水稻OsDUF393基因编辑突变体的创建

DUFs家族是一类未知功能结构域蛋白家族,转录谱和蛋白谱分析发现,DUFs蛋白在生物的生长和发育中发挥着至关重要的作用,因此对DUFs基因功能的研究将有助于了解生物体复杂的生长发育机制。目前该家族基因功能仍鲜见报道。为了探究水稻(Oryza sativa)OsDUF393(Domains of Unknown Function 393)基因的生物学功能,利用CRISPR/Cas9技术构建了水稻DUFs家族基因OsDUF393的载体,同时利用农杆菌介导的遗传转化将构建的CRISPR/Cas9载体转化水稻品种中花11中,经潮霉素抗性基因鉴定,获得了100株T0代转基因植株。对转基因植株的靶位点进行测序分析后发现有单碱基插入和大片段DNA序列缺失2种类型。通过RT-PCR分析突变体中OsDUF393基因的表达水平,结果表明,目的基因在不同纯合编辑突变体中转录水平均有下降。上述结果表明,CRISPR/Cas9重组载体成功实现了对OsDUF393基因的定向编辑。这些编辑突变体材料为后续该基因功能研究奠定了基础。     

艾纳香MYB转录因子家族生物信息学分析

MYB转录因子是植物中庞大的转录因子家族之一,在植物体内有着广泛的生物学功能。基于艾纳香全长转录组数据库,利用DNAMAN 6.0、MEGA 5.05软件以及ProtParam、WebLogo和SOPMA在线网站分析艾纳香MYB转录因子家族蛋白的分类、理化性质、氨基酸序列高级结构、保守结构域、系统进化等。结果表明,挖掘到127个BbMYB基因,预测47条具有MYB转录因子保守结构域的蛋白序列;根据结构域可分为1R-BbMYB和R2R3-MYB 2个亚类,其中R2-BbMYB与R3-BbMYB基序中都含有3个保守的色氨酸,而R1-BbMYB基序只有2个保守的色氨酸;艾纳香MYB家族蛋白均为亲水性蛋白,热稳定性较高且富含碱性氨基酸,大部分蛋白以无规则卷曲为主,其中R2R3-BbMYB3、R2R3-BbMYB4与1R-BbMYB15蛋白是以α-螺旋为主;与拟南芥MYB转录因子家族共同构建的进化树发现,艾纳香MYB家族在进化上包括2个大类,6个亚类,通过艾纳香与拟南芥MYB蛋白序列相邻或是进化关系近可以预测艾纳香MYB基因功能,为进一步对艾纳香MYB家族基因研究及其功能鉴定提供科学依据。     

复制因子C蛋白复合物功能研究进展

复制因子C（repication factorC,RFC）是由5个亚基组成的蛋白复合物,在DNA复制和修复及细胞分裂增殖和抗逆性生长中具有重要的生物学功能.近年来,动物中有关RFC的研究发展较快,但是植物中有关RFC的研究起步较晚,研究相对滞后.从RFC蛋白复合体的组成与功能,酵母、人类和植物RFC各亚基的功能等方面综述RFC的研究进展.     

水稻同源异形盒基因的研究进展

真核生物中同源异形盒基因是指共含一个保守的DNA序列的基因,即同源异形盒。该序列长180bp,编码含有60个左右氨基酸的同源异形盒结构域,编码一大类具有转录特征蛋白的基因家族,对于维持生物个体形态建成、生殖发育、非生物胁迫等基本生命活动功能具有十分重要的作用。近年来在模式植物拟南芥、水稻上已经识别并克隆出越来越多的同源异形盒基因,并根据这些基因的同源异型框和具有的其他保守基因结构域对其进行了正确的分类。本文基于人们对植物中现有这些基因的认识,重点综述了近年来对于水稻同源异型盒基因的分类、基因结构类比、各同源异型盒基因突变体功能,并对水稻中同源异形盒基因功能和应用研究进行了展望。     

大豆GmGW2基因的生物信息学分析

GW2基因在多种植物中发挥调控籽粒性状的功能,为预测分析大豆中GW2基因的功能,前期通过同源克隆的方法从大豆中成功克隆出GmGW2基因的cDNA序列。为了继续开展深入研究,本试验从大豆中黄10号中克隆出GmGW2基因的全长DNA序列并进行了较为详细的生物信息学分析。结果表明:GmGW2全长8 467 bp,包含8个外显子和7个内含子,编码431个氨基酸。预测是一个不稳定亲水蛋白,定位于细胞核或细胞质中,不含跨膜结构域及信号肽,具有Zinc finger和RING-type结构域。二级、三级结构预测分析显示,α-螺旋及不规则卷曲是其整体蛋白质结构中的主要组成结构元件。利用该基因的DNA序列,构建进化树分析得出该基因与木豆、相思子、鹰嘴豆亲缘关系较近。根据以上分析结果推测GmGW2基因可能也具有调控大豆籽粒发育的功能。此研究旨在为进一步挖掘和验证GmGW2基因功能奠定基础,为大豆产量育种工作提供有益信息。     

三明野生香蕉Ran家族基因DNA序列克隆与生物信息学分析

Ran是一类广泛存在于真核生物中的极为保守的小G蛋白。本研究从三明野生香蕉中分离得到15条Ran家族基因DNA序列,并对基因结构、序列特征和进化关系等进行分析。结果表明,三明野生香蕉Ran家族基因与小果野蕉Ran家族基因高度同源,且具有大量多态性位点。三明野生香蕉Ran蛋白与其他植物Ran蛋白高度同源,带有GTP水解结构域、RanGAP结合结构域和酸性尾巴等Ran蛋白的典型结构域,与拟南芥AtRan3亲缘关系最近。三明野生香蕉中存在大量的Ran家族基因,预示着Ran可能具有重要的作用。本研究结果可为研究三明野生香蕉Ran家族基因的生物学功能奠定基础。     

黑麦MIKC型MADS-box家族基因的鉴定和表达分析

MIKC是MADS-box蛋白家族中一类保守的转录因子家族,参与调控植物的开花时间和花器官发育。通过对黑麦MIKC基因家族的分析,为研究黑麦各时期组织器官的功能奠定基础。利用PFam和BLASTP两种方法确定黑麦MIKC家族共47个蛋白序列,将以上蛋白序列利用TBtools软件进行理化性质、进化关系、保守基序和基因结构、共线性及聚类分析等生物信息学分析。将黑麦47个MIKC基因分为12个亚家族,共线性分析发现黑麦与小麦的共线性基因多于黑麦与水稻间的共线性基因,说明黑麦与小麦的亲缘关系更近。聚类结果结合黑麦物种内共线性分析发现,ScMIKC31基因仅在穗子表达,于其他植物组织器官及发育时期均无表达,选用课题组材料进行RNA-seq验证,结果与生物信息学结果一致,推测ScMIKC31基因为黑麦中与开花有关的基因。以上结果说明MIKC家族基因在黑麦中存在功能分化,为进一步研究该家族基因的功能提供信息参考。     

芒果果实bHLH家族转录因子的生物信息学分析

bHLH家族作为植物中较大的转录因子家族之一,在真核生物生长发育调控中具有重要作用。本研究基于芒果果实转录组数据,利用生物信息学方法鉴定出87个bHLH家族蛋白,其中酸性蛋白所占比例较大,大部分为不稳定蛋白,且均为不含信号肽的亲水性蛋白,除CL10714.Contig1为膜结合转录因子外,其余均不含跨膜结构。芒果bHLH蛋白结构域有多个氨基酸位点保守性较高,87个芒果bHLH蛋白中73个（83.91%）具有E-box结合功能。GO分析发现芒果bHLH蛋白共注释到生物学过程、细胞组分和分子功能3大类功能的17个亚类。进化树分析发现芒果bHLH蛋白与拟南芥有较高的保守性,并基于进化树对部分bHLH蛋白的功能进行了预测。本研究结果将为下一步芒果bHLH蛋白的功能研究奠定基础。     

泛素结合酶RAD6的结构与功能研究进展

泛素复合体对蛋白的修饰可以改变蛋白定位、活性和稳定性。泛素结合酶E2在其中起关键作用。RAD6是典型的泛素结合酶,在泛素复合体组装、DNA损伤修复、调控基因表达和细胞周期等生理过程中具有重要作用。本文综述了RAD6蛋白的结构、与其互作的泛素蛋白连接酶E3及其功能研究进展,并展望其在作物研究中的应用。     

豆科MIKC型MADS-box基因家族生物信息学分析

MIKC型MADS-box是一类生物功能丰富的转录因子家族,参与调控植物的生长发育。为深入研究豆科MIKC型MADS-box基因家族生物学特性,利用生物信息学方法在大豆和蒺藜苜蓿中分别鉴定出92和45个MIKC型基因,并将其分为15个亚类。蛋白基序分析发现,大豆与蒺藜苜蓿不同亚类的共同基序不同,基因结构发生变化;共线性分析及KS分析表明,大豆90.5%的基因对和蒺藜苜蓿87.1%的基因对产生于双子叶植物共同经历的三倍化事件之前;大豆基因表达模式分析表明,大豆幼苗期总体表达量高于其他时期,其中SVP、SOC1、AGL12亚类表达量较高;蛋白互作网络分析表明,大豆SVP蛋白与CO、FT和TFL1蛋白相互作用,一起调控植物开花发育。本研究为进一步揭示MADS-box家族基因的生物学功能奠定基础。     

水稻类病变突变体性状及分子机理研究进展

类病变突变体是植物在无显著逆境或损伤情况下以及未受到病原物危害时叶片上自然形成的类似病斑的一类突变体。水稻类病变突变体的产生常伴有抗病性的增强,其中涉及到防御相关基因的表达。相关研究主要集中于各种突变体的定位和克隆以及突变体的抗病性和抗病机制。综述了水稻类病变突变基因的性状及抗病性的研究进展,特别是对水稻类病变突变体形成原因、遗传特性、调控途径进行了梳理,并提出对水稻抗病育种的展望,以期为进一步分析类病变突变体的各种机制奠定理论基础,并为水稻育种提供参考。     

植物MYB转录因子的同义密码子使用偏好性分析

前人研究显示MYB（V-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog）转录因子对应答植物逆境胁迫等有重要作用,甘蔗MYB转录因子的研究报道并不太多。通过对与甘蔗亲缘关系近的禾本科作物玉米、高粱和水稻MYB转录因子基因家族的密码子使用偏好性进行比较分析。结果表明,3个物种的MYB转录因子的蛋白质序列上存在高度的保守性,仅有部分密码子使用不太一样,此外,分析还显示基因碱基组成有可能在一定程度上影响了密码子的偏好使用。     

OGG1 DNA Repair Gene Polymorphism As a Biomarker of Oxidative and Genotoxic DNA Damage

Background:Single nucleotide polymorphisms in OGG1 gene modulates DNA repair capacity and functions as one of the first lines of protective mechanisms against 8-OHdG mutagenicity. OGG1-Cys326 gene polymorphism may decrease DNA repair function, causing oxidative stress due to higher oxidative DNA damage. The main purpose of this study was to examine the link of oxidative and genotoxic DNA damage with DNA repair OGG1 gene polymorphism, in charcoal workers exposed to polyaromatic hydrocarbons. Methods:Urinary 8-OHdG excretion (a biomarker of oxidative DNA damage) was determined in both exposed and control populations. Genotyping of OGG1 DNA repair gene in the blood samples of subjects was carried out by PCR-RFLP method. Results:The 8-OHdG urinary concentration was significantly higher (p < 0.05) in the exposed (geometric mean 12.33 ± 3.78) than in the unexposed (geometric mean 7.36 ± 2.29) population. DNA damage, as measured by 8-OHdG and TM content, was found to be significantly higher in OGG1 homozygous mutants (mt/mt; 18.81 ± 3.34; 6.04 ± 0.52) as compared to wild-type genotypes (wt/wt; 10.34 ± 2.25; 5.19 ± 2.50) and heterozygous (wt/mt) mutants (12.82 ± 2.81; 6.04 ± 0.93) in the exposed group. Conclusion:We found a significant association of OGG1 heterozygous (wt/mt) and homozygous (mt/mt) variants with oxidative and genotoxic damage, suggesting that these polymorphisms may modulate the effects of PAH exposure in occupational workers. Key Words: 8-hydroxy-2’-deoxyguanosine, 1-hydroxypyrene, Polycyclic aromatic hydrocarbons     

植物细胞质雄性不育分子机制研究进展

植物细胞质雄性不育(CMS)主要是由核基因组和细胞质基因组不协调所导致。作为遗传育种的有力工具,细胞质雄性不育对于杂种优势的利用十分重要。长期以来对CMS机理的研究却远滞后于对CMS的利用。本文从嵌合ORF、线粒体功能缺陷、细胞程序性死亡以及MADS-box基因的功能等几个方面综述植物细胞质雄性不育分子机制的研究进展,为进一步探索其机制提供参考。     

大麦HD-Zip基因家族密码子偏好性分析

同源异型域-亮氨酸拉链(homeodomain-leucine zipper,HD-Zip)蛋白在植物生长发育和适应性抗逆过程中发挥着至关重要的调控作用,而密码子偏好性分析是大麦HD-Zip转录因子家族分子进化及功能研究的重要补充。为探究大麦HD-Zip转录因子家族密码子偏好性特征,利用CUSP、CHIPS及CodonW等软件(程序)对32个大麦HD-Zip基因进行了分析。结果显示,大麦HD-Zip家族基因偏好以C或G结尾的密码子,使用频率最高的密码子是CUG,最优密码子为AUC和AGG。该家族基因GC3值分布较分散(0.48~0.98),有62.5%的基因ENC值小于35;GC12与GC3的相关性较强,大多数ENC值频数处于0.03~0.11的范围内,实际ENC值与预期ENC值相近,证明大麦HD-Zip家族基因密码子偏好性较弱,且在进化过程中主要受突变压力的影响。聚类分析表明,基于相对同义密码子使用度的HD-Zip基因聚类与物种进化关系没有必然相关性。对大麦HD-Zip家族代表基因HD-Zip IV 5进行最适受体分析发现,大肠杆菌更适合作为其异源表达受体,遗传转化模式植物中水稻更适合作为该基因的表达受体。本研究为大麦HD-Zip转录因子家族进一步功能研究奠定基础。     

Development and Utilization of Functional Markers for Imidazolinone Herbicides Resistance Gene in japonica Rice Variety Jinjing 818

【Objective】Cultivating herbicide resistant rice varieties is an important direction in rice breeding. Developing efficient functional markers can accelerate the screening of herbicide resistance trait. 【Method】dCAPS and KASP techniques were used to analyze the genotypes of the experimental materials. In addition, the phenotypes were identified by herbicide spraying test. 【Result】Through sequence alignment analysis, we further confirmed that the mutation of 627 amino acid of acetolactate synthase (ALS) gene from serine (S) into asparagine (N) in Jinjing 818 (here after named ALS627N) produces strong resistance to imidazolinone herbicides. According to the DNA sequence flanking the mutation site, we developed two novel functional markers, dC-ALS-627 and K-ALS-627, for detecting this resistant allele ALS627N. The two markers can effectively distinguish homozygous ALS627N type, heterozygous type and homozygous wild type. Combined with herbicide spraying test, we confirmed that ALS627N is a dominant herbicide resistant gene. 【Conclusion】 We validated that the two markers have great potential in marker-assisted breeding for ALS627N gene. Totally, this study will accelerate the development of new varieties with resistance to imidazolinone herbicides, and have significance in breeding practice.     

水稻株型相关基因的定位与克隆研究进展

水稻株型相关性状包括分蘖数、分蘖夹角、株高及穗部性状。株型相关性状都是重要的农艺性状,是水稻产量因素的重要组成部分。株型形成涉及到一系列基因的表达和表达产物行使功能,因此对这些基因的挖掘和功能分析具有重要意义。目前,虽尚未完全了解控制株型相关性状的基因及其功能,但也已取得了日新月异的进展。本文针对各个株型相关性状,综述了已鉴定的基因及其功能特点,以为分子育种运用及进一步遗传生理研究作理论基础。     

OsYABBY4基因调控水稻株高的功能研究

株高是影响水稻产量、光合速率、抗倒性的重要农艺性状,赤霉素对株高形成具有重要调控作用。YABBY家族基因作为植物特有的转录因子,参与GA信号途径,调控水稻株高。通过CRISPR/Cas9技术定向突变了OsYABBY4基因,成功创制了3种不同突变类型的osyabby4突变体。表型分析发现,osyabby4突变体结实率下降,倒1和倒2节间的伸长受到抑制,导致株高显著降低。α-淀粉酶诱导及赤霉素相关基因差异表达实验表明,OsYABBY4通过参与GA信号转导调控水稻的株高。本研究为水稻理想株型育种提供了新材料,同时进一步完善了水稻株高分子调控网络。     

水稻远缘外源DNA导入创制新资源研究进展

通过远缘杂交的方法,将异源植物的优良基因转移到水稻中,打破不良性状连锁,实现优良性状结合。研究结果表明,转基因后代的性状变异深刻,类型丰富多样,其中农艺性状上的优良变异较多,因而在多抗、高产、优质育种上取得了较显著的进展。就国内水稻远缘杂交研究的供体、杂交方法、后代表现以及在育种上应用情况作了全面阐述。对外源基因导入的过程以及创制新资源和选育新品种研究进展情况进行了详细介绍。认为远缘杂交技术对引进外源基因,丰富水稻基因库,创造新资源行之有效,且方法简便易行。在转基因方法上,认为复态导入法可以更好地保持供体DNA的完整性,更有利于多基因的转入。     

金粳818抗咪唑啉酮类除草剂基因的功能标记开发与应用

【目的】培育抗除草剂品种是水稻育种中的一个重要方向,开发高效的功能标记可以加快抗除草剂性状的筛选工作。【方法】利用开发的dCAPS和KASP分子标记对试验材料的基因型分型,另结合除草剂喷施试验进行表型鉴定。【结果】测序结果验证了前人发现的金粳818中乙酰乳酸合成酶（acetolactate synthase,ALS）基因第627位氨基酸由丝氨酸（serine,S）突变为天冬酰胺（asparagine,N）是其抗咪唑啉酮类除草剂的主要原因,本文将其命名为ALS^627N。根据此变异位点的DNA序列差异,开发了两个新的功能标记dC-ALS-627和K-ALS-627,可有效区分ALS^627N纯合型、杂合型及非突变纯合型。【结论】两个标记均可以广泛用于ALS^627N基因的标记辅助选择育种,有助于加快培育抗咪唑啉酮类除草剂新品种,具有重要的实际应用价值。