利用基因芯片技术分析水稻杂种优势的分子机理

采用基因芯片技术,以超级杂交稻先锋组合两优培九及其亲本和分离世代F2代的优势集团和负优势集团为材料,尝试利用水稻表达谱芯片分析水稻杂种优势的分子机理.结果表明,以杂种F1(两优培九)为对照组,亲本9311、培矮64S以及F2代的优势集团、负优势集团的有效基因数分别为8 304,8 962,9 956,10 196个,差异表达基因数分别有447,122,617,388个,这些差异表达基因涉及代谢、发育、运输和蛋白修饰等多种功能,但其中大部分基因的功能尚未知.提出了差异表达基因的显性表达水平的概念.分析表明,具显性表达水平的差异表达基因的聚合与杂种优势表现无明显相关性.     

水稻黑条矮缩病毒基因组片段S10的cDNA克隆及全序列分析

基于RT-PCR策略克隆了水稻黑条矮缩病毒（rice black streaked dwarf virus,RBSDV）浙江分离株基因组S10,并测定了它的全序列。结果表明,水稻黑条矮缩病毒浙江分离物（RBSDV-Zj）基因组片段S10全长1801 nt（EMBL登录号为AJ297433）,仅含有一个大的开放阅读框（open reading frame,ORF）,编码一个63.1 kD的多肽,与日本的水稻黑条矮缩病毒基因组片段S10在核苷酸和氨基酸水平上同源性分别为93.8%和96.2%;与意大利玉米粗缩病毒（maize rough dwarf virus,MRDV）的基因组片段S10在核苷酸和氨基酸水平上的同源性分别为87.7%和92.0%,推测它们是同一病毒的不同地理小种。     

Molecular Basis and Regulation of Ammonium Transporter in Rice

Rice grows in flooded paddy fields and takes up ammonium as the preferred nitrogen (N) source. Ammonium uptake is facilitated by a family of integral membrane proteins known as ammonium transporters found in all domains of life. However, the molecular mechanism and functional characteristics of the ammonium transporters (AMT) in rice have not been determined in detail yet. In this review, we report a genome-wide search for AMT genes in rice, resulting in the increase of the number of potential AMT proteins to at least 12, including members of both the alpha and beta sub-groups. Analysis of the predicted protein sequences for the 12 OsAMT proteins identified many conserved phosphorylation sites in both the alpha and beta group members, which could potentially play a role in controlling the activity of the transporters. Present knowledge of the expression of rice AMT genes is also summarized in detail. Future studies should focus on the structural and functional characteristics of OsAMT proteins to provide insight into the mechanism of ammonium uptake and its regulation in rice. Such research could improve utilization and decrease wastage of N fertilizer in rice cultivation.     

Small-Scale Duplications Play a Significant Role in Rice Genome Evolution

Genes are continually being created by the processes of genome duplication （ohnolog） and gene duplication （paralog）. Whole-genome duplications have been found to be widespread in plant species and play an important role in plant evolution. Clearly un-overlapping duplicated blocks of whole-genome duplications can be detected in the genome of sequenced rice （Oryza sativa）. Syntenic ohnolog pairs （ohnologues） of the whole-genome duplications in rice were identified based on their syntenic duplicate lines. The paralogs of ohnologues were further scanned using multi-round reciprocal BLAST best-hit searching （E〈e^-14）. The results indicated that an average of 0.55 sister paralogs could be found for every ohnologue in rice. These results suggest that small-scale duplications, as well as whole-genome duplications, play a significant role in the two duplicated rice genomes.     

水稻ABCB转运蛋白基因的分子进化和表达分析

系统鉴定了水稻和拟南芥中27个和29个ABC家族B亚族(ABCB)基因,发现其外显子数目、编码蛋白质的长度和分子量在两种植物中均存在较大变异,而等电点分布的变化较小。系统发育分析把该亚族蛋白分为4个亚组,说明其功能可能已经发生了分化;在水稻和拟南芥中各鉴定了6对和9对旁系同源基因,说明单、双子叶植物分离之后,该亚族在水稻和拟南芥中均以物种特异的方式进行了扩张。片段复制和串联重复是水稻ABC家族扩张的主要机制。多序列比对显示,核苷酸结合域(NBD)的Walker A、Walker B和ABC域基序均高度保守,而Q环和H环的保守性略差;跨膜结构域(TMD)在不同蛋白之间和同一蛋白内没有明显的保守性。表达模式分析表明,水稻ABCB基因的表达具有明显的组织特异性,不同基因的表达特征已经发生分化。非生物胁迫下的表达分析显示多数水稻ABCB基因受到至少一种非生物胁迫因素的调控。旁系同源基因Ka/Ks分析表明,净化选择在水稻ABCB基因复制后功能的保留中发挥了重要作用。     

水稻基因组测序和分析的研究进展

综述了水稻基因组测序的工作进展和水稻基因组信息。至2002年,籼、粳稻两个亚种基因组工作“框架图”的测定及粳稻基因组全长序列的精确测定已相继完成。初步得到了水稻非冗余序列389.81~409.76 Mb;预测水稻基因总数达32 000~56 000个,少于30%的基因被功能分类;基因内GC含量梯度明显;外显子变异少、内含子变化大;籼稻和粳稻的序列差异达22%以上;水稻与其他禾谷类基因之间有广泛的共线性,但与拟南芥的共线性是有限的。基因组测序不仅开辟了基因组学这一生命科学的新兴学科,而且带动了生物信息学、蛋白质组学等一批新兴学科和技术的发展。     

黄桃叶绿体基因组的组装与序列分析

以‘锦绣'黄桃为试材,利用Illumina NovaSeq 6000测定‘锦绣'黄桃的DNA序列,用SPAdes v3.10.1组装叶绿体基因组,以桃树叶绿体基因组为参考,对其进行叶绿体基因组特征和进化树分析,为进一步开展‘锦绣'黄桃遗传与鉴定学研究奠定良好基础。结果表明：‘锦绣'黄桃叶绿体基因组全长为157 786 bp,具有典型的四分体环状结构,GC含量为36.77%,AT含量为63.23%,包括1个大单拷贝区（LSC）、1对反向重复区（IR）和1个小单拷贝区（SSC）,序列长度分别为85 924、26 381、19 100 bp,LSC、IR和SSC区域中的GC含量分别为34.61%、42.58%、30.41%。‘锦绣'黄桃的叶绿体基因组共注释得到130个基因,包括85个蛋白编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因;按照功能分类将其分为光合作用相关基因、自我复制相关基因、其他基因和未知功能基因4大类,在这些基因中包括18个双拷贝基因,分别是1个NADH脱氢酶亚基基因（ndhB）、4个自我复制基因（rpl2、rpl23、rps12、rps7）、4个rRNA基因（rrn16、rrn23、rrn4.5、rrn5）、7个tRNA基因（trnA-UGC、trnI-CAU、trnI-GAU、trnL-CAA、trnN-GUU、trnR-ACG、trnV-GAC）、2个未知功能蛋白基因（ycf1、ycf2）。在‘锦绣'黄桃叶绿体基因组中查找248个SSR位点,分布在LSC、SSC、IR区域的SSR数量分别为165、44、39个,占比分别为66.53%、17.74%、15.73%,以单核苷酸重复占绝对优势,主要是A/T,其次是三核苷酸类型,其优势重复单元类型是ATA、TAT和TTA。进化树分析表明,‘锦绣'黄桃与桃树（Prunus persica,MH169125.1）亲缘关系最近。本研究建立了适于‘锦绣'黄桃完整叶绿体基因组组装及其特征分析的方法,为‘锦绣'黄桃的鉴定和系统发育研究奠定基础。     

茶网蝽线粒体基因组全序列测定及系统发育分析

为明确茶网蝽（Stephanitis chinensis）线粒体基因组序列特征,探究其系统发育地位。利用Illumina和Sanger测序对陕西省安康市茶网蝽线粒体基因组进行测定。结果显示,茶网蝽线粒体基因组全长18 085 bp,包含37个基因（13个蛋白质编码基因,22个tRNA,2个rRNA）和1个3 678 bp的控制区,基因排列与昆虫线粒体祖先基因顺序（Ancestral gene order）相同。基因组AT含量为78.10%。13个蛋白质编码基因中,6个以ATG起始,7个以ATT或ATA起始,10个以TAA或TAG为终止密码子,cox2、atp6和cox3以T终止,蛋白质编码基因使用频率最高的密码子是UUA、AUU、UUU和AUA,使用频率最高的氨基酸为亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、苯丙氨酸（Phe）和丝氨酸（Ser）。22个tRNA基因存在GU、UU、GA和AA错配23处,trnS1(GCU)缺少DHU臂,其他tRNA均能形成典型三叶草结构。控制区包含位于前端的3种非串联重复、4个(TTAG)_n和1个位于后端的串联重复序列,含有多个茎环结构。系统发育分析结果表明,茶网蝽与直脊冠网蝽（Stephanitis mendica）的亲缘关系最近,所有网蝽科聚为一簇,位于发育树的根部。     

小麦属植物叶绿体基因组结构的比较分析

为了从叶绿体角度解析小麦属植物的起源进化关系,以14个小麦属植物叶绿体基因组为对象,利用比较基因组分析方法,比较了小麦属植物的叶绿体基因组基因含量、序列变异、结构特性、进化关系和RNA编辑的异同。结果发现,14个小麦属植物叶绿体基因组大小相近,结构特征比较保守,但基因数量存在一定的差异,主要是由于tRNA的数目不一致引起的;IR区的伸缩分析发现硬粒小麦和乌拉尔图小麦在IRb-SSC边界基因存在明显的差异,其他麦类作物间差异很小;基于叶绿体全基因组的系统进化分析发现,有AABB基因型的物种聚在一起,而AAGG型的单独为一支,基本反映了其系统进化关系;对这14个叶绿体基因组的RNA编辑位点进行了预测和比较分析,发现有35个编辑位点在所有小麦属物种中均发生,同时还鉴定到多个物种特异的编辑位点,为从RNA编辑角度解析小麦属植物的系统进化关系提供了重要数据。     

辽宁省粳稻育成品种遗传基础分析

以辽宁省1980～2000年审定的71个粳稻品种为分析材料,通过对其系谱、细胞核构成及细胞质来源进行了分析。结果显示,在系谱结构上,日本粳稻丰锦、福锦、黎明、Pi5、三好共衍生出54个水稻品种,占品种总数的76.06%。在细胞核构成上,外来种质资源占辽宁省粳稻育成品种平均细胞核比例的71.86%,其中日本粳稻资源比例达到67.06%。在细胞质来源上,外引19个细胞质家族共衍生出55个水稻品种,占品种总数的77.46%,其中日本粳稻15个细胞质家族,衍生水稻品种数占育成品种总数的46.48%。表明,外引种质资源对辽宁省粳稻品种的基础性作用,日本粳稻资源对辽宁省粳稻品种具有较大的遗传贡献,在一定程度上辽宁省粳稻育成品种遗传背景较为单一。同时,探讨了拓宽辽宁省粳稻品种群体遗传基础及水稻种质资源利用的措施。     

基因组编辑技术在水稻育种中的应用进展

基因组编辑技术是指通过序列特异核酸酶在基因组特定位点产生DNA双链断裂,从而激活自身修复机制,实现对基因组特定位点靶向修饰的技术.该技术主要包括锌指核酸酶(ZFNs)系统、类转录激活效应因子核酸酶(TALEN)系统、成簇规律间隔的短回文重复序列/核酸内切酶(CRISPR/Cas)系统和单碱基编辑技术.本文介绍了基因组编辑技术的发展及其在水稻育种中的应用进展.     

紫黑链霉菌进化枝菌株Streptomyces solisilvae HNM0141T的全基因组分析

链霉菌属放线菌是最重要的抗生素产生菌,也是包含放线菌种类最多的放线菌属.链霉菌属的有效发表种的模式菌株在16S rRNA基因序列系统发育树上分散归簇于不同的进化分枝.紫黑链霉菌16S rRNA基因进化枝(Streptomyces violaceusniger 16S rRNA gene clade)是其中的一个分枝.该...     

黑喉石斛叶绿体基因组特征及比较分析

本研究结合Illumina高通量测序和Nanopore测序技术,对黑喉石斛（Dendrobium ochreatum）的叶绿体基因组（cpDNA）进行测序,组装得到其cpDNA全长序列并绘制结构图谱。黑喉石斛cpDNA全长154 935 bp,注释共得到125个基因,其中有unigenes 103种,包含73种蛋白编码基因,26种tRNA基因和4种rRNA基因。特征分析结果表明：黑喉石斛cpDNA中共存在58个SSR （simple sequence repeat）位点,大部分为单核苷酸重复和二核苷酸重复类型,碱基组成以A/T碱基类型为主;其偏好的密码子共32个,其中有30个以A/U碱基结尾。以黑喉石斛与其他13种石斛的cpDNA构建系统发育进化树,结果显示,鼓槌石斛（D. chrysotoxum）和梳唇石斛（D. strongylanthum）与黑喉石斛具有较近的亲缘关系,IR/SC边界分析结果也映证了此结论。以黑喉石斛为参照,与3种近缘石斛的cpDNA进行全序列长对比,结果显示,4种石斛的序列变异主要发生在单拷贝区,基因间隔区的变异明显高于基因编码区。     

我国水稻主栽品种演替分析

目的 推广应用良种是发展高产优质高效农业的重要措施。良种推广意味着新品种代替老品种,即品种演替。了解品种的演替规律,不仅有助于了解育种历史,而且对育种和监管也能提供参考。本研究拟开发一套客观计算品种演替规律的算法。方法 基于ASP.net平台和VB.net语法,编写程序算法,对SQL Server 2008数据库中收录的品种数据进行分析,得出过去30多年来我国水稻品种演替的一般规律。结果 程序分析发现,基于面积变化的算法,得出水稻品种年均更替率约11.1%,基于品种个数变化的算法,得出水稻品种年均更替率约29.7%。结论 我国水稻生产上,育成品种长期保持了较快的更替速率。分析了品种更替速率快的原因,并对今后提高育种效率提出了一些建议。     

分子标记在水稻育种中的应用

分子标记技术的应用日趋广泛,对水稻育种研究有重要的价值。通过重点介绍近年来分子标记在水稻分子遗传图谱的构建、遗传资源保存和遗传多样性分析、基因的标记及克隆、分子标记辅助育种等方面研究的应用情况,探讨了分子标记的应用在水稻育种上的优势。     

玉米基因组重复序列的研究进展

玉米基因组中大部分是重复序列。重复序列可分为两种类型:一种为串联重复序列,另一种为散在重复序列。串联重复序列主要分布在染色质纽、核仁组织区、着丝粒和端粒区域,还有一些短的串联重复序列随机分布于基因组中。散在重复序列主要是可转移因子,可转移因子分为转座子和返座子两种类型。文中综述了玉米基因组中各种重复序列的研究进展。     

干旱胁迫下杂草稻和栽培稻根系基因表达差异研究

利用Affymetrix水稻表达谱芯片(GeneChip Rice Genome Array)研究抗旱杂草稻HEB07-2与巴西陆稻(IAPAR9)在PEG模拟干旱胁迫下根系基因表达变化。结果表明,杂草稻HEB07-2转录组对干旱信号的响应程度与方向均与巴西陆稻存在很大差异,HEB07-2以正向调控为主,而巴西陆稻以负调控为主。干旱胁迫下杂草稻HEB07-2与巴西陆稻分别有6878个和2923个基因表达,其中HEB07-2受干旱胁迫诱导上调的基因有4693个,下调的基因有2185个;而巴西陆稻则分别有983个和1940个。在差异基因表达的倍数上也是HEB07-2高于巴西陆稻。进一步的GO分析表明,在干旱胁迫下,HEB07-2和IAPAR9根系基因响应途径的差异表现为HEB07-2在钾离子转运(GO:0006813)、次生物质代谢(GO:0019748)、细胞生长(GO:0016049)、葡萄糖代谢(GO:0006006)、跨膜离子转运器活性(GO:0015075)、亚铁血红素结合体(GO:0020037)、氧化还原酶活性(GO:0016491)等方面基因显著上调,这与生理数据和表型数据一致。     

转Pi9抗稻瘟病基因水稻株系的比较转录组分析

【目的】在转录水平上解析Pi9基因介导的稻瘟病抗性调控机理,为培育抗病水稻品种提供理论依据。【方法】向水稻品种日本晴(NPB)及其转Pi9抗稻瘟病基因株系(NPB/Pi9)接种稻瘟菌。分别于接种后0 h、12 h、24 h、36 h提取叶组织样品,选取12503个水稻基因定制基因芯片,进行水稻基因转录组分析,并通过qRT-PCR对部分差异表达基因进行验证。【结果】NPB/Pi9在接种后12 h、24 h和36 h的基因表达量分别与其接种0 h表达量比较,共检测到7754个差异表达基因;相应地,感病水稻NPB在以上时间点共检测到7385个差异表达基因;在接种后36 h,NPB/Pi9的差异表达基因数目显著多于NPB。比较NPB/Pi9和NPB相同时间点的基因表达量,共获得4065个差异表达基因,其中接种后36 h的差异表达基因显著多于接种后0 h、12 h或24 h。因此,NPB/Pi9的稻瘟病防御反应更强烈。对NPB/Pi9与NPB相同时间点的差异表达基因进行GO和KEGG分析,细胞外区域、植物对刺激应答、转录调控、氧化还原、离子结合、次生代谢和植物激素相关的GO分类在接种后呈显著富集,苯丙氨酸代谢、类黄酮生物合成和植物激素信号途径的KEGG通路在接种后显著富集。与效应分子触发的免疫反应(ETI)相关的水杨酸信号途径、几丁质酶,以及与病原相关分子模式触发的免疫反应(PTI)相关的胞外区域、对刺激的应答、木质素合成等,均在抗感水稻之间差异表达。而且PTI/ETI共有的WRKY转录因子、MAPK激酶、茉莉酸和乙烯信号途径等发生差异表达。综上所述,NPB/Pi9和NPB的差异表达模式与ETI和PTI相关,两者相互联系并在Pi9介导的稻瘟病抗性中发挥作用。【结论】与日本晴比较,抗病基因型NPB/Pi9对稻瘟病防御反应更强烈。转录因子、激酶、NBS-LRR基因、几丁质酶、水杨酸、茉莉酸和乙烯信号途径,以及植物次生代谢在Pi9介导的稻瘟病抗病反应中发挥重要作用。