光率随不同生育时期的推进逐渐减小。总体上,相同生育时期和相同天气类型下,卷叶叶片的透光率均大于平叶叶片。[结论]透光率变大提高了水稻群体的受光效率,使卷叶植株的干物质积累大于平叶,是水稻增产的重要发展方向。     

紫外光和蓝光调控查尔酮合成酶基因表达的研究

UV-B（280nm～320nm）、UV-A（320nm～390nm）和蓝光（390nm-500nm）经不同光受体和信号传递途径控制植物发育的各个方面。已知的蓝光／UV-A受体有隐花色素CRY1和CRY2，向光性受体有趋光素。氧化还原过程在隐花色素和趋光素信号转导过程中起重要作用。专一的UV-B光受体尚未被鉴定出，存在许多可能的UV-B信号传递途径．拟南芥查尔酮合成酶（CHS）的紫外光和蓝光转录调控成为研究热点。光受体突变体实验表明存在不同的UV-A／蓝光和UV-B光感知系统调控CHS的表达。拟南芥细胞悬浮培养物实验表明UV-B和CRY1信号传递途径在动力学上和药理学上不同。影响诱导CHS转录的启动子元件和转录因子现已被鉴定出。UV-B、隐花色素和光敏色素信号传递途径之间的相互作用调控CHS表达。UV-B途径与UV-A／蓝光途径的协同相互作用使CHS最大量表达。另外，专一的光敏色素经不同的增强和相巨作用正调控CRY1途径，负调控UV-B途径。     

甘蓝型油菜主要株型和产量性状的综合分析

优化株型、提高产量是当前油菜产业发展的关键。以130份甘蓝型油菜育种亲本为研究材料,对10个株型性状和5个产量性状进行田间考查,通过表型相关分析、通径分析、主成分分析研究油菜株型性状与产量及产量性状之间的关系,明确甘蓝型油菜单株产量形成的主要决定因子。结果表明:130份材料主要株型和产量性状存在丰富的变异, 15个性状变异大小依次为二次分枝数单株产量全株角果数一次有效分枝高度顶端分枝角主花序有效角果数每角粒数=基部分枝角一次分枝数中部分枝角=主花序长度千粒质量角果长角果宽株高。相关分析表明:15个性状间多数存在显著相关,产量性状中全株角果数与单株产量相关性最大(0.834)。株型性状中株高(0.326)、一次分枝数(0.333)、二次分枝数(0.382)和角果宽(0.208)与单株产量关系比较密切。通径分析表明:对油菜单株产量正向直接效应最大的产量性状是全株角果数(0.786),对油菜单株产量的正向直接效应最大的株型性状是株高(0.021)和顶端分枝角(0.021)。株高、一次分枝数、二次分枝数、顶端分枝角和基部分枝角通过全株角果数对单株产量的间接效应较大。主成分分析共获得了6个主成分,分别为分枝角度因子、全株角果数因子、株高因子、主花序因子、角果宽因子、角果长因子。主成分综合评价将130份材料划分为4类,其中综合性状优良的有12份材料,对育种家改良油菜株型有一定借鉴意义。     

SBP-box/SPL基因在植物表皮毛发育中的作用

植物表皮毛作为表皮细胞的特有组织在分类、减少热量和水分散失、抵御昆虫和微生物侵害方面发挥作用,同时也是生长发育时相转换的一个重要指标.而且表皮毛在提高产量等农艺性状方面也发挥重要作用,如棉花纤维组织的产量和品质.SBP-box/SPL基因是植物特有的一个较小的基因家族,在生长发育多个方面扮演重要角色,涉及花期、育性、果实成熟、蓝光信号传导、器官大小等性状.其中,在调控植物"年龄"相关的时相转换中作用明显.本文对表皮毛发育调控中SPL基因功能、涉及的microRNA,及它们与其他表皮毛发育调控途径的关系进行综述,以期为植物表皮毛发育的深入研究及应用奠定基础.     

小黑麦主要经济性状的典型相关分析

为了深入了解小黑麦主要经济性状的遗传规律,研究在2006年以6个六倍体小黑麦品种(系)及利用完全双列杂交配置的15个杂交组合为材料,在石河子大学农学院试验站进行了随机区组试验,调查了单株产量、单株有效穗数、每穗粒数、千粒重、株高、穗下节间长和穗长7个产量相关性状,并取草样测定了粗蛋白、粗灰分、粗脂肪、粗纤维和无氮浸出物5个饲草品质性状,利用DPS软件对上述性状进行了典型相关分析,结果表明:小黑麦的产量构成性状与株型性状间的典型变量为单株产量、穗下节间长和株高,产量构成性状与饲草品质性状间的典型变量为单株产量、粗灰分和粗脂肪。     

籼稻不同定位群体的抽穗期和株高QTL比较研究

 【目的】通过分析控制不同定位群体水稻抽穗期、株高和产量性状表现的QTL,挖掘同时控制株高与产量性状且对抽穗期影响小的QTL区间,为水稻高产育种提供参考。【方法】以杂交稻恢复系密阳46作为共同父本,分别与保持系协青早B和珍汕97B配组,构建2个籼籼交重组自交系群体,在同一地点多年种植,对不同群体抽穗期和株高相关的QTL定位结果进行比较。【结果】共定位到12个抽穗期QTL和11个株高QTL,其中2个抽穗期QTL在2个群体中都能检测到,分别位于第6染色体短臂和第7染色体长臂近着丝粒区域。通过与前期相同群体产量性状QTL定位结果比较,发现6个多效性区间,其中,1个同时控制抽穗期、株高和产量性状,3个同时控制抽穗期和产量性状,2个同时控制株高和产量性状。【结论】相对于共同的父本密阳46,水稻矮败型保持系协青早B与野败型保持系珍汕97B对抽穗期和株高的遗传控制存在较大差异,并以株高更为明显。第2染色体长臂RM6—RM240的QTL作用较稳定,对株高和产量性状作用方向一致,且对抽穗期无显著影响,对于通过“矮中求高”实现水稻高产育种具有重要的应用价值。     

高品质陆地棉农艺性状与皮棉产量的关系分析

[目的]研究高品质陆地棉主要农艺性状与单株皮棉产量的关系。[方法]于2007年采用田间试验完全随机区组设计,以单株皮棉产量为指标,根据系统聚类中的最小离差平方和法将24个高品质系聚为高、中、低产3大类型,比较3大类型单株皮棉产量和10个农艺性状的差异显著性,对10个农艺性状与单株皮棉产量进行相关分析和逐步回归分析。[结果]高、中、低产3大类型在株铃数、衣分、衣指、果节数和生育期等性状上存在显著或极显著差异,高产类型的株铃数、衣分和衣指最大,而果节数和生育期最小（短）。株铃数和铃重与单株皮棉产量呈极显著或显著正相关,果节数与单株皮棉产量呈显著负相关,株铃数、铃重和果节数对高品质陆地棉单株皮棉产量的形成起主要作用。[结论]该研究结果对高品质陆地棉品种的选育具有一定的指导作用。     

棉花产量构成因素性状的全基因组关联分析

【目的】 对铃重、衣分、单株铃数和籽指等棉花产量构成因素性状进行全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）,发掘与其关联的标记位点、优异等位变异及候选基因,为棉花产量的分子育种提供理论依据。【方法】 以408份陆地棉品种（系）资源为材料,利用Cotton SNP 80K芯片,对6个环境的铃重、衣分、单株铃数和籽指4个产量构成因素性状进行基于混合线性模型（mixed linear model,MLM）的全基因组关联分析,检测与产量构成因素性状显著关联的位点、优异等位变异;进一步依据转录组数据的基因表达量,在显著关联的位点侧翼序列1 Mb区间挖掘可能的候选基因。【结果】 4个产量构成因素性状在不同环境下均表现出广泛的表型变异,其中,单株铃数变异系数最大为16.67%—22.66%,各性状的遗传率为48.4%—92.2%;除铃重与衣分间相关性不显著外,其他性状间均呈显著或极显著相关性;基于6个环境各性状表型数据的最佳线性无偏预测值（best linear unbiased prediction,BLUP）,GWAS共检测到分布于基因组的7个区间内23个与目标性状关联的SNP位点,其中,与铃重关联的位点5个,与衣分关联的位点1个,与单株铃数关联的位点9个,与籽指关联的位点8个,有3个位点（TM21094、TM21102和TM57382）同时与多个目标性状关联;鉴定到7个最优SNP位点的优异等位变异,分别为TM21099（TT）、TM57382（GG）、TM78920（CC）、TM53448（TT）、TM59015（AA）、TM43412（GG）和TM69770（AA）;利用转录组数据分析,在基因组的7个区间筛选到158个与产量形成可能的候选基因,GO富集分析和KEGG代谢途径分析发现,候选基因功能类别多样并参与了多种代谢途径。【结论】 在陆地棉品种（系）群体中共鉴定到23个与产量构成因素性状关联的SNP位点,筛选到158个可能与产量性状相关的候选基因。     

杂交油菜主要产量性状与品质性状的关系研究

对2004~2006年度江西省油菜区试参试杂交组合的主要产量性状进行了分析,研究了主要产量性状间及与品质性状的关系。结果表明,参试杂种各性状存在不同程度的杂种优势,在所考查的10个主要产量性状中以单株产量、单株有效角果数和千粒重的杂种优势表现较明显;主要产量性状相关分析表明,单株产量与生育期、单株有效角果数呈极显著正相关,而单株有效角果数又与生育期、主花序长度、主花序角果数呈极显著正相关,表明增加单株有效角果数是提高杂交油菜产量的主要方式;主要产量性状和品质性状相关分析表明,单株产量与硫甙、芥酸含量呈极显著正相关,与含油量呈极显著负相关,表明提高杂种产量与改良品质仍有一定的矛盾。