玉米pTAC2影响苗期叶片叶绿素合成的转录组分析

【目的】叶绿素是参与光合途径最为重要的光合色素。叶绿体的发育及叶绿素的合成在很大程度上依赖于质体基因组与核基因组之间的双向信号传导来精确协调基因表达。通过对白化表型的CRISPR/Cas9-ZmpTAC2转基因阳性纯合突变材料进行RNA-seq研究,筛选和鉴定参与叶绿素合成的相关基因,为明确叶绿素的合成途径奠定基础。【方法】以CRISPR/Cas9-ZmpTAC2玉米转基因编辑纯合突变株系为研究材料,使用透射电镜观察叶绿体超微结构和分光光度法测定叶片叶绿素含量,确定叶绿体发育状态及叶绿素合成情况。对转基因阴性材料(CK)和CRISPR/Cas9-ZmpTAC2转基因纯合编辑材料(zmptac2)苗期叶片取样进行转录组测序。通过生物信息学分析,寻找CK与zmptac2间差异表达的基因;qRT-PCR对差异表达基因进行验证。通过酵母双杂交筛选与玉米pTAC2互作的蛋白质。【结果】共获得15株T0转基因植株,包括绿色植株(7株)和白色植株(8株)。绿色幼苗中3株为转基因阴性材料,4株为转基因阳性(2株为未编辑,2株为杂合编辑突变),白色植株(8株)均为转基因阳性纯合编辑。与CK相比,突变体(zmptac2)叶绿体发异常,叶绿素含量显著降低。RNA-seq的结果显示,CK与zmptac2之间共检测到1 367个基因差异表达,其中618个基因上调表达(zmptac2/CK),749个基因下调表达(zmptac2/CK)。GO富集分析显示,下调基因显著富集到叶绿体和质体中。KEGG分析表明下调表达基因显著富集在苯丙氨酸代谢、酪氨酸代谢和异喹啉生物碱生物合成等途径。选取的15个差异基因表达模式均与测序数据相一致,表明测序结果是可靠的。与CK相比,zmptac2中依赖PEP(plastid-encoded RNA polymerase)转录的基因表达量显著降低,而依赖NEP(nuclear gene-encoded RNA polymerase)转录的基因表达量则显著上升。通过对玉米cDNA文库筛选和互作验证,鉴定出ZmpTAC3与ZmpTAC2存在互作。【结论】ZmpTAC2突变会导致叶绿体早期生物合成受阻,该基因参与叶绿体发育及叶绿素合成,且该种作用是由ZmpTAC2调控PEP相关基因表达而实现的。     

利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建水稻ospin9突变体

【目的】生长素输出载体蛋白（PIN-FORMED,PIN）是控制生长素极性运输的关键蛋白,水稻OsPIN9是单子叶植物特有的PIN基因,但其生物学功能仍有待研究。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对OsPIN9进行编辑,获得OsPIN9发生突变的基因编辑株系,对进一步深入研究OsPIN9功能提供依据。【方法】根据OsPIN9序列设计特异性编辑位点,构建OsPIN9编辑载体,以日本晴愈伤组织为受体,通过农杆菌介导法获得抗性植株,通过PCR鉴定转基因植株。转基因植株通过PCR和测序明确OsPIN9的突变类型,获得ospin9纯合突变体并分析突变蛋白与野生型蛋白的差异。qRT-PCR分析突变体幼苗根部OsPINs的表达,进一步明确突变体与野生型对照植株之间的表型差异。以0.05 μmol·L^-1的萘乙酸（1-naphthaleneacetic acid,NAA）处理幼苗7 d,分析NAA对植株表型的影响。【结果】在水稻OsPIN9第1外显子处设计靶点并构建表达载体,通过遗传转化成功获得18株T₀代转基因植株,测序分析发现转基因株系中有3种不同的突变方式,均为在靶位点的18位碱基处插入不同的单碱基,其中,3株插入T碱基,3株插入G碱基,1株插入C碱基,共获得基因编辑株系7株,进一步鉴定获得2种纯合突变体。序列比对分析表明,这两种类型的突变均造成移码突变和蛋白翻译提前终止,由原来的426个氨基酸缩短为172个氨基酸,跨膜螺旋结构域分析表明突变体中OsPIN9蛋白的跨膜结构完全消失。qRT-PCR分析表明,2个突变株系的OsPIN9转录水平显著降低,OsPIN1a和OsPIN5b表达上调,而OsPIN5a表达受到抑制。幼苗期的表型分析表明,突变体的株高显著低于野生型,不定根数显著少于野生型,但根长没有显著变化。NAA处理下,植株的生长受到抑制,ospin9突变体的不定根数仍少于野生型,但差异已不显著。【结论】利用CRISPR/Cas9技术对水稻生长素输出载体蛋白OsPIN9进行定向编辑,可获得无转基因成分的基因编辑植株,OsPIN9的突变影响其他OsPINs的表达,ospin9突变体的地上部和地下部的发育都受到抑制,NAA处理能部分恢复突变体不定根的发育。     

利用CRISPR/Cas9技术编辑水稻香味基因Badh2

【目的】稻米香味是水稻品质改良的一个重要内容,其性状主要受1个隐性基因Badh2的控制。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术将常规品种中的Badh2进行编辑,从而获得Badh2发生突变的基因编辑株系,使香味性状得到改良。【方法】利用CRISPR/Cas9基因编辑的原理,在水稻Badh2的第2和第7外显子处设计靶点,通过BLAST分析确定其特异性并构建到CRISPR/Cas9表达载体。以浙江省主要推广的水稻品种嘉58和秀水134的愈伤组织为受体,利用农杆菌介导的遗传转化法,通过潮霉素抗性筛选获得阳性转基因植株。转基因株系经测序明确其在Badh2的突变类型,经PCR分析与鉴定获得Badh2发生突变并无转基因标记成分的稳定株系。利用气相色谱质谱联用仪（GC-MS）检测基因编辑株系糙米米粉中2-AP的含量,明确其香味成分与非转基因对照之间的差异。【结果】在水稻第2和第7外显子处设计靶点构建表达载体,通过遗传转化转基因株系的Badh2完成了定向突变。共获得T₀代嘉58基因编辑的株系15株,在第2外显子处发生突变的有8株5种不同的突变类型,均为不同单碱基插入不同位点;在第7外显子处发生突变的有7株5种不同的突变方式,均为碱基或片段缺失。获得秀水134基因编辑的株系11株,在第2外显子处共有5株,均为单碱基插入;在第7外显子处有6株,均为片段缺失。48株T₁代秀水134基因编辑株系中,共获得16株无转基因标记的基因编辑株系,其中5株在第2外显子发生突变,11株在第7外显子处发生突变。4个T₂代基因编辑株系的米粉中2-AP平均含量分别为0.309、0.347、0.332和0.295 μg·g ^-1,极显著（P<0.01）高于非转基因对照（0.046 μg·g ^-1）。【结论】利用CRISPR-Cas9技术可对水稻香味基因Badh2进行定向编辑,并且可获得无转基因成分的基因编辑株系,其香味性状得到明显改良。     

利用CRISPR/Cas9技术定向编辑水稻OsIAA11

【目的】OsIAA11参与的生长素信号途径在水稻生长发育阶段和环境因子响应中起重要作用,并影响水稻生育后期的产量形成过程。利用CRISPR/Cas9编辑技术对粳稻中花11（ZH11）的OsIAA11序列进行编辑,获得OsIAA11突变植株,通过对突变植株的农艺性状指标开展田间调查分析,以期探索OsIAA11突变对水稻产量构成因子的影响。【方法】依据CRISPR/Cas9编辑原理,在OsIAA11第1和第2外显子区域设计2个20 bp的编辑靶点,并在水稻基因组数据库中比对分析靶点序列,排除非特异性编辑,将2个靶点核苷酸片段分别与pYLgRNA-U6a和pYLgRNA-U6b载体连接,通过2次PCR扩增,得到含特异性连接接头的U6a-IAA11-T1和U6b-IAA11-T2表达盒,再将2个表达盒连接到pYLCRISPR/Cas9-MT载体上,获得pYLCRISPR/Cas9-IAA11-T12重组表达载体,利用农杆菌介导法转化ZH11愈伤组织,再生培养得到T₀代转基因幼苗,通过PCR扩增潮霉素抗性基因获得阳性株系。对T₂代植株的靶点区域序列进行PCR扩增和测序分析,鉴定OsIAA11突变类型,并考察突变植株的田间农艺性状。【结果】pYLCRISPR/Cas9-IAA11-T12表达载体成功转化ZH11水稻愈伤组织,并获得25株转基因再生植株,经潮霉素鉴定得到20株阳性株系,从阳性植株的T₂后代中鉴定出17种在2个靶点区域都发生编辑的纯合突变类型植株,除osiaa11-20-1、osiaa11-21-2、osiaa11-23和osiaa11-25在第1个靶点、以及osiaa11-22-2在第2个靶点是单碱基插入突变外,其他突变植株在第1个靶点为小片段缺失突变,在第2个靶点多为单碱基缺失突变。对17种不同基因型osiaa11突变体的农艺性状调查表明,与野生型水稻相比,突变体水稻的株高、有效穗数、穗长、穗粒数、结实率、千粒重、收获指数以及谷草比等性状未发生明显变化,而分蘖成穗率则显著降低,表明无效分蘖增多。【结论】采用CRISPR/Cas9技术对OsIAA11序列进行编辑,得到17种不同基因型的osiaa11突变体水稻,其分蘖成穗率显著降低,无效分蘖变多,表明OsIAA11参与了生长素对分蘖芽发生的调节代谢。     

一种CRISPR-Cas9介导的拟南芥高效基因编辑系统的构建与应用

【背景】近些年兴起的CRISPR-Cas9基因编辑技术在多种植物中实现了高效的基因打靶,为基因功能研究提供了一种高效快速的方法,但一些CRISPR-Cas9载体编辑效率很低。【目的】通过构建一种由RIBOSOMAL PROTEIN S5 A（RPS5A）启动子启动Cas9并带有红色荧光蛋白筛选标记的CRISPR-Cas9载体,提高拟南芥CRISPR-Cas9编辑效率,并利用这套系统对拟南芥木葡聚糖内糖基转移/水解酶基因TOUCH4（TCH4）进行编辑。【方法】在pKSE401载体的基础上,以从胚胎发育早期就表现出高转录活性的RPS5A启动子替换35S启动子、以DsRed2替换潮霉素抗性基因,构建拟南芥中使用的CRISPR载体pRSE-WH;以AtTCH4为靶基因,使用CRISPR-P 2.0（http://crispr.hzau.edu.cn）设计靶位点,将所设计的靶点序列在拟南芥参考基因组中比对分析以排除非特异性靶位点,最终筛选出2个靶位点target 1和target 2。化学合成带有接头的靶位点寡核苷酸序列,退火后分别与pRSE-WH载体连接,构建TCR1和TCR2表达载体,采用农杆菌介导的沾花法侵染野生型拟南芥Col-0,以红色荧光蛋白为标记筛选获得T₁代转基因阳性植株。通过靶位点扩增测序法判断T₁代转基因植株在预期靶位点是否发生编辑,根据测序结果的峰图对编辑情况进行解码,进一步分析突变类型及基因型。【结果】构建了一个在拟南芥中高效编辑的CRISPR载体pRSE-WH。TCR1和TCR2成功地实现了对TCH4的定点编辑,靶点一的编辑效率为80%,靶点二的编辑效率为100%,总编辑效率为86%。根据测序结果的峰图解码了T₁代植株的突变结果,纯合编辑、杂合编辑、双等位编辑均有出现。对不同的编辑类型进行统计发现,59株T₁代阳性植株中,无编辑8株,占比13.56%,纯合编辑9株,占比15.25%,双等位编辑40株,占比67.80%,杂合编辑2株,占比3.39%。在T₁代发生纯合编辑以及双等位编辑的株系中选择了无红光种子进行繁种,并对T₂代植株编辑情况进行测序检测,结果发现T₁代中的突变成功遗传到了T₂代无Cas9株系中。【结论】pRSE-WH在拟南芥中展现了极高的编辑效率,并且通过对种子进行红色荧光筛选,能够简便地获得无Cas9且稳定遗传的T₃代突变体。     

靶向加工番茄elF4E1的CRISPR/Cas9载体有效性验证

【目的】验证基于CRISPR/Cas9系统构建的靶向编辑加工番茄(Solanum lycopersicum) eIF4E1基因载体的有效性,为CRISPR/Cas9系统在培育PVY抗性植株中的应用提供技术支持。【方法】构建靶向编辑番茄真核翻译起始因子elF4E1基因的CRISPR/Cas9系统表达载体,用农杆菌渗透法瞬时转化番茄植株,PCR扩增已转化植株靶位点周围DNA序列后用HaeⅢ进行酶切,回收未切开的条带与pGEM-T载体连接后进行单克隆测序。【结果】对测得的9个克隆序列进行比对分析,在PAM (protospacer adjacent motifs)上游的6~8 bp的碱基处均发生突变,并且都为单碱基的替换,导致多肽链中单个氨基酸的替换。【结论】利用CRISPR/Cas9基因组编辑系统构建的载体能够特异性地靶向加工番茄eIF4E1基因,为利用CRISPR/Cas9系统敲除eIF4E1基因,获得抗PVY病毒的番茄育种材料奠定了基础。     

利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术定向降低水稻落粒性

【目的】易落粒既不利于稻谷收获,也不适宜于水稻机械化生产。利用现阶段前沿的分子育种手段--CRISPR/Cas9技术对水稻落粒性主效基因qSH1进行定点编辑,并调查分析易落粒性状的改良效果,为创制稳产和适合机械化生产的水稻新种质奠定材料基础和探索新途径。【方法】以qSH1为靶标基因,根据CRISPR/Cas9技术原理设计靶标位点。将所设计的靶点序列在水稻参考基因组中比对分析以排除非特异性靶位点,最终筛选出qSH1-T1和qSH1-T5靶标位点。化学合成靶位点寡核苷酸序列,退火后分别与pYLgRNA-U3、pYLgRNA-U6a载体连接构建U3-qSH1T5-gRNA、U6a-qSH1T1-gRNA表达盒,最后将2个gRNA表达盒同时连接至pYLCRISPR/Cas9表达载体中,构建pYLCRISPR/Cas9-qSH1-T51表达载体。利用农杆菌介导转化易落粒的籼稻品种HR1128,以潮霉素抗性为筛选标记筛选获得T₀代转基因阳性植株。利用靶位点扩增测序法判断T₀代转基因植株在预期靶标位点是否发生突变,并进一步分析突变类型及基因型。将靶点序列在水稻参考基因组中比对,选择与靶点序列匹配度大于或等于15 bp且3′端具有NGG的位点作为潜在脱靶位点进行脱靶效应评估。利用潮霉素基因及靶点检测进一步筛选无T-DNA成分的qsh1突变植株并进一步构建qsh1突变系,并分析qsh1突变系的落粒性、qSH1的表达量及预测编码氨基酸序列。【结果】pYLCRISPR/Cas9-qSH1-T51载体成功地实现了对qSH1靶标位点的定点编辑。在T₀代转基因阳性植株中获得7个突变单株,其中qSH1-T1和qSH1-T5靶点的突变频率分别为54.55%和63.64%,突变基因型包括纯合突变、杂合突变、双等位突变和嵌合突变,突变类型包括碱基插入、碱基缺失及碱基突变。通过对T₁代植株进行潮霉素基因筛选、靶位点扩增测序,结果表明,在T₁代植株中Cas9载体骨架和qSH1突变位点都发生了分离,获得2种不含T-DNA成分的qsh1纯合突变株,并以此构建2个T₂代qsh1纯合突变系群体（17SZ01和17SZ02）。对46株转基因阳性植株进行脱靶效应分析,发现3个潜在脱靶位点均未发生突变,表明所设计的靶标位点具有较高的特异性。通过落粒性测定分析表明,与野生型对照相比,2个qsh1纯合突变系的落粒性显著降低。进一步分析发现,2个突变系氨基酸翻译均发生改变并提前终止,同时17SZ01突变系qSH1的表达量显著降低。【结论】利用CRISPR/Cas9技术对水稻基因组进行定点编辑定向改良水稻品种落粒性,是一条高效、安全的分子改良育种策略。     

基于CRISPR/Cas9系统的水稻光敏色素互作因子OsPIL15基因编辑

【目的】光作为一种环境信号,可影响植物的基因表达、酶活性和形态建成。光敏色素互作因子在光信号传导过程中起着重要作用。本研究旨在构建水稻光敏色素互作因子OsPIL15的CRISPR/Cas9表达载体,创制OsPIL15突变体,挖掘水稻功能基因,丰富和完善水稻光信号调控分子机制。【方法】依据CRISPR/Cas9技术原理,设计OsPIL15突变靶点。将所设计靶序列在水稻基因组中进行比对,排除非特异性靶位点,同时使该靶序列含有常用酶切位点,方便后期突变体鉴定。化学合成靶位点寡核苷酸序列并与载体pBUN411连接构建CRISPR/Cas9表达载体,利用农杆菌介导法导入粳稻品种日本晴,以除草剂抗性标记筛选获得阳性转基因植株。利用酶切法判断T0代转基因植株是否发生突变,结合测序结果分析突变单株的突变基因型。将靶点序列在水稻全基因组中进行比对分析,选择5个与靶序列同源性较高且错配在4 bp以内的位点作为潜在脱靶位点进行脱靶效应评估,分析所设计靶序列特异性。【结果】所构建表达载体成功实现了对OsPIL15的定向编辑,酶切显示在选取的25株T0代转基因植株中获得15株突变体,其中包括5株纯合突变体、6株双等位突变体和4株杂合突变体,共10种不同突变基因型和11个突变株系。突变类型以单碱基插入或缺失为主,同时也得到2种56和66 bp较大片段缺失株系。对部分纯合突变、双等位突变和杂合突变体的T1代植株进行分析,结果表明,T0代产生的突变基因型绝大部分能稳定遗传给下一代。T0代纯合突变体后代为纯合突变单株,仅在株系14纯合突变体后代中检测到1株未突变单株;T0代双等位突变体后代可得到2种纯合突变型和1种双等位突变型;T0代杂合突变体后代则可得到纯合、杂合及未突变3种类型。对T0代未突变植株的后继世代酶切分析显示,62株T1代转基因植株均未发生突变,表明CRISPR/Cas9在T1代转基因阳性植株中未重新发挥基因编辑作用。对20株突变体的5个潜在脱靶位点进行分析,5个潜在脱靶位点均未检测出脱靶效应,表明所设计靶序列具有较高特异性。对选取的3组不同基因型ospil15 T1代突变体表型进行初步观察,结果表明,突变体生育期和分蘖数未出现明显变化,株高极显著下降,籽粒粒长极显著增加,最大增幅达5.69%。【结论】CRISPR/Cas9系统能对OsPIL15进行定向编辑,获得的10种不同突变基因型的ospil15突变体与野生型相比株高极显著降低、籽粒粒长极显著增大。     

番茄转录因子SlNAC29在调控植株衰老中的作用及机理

【背景】番茄（Solanum lycopersicum）作为连续发芽分化和坐果的重要园艺作物,早衰是限制其生长期长短、产量和品质的重要因素。NAC（NAM、ATAF1/2和CUC2）转录因子家族参与调控拟南芥、水稻等多种植物衰老进程,但在番茄中的研究尚不深入。目前已知,SlNAP2（NAC-like, activated by apetala3/pistillata）参与番茄植株衰老进程。【目的】SlNAC29为SlNAP2的同源基因,对其在番茄植株衰老中的功能及调控机制进行研究,以期为园艺栽培中番茄的衰老调控及种质创新提供科学依据。【方法】以野生型番茄（Condine Red,CR）为背景,采用qRT-PCR技术明确SlNAC29在不同衰老阶段叶片中的相对表达量,并分别利用CRISPR/Cas9基因编辑技术和基因过表达技术构建Slnac29纯合突变体及OE: SlNAC29稳定过表达植株。在此基础上,在自然生长状态下和黑暗处理诱导衰老条件下,对野生型、Slnac29突变体和OE:SlNAC29过表达植株的生长、叶绿素含量、光合作用、叶片衰老和叶绿素降解相关基因的相对表达量等参数进行分析,明确SlNAC29转录因子在调控番茄植株衰老中的生物学功能;进一步利用聚类热图分析过表达植株OE: SlNAC29中29个衰老相关基因、叶绿素降解基因以及ABA合成/信号转导相关基因的相对表达量。并选取在黑暗诱导衰老条件下不同株系植株中表达差异明显的4个基因进行凝胶迁移阻滞分析（electrophoretic mobility shift analysis,EMSA）,以鉴定SlNAC29直接转录调控的靶标基因及其与衰老调控的关系。【结果】SlNAC29在初老叶和衰老叶片中的相对表达量较嫩叶和成熟叶显著上升。自然生长状态下,突变体材料Slnac29与野生型长势以及光合速率无明显差异,而过表达材料OE: SlNAC29株高则显著低于野生型植株,叶绿素含量和光合速率分别是野生型植株的25%和50%。在黑暗诱导衰老的条件下,野生型植株叶片明显变黄,叶绿素含量显著下降。Slnac29突变缓解了叶片衰老程度,叶片无明显变黄,叶绿素含量是野生型的3倍,衰老相关基因（senescence-associated genes,SAGs）和叶绿素降解基因的表达量均较低。OE: SlNAC29则相反,叶片衰老程度比野生型和Slnac29突变体均明显严重。基因聚类分析表明多个衰老相关基因和叶绿素降解基因在OE: SlNAC29植株中显著上调表达。EMSA鉴定到SlNAC29能够直接与衰老相关基因家族SAGs成员SlAGT1（Glyoxylate aminotransferase）启动子绑定,且SlAGT1在OE: SlNAC29中的相对表达量较野生型和Slnac29突变体显著增加。【结论】转录因子SlNAC29调控番茄植株的衰老,促进番茄叶片在黑暗诱导条件下的衰老进程。SlNAC29直接绑定衰老相关基因SlAGT1启动子区域调控其转录表达。     

基于CRISPR/Cas9基因编辑技术靶向敲除OsFAD2创制高油酸水稻突变体

【目的】水稻 OsFAD2 编码脂肪酸脱饱和酶,调节油酸（C18∶1）向亚油酸（C18∶2）转化,该基因突变后可提高水稻的油酸含量。为了创制高油酸水稻突变体并助力稻米油发展,利用 CRISPR/Cas9 技术对OsFAD2 进行定点编辑。【方法】以日本晴（粳稻）愈伤组织为材料,利用含有 CRISPR/Cas9-FAD2-sgRNA 载体的农杆菌介导获得转基因植株,Sanger 测序与荧光定量 PCR 鉴定阳性植株,最后利用气相色谱质谱（GC-MS）检测稻米籽粒脂肪酸含量变化。【结果】靶点序列测序检测表明 , 有 3 株OsFAD2敲除植株在 T0代产生了碱基变异,但是仅有 1 株不存在脱靶现象。随后阳性植株种子被扩繁至 T1 代,使得 OsFAD2 突变序列纯和、稳定,荧光定量 PCR 检测表明 OsFAD2 表达量比野生型植株显著减少。利用 T1 代转基因植株进行种子脂肪酸组分检测表明,敲除 OsFAD2 导致籽粒油酸含量显著上升约 30%。【结论】利用 CRISPR/Cas9 技术对水稻 OsFAD2 编码区序列进行靶向敲除并获得了高油酸水稻突变体,为后续高油酸稻米育种提供种质资源。     

水稻黄绿叶突变体ygl3的鉴定与基因功能分析

【目的】 为了丰富和加深人们对植物叶色形成的分子机理认识,对水稻黄绿叶突变体ygl3（yellow green leaf 3）进行表型鉴定和基因克隆,阐明YGL3的分子功能,为解析YGL3调控水稻叶色形成的分子机理奠定基础。【方法】 从水稻中花11 CRISPR-Cas9敲除突变体库中鉴定出2份稳定遗传的等位黄绿叶突变体,命名为ygl3-1与ygl3-2,对突变体的表型进行鉴定,测定野生型和突变体苗期的叶绿素含量,运用透射电镜观察野生型和突变体ygl3的叶绿体结构。利用实时荧光定量PCR分析YGL3的组织表达模式,并使用BioXM 2.6软件对YGL3及其同源蛋白序列进行比对,采用酵母双杂交方法筛选YGL3的互作蛋白。【结果】 在苗期,与野生型相比,突变体ygl3叶片黄化,叶绿素、类胡萝卜素和总光合色素含量显著降低。透射电镜结果表明,突变体ygl3叶绿体形态异常,类囊体片层结构较少,而野生型叶绿体形态正常,类囊体片层结构排列有序。CRISPR-Cas9敲除位点鉴定结果表明,LOC_Os01g73450发生单碱基插入,导致蛋白翻译提前终止,该基因编码351个氨基酸的蛋白突变为55个氨基酸的截短蛋白。与野生型相比,LOC_Os01g73450的表达水平在突变体中显著下调。qRT-PCR结果表明YGL3在水稻根、穗、种子、叶鞘以及叶片中均有表达,且叶片中表达水平最高。YGL3编码一个质体定位的尿嘧啶核苷酸激酶。蛋白氨基酸序列比对表明YGL3蛋白在玉米、高粱、拟南芥等物种中均较为保守,与拟南芥同源蛋白氨基酸的同源性为59.4%。qRT-PCR结果表明,叶绿素合成基因（如HEMC、HEME和URO-D）在突变体ygl3中显著下调,而HEMB、HEMF和HEML等叶绿素合成基因在野生型与突变体之间无显著差异。酵母双杂交系统筛选水稻叶片酵母cDNA文库,发现YGL3与RNA编辑因子MORF8存在互作。【结论】 水稻黄绿叶突变体ygl3的表型是由LOC_Os01g73450突变导致,该基因与已报道的水稻黄绿叶基因YL2/YGL8等位。YGL3在叶片中高度表达,同时YGL3与MORF8在酵母中互作。     

‘黑比诺’葡萄不同叶龄叶片叶绿体内淀粉积累及其相关基因表达差异分析

【目的】随着叶龄的增长,葡萄叶片叶绿体内淀粉积累增加,但是调控其淀粉积累的分子机理还未见报道,本研究通过筛选参与调控淀粉积累的潜在基因,阐明葡萄不同叶龄叶片叶绿体中淀粉积累的分子机理。【方法】以2年生‘黑比诺’(Pinot Noir)葡萄为试材,观察不同叶龄叶片叶绿体内淀粉积累动态,并采用高通量测序技术进行转录组分析,筛选出与淀粉和蔗糖代谢途径相关的关键酶基因,同时采用实时荧光定量PCR技术对关键基因进行表达验证。【结果】未展开叶（NL）叶绿体内淀粉粒体积较小,积累量少,随着叶龄增长,在生长中叶（GL）和成熟叶（ML）叶绿体内,淀粉粒体积明显增大,积累量增加。转录组测序共得到58.57 GB的有效数据,KEGG富集分析表明,与NL相比,在GL和ML中差异表达的基因显著富集于淀粉与蔗糖代谢通路。分析该通路基因表达模式发现,细胞壁转化酶（cell wall invertase,CWINV）、磷酸葡萄糖变位酶（Phosphoglucomutase,PGM）、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（ADP-glucose pyrophosphorylase,AGPase）等基因参与蔗糖转化为淀粉合成前体腺苷二磷酸葡萄糖（adenosine diphosphate glucose,ADPG）的过程,且随叶龄增大逐渐上调表达;可溶性淀粉合成酶（soluble starch synthase,SSⅠ）、淀粉分支酶（starch branching enzyme,SBE）、α-淀粉酶（α-amylase,AMY）、β-淀粉酶（β-amylase,BAM）等基因参与淀粉合成与水解过程,同样随叶龄增大上调表达,其中AGPase、SSⅠ、SBE在半结晶结构支链淀粉合成中起重要作用。【结论】随着叶龄的增大,叶绿体中淀粉积累增加;AGPase、SSⅠ、SBE等基因可能是参与调控叶绿体内淀粉积累的关键基因。     

钙对枳生长发育及柑橘溃疡病抗性的影响

【背景】柑橘溃疡病是由柑橘黄单胞杆菌柑橘致病变种(Xanthomonas citri subsp. citri,Xcc)引起的细菌性病害,可侵染枝、叶、果,危害几乎所有的柑橘主栽品种。前期对湖南省39个柑橘园的调查结果显示柑橘果园土壤酸化和交换性钙缺乏严重,叶片中均存在钙缺乏现象。钙是植物所需大量元素之一,钙缺乏会造成植物营养失衡,生长势下降,植物免疫水平受影响。然而,钙元素对柑橘溃疡病抗性的影响尚不明确。【目的】分析对柑橘溃疡病敏感的枳(Poncirus trifoliata)在不同钙浓度处理下叶片注射接种Xcc后的致病差异,探讨钙在Xcc侵染枳叶片过程中的作用。【方法】采用沙培法对枳实生苗进行0、0.75、3、30 mmol·L^-1钙浓度处理,分别测定枳生长期的生物量、叶绿素a和b浓度、根系和叶片钙元素含量、观察根系活性氧(ROS)的产生和胼胝质沉积,并分析枳叶片接种Xcc后细胞壁合成相关基因及免疫途径相关基因诱导表达变化特征。【结果】以3 mmol·L^-1钙处理为对照,0、0.75和30 mmol·L^-1钙处理后,...     

过量表达OsRRK1对水稻叶片发育的影响

【目的】OsRRK1（rop-interacting receptor-like kinase 1）属于胞质类受体激酶RLCK Ⅵ家族成员,通过对OE-OsRRK1转基因水稻的叶片形态观察,明确OsRRK1在水稻叶片发育中的作用。【方法】依据水稻基因组数据库公布的目标序列设计引物并构建OsRRK1超量表达载体,利用农杆菌介导的遗传转化转入到粳稻品种合江19,通过PCR分析鉴定阳性植株,Southern blot鉴定转基因植株插入外源基因的拷贝数,Northern blot杂交和qRT-PCR鉴定转基因植株在RNA水平的表达情况;选取T₂代纯合植株抽穗期的剑叶进行叶片卷曲指数（leaf rolling index,LRI）测定;通过石蜡切片和苯胺蓝染色观察水稻横切后泡状细胞的变化情况,用Image J软件统计泡状细胞的面积;采用叶绿素测定计测量植株叶片叶绿素含量。【结果】共获得OE-OsRRK1转基因阳性植株44株,随机选取17株,经Southern blot鉴定8株为单拷贝株系,9株为多拷贝株系;随机选取2份多拷贝株系（OE-1和OE-4）和5份单拷贝株系（OE-5、OE-21、OE-22、OE-24和OE-25）用于后续试验。经分析发现OsRRK1在不同的转基因株系中具有不同程度的过表达情况,其中OE-1、OE-4和OE-25株系超量表达程度高,OE-5株系超量表达程度低,OE-21、OE-22和OE-24株系超量表达程度居中。从中选取OE-5、OE-22和OE-25共3份单拷贝转基因株系和WT对照经Northern blot鉴定后与qRT-PCR结果一致。统计选取的7个株系和WT对照的叶片卷曲指数发现：卷曲程度与OsRRK1表达量呈正相关,表达量越高卷曲程度越高。水稻叶片经切片和染色后发现OE-OsRRK1转基因植株叶片中泡状细胞发生了明显变化,转基因株系中泡状细胞数目都小于对照中泡状细胞均值4.6个。叶片卷曲得越明显,泡状细胞退化得越严重,数目更少,面积更小。经叶绿素含量测定发现,OE-22、OE-24和OE-25转基因的水稻叶片的叶绿素含量比野生型水稻叶片叶绿素含量高。【结论】过量表达OsRRK1会影响泡状细胞的数目和面积,从而使水稻叶片发生卷曲,且卷曲程度与表达量呈正相关;OsRRK1在水稻中的过量表达导致叶绿素含量增高。     

中国野生毛葡萄芪合酶基因表达及对葡萄抗白粉病的影响

[目的]克隆中国野生毛葡萄(Vitis quinquangularis)'丹凤-2'芪合酶(stilbene synthase)基因(STS)并研究其功能,为提高欧洲葡萄(V.vinifera)的白粉病抗性及品质提供依据.[方法]利用同源克隆法获得中国野生毛葡萄'丹凤-2'芪合酶基因VqSTS9和VqSTS21,构建植...     

超量表达CsGH3.6通过抑制生长素信号转导 增强柑橘溃疡病抗性

背景 由柑橘黄单胞杆菌柑橘亚种（Xanthomonas citri subsp. citri,Xcc）引起的柑橘溃疡病是柑橘生产上最具毁灭性的一种病害。植物生长素在调控柑橘溃疡病菌引起的寄主侵染部位脓疱形成中起重要作用。生长素早期响应基因GH3通过酰基化吲哚-3-乙酸（indole-3-acetic acid,IAA）调控植物激素动态平衡。前期研究发现柑橘CsGH3.6在调控生长素响应溃疡病侵染中起着重要作用。目的 通过对超量表达CsGH3.6转基因晚锦橙的抗病性、植株表型、细胞和激素变化进行分析,利用RNA-Seq解析CsGH3.6调控的信号通路,探明CsGH3.6调控激素动态平衡影响柑橘溃疡病抗性的内在机制。方法 利用针刺法对离体转基因叶片接种溃疡病菌Xcc,统计接种第10 天时病斑面积和病情指数,以野生型为对照,评价转基因植株的抗性水平;提取感病前后叶片内源激素,利用高效液相色谱技术(high performance liquid chromatography,HPLC )检测转基因植株中激素含量变化;温室中观察转基因植株表型变化;通过测量叶片纵径、横径和厚度分析转基因植株叶型变化特征;制备叶片表皮切片,显微观察表皮细胞和气孔,并统计转基因植株表皮细胞长度和气孔密度;采用RNA-Seq测序技术研究转基因植株转录组变化情况,并利用Nr、Nt、Pfam、COG、SwissProt和gene ontology (GO)数据库注释基因功能,进一步利用KEEG数据库和MapMan软件解析超量表达CsGH3.6影响的重要基因、功能和途径,阐明CsGH3.6调控柑橘溃疡病抗性的分子机制。结果 超量表达CsGH3.6显著增强转基因植株的溃疡病抗性;转基因植株分枝增多且下垂,叶片向上卷曲,变小,颜色浅;转基因植株气孔密度增加,表皮细胞变短;激素含量分析显示,转基因植株自由生长素（IAA）和茉莉酸（jasmonic acid,JA）含量显著降低,而水杨酸（salicylic acid,SA）含量显著增加;转录组测序分析表明,超量表达CsGH3.6显著抑制生长素信号转导相关基因表达,特别是所有注释的Aux/IAA家族基因均下调表达,相反,与生物胁迫相关基因的表达为上调,其中绝大部分基因为病程相关蛋白基因。结论 超量表达CsGH3.6通过酰基化自由IAA抑制生长素信号转导,调控JA和SA的动态平衡,改变细胞和植株的形态建成,从而增强柑橘对溃疡病的抗性。研究结果暗示调控激素动态平衡在柑橘抗病育种中具有潜在价值。     

新疆野苹果幼苗叶片响应NaCl胁迫的miRNAs及靶基因筛选

【目的】 筛选新疆野苹果响应NaCl胁迫相关差异miRNA及靶基因。【方法】 以新疆野苹果组培苗为材料,对150 mmol/L NaCl处理6和48 h时的新疆野苹果幼苗叶片进行small RNA测序。【结果】 NaCl处理6 h时3个miRNA差异表达,其中2个上调表达,1个下调表达,miRNA对应的靶基因数目为64个;NaCl处理48 h时13个miRNA差异表达,其中4个上调表达,9个下调表达,miRNA对应的靶基因数目为108个。对差异靶基因进行GO和KEGG分类注释,NaCl处理6 h时,GO主要富集包括:肌醇磷酸2激酶活性、寡糖基转移酶活性、蛋白丝氨酸/苏氨酸磷酸酶抑制剂活性、木聚糖生物合成过程等;NaCl处理48 h时,GO主要富集包括:氧氧化还原酶活性、DNA结合、质外体、次生代谢过程等。KEGG共同富集在N-glycan生物合成通路。【结论】 mdm-miR168b、mdm-miR159c、mdm-miR827、mdm-miR390f、mdm-miR171i、mdm-miR399j基因在NaCl处理6和48 h时表达量存在差异,其中mdm-miR390f及其靶基因HF10976、mdm-miR171i及其靶基因HF33844、mdm-miR399j及其靶基因HF11095表达量呈负相关,3个miRNA参与了新疆野苹果对NaCl胁迫的响应过程。     

外源色氨酸对低氮胁迫下高粱苗期叶片碳氮平衡和衰老特性的影响

【目的】研究外源色氨酸对低氮胁迫下高粱叶片衰老的影响,探讨低氮条件下高粱叶片碳氮平衡与衰老的关系,旨在挖掘高粱耐低氮胁迫的有效调控手段。【方法】选用耐低氮高粱自交系398B和氮敏感自交系CS3541为试验材料,采用水培试验,设置正常氮(5 mmol·L^-1)和低氮(0.5 mmol·L^-1)2个氮水平,并进行50 mg·L^-1外源色氨酸喷施处理,喷施10 d后测定叶片形态、组织结构、光合特性、叶绿素荧光参数、叶片碳氮代谢相关物质含量和酶活性、C/N及衰老相关基因表达水平,并分析低氮胁迫下高粱幼苗叶片C/N与衰老相关基因的相关性。【结果】(1)与正常氮水平相比,低氮胁迫显著降低了398B和CS3541的叶面积,而外源色氨酸处理使398B和CS3541的叶面积显著增加了36.72%和52.06%;外源色氨酸显著增加了低氮胁迫下398B和CS3541的叶干重和叶鲜重。(2)与正常氮水平相比,低氮胁迫下,398B花环结构相对完整,而外源色氨酸处理使叶片细胞排列整齐,花环结构清晰;外源色氨酸显著增加了低氮胁迫下398B叶片叶绿素含...     

高温胁迫下萝卜苗期的转录组分析

【目的】对高温胁迫下萝卜幼苗进行转录组测序分析,筛选不同耐热性萝卜品种间的差异表达基因,为阐明萝卜幼苗响应高温胁迫的分子机制提供理论参考。【方法】以耐热萝卜品种1116T和热敏感萝卜品种Wr129为对象,对其进行高温（40℃）胁迫处理0（常温,对照）和24 h,提取各时间点样品总RNA进行转录组测序,以|log₂ FoldChange|≥1,P<0.05且TPM≥10为标准,筛选出差异表达基因（DEGs）,并进行GO功能注释和KEGG代谢通路富集分析。【结果】随着高温胁迫时间的增加,Wr129和1116T幼苗茎叶逐渐发生萎蔫,胁迫24 h后Wr129叶片萎蔫下垂且干枯变黄,而1116T叶片轻度萎蔫下垂,仍保持绿色。12个文库共获得81.45 Gb Clean data,平均有62.30%的reads比对到萝卜参考基因组的一个位置。从2个不同耐热性品种中共鉴定到2701个差异表达基因。GO功能注释结果显示,2629个差异表达基因在GO数据库中得到注释,其中,有559个差异表达基因被注释为细胞组分类别中的叶绿体被膜、叶绿体基质和叶绿体类囊体3个条目,470个差异表达基因被注释为与胁迫响应相关的生物学过程。KEGG代谢通路富集结果显示,1166个差异表达基因富集到124条代谢通路,其中,有74个差异表达基因富集到光合作用和光合作用-天线蛋白代谢通路,23个基因富集到卟啉和叶绿素代谢通路,大部分基因在高温胁迫下被诱导; 35个差异表达基因富集到谷胱甘肽代谢途径,其中14个谷胱甘肽-S-转移酶基因（GSTs）在高温胁迫下上调表达。高温胁迫24 h,Wr129和1116T幼苗叶片PSII的最大光化学效率（F_v/F_m）和总叶绿素含量均下降,但1116T的下降幅度较小。【结论】 Wr129和1116T的耐热性存在明显差异,其原因是1116T植株可通过调控光合作用和抗氧化系统相关基因的表达,减缓F_v/F_m和叶绿素含量下降速率,从而提高植株对高温胁迫的耐受能力。