棉花芽黄突变体10个叶绿体蛋白编码基因RNA编辑位点的测定及分析

 RNA编辑是陆生植物叶绿体转录后基因表达调控的一种方式。已有研究表明植物黄化或白化可能与叶绿体RNA编辑有关。本实验采用PCR,RT-PCR及测序的方法,确定棉花芽黄突变体V1子叶与真叶的10个叶绿体蛋白编码基因中各有34个编辑位点,有6个位点存在编辑效率的差异。将这些编辑位点与柯字310比较发现,芽黄突变体多5个编辑位点。运用生物信息学软件对34个编辑位点进行分析,结果表明accD-109, clpP-187, ndhB-50, ndhB-196, ndhD-128, ndhD-225等13个位点会影响相应蛋白二级或三级结构,表明上述编辑位点的改变可能对其蛋白的正确组装及功能的发挥起重要作用。     

谷子叶绿体基因RNA编辑位点的鉴定与分析

RNA编辑是高等植物叶绿体基因转录后加工修饰的现象,它会影响叶绿体发育,导致植株叶片出现黄化或白化等表型。本研究以长农35号及其2份叶色突变体(E752和E1005)为试验材料,利用紫外分光光度计测定了苗期叶绿素含量,通过透射电镜观察了叶绿体结构;利用在线工具Prep-Cp对谷子叶绿体基因RNA编辑位点进行了预测,通过PCR、RT-PCR及测序等方法对预测到的编辑位点进行了验证,并与其他单子叶作物的编辑位点进行了比较分析;进一步利用荧光实时定量方法,分析rpoB及依赖PEP转录的光合途径相关基因(ndhG、psaA、psbA和rbcL)在不同发育时期的表达水平;最后,利用生物信息学分析ropB编辑前后蛋白二级结构的变化。结果表明,与长农35号相比,2份叶色突变体叶绿素含量显著降低,叶绿体发育异常;在谷子中,有10个叶绿体基因共计20个位点发生RNA编辑,所有编辑位点均为胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)的转换,不同基因的编辑位点存在数量差异,其中ndhB编辑位点数量最多,共计6个; 20个编辑位点中,有19个位点在物种进化上具有较高保守性,只有rpoC1-2753为谷子中特有的编辑位点;在长农...     

薰衣草叶绿体RNA编辑位点的预测与分析

RNA编辑是转录后水平的一种调控方式,在植物生长发育、形态建成以及逆境响应等过程具有重要作用。为明确薰衣草(Lavandula angustifolia)叶绿体RNA编辑的组成及其特点,本研究通过生物信息学和PCR,对薰衣草植物叶绿体的RNA编辑位点进行了预测和初步验证。结果发现,薰衣草叶绿体基因组中共预测到44个编辑位点,分布于19个基因上,且所有位点均为C到U的转变。利用PCR确认了ndhB-737是ndhB的基因编辑位点之一。比较薰衣草与罗勒(Ocimum basilicum)、薄荷(Mentha haplocalyx Briq.)、紫苏(Perilla frutescens (L.) Britt.)、迷迭香(Rosmarinus officinalis)、益母草(Leonurus japonicus Houtt)这五种唇形科植物叶绿体RNA编辑位点,发现它们之间存在编辑位点的差异,其中atpF-31、rps2-83、rpoB-113、rpoB-189、rpoB-809、rps14-27、rp120-103、ccsA-187和ndh G-105这9个RNA编辑位点是这六种唇形科植...     

棉花早熟芽黄突变体叶绿素荧光动力学特性研究

以中棉所58及其航天诱变芽黄突变体为研究对象,利用快速叶绿素荧光诱导动力学测定和JIP-test数据分析方法,研究了晴天条件下野生型(Wild type,WT)和突变体5个叶位叶片(倒1叶至倒5叶)的原初光化学反应的变化.结果表明,突变体倒2叶最大光化学效率(Fv/Fm)最低,至倒5叶时恢复正常.突变体叶片较高的K点的...     

棉花叶绿体基因组的研究进展

近年来,随着分子生物学技术的应用与发展,对棉花叶绿体基因组也有了新认识。本文概述了棉花叶绿体基因组的研究进展,从棉花叶绿体基因组的图谱、功能基因的克隆及研究、叶绿体RNA编辑以及叶绿体转化等方面进行了介绍和评述,并对其在基础研究与应用研究中的前景进行了展望。     

大豆细胞质遗传芽黄突变体的发现

本研究新发现一个大豆芽黄突变体NJ89-3。该突变体典型表现为，从第一对真叶开始，新生叶表现明显黄化，但随叶片充分伸展定形，逐渐变为正常绿色。植株最后一张叶片充分伸展定形后，芽黄植株与正常绿色植株并无明显区别。研究表明NJ89-3的芽黄性状由细胞质基因突变引起，属细胞质遗传，建议将此细胞质基因命名为cyt-Yv。     

甜菜线粒体atp6基因转录本的RNA编辑位点研究

RNA编辑现象普遍存在于高等植物的线粒体中,是线粒体中产生功能蛋白所不可或缺的加工步骤。以甜菜细胞质雄性不育系DY5-CMS及其保持系DY5-O为材料,通过PCR、RT-PCR以及PCR产物直接测序等方法,对甜菜线粒体atp6基因转录本的RNA编辑位点进行了研究,以期探寻其与细胞质雄性不育之间的关系。结果表明,atp6基因转录本的保守区域共有8个编辑位点,均发生在密码子的第一、二位点上,这些位点的编辑将导致氨基酸种类的变化,如第二个编辑位点上发生的由丝氨酸(疏水参数0.8)到亮氨酸(疏水参数3.8)的转变。通过分析可看出atp6基因RNA编辑有着改变蛋白质疏水性的作用,同时它能增加物种间的保守性。     

小麦叶绿素缺失突变体Mt135的叶绿体基因差异表达分析

小麦叶绿素缺失突变体Mt135自交后代稳定表现绿株、条纹株和白化株3种类型, 其中条纹株白色组织和白化株的叶绿体数目和结构发生突变, 完全失去光合能力。为研究该突变体叶绿体基因表达与光合作用的关系, 采用实时荧光定量PCR技术, 分析了白化株和条纹株的叶绿体基因表达。在白化株中共检测到40个差异表达基因, 涉及4类功能(编码光反应相关蛋白、编码叶绿体内能量代谢相关酶、核糖体合成和tRNA合成), 包括18个上调表达和22个下调表达基因;在条纹株中共检测到13个上调表达基因, 其表达变化趋势与在白化株中一致。白化株的差异表达基因中, 编码光系统II、I结构蛋白的psb、psa及ycf等基因家族的基因表达量显著下调;多个编码核糖体蛋白大、小亚基的基因表达量改变, 尤其是核糖体蛋白小亚基编码基因rps14和23S rRNA的编码基因23S rDNA表达量显著下调。推测Mt135突变性状与参与光反应相关蛋白的编码基因、叶绿体内能量代谢相关酶的编码基因、核糖体合成相关基因以及tRNA合成相关基因表达量的改变密切相关。     

棉花芽黄材料主要光合特性和农艺性状的研究

以v1、v2、v3、v4、v5v6、v8、v9、v10、v11、v13、v14、v15、v16v17、v18、v19、vg和彭泽芽黄等17份芽黄突变体材料及中棉所58突变体中58vsp为研究对象,测定了各材料不同时期不同叶位的SPAD值、叶绿素荧光参数最大光化学效率值(Fv/Fm)和光系统Ⅱ量子产量(φPSⅡ),同时对各芽黄突变体材料的主要农艺性状和纤维品质性状进行了调查和研究。结果表明,芽黄材料作为一种叶色突变体,其叶片相对叶绿素含量在不同时期、不同叶位的差异较大,各芽黄材料均以倒5叶或倒4叶的SPAD值最高,刚展平的倒2叶的SPAD值最小,其中中58vsp的倒2叶SPAD值最低;随着植株的发育,所有芽黄材料在7月5日、15日其倒4、倒5叶的SPAD值达到最大。与光合作用密切相关的最大光化学效率值(Fv/Fm)和PSⅡ量子产量(φPSⅡ)在各芽黄突变体材料之间差异也较大,其中v2最高,v3、v19最低。另外还发现各芽黄突变体材料的主要农艺性状和纤维品质性状存在较大的差异。本文对于不同芽黄突变体材料特性的初步研究,将为更好地将芽黄突变体用于棉花遗传育种和分子生物学研究打下了理论基础。     

棉花叶绿体70S核糖体S7蛋白基因的克隆和序列分析

叶绿体基因组具有高度保守性，来源于不同植物的叶绿体基因同源性很高。应用ＰＣＲ技术，从棉花叶绿体基因组扩增并克隆了长度为１．０ｋｂ的叶绿体ＤＮＡ片段。该片段含有叶绿体核本小亚基Ｓ７蛋白基因ｒｐｓ７。采用限制性内切酶消化连接的策略构建亚克隆，并测定了该片段的含部核苷酸序列。结果表明，棉花叶绿体ｒｐａｓ７基因与烟草、不稻的相庆基因同源性高，分别为９７．９％和８９．５％，３非编码区的同源性分别为９６．３％     

陆地棉芽黄品系在棉花杂种优势上的利用研究

我室以陆地棉芽黄突变品系作为指示性状，对品种间Ｆ＿１杂种优势利用效应的研究已连续进行了三轮四次试验，都表明芽黄品系与常规品种间的杂种Ｆ＿１具有明显的杂种优势。Ｆ＿１的产量结构和常规品种的相类似，铃数、铃重和衣分等三个主要产量构成因素中，铃数对产量的直接贡献最大，其次是衣分和铃重。７月１５日～８月１０日间的棉铃脱落率对产量和产量构成因素有一定影响。配合力效应分析表明，特殊配合力高的杂交组合有较高的杂种优势，而特殊配合力效应伍与一般配合力有密切相关关系，即双亲一般配合力高的，杂种Ｆ１优势也高。试验结果证明，陆地棉芽黄品系在杂种优势利用中有一定增产作用，并有其标记基因效应。     

对一个新发现的棉纤维突变体的鉴定及特性分析

在农杆菌介导的转基因组织培养再生后代中发现了一个无绒有絮的纤维发育突变体,通过自交选择T₃代获得其纯合体,命名为CM突变体。尽管CM突变体从转基因后代中发现,但和转基因插入位点无关,推测是在组织培养过程中产生的点突变所致。通过与陆地棉遗传标准系TM-1,海岛棉军海1号,以及新乡小吉无绒有絮(XinFLM),新乡小吉无绒无絮(XinWX),徐州142无绒无絮(XZ142WX),显性光子N1N1,隐性光子n2n2、SL-7-1、MD17及T586等一系列纤维发育突变体分别配制F₂组合进行突变基因的遗传及等位性分析,结果表明CM突变体与纤维发育正常的TM-1和军海1号杂交,F₁表型均为无绒有絮,F₂表现无绒有絮和有绒有絮3∶1分离,说明该突变体与纤维发育正常材料相比,在短绒发育方面存在一个位点的差异,该突变性状由单显性基因控制。等位性测验及分子定位均表明, 控制该突变体短绒的基因与控制N1N1显性光子的N1基因等位。扫描电镜进一步证明该基因突变会造成纤维起始突起延迟。与N1N1突变体相比,CM突变体的衣分比N1N1显著高,而百粒重比N1N1极显著低。推测CM突变体中的突变基因与显性N1基因为复等位基因。     

烟草ATP合酶F_0部分4个亚基基因转录本编辑位点分析

RNA编辑是高等植物线粒体基因转录后表达调控的一种重要方式。为探究ATP合酶F_0部分的4个亚基基因与植物雄性不育性的关系,本研究以3个烟草雄性不育系(MS中烟90、MS云烟85和MS K326)及其同型保持系为供试材料,比较分析atp6、atp9、orf25和orf B线粒体基因转录本的编辑位点。结果表明,orf25和orf B基因转录本在不育系和保持系中发生的编辑位点是一致的。atp6基因在不育系中未发生编辑,在保持系中共有6处发生了RNA编辑。与保持系相比,atp9基因在不育系中除8处共同的C→T编辑外,还缺少2个C→T的特异编辑位点,其中1个导致氨基酸类型的改变。推测不育胞质因缺少特异的线粒体基因转录本编辑而导致烟草的细胞质雄性不育。     

棉花花器官突变体的鉴定及候选基因的克隆

棉花是世界性的重要经济作物,是天然纤维的主要来源。棉花生殖生长过程现蕾、开花、结铃都直接影响棉花主要经济性状——棉纤维的产量和品质。本研究在转基因棉花材料中发现了1个花器官突变体,命名为182-9,其花器官呈现瓣化特征。PCR和Southern杂交证明突变体182-9中的外源基因已整合到基因组中,且为单拷贝插入。通过基因组重测序进行序列比较发现,突变体182-9基因组中外源T-DNA插入位点为染色体A11:59086840。PCR和Southern杂交对插入位点进行了进一步验证。根据棉花基因组注释结果,在基因组插入位点附近有3个候选基因(GH_A11G2251、GH_A11G2252和GH_A11G2253)。其中GH_A11G2251为AP2类基因。已有研究证明, AP2类基因为花器官ABC模型中控制萼片和花瓣形成的A类功能基因。qRT-PCR结果显示,GH_A11G2251在转基因受体W0的花瓣、雌蕊和雄蕊3个组织中的表达与突变体182-9中存在显著性差异。本研究为进一步深入探究棉花...     

陆地棉无绒突变体miRNA的鉴定及其靶标基因分析

【目的】棉花纤维突起影响纤维的产量和品质,挖掘纤维起始相关的小RNA及其靶基因对于研究纤维起始机制至关重要。【方法】本研究以新乡小吉的野生型(Wild type,WT)及其无绒有絮突变体(Fuzzless mutant,FLM)开花当天的胚珠为材料,构建6个小RNA文库并进行高通量测序,以陆地棉(Gossypium hirsutum L.)基因组序列作为参考。【结果】共发现459个mi RNA,包括301个保守的mi RNA和158个新mi RNA。共得到13个差异表达的mi RNA,预测并分析了它们的靶基因。通过对靶基因的生物信息学分析结果显示,预测的这些靶基因侧重于编码HD-ZIP (Homeodomain-leucine zipper)、GRAS (Gibberellic acid insensitive,Repressor of GAI,Scarecrow)、AP2 (APETALA2)家族的转录因子,功能集中在转录和转录后调控阶段。对靶基因进行Gene Ontology (GO)注释发现,它们参与细胞分化、花药发育、花器官发育等生物学过程。随机选出4个mi RNA进行荧光定量PCR验证,结果证实了测序数据的可靠性。【结论】mi RNA通过负调控靶标转录因子和激素相关基因来影响纤维细胞的起始发育。     

棉花SUPERMAN类锌指蛋白基因GZFP的启动子及功能分析

GZFP是来源于陆地棉的一个SUPERMAN类锌指蛋白基因.为了进一步了解该基因功能,本研究通过染色体步移(Genome walking)获得其启动子区域,并构建该片段与GUS连接的重组载体pBI-pGZFP-5::GUS,通过花浸染法转化拟南芥.转基因植株的GUS染色结果表明GUS基因主要在根部以及花器官表达,而叶片...     

棉花红腐病菌氮代谢途径相关酶的基因位点测定

通过对菌株同类型的nit突变体互补测定方法,对棉花红腐病菌(串珠镰孢霉)氮代谢途径相关因子的基因位点进行研究。根据对单孢菌株SC50的42个含钼协同因子缺陷型突变体(nitB)的互补测定,鉴定出至少有7个基因位点控制含钼协同因子;对硝酸盐还原酶缺陷型突变体(ni tA)间以及亚硝酸盐还原酶缺陷型突变体(nitC)间互补测定的结果表明,这两种酶均由多个基因位点控制,并有其它基因参与互作。     

两个水稻D2基因等位突变体的表型分析及分子鉴定

通过EMS诱变粳稻品种日本晴,筛选到2个矮秆突变体s1-46和s1-96。突变体主要表现为株高降低,分别为野生型的44.7%和55.9%,且叶片直立,穗粒数减少,籽粒变短。暗处理时,野生型的中胚轴伸长,但突变体的不伸长,说明突变性状与油菜素内酯(BR)相关。外源活性BR处理后,突变体与野生型的叶夹角均变大,根长均变短,表明突变基因与BR的生物合成相关。遗传分析表明,该突变性状由1对隐性基因控制。通过与籼稻品种Dular杂交构建F₂群体,将该基因定位在第1染色体40.9 kb范围内。测序表明,该基因与参与BR生物合成的D2基因等位,其中s1-46第305位的氨基酸由脯氨酸突变成亮氨酸,而s1-96第370位的甘氨酸突变成谷氨酸。     

基于3个叶绿体基因的花叶藓科属间亲缘关系分析

花叶藓科(Calymperaceae)科内各属分类位置及亲缘关系一直存在争议,本研究通过对花叶藓科8属24种植物的3个叶绿体基因(trnL-F,rbcL,rps4)进行分子系统学分析,同时随机选取曲尾藓目(Di-cranales)、丛藓目(Pottiales)以及白发藓科(Leucobryaceae)内各2个种为外群;...     

甘蓝型油菜角果数突变体基因的定位及候选基因分析

角果数是油菜单株产量重要的构成因子之一,其优异等位基因的发掘和利用对产量的提高至关重要。油菜中已定位到上百个角果数QTL,但大多数效应不大且不稳定,难以进行精细定位或克隆。本研究前期发掘到一个油菜突变体(No.7931),其花序顶端在分化出约十朵花后即停止生长,因而成熟期角果极少。利用该少角果突变体和多角果品系No.73290构建F2分离群体,从中挑选角果数极端单株各30株进行BSA-seq,在C02染色体检测到3个关联区间:0～1.1 Mb、4.7～6.2 Mb、11.5～12.4 Mb。该候选区间在油菜参考基因组DarmorV8.1中有522个注释基因,存在SNP或Indel差异且有同源注释的基因235个。在花芽分化初期,选取两亲本(No.73290和No.7931)的茎尖分生组织进行RNA-seq,总共鉴定到8958个差异表达基因(DEGs)。这些DEGs显著富集于20个生物学通路,包括碳代谢、翻译、氨基酸代谢(和花芽分化高度相关)等,其中99个位于关联区间。结合基因功能注释以及序列和表达差异分析确定了9个候选基因(BnaC02g00490.1D2、BnaC02g01030.1D...