不同优势小麦正反杂交种子与亲本自交种子发育前期基因表达差异

为探讨小麦杂种优势形成的分子机理，本研究选用优势不同的3个杂交组合,以授粉后2、6和12 d的正反杂交种子与亲本自交种子为材料，采用mRNA差异显示技术分析了不同优势正反杂交种子与亲本自交种子之间发育前期的基因表达差异。结果表明，所有三个时期正反杂交种子与亲本自交种子之间存在明显的基因表达差异，差异可归纳为特异     

两个南方花生主栽品种荚果与叶片基因表达谱分析

利用高密度花生基因表达谱芯片比较遗传背景相似而在产量上存在显著差异的2个南方花生品种粤油7号和汕油523荚果与叶片的基因表达谱。结果表明,汕油523与粤油7号荚果差异表达基因高达1 383个,其中上调表达基因662个,下调表达基因721个。叶片中差异表达基因有647个,其中上调表达基因234个,下调表达基因413个。基因表达差异在10倍以上的上调和下调基因在荚果中分别有52个和105个,而在叶片中只有2个和5个。功能注释结果表明, 差异表达基因集中在细胞内和膜上,而其分子功能主要为结合和催化活性,主要参与代谢、细胞和生物调控等生物过程。在花生荚果和叶片中,还有近一半的差异表达基因的功能未知,表明这2个器官中还有大量的基因尚待发掘。为验证基因芯片数据的可靠性和重复性,选择4个差异表达基因进行实时定量PCR分析,其结果与芯片检测结果吻合。     

棉花纤维次生壁加厚期基因的表达谱分析

本研究以高纤维强度材料0-153和转基因抗虫棉sGK9708为亲本构建的高代重组自交系群体(F608)中纤维强度具有显著差异的两个系(高强材料69307和低强材料69362)作为材料,利用cDNA芯片技术,对纤维次生壁加厚阶段(15 DPA和20 DPA)的基因表达谱进行研究.共检测到差异表达基因3 383个,占cDN...     

玉米胚乳母本印记基因ZmVIL1的克隆及印记特性分析

印记基因在玉米籽粒发育中具有重要作用。玉米ZmVIL1是母本印记基因。本研究通过RACE扩增, 获得了ZmVIL1基因的cDNA全长, 约2.2 kb, 编码598个氨基酸。根据对B73和Mo17正反交授粉后14 d胚乳和胚中ZmVIL1等位基因的表达分析, 该基因仅在玉米胚乳中表现母本印记, 而在胚中则无印记现象。在郑58和昌7-2、黄C和178、PH6WC和PH4CV正反交14 d胚乳中ZmVIL1也表现印记, 因此该基因为基因特异性的二元印记。ZmVIL1在B73、Mo17正反交授粉后12~28 d胚乳中处于持续印记状态。组织表达模式研究表明ZmVIL1在营养生长和生殖生长阶段均有表达; ZmVIL1在玉米授粉后10 d籽粒、雌穗、雄穗、花丝中表达量较高, 其次是根、胚珠及授粉后25 d的胚中, 推测ZmVIL1在玉米籽粒及花发育过程中均具有重要功能。     

花生油脂合成相关基因的表达谱分析

为研究不同发育时期花生籽仁油脂合成过程中基因表达调控模式,本研究以高油酸、中油花生品系F18和低油酸、低油花生品种‘鲁花6号’为材料,对下针后10、30、40、60 DAP(days after pegging)的花生种子进行表达谱芯片测序。结果表明,130、3556、2783个基因分别在30、40、60 DAP时期差异表达。GO注释和KEGG富集结果显示,差异表达的基因主要富集在脂肪酸合成和光合等代谢进程中,其中FAB2、FAD2、WRI1等主要参与油酸的积累,参与光合作用的基因均为捕光叶绿素a/b结合蛋白,全部上调表达。代谢通路图结果表明,籽仁发育的40 DAP和60 DAP时期,脂肪酸合成途径的基因均上调表达。研究结果为花生油脂代谢的分子机制提供理论基础,同时也为花生品质改良贡献了基因资源。     

利用基因芯片技术筛选棉纤维伸长相关基因

从回交近交系(backcross inbred lines, BIL)群体中选取纤维长度差异较大的两个系NMGA-062 (33.03 mm)和 NMGA-140 (25.87 mm),利用Affymetrix棉花基因芯片,分析其开花后10 d (DPA, days post anthesis)棉纤维伸长相关基因表达谱。在24 029条转录本中,两材料间差异表达的转录本有7 282条,占总数的30.31%;其中差异表达倍数在2倍或2倍以上的转录本有3 993条,占筛选转录本总数的16.62%,功能分类表明这些转录本主要包括功能预测基因(15.57%)、翻译、核糖体结构相关基因(13.54%)和翻译后修饰、蛋白质转换相关基因(9.29%)3大类。为了验证芯片数据的可信性,8个差异表达显著的基因(Ghi.10655.1.S1_s_at, ACO1, ARF1, SAHH, TUA6, TUA7, β-tub1, β-tub10)被用于实时荧光定量PCR。两种检测手段表现出一致性。随后,利用实时荧光定量PCR对3个与棉纤维相关基因(ARF1, β-tub1, β-tub10)在纤维发育不同时期(5、10、15、20和25 DPA)的表达模式进行了研究,结果表明,3个基因在纤维伸长发育时期(10和15 DPA)大量表达,推测这3个基因可能与棉纤维伸长有重要关系。     

水分胁迫条件下“洛旱2号”小麦根系的基因表达谱

为探讨小麦水分胁迫反应的分子调控机制,以抗旱小麦品种“洛旱2号”根系为材料,采用Affymetrix小麦基因芯片比较了20% PEG6000溶液处理后根系及对照的基因表达谱。结果表明,洛旱2号根系中受水分胁迫诱导而上调和下调表达的基因分别有3 743个(4 074个探针组)和4 573个(5 043个探针组),下调表达的基因远远多于上调表达的基因,其中上调2倍以上的1 593个(1 716个探针组),下调2倍以上的2 238个(2 451个探针组)。通过Affymetrix 的NetAffx Analysis Center查询和NCBI的BLASTX分析,差异表达2倍以上的基因中有619个已注释了功能,利用MIPS数据库将注释基因分为10类,包括生物代谢、逆境胁迫反应、细胞组分生成、蛋白合成、细胞信号交流、细胞运输、转录相关、细胞分裂和蛋白质加工等。差异表达16倍以上的基因中有32个已注释了功能,其中与逆境胁迫反应相关的基因16个,与生物代谢相关的基因5个。利用实时定量RT-PCR对8个代表性候选基因在水分胁迫条件下的差异表达特性分析表明,其结果和芯片杂交分析的结果基本一致。     

玉米籽粒突变体smk7的表型分析和基因定位

利用甲基磺酸乙酯(EMS)对玉米自交系B73进行诱变,获得一个可以稳定遗传的小籽粒突变体smk7(small kernel 7)。smk7成熟籽粒表现为体积变小,胚和胚乳发育缺陷,百粒重显著降低。突变籽粒发芽率仅为10%,且幼苗黄化不能生长成正常植株。成熟smk7胚乳中淀粉、蛋白、油分含量与野生型籽粒相比无显著差异,但突变体胚乳淀粉粒体积明显变小且形状不规则。smk7突变籽粒在授粉后12 d即可观察到明显的小籽粒和空瘪表型,石蜡切片显微观察显示突变籽粒的胚和胚乳发育迟缓,胚乳基部转移层细胞(BETL)相对于野生型细胞壁向内生长减少,发育受阻。用杂合植株(+/smk7)与多个自交系分别杂交,构建不同背景的F2分离群体,遗传分析结果表明该性状受单隐性核基因控制。利用靶向测序基因型分型(genotyping by target sequencing,GBTS)技术将基因初定位于2号染色体短臂,进一步精细定位发现该基因位于RM1433917和RM1535316两个标记之间约120 kb的物理范围内,共有8个蛋白编码基因。本研究为进一步克隆和解析SMK7基因调控玉米籽粒发育的分子机制奠定了基础。     

渗透胁迫下烟草叶片基因的差异表达研究

为了解干旱胁迫下烟草的抗旱机制,采用拟南芥基因芯片检测了PEG渗透胁迫（－1.2 MPa）48 h后烟草叶片中基因表达的变化。在31 182个基因微矩阵点中,有效差异表达（ratio值≥2或≤0.5）的基因为135个,上调50个,下调85个。其中包括一些具有防御功能的上调表达基因如两个普遍胁迫蛋白（USP）和与渗透调节物质海藻糖合成有关的基因ATTPS11及多个参与复制、转录和翻译等过程的基因MAPKK、bZIP、锌指蛋白、组蛋白His1-3、脱水响应DREB转录因子、WRKY转录因子家族、分子伴侣等,MAPKK具最大上调幅度,为3.94倍（序列号为At1g51660）。而参与光合作用的6个PSⅠ的光捕获复合体中lhca3和PSⅡ的光捕获复合体中核编码基因的lcb1、lcb2、lcb5、lcb6、lcb4.2的基因表达下调。还检测到38个未知基因,它们的差异表达可能跟渗透胁迫诱导有关,是我们下一步研究的重点。通过分析这些特异表达基因,揭示出一些潜在的生物学规律,为研究烟草逆境生理学提供了有价值的信息。     

Seed development-related expression of ARGONAUTE4_9 class of genes in barley: possible role in seed dormancy

Resistance to pre-harvest sprouting is an important breeding objective for cereal crops like barley and wheat. Seed dormancy, which determines the resistance or susceptibility to pre-harvest sprouting (PHS), is a complex trait. It is largely controlled by the antagonistic action of the plant hormones abscisic acid and gibberellic acid, but also has a large component of genotype?×?environment interaction. Recent studies have revealed a role for epigenetic changes through histone modification in controlling seed dormancy. However, the role of DNA methylation in seed development and dormancy is not known. In this study, we explored the role of ARGONAUTE4_9 class genes of the DNA methylation pathway in seed development and dormancy in barley. Our results show that the two AGO4_9 class genes in barley, i.e. AGO1002 and AGO1003, are preferentially expressed in ovaries at meiosis and in embryos 25?days after pollination (DAP). The expression of AGO1003 is two to fivefold higher than that of AGO1002 in these tissues, demonstrating differential expression of these genes. We also analysed the expression of AGO1003 in embryos of PHS-resistant and -susceptible varieties at 25?DAP and found a significant variation in the expression of this gene in seeds of dormant and non-dormant lines. The observed expression pattern of AGO1002 and AGO1003 suggests a possible role in sporogenesis and post-fertilization seed development. Indirectly these results imply a potential role of DNA methylation in seed development and seed dormancy.     

玉米籽粒突变体dek101的表型分析和精细定位

As the storage organ of maize, kernel development and accumulation of storage production directly determines maize yield and quality. In this study, a stable defective kernel mutant, named as defective kernel 101 (dek101), was identified during the development of double haploid (DH) lines in maize. The dek101 kernels displayed severely shrunk kernel appearance, significantly reduced kernel weight, lethal embryo, defective endosperm and were incapable of germinating. The dek101 showed obvious developmental abnormalities at 12 days after pollination (DAP). The fresh weight, dry weight and volume of the kernels were no longer increased after 21 DAP. Scanning electron microscopy (SEM) observation revealed that the starch granules of dek101 were significantly smaller compared with wild-type kernels. Genetic analysis demonstrated that the mutant trait was controlled by a recessive single gene. Using 441 F₂ individuals and 1648 F₃ individuals, dek101 was narrowed down to a genomic region of about 300 kb between the InDel marker IDP2182 and IDP4600 on chromosome 1, which contains five predicted genes. These results laid the foundation for mining functional genes related to maize kernel development and deciphering the mechanism of grain development.     

棉纤维伸长阶段上下调基因及相关通路的分析

棉花纤维细胞是研究细胞发育机制的理想材料，陆地棉Ligon lintless(Li₁)是单基因显性超短纤维突变体, 其性状表现为长纤维极度缩短，分离得到的野生型(li₁)纤维发育正常。本实验通过cDNA芯片的方法对两个材料进行比较分析，采集开花前1 d到开花后7 d即–1 DPA ~ +7 DPA (day post anthesis)材料，检测到多个上调和下调基因，选择两个基因(CIPK和XET)进行RT-PCR和qRT-PCR的芯片验证。应用MAS (molecular analysis system)系统进行GO功能注释和Pathway的分析表明，这些差异表达基因参与脂肪酸代谢(fatty acid metabolism)，甘油脂代谢(glycerolipid metabolism)以及碳固定(reductive carboxylate cycle)等多个代谢途径。这些基因在突变体Li₁中的异常表达可能导致细胞中脂肪酸和脂肪含量变化，影响棉纤维细胞的正常发育。     

不同施氮水平下甘蓝型油菜发育种子中基因表达谱差异分析

氮肥是油菜生长发育需要的重要营养元素之一, 增施氮肥可提高油菜籽产量和蛋白含量, 但降低种子含油量。筛选氮肥不敏感油菜基因型、发掘氮肥响应基因及调控网络研究尚不多见。本研究以油菜中双11和德国品种Parter为材料, 设置4个氮水平(施用尿素0、90、180和270 kg/hm^–2), 随机区组试验, 利用Agilent油菜基因芯片在全基因组水平分析施氮(180 kg/hm^–2)和未施氮(对照)处理授粉25 d种子的基因表达谱。结果显示, 随着施氮量的增加, 种子含油量降低, 而蛋白含量增加, 且在2个品种中的变化程度不同, Parter含油量的下降水平比中双11显著。处理与对照相比, 中双11和Parter分别有827个和3 676个差异表达基因, 明显存在基因型的差异; 2个品种中共同的差异表达基因有278个, 其中上调表达的151个, 下调表达的80个, 差异表达在10倍以上的基因有4个。根据基因功能注释, 2个品种中的差异表达基因分子功能主要为催化、结合和转录调节活性, 参与细胞、代谢和应激等生物过程, 约50%的差异基因未得到功能注释。选择8个差异表达基因进行实时荧光定量PCR分析, 结果显示2种方法的检测结果吻合率为94%, 表明检测结果具有一定的生物重复性。本结果为进一步筛选油菜氮肥敏感基因型、开展氮应答机制研究提供了有用信息。     

Transcriptomic analysis of developing seeds in a wheat (Triticum aestivum L.) mutant RSD32 with reduced seed dormancy

Seed dormancy, a major factor regulating pre-harvest sprouting, can severely hinder wheat cultivation. Reduced Seed Dormancy 32 (RSD32), a wheat (Triticum aestivum L.) mutant with reduced seed dormancy, is derived from the pre-harvest sprouting tolerant cultivar, ‘Norin61’. RSD32 is regulated by a single recessive gene and mutant phenotype expressed in a seed-specific manner. Gene expressions in embryos of ‘Norin61’ and RSD32 were compared using RNA sequencing (RNA-seq) analysis at different developmental stages of 20, 30, and 40 days after pollination (DAP). Numbers of up-regulated genes in RSD32 are equivalent in all developmental stages. However, down-regulated genes in RSD32 are more numerous on DAP20 and DAP30 than on DAP40. In central components affecting the circadian clock, homologues to the morning-expressed genes are expressed at lower levels in RSD32. However, higher expressions of homologues acting as evening-expressed genes are observed in RSD32. Homologues of Ca²⁺ signaling pathway related genes are specifically expressed on DAP20 in ‘Norin61’. Lower expression is shown in RSD32. These results suggest that RSD32 mutation expresses on DAP20 and earlier seed developmental stages and suggest that circadian clock regulation and Ca²⁺ signaling pathway are involved in the regulation of wheat seed dormancy.     

玉米籽粒突变体smk7的表型分析和基因定位

In this study, a stable small kernel mutant, named small kernel 7 (smk7), was isolated from ethylmethane sulfonate (EMS) mutagenesis of maize inbred line B73. Compared with wild type, the smk7 mutants showed smaller kernel size, defective embryo and endosperm development and a significant decrease in 100-kernel weight. The smk7 kernels showed a low level of germination rate at 10% and cannot grow into normal plants. No significant changes were detected in protein, starch and oil content between mature wild type and smk7 kernels, but the starch grains became significantly smaller and irregular in smk7 kernels compared with wild type. The smk7 kernels could be clearly distinguished from the wild type as early as 12 days after pollination (DAP), on the basis of their smaller and emptier phenotype. Microscopic inspection of the paraffin sections revealed that the development of embryo and endosperm were delayed, and the cell wall in growth in basal endosperm transfer layers (BETL) were arrested in smk7 compared with wild type. The F₂ populations with multiple backgrounds were constructed by crossing heterozygous plants (+/smk7) with several other inbred lines. Genetic analysis showed that the mutant phenotype was controlled by a single recessive gene. Based on genotyping by target sequencing (GBTS) strategy, the SMK7 was initially mapped on the short arm of chromosome 2. The fine mapping results suggested that SMK7 was located between markers RM1433917 and RM1535316, with a physical distance of 120 kb. There were eight protein-coding genes in this region. This study laid a foundation for further genes cloning and research of the SMK7 function in regulating maize kernel development.     

优质面包小麦品种济南17和豫麦34灌浆期高温胁迫差异表达基因的分离

选用品质相对不稳定的小麦品种济南17和品质较稳定的品种豫麦34,于开花后15~18 d（灌浆中期）及30~33 d（灌浆后期）分别进行连续3 d的高温胁迫处理（昼夜温度为38℃,25℃）。提取籽粒总RNA,通过cDNA-AFLP分析获得差异条带。回收差异条带,再经过克隆、测序、BLAST比对,济南17、豫麦34分别获得85个和99个高温胁迫下差异表达基因片段的序列。经过反向Northern杂交验证后,济南17获得25个信号明显的序列,其中22个来自热诱导表达的基因,主要与小麦的胁迫响应基因、热激蛋白等同源;豫麦34获得31个信号明显的序列,其中25个来自热抑制表达的基因,主要与乙烯合成酶、吡咯啉-5-羧酸合成酶等同源。说明高温胁迫总体上诱导品质不稳定品种的基因表达,而抑制品质稳定品种的基因表达。济南17的序列有15个来自灌浆中期样本、10个来自灌浆后期样本,豫麦34的序列则分别有29个来自灌浆中期样本、2个来自灌浆后期样本,说明高温胁迫对灌浆中期基因表达的影响比灌浆后期显著,在品质稳定品种中则比品质不稳定品种中更为明显。2个品种在高温胁迫下的基因表达模式存在显著差异,济南17诱导表达胁迫响应基因,豫麦34抑制表达乙烯合成酶和吡咯啉-5-羧酸合成酶及胁迫响应基因,这可能是二者品质稳定性不同的重要原因。     

小麦成熟胚脱分化过程中生长素相关基因的表达分析

利用Affymetrix小麦基因芯片研究了小麦成熟胚在MS+2,4-D (2 mg L^-1)培养基上脱分化过程种基因表达变化,用NCBI、DATF和DRTF等生物信息学相关网站对基因表达信息进行处理,并针对生长素相关基因的变化情况进行分析,结果表明,有80个生长素相关基因在小麦成熟胚脱分化过程中的2、6、12、24和72 h等不同时间点,至少发生了一次有意义的表达变化,其中41个在整个过程中上调,29个下调;10个在不同时点分别表现上调或下调。这些基因涉及到生长素的运输、响应、诱导、合成和降解等多个生物学过程。对BG906698、BQ281752、CD454626、CD864552、CD938626、BJ233383和AY543630基因的半定量RT-PCR验证结果表明,它们的表达变化与基因芯片的结果基本一致。质膜H⁺-ATPase基因(AY543630)在2 h时间点即有较高强度表达,然后下降,24 h降至最低水平,表明该基因在小麦成熟胚脱分化的启动中可能有重要作用。     

强优势玉米杂交种雌穗发育期间的基因表达谱动态及重要功能基因

利用基因芯片杂交方法,检测强优势玉米杂交种(C8605-2×W1445)雌穗发育过程中的基因表达动态,以期为进一步研究雌穗发育的分子机制提供证据。在雌穗到达小穗分化期之后8 d内,有671个基因的表达水平发生显著变化,主要表现出4种不同的表达模式。这些差异表达的基因涉及代谢、发育、刺激应答、细胞信号转导、物质运输等多个方面。细胞分裂基因、细胞壁结构和修饰蛋白基因在雌穗发育过程中大多表现为上调表达,可能对雌穗细胞的分化和果穗性状的形成产生重要影响。蛋白激酶、细胞信号转导以及转录因子基因等上游的信号传输和调控基因在雌穗的发育中也可能具有重要作用。     

母源性印记基因在牛早期胚胎中的表达

为研究母源性印记基因Magel2、Sgce、SNRPN在牛早期胚胎中的表达规律,初步判定其印记发生的阶段。利用Real-time PCR技术,检测了这3个基因在牛孤雌激活 (Parthenogenetic Activation,PA) 胚胎和体外受精(In vitro Fertilization,IVF)胚胎中的表达水平。结果表明：在牛IVF和PA 2种胚胎间,3个母源性印记基因的印记表达模式明显不同,Magel2在牛IVF胚胎各阶段都有表达,而在PA胚胎中没有检测到表达信号;Sgce在牛IVF胚胎各阶段都有表达,而只在PA胚胎的2~4细胞阶段检测到表达,在其他发育阶段均没有表达;SNRPN在牛IVF胚胎各阶段都有表达,而只在PA胚胎的2细胞和囊胚阶段检测到很微弱的表达。实验结果表明,母源性印记基因Magel2、Sgce、SNRPN的正常表达对牛早期胚胎发育具有重要作用。