中国栽培稻及其近缘野生种叶绿体DNA的限制性片段长度多态性分析

 对中国现存的七省（区）的17份中国普通野生稻（其中广西普通野生稻6份，东乡野生稻5份，广东、湖南各2份，福建及云南景洪普通野生稻各1份）及28份栽培稻地方品种的叶绿体DNA进行了限制性内切酶酶切分析。28份中国栽培稻被分成三类，C1、C2和C3。其中C2叶绿体基因组类型仅有1份材料，为一个籼稻品种。两个主要类型C1和C3分别对应于粳型和籼型，说明中国栽培稻在叶绿体基因组存在籼、粳分化。17份中国普通野生稻的叶绿体DNA用同样3种内切酶酶切，共产生两种类型。它们分别与栽培稻中的C1和C3相同，其中C1类型占主要，为94.1％（16／17），具C3型叶绿体基因组的野生稻为１份广西材料。此外没有检测到新的类型。这说明在中国普通野生稻中也存在对应于栽培稻籼型和粳型两种不同的叶绿体基因组类型，而且是以对应于粳型的C1型叶绿体基因组类型材料为主。从大多数中国普通野生稻具有与粳型栽培稻相同的叶绿体基因组类型，可以推测粳稻起源于中国的可能性很大。     

光敏色素B正调控水稻叶绿素合成和叶绿体的发育

水稻光敏色素基因家族包括3个成员,PHYA、PHYB和PHYC,它们在调控水稻去黄化、花期和育性等光形态建成中具有重要作用。我们比较了白光和红光条件下野生型、phyA、phyB和phyAphyB突变体中叶绿素含量。结果表明,phyB感受红光正调控水稻叶绿素合成,phyA的作用仅仅在phyB功能缺陷时才能表现出来。叶绿素合成相关基因表达模式分析结果表明,水稻光敏色素介导的光信号主要通过调控原叶绿素酸酯氧化还原酶基因(protochlorophyll oxidoreduc-tase A,PORA)的表达而影响叶绿素的合成。同时,还分析了phyB介导的红光信号对叶绿体发育的影响,结果表明,phyB介导的红光信号在调控叶绿体数目、基粒数目及叶绿体膜发育中具有重要作用。     

Positive Regulation of Phytochrome B on Chlorophyll Biosynthesis and Chloroplast Development in Rice

Phytochromes in rice are encoded by a gene family composed of three members,PHYA,PHYB,and PHYC.Through characterizing the phytochrome mutants and wild type (WT) in terms of photomorphogenesis,roles of individual phytochromes have been preliminarily explored in regulating rice de-etiolation,flowering time and fertility.However,little information has been reported about whether or how phytochromes affect chlorophyll biosynthesis and chloroplast development in rice.In this study,we compared the chlorophyll contents of wild type and the phyA,phyB and phyAphyB mutants grown under either white light (WL) or red light (R).The results suggest that phyB perceives R to positively regulate chlorophyll biosynthesis,while the role of phyA can be detected only in the phyB-deficient mutant.Analyses of the expression levels of genes involved in chlorophyll biosynthesis revealed that phytochromes affected the chlorophyll biosynthesis by regulating protochlorophyll oxidoreductase A (PORA) expression.The role of phyB in chloroplast development was also analyzed,and the results suggest that phyB perceives R to regulate chloroplast development by affecting the numbers of chloroplasts and grana,as well as the chloroplast membrane system.     

两优培九剑叶叶绿体衰退进程中的细胞生物学特性初探

以高产杂交水稻两优培九剑叶完整叶绿体为研究对象,对其衰退进程中光能转化、抗氧化特性和超微结构变化进行了研究。 剑叶净光合速率随叶片衰老而逐渐下降,叶绿素含量在衰老后期出现显著下降的趋势。叶绿体PSⅠ和PSⅡ活性均显示先上升后降低的变化趋势,PSⅠ活性变化相对于PSⅡ活性变化较为缓慢。Ca2+ ATP酶和Mg2+ ATP酶活性变化呈现先下降后上升最后显著下降的变化趋势。叶绿体衰老早期超氧化物歧化酶在清除活性氧对叶绿体膜系统伤害中具有重要作用,衰老后期谷胱甘肽则发挥较大作用,但抗坏血酸的作用并不明显。电镜观察显示叶绿体超微结构变化与其光合生理功能变化一致。     

江淮流域杂草稻叶绿体DNA的籼粳分化

 为了探明江淮流域杂草稻的细胞质来源,根据水稻叶绿体DNA ORF100（Open Reading Frame 100）序列在籼粳间存在69 bp差异的特征,设计了InDel标记cpDNA69。利用该标记对2个分别以籼稻和粳稻为母本的F2群体、22份栽培稻（Oryza sativa L.）、3份普通野生稻（O. rufipogon Griff.）进行了分析验证。PCR结果可以获得缺失和非缺失两种带型,缺失带型与以籼稻为母本的F2群体、10份籼稻材料完全对应;非缺失带型与以粳稻为母本的F2群体、11份粳稻材料完全对应,3份广西普通野生稻为非缺失带型,属粳型,1份以粳稻为母本的籼粳杂交材料为粳型。因此,cpDNA69可以用作叶绿体籼粳鉴定标记。利用该标记对22份杂草稻的叶绿体DNA鉴定的结果表明,7份早年发现的杂草稻,即江苏省连云港穭稻和安徽省怀远、来安、全椒、肥东的塘稻的叶绿体DNA为非缺失带型,属粳型,而近年来在江苏省扬中、高邮、灌云、洪泽、盐都、兴化、如皋等地直播稻田发现的15份红米杂草稻的叶绿体DNA为缺失带型,属籼型。这为进一步研究江淮流域杂草稻的来源提供了依据。     

水稻温敏转绿突变体osv15的鉴定和遗传分析

【目的】本研究旨在鉴定和克隆水稻温敏转绿新基因,揭示其参与叶绿体发生发育和光合作用的分子机制,为高光效育种提供理论支撑。【方法】利用辐射诱变的方法,从粳稻品种日本晴中筛选获得叶片黄化突变体osv15,并对其表型、农艺性状和遗传方式进行详细分析。构建了突变体与Kasalath的F₂群体,利用多态性分子标记对目的基因进行定位和测序分析。【结果】osv15幼苗期在22℃低温下叶片黄化,叶绿素含量仅为野生型的10%,光化学效率下降,叶绿体结构异常;随着温度的升高,osv15的叶色由黄转绿,30℃时叶绿素含量恢复到野生型的68%,光化学效率和叶绿体发育与野生型相近。在自然环境下,osv15突变体从苗期至成熟期均表现为叶片黄化,且株高、分蘖数和产量等农艺性状与野生型相比差异显著。遗传分析表明osv15突变体的表型由一对隐性核基因控制。将OsV15基因定位到第6染色体多态性标记S4和S5之间84 kb的区间内,定位区间测序发现突变体中编码分子伴侣蛋白的基因Cpn60β1(LOC_Os06g02380)发生单碱基缺失。【结论】osv15是一个新的水稻温敏转绿突变体,Cpn60β1可能为突变基因。     

水稻矮生基因的克隆和功能研究进展

 矮生性是水稻最重要的农艺性状之一。矮秆基因参与水稻一系列的生理、生化过程,水稻矮生性基因的克隆和功能研究,对了解水稻矮秆性状与产量的关系十分重要。通过介绍水稻矮秆基因的类型和概念,对已克隆的水稻矮秆基因按功能分类详细列举了它们的结构、功能与经典遗传学的关系以及在育种上的利用价值。     

油菜乙酰乳酸合酶基因BnALS3的亚细胞定位、原核表达及其酶活分析

为了研究油菜乙酰乳酸合酶基因BnALS3的亚细胞定位与酶学特性,以甘蓝型油菜（Brassica napus L.）品系N131为材料,采用RT-PCR法克隆到BnALS3的cDNA序列。该序列含有一个长度为1 959bp的开放阅读框,编码蛋白为652个氨基酸,在N端含有一个由49个氨基酸残基组成的叶绿体信号肽序列。将该信号肽序列构建至植物表达载体35S:: BnALS3-GFP,利用拟南芥原生质体细胞进行瞬时表达,结果显示BnALS3蛋白定位在叶绿体中。构建去除叶绿体信号肽序列的BnALS3原核表达载体pCzn1-BnALS3,转入大肠杆菌BL21(DE3)进行诱导表达。SDS-PAGE和Western Blot检测显示,在11℃条件下以终浓度为0.2mmol.L-1的IPTG诱导8h后,pCzn1-BnALS3基因在大肠杆菌中成功表达,融合蛋白His-BnALS3呈部分可溶性,分子量约为67kD。酶活分析表明,原核表达的His-BnALS3最适反应pH值为7.0,最佳反应温度为37℃,酶学常数Km值和Vmax值分别为6.55 mmol·L-1和6.40μmol·mg-1·h-1。     

水稻白条纹突变体st13的表型分析及基因定位

【目的】叶色突变相关基因鉴定和克隆有助于研究光合作用,补充并完善叶绿体发育机理和色素合成代谢途径,为开展水稻的高光效育种提供理论依据。【方法】从粳稻品种Dongjin的组培后代中分离出一个白条纹突变体st13,成熟期测定野生型和st13的主要农艺性状,苗期测定色素含量并观察叶绿体的超微结构;将st13和Dongjin进行正反交,观察F_1植株表型,并对F_2表型分离进行卡方检验,对st13进行遗传分析;利用st13×南京11(籼稻品种)的F_2和F_(2:3)群体,对st13突变基因定位;采用qPCR分析叶绿体发育和叶绿素合成相关基因在st13与野生型相对表达量。【结果】与野生型Dongjin相比,该突变体的株高、单株有效穗数、穗长、结实率和千粒重等主要农艺性状显著下降。苗期的色素含量降低,分蘖期无差异。突变体的叶绿体中既有含丰富的类囊体膜结构的正常叶绿体,也存在无类囊体结构的叶绿体。遗传分析和基因定位结果表明,st13的突变表型受1对隐性核基因控制,突变基因位于第3条染色体长臂InDel(Insertion-Deletion)标记I3-21和I3-22之间。进一步在这两个标记之间设计了6对InDel标记,最终将基因定位在94kb区间内,此区间共有8个候选基因。【结论】这8个候选基因中,有5个假定的蛋白,其他三个都是有功能注释的蛋白,而这三个蛋白在水稻中均未见报道,因此,st13突变是由一个新的叶色基因突变引起的;同时st13中叶绿体发育、叶绿素合成和光合系统相关基因的表达也发生了显著改变,推测ST13可能是调控叶绿体发育的关键基因。     

扁核木属植物叶绿体基因组特征分析

扁核木属（Prinsepia）植物在中国分布有4个种,均具有极高的食用和药用价值。为解析扁核木属植物的叶绿体基因组特征,基于现已发表的扁核木属植物叶绿体基因组,利用相关生物信息学手段进行其叶绿体基因结构、SSR、密码子偏好性和序列变异情况分析,并构建系统发育树。结果表明,2种扁核木属植物叶绿体基因组大小介于159 179~ 168 206 bp之间,平均GC含量为37.3%,从编码基因数目来看,仅相差2个tRNA,而蛋白编码基因和rRNA数目均一致,种间具有较高的保守性;在扁核木和蕤核叶绿体全基因组序列中各检测出分散重复49个,其中以正向重复和回文重复为主,占比达73%~82%,而串联重复数目分别为49个和58个,经简单重复序列SSR分析,分别在2种植物叶绿体基因组序列中分别筛选出100个和84个SSR位点,且多是以A/T碱基为主的单核苷酸重复类型;扁核木属植物叶绿体基因组密码子偏好性分析发现GC3的碱基含量显著低于GC1和GC2,说明密码子偏好以A、U结尾,ENC取值均大于48%,表明其密码子偏性较弱,中性绘图和PR2-plot分析发现自然选择是影响扁核木属植物密码子使用偏好性的主要原因,通过建立高、低基因表达库,以RSCU值为参考,确定了6个扁核木属最优密码子。经叶绿体基因组序列变异分析,根据核苷酸多态性指数Pi>0.015筛选出trnH-GUG-psbA,psbZ-trnG-UCC-trnfM-CAU-rps14和psaJ-rpl33-rps18等3个高变区,以蕤核叶绿体基因组为参考,在扁核木叶绿体基因组编码区发现存在大量的插入、缺失和SNP突变位点,并在蕤核叶绿体基因组中发现了多个该物种的特有基因。基于叶绿体基因组的trnS-trnG间隔区构建的系统发育树显示,4种扁核木属植物可分为南系（扁核木、台湾扁核木）和北系（蕤核、东北扁核木）两类。研究结果可为扁核木属植物的系统发育、分类鉴定及其资源的开发利用等相关研究提供理论基础。     

水稻叶片衰老基因LPS1的克隆与功能研究

【目的】早衰突变体是研究早衰机制的良好载体,对于探究早衰的遗传机理与作用机制及提高水稻的产量和品质具有重要作用。【方法】本研究利用EMS诱变获得了一个早衰突变体lps1,并对该突变体及其野生型进行表型观察、细胞学及组织化学分析、生理生化分析、遗传分析、基因定位和激素处理。【结果】lps1的叶片从3叶期开始发黄,成熟期株高、有效分蘖数、结实率、千粒重等极显著降低。电镜观察发现lps1叶表面光滑,硅质化突起和叶绿体数目减少、片层结构紊乱。生理生化分析表明lps1中有大量的活性氧积累,同时伴有蛋白质的降解、细胞膜的损伤以及大规模的细胞死亡。遗传分析表明该早衰表型受单隐性核基因控制,并且其在第5染色体上编码了一个泛素结合酶。亚细胞定位结果证明LPS1蛋白在细胞质与核中均有表达。外源激素处理发现,lps1对外源激素的处理更为敏感,且LPS1突变促进了ABA合成相关基因的表达。【结论】LPS1 突变使水稻ABA合成信号途径异常,进而引发H₂O₂等一系列与衰老相关生理指标的异常变动,导致lps1过早衰老,最终造成水稻产量严重降低。     

水稻叶绿体ATP合成酶基因转录丰度受赤霉素诱导调节

 采用mRNA差异显示技术分离和鉴定了水稻受赤霉素诱导的差异表达基因。经50个引物组合差异显示，获得21个诱导表达差异的cDNA片段。经反向Northern初步筛选对其中5个阳性片段进行克隆及序列分析。其序列经国际联网BLAST查询表明编号为GA21C的为水稻叶绿体ATP合成酶基因片段。Southern杂交结果证实此基因为单拷贝。Northern杂交结果显示确受赤霉素诱导表达且在诱导16 h后达到高峰，表明赤霉素诱导水稻产生生理反应过程涉及叶绿体基因表达。     

水稻功能叶性状的遗传分析

以籼型水稻13个不育系和19个恢复系为材料,按NCⅡ交配设计配制两套杂交组合（7×10和9×9）,在四川泸州和重庆北碚两个不同的生态环境下,研究水稻剑叶、倒2叶和倒3叶的遗传特征。剑叶宽、倒2叶长和宽、倒3叶长的遗传变异是由加性和显性效应共同引起的,但叶宽是加性效应占主导地位,而叶长则以显性效应为主,剑叶长的遗传变异主要由显性效应引起,倒3叶宽的遗传变异则主要由加性效应引起。功能叶各性状的加性效应与环境互作不显著,而叶长的显性效应与环境互作均达到显著或极显著水平。两套组合中叶宽的狭义遗传率均大于叶长,其中最大的是倒2叶宽,分别为58.65%和48.19%。叶长和叶宽均表现出不同程度的中亲优势或负向超亲优势,其中,叶长和叶宽的中亲优势率变幅为446%（倒3叶宽,第1套）~27.53%（倒3叶长,第2套）,而6个功能叶性状的杂种优势指数则均大于100%。     

功能型水稻的研究成果及进展

介绍了功能型水稻的概念以及国际和国内利用常规育种、诱变育种、分子辅助标记育种、转基因育种等技术,在培育具有保健型、辅助疗效型及其它特种功能型水稻新品种(系)研究中所取得的进展;提出了存在的问题及展望。     

朱蕉叶绿体基因组特征与系统发育分析

朱蕉(Cordyline fruticosa)是一种常见的园艺植物,广泛分布于亚洲、大洋洲、南美洲等热带地区.为了明确朱蕉叶绿体基因组特征,了解其系统发育地位,利用Illumina测序技术对其叶绿体基因组测序后,进行中线性绘图、ENC-plot、PR2-plot和SSR位点等相关数据的挖掘和分析.结果表明:朱蕉叶绿体基...     

水稻锌指蛋白基因OsZFP1的功能分析

生物信息学分析表明,稻瘟病菌丝氨酸蛋白酶MoSp1在水稻中的互作蛋白OsZfp1,为含有环指结构域的C3HC4型锌指蛋白。对稻瘟病菌侵染过程中OsZFP1基因的表达动态分析表明,OsZFP1基因表达水平在稻瘟病菌Guy11孢子悬浮液接种水稻后缓慢升高,接种后18h达到最高峰,约为3.8倍,这表明该基因响应稻瘟病菌的侵染。利用改进的农杆菌介导的转基因技术成功获得OsZFP1基因的过表达植株。抗性分析表明OsZFP1过表达植株的整体抗稻瘟病能力得到显著提高。说明OsZFP1基因在水稻抵抗稻瘟病菌侵染过程中扮演着十分重要的角色。     

芒果叶绿体基因组密码子使用偏好性分析

本研究利用CodonW、SPSS、Excel软件对芒果叶绿体基因组55条蛋白编码序列的密码子开展了中性绘图、PR2-plot、 ENC-plot和最优密码子分析。结果表明,芒果叶绿体基因的有效密码子(ENC)偏好性不强,分布在35.38～56.56;GC3s含量26.29%,说明密码子末位碱基以A/T结尾为主;ENC与GC3极显著相关。相对同义密码子分析,RSCU>1的密码子有31个,其中,以A和T结尾的29个,表明A和T是基因组偏爱的密码子。中性绘图、PR2-plot和ENC-plot分析表明,芒果叶绿体基因组密码子使用偏好受突变和选择等因素共同作用的影响。通过高频率密码子和高表达优越密码子相结合的方法进行分析,筛选出主要以A和T结尾的芒果叶绿体基因组最优密码子19个,分别是GCT、TGT、GAA、TTT、GGT、CAT、ATT、AAA、TTA、CCT、CAA、AGA、CGA、CGT、AGT、TCT、ACT、GTA和CTT。