Evolution under domestication involving disturbance of genic balance

Summary An hypothesis is developed that the rapid change from wild plants into domesticated crops principally involves the selection of alleles with non-functional gene products which leads to reduced control of the highly integrated metabolism and morphogenesis previously accumulated by lengthy natural selection. Such disturbance of the genome produces altered physiological and morphological development which, although deleterious in nature, serves mankind better and has been selected.     

豆科植物查尔酮合成酶基因密码子偏好性分析

查尔酮合成酶(Chalcone synthase,CHS)是参与合成植物苯丙烷类物质的主要酶类之一。研究豆科植物CHS基因密码子的偏好性,对提高豆科植物CHS基因的表达水平具有重要意义。为此,运用CHIPS、CUSP和Codon W程序分析豆科植物CHS基因密码子的偏好性,并用决明CHS基因对分析结果的可信度进行验证。结果表明,在豆科植物CHS基因的密码子中,以A或U结尾的密码子偏好性较强。基于CHS基因RSCU值的聚类结果显示,豆科植物与茄科植物(包括烟草)聚为一类,表明烟草作为研究豆科植物CHS基因功能的模式植物较为合适。通过对决明CHS基因密码子偏好性与大肠杆菌和酵母基因组密码子偏好性的比较,发现两者均存在差异,但酵母的差异低于大肠杆菌,表明酵母表达系统更加适合作为决明CHS基因的外源表达系统。然而,若要使决明CHS基因能够在酵母表达系统中高效表达,仍需对其密码子进行优化。     

棉花雄性不育研究和应用进展

综述了棉花雄性不育类型、不育机理和雄性不育系杂种优势利用状况,着重讨论了棉花雄性不育的细胞学、生理生化和分子生物学研究进展。并对本领域研究和应用中存在的问题及发展前景提出了看法。     

Breeding for yield in dry bean (Phaseolus vulgaris L.)

Strategies employed by dry bean breeders to improve yield include early generation testing, ideotype breeding, selection for physiological efficiency, and selection based on genotypic performance and combining ability across gene pools of Phaseolus vulgaris. Ideotype breeding has been successfully deployed to improve yield in navy, pinto and great northern seed types. The ideotype method is based on an ideal plant architecture to which breeders target their selection. Breeding for physiological efficiency is important in combining increased biomass, high growth rates and efficient partitioning. Genotypic performance and combining ability are also critical for yield improvement, since crosses between gene pools can exhibit negative combining ability and problems with lethality, whereas interracial crosses within the same gene pool exhibit the greatest potential. Breeders must work within specific constraints for growth habit, maturity, seed quality and disease resistance. A three-tiered pyramidal breeding strategy is proposed to facilitate yield improvement in dry bean. Breeding of elite, agronomically acceptable germplasm within the same market class is restricted to the apex of the pyramid. The intermediate level has fewer constraints and greater access to diverse germplasm. Interracial crosses within the same gene pool are utilized to exploit genetic differences within adapted material. Extracting genetic diversity from unadapted sources, including wild germplasm and other Phaseolus species, is conducted at the base of the pyramid. The objective of this breeding strategy is the movement of improved germplasm towards the apex, using different breeding procedures to optimize improvement at each tier of the breeding pyramid. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

陆地棉蔗糖磷酸合成酶基因家族的鉴定及表达分析

【目的】蔗糖磷酸合成酶(Sucrose phosphate synthase,SPS)是调控植物蔗糖代谢合成途径的关键酶,在植物光合产物的积累与分配方面发挥着重要作用,然而棉花中SPS基因的系统研究尚很少开展。本研究旨在对陆地棉SPS基因进行全基因组鉴定,并对它们的表达特性进行系统分析。【方法】基于已公布的陆地棉基因组序列,利用生物信息学和荧光定量聚合酶链式反应(Quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)等方法对陆地棉SPS家族基因的蛋白结构、进化关系、基因结构特征、染色体定位、基因复制和表达特性进行分析。【结果】(1)在陆地棉基因组中,共鉴定到10个Gh SPS基因(Gh SPS1-Gh SPS10);(2)Gh SPS蛋白具有植物SPS家族特有的两个保守的蛋白结构域和3个相对保守的蛋白磷酸化位点;(3)进化分析表明,Gh SPS蛋白可聚为A、B和C共3个亚族,其中A亚族成员最多,包含6个GhSPS蛋白;(4)位于同一亚族的GhSPS基因具有相似的外显子-内含子分布模式,但是外显子/内含子数目在不同亚族间差异很大;(5)GhSPS基因均匀地分布在陆地棉A亚组和D亚组的5条染色体上,片段复制可能导致了GhSPS基因在陆地棉基因组中的扩增;(6)转录组分析表明,不同亚族GhSPS基因具有不同的组织表达模式,A亚族Gh SPS基因在被检测的各个组织均有较高的表达,B亚族GhSPS基因主要在叶片中高表达,C亚族Gh SPS基因主要在纤维、叶片和花瓣中高表达;(7)进一步荧光定量PCR分析表明,GhSPS4在叶片中表达量很高,GhSPS1在叶片和花瓣中表达量较高,Gh SPS7和Gh SPS10在被检测的各个组织均有较高的表达,该结果与转录组分析结果相对一致。【结论】陆地棉SPS基因家族包含10个成员,分布在5条染色体上,可分为3个亚族,不同亚族成员呈现出不同的表达模式,为后续深入解析陆地棉SPS家族基因的功能奠定理论基础。     

GAPDH基因表达与小麦生理型雄性不育花药败育的关系

为分析三磷酸-甘油醛脱氢酶(GAPDH)基因与小麦(Triticum aestivum)生理型雄性不育花药败育的关系,本研究以新型小麦化学杀雄剂SQ-1作为诱导剂,普通小麦西农1376为材料,构建了西农1376不育和可育等生理系;采用半定量逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)技术分析了不育和可育等生理系不同发育时期花药中GAPDH基因的表达模式.结果表明,该基因在正常小麦花粉发育的单核期、二核期和三核期,表达丰度比较一致,没有明显变化,但在化学杀雄剂SQ-1诱导的生理型雄性不育花药中,不同发育期表达量存在显著差异,单核期表达最弱,二核期最高.与同期正常花药相比,GAPDH基因在生理型雄性不育花药三个发育期均呈下调表达,其中在大量花粉粒败育的单核期,表达量下调最显著,其次为三核期和二核期,证明化学杀雄剂SQ-1对GAPDH基因的表达具有明显抑制作用.因此,化学杀雄剂SQ-1诱导小麦生理型雄性不育形成过程中,可能与GAPDH基因表达减少导致细胞中能量供给不足有一定关系.     

玉米SAMS家族基因鉴定及其在逆境胁迫下的表达分析

S-腺苷甲硫氨酸合成酶是植物代谢中的一个关键酶,它催化ATP与甲硫氨酸合成S-腺苷甲硫氨酸。利用生物信息学方法系统分析了玉米基因组中的4个S-腺苷甲硫氨酸合成酶(ZmSAMS)成员的参数特征,结果表明4个ZmSAMS成员参数非常接近。不同物种SAMS序列比对及进化分析显示植物SAMS基因在进化过程中具有非常保守的序列和结构。启动子顺势元件预测和蛋白功能分析显示ZmSAMS基因成员可能参与逆境应答、调控转录调控、信号转导、免疫应答等生理生化过程。随后的Real-time PCR验证了ZmSAMS家族基因成员参与了干旱、高温、低温、盐和ABA等逆境胁迫应答。因此推测玉米ZmSAMS基因可能在玉米的逆境胁迫应答中起一定作用。本研究为进一步阐明玉米ZmSAMS家族基因在逆境应答中的功能、机制提供了有益线索。     

粳稻叶绿体基因组的密码子用法

基因组密码子使用受多种因素的影响，本试验通过对应分析探讨了若干重要因子对粳稻品种“日本晴”叶绿体全基因组序列密码子用法的效应，结果指出，在影响最大的第一条向量轴上，基因的位置坐标与该基因的表达水平（CAI）和GC3s极显著相关（r = 0.785**和－0.804**），而CAI与GC3s高度负相关（r = －0.917**）；说明基因表达     

植物SWEET基因家族的相关研究进展

为了深入研究近年来新发现的一类糖转运蛋白SWEET基因家族在植物中的作用,本研究介绍了植物SWEET基因家族的发现,归纳总结了SWEET基因的蛋白质结构、进化分析结果和在植物中的生理功能。指出SWEET转运蛋白具有多种不同的生理功能,在植物生长发育及代谢活动中起了重要的作用。为后续在植物中研究SWEET基因家族提供一定的理论基础。     

农杆菌介导NHX基因转化甘蓝型油菜的研究

以甘蓝型油菜带柄子叶为转化受体，通过根癌农杆菌EHA105（Agrobacterium tumefaciens）介导将盐地碱蓬（Suaeda heteroptera）的Na⁺/H⁺反向运输体基因NHX导入新疆主栽油菜1khp11品系中，获得了抗卡那霉素的再生植株，并对影响遗传转化的一些关键因素进行了研究。结果表明,带柄子叶在含有2,4-D的培养基上经过3 d预培养后于浓度OD₆₀₀为0.3～0.4的菌液中浸染7 min, 卡那抗性绿苗率可达8%～9%，经过对抗性植株的PCR检测、点杂交及PCR-Southern杂交证明外源基因已整合到油菜基因组中，为新疆盐碱土上油菜产量的提高提供了新的途径。     

植物抗病基因同源序列研究进展

以列表的形式,从引物设计、分离并登录GenBank的RGA数量、在连锁群中的分布、相关联的基因或位点等几方面综述了1995—2005所开展的各项抗病基因同源序列（RGA）研究,并对RGA的结构特征、分布与进化的特点、目前的应用现状、今后的研究前景及应注意的问题进行了评述。     

雷蒙德氏棉和亚洲棉TCP基因家族的生物信息学分析

TCP基因家族是植物中特有的一类转录因子家族,涉及了植物的多种生长途径以及各种生理生化反应的信号传导。为了更好地了解TCP基因家族在雷蒙德氏棉和亚洲棉基因组中的数量和分布情况等,通过生物信息学方法,在雷蒙德氏棉(D5)和亚洲棉(A2)全基因组中分别鉴定出37个TCP基因家族成员,并对TCP家族成员进行基因结构、染色体定位、保守域、进化关系等分析。结果表明,雷蒙德氏棉和亚洲棉全基因组分别编码37个TCP转录因子成员。雷蒙德氏棉30个成员基因分布在10条染色体上,亚洲棉37个成员基因分布在13条染色体上;内含子/外显子结构分析表明,TCP基因结构较为简单,大部分不含内含子;功能结构域分析,发现所有TCP转录因子具有高度保守的TCP结构域;根据结构域差异和系统发育分析的结果,将TCP基因家族分成2个亚族,进一步划分为PCF、CIN、CYC/TB1三个亚类。以上结果为进一步研究棉花TCP基因家族各成员的功能奠定一定的理论基础。     

芸薹属CesA基因家族在AC基因组中的进化及其多态性分析

植物细胞壁在保持细胞完整和维持功能等方面发挥了极其重要的作用,纤维素合成酶(CesA)基因家族编码了参与细胞壁多糖生物合成的许多酶。为了系统地了解CesA基因家族在芸薹属AC基因组的基本情况及CesA多态性与抗菌核病之间的关系,本研究利用拟南芥CesA1基因AT4G32410的蛋白种子序列对白菜、甘蓝和甘蓝型油菜全基因组数据进行全基因组水平CesA鉴定(E-value=0),基因结构域特征、生化特征、进化关系等的分析。从连续3年用牙签茎秆接种菌核病的甘蓝型油菜田间抗病性鉴定试验中,筛选出高抗病和高感病材料8份,克隆其C07染色体上的CesA基因片段,记为C07-BnaCesA,并进行序列多态性与抗病关联性分析。结果显示,在芸薹属AC基因组中共鉴定到78个CesA基因,其中白菜23个,甘蓝16个,甘蓝型油菜39个(A亚基因组20个,C亚基因组19个)。基于UPGMA法CesA蛋白系统进化树在遗传距离0.24处明显分成2大类。2000 bp启动子区预测到被转录因子(TFs)结合位点最多的TFs为BBR-BPC、ERF,14个CesA没有预测到TFs结合位点,在白菜和甘蓝杂交形成油菜的进化过程中,可能发生了基因沉默。在8份材料中C07-BnaCesA基因片段共鉴定到58个SNPs。芸薹属AC基因组CesA基因在进化过程中有的比较保守,C07-BnaCesA基因片段多态性与菌核病抗性没有强的关联性。     

Citrus breeding,genetics and genomics in Japan

Citrus is one of the most cultivated fruits in the world, and satsuma mandarin (Citrus unshiu Marc.) is a major cultivated citrus in Japan. Many excellent cultivars derived from satsuma mandarin have been released through the improvement of mandarins using a conventional breeding method. The citrus breeding program is a lengthy process owing to the long juvenility, and it is predicted that marker-assisted selection (MAS) will overcome the obstacle and improve the efficiency of conventional breeding methods. To promote citrus molecular breeding in Japan, a genetic mapping was initiated in 1987, and the experimental tools and resources necessary for citrus functional genomics have been developed in relation to the physiological analysis of satsuma mandarin. In this paper, we review the progress of citrus breeding and genome researches in Japan and report the studies on genetic mapping, expression sequence tag cataloguing, and molecular characterization of breeding characteristics, mainly in terms of the metabolism of bio-functional substances as well as factors relating to, for example, fruit quality, disease resistance, polyembryony, and flowering.     

SUSIRI基因的生物信息学分析及亚细胞定位

转录因子是植物生长发育及其对外界环境的应答反应中起重要作用的蛋白调控因子,一般含有DNA结构域、转录调控域、寡聚化位点和核定位信号。WRKY蛋白是一类具有重要作用的转录调控因子。在水稻的基因组中预测到的WRKY基因多达103个,对这些基因的功能加以注释具有重要的意义。SUSIRI基因是前人从粳稻日本晴中克隆的一个WRKY家族的转录因子。其开放阅读框长度为1755 bp,可编码584个氨基酸,具有典型的双WRKY结构域。为了进一步研究SSUSIRI基因,阐明它在水稻中的生物调控功能。通过应用生物信息学的方法,对该基因的预测蛋白进行了结构与功能的分析。利用EBI的interpro数据库分析SUSIRI基因序列的基序(motif),并结合NCBI的CDD(conserved domains)数据库分析该蛋白的保守结构域,用DNAMAN软件和CBS的TMHMM软件分析蛋白氨基酸残基的亲（疏）水性特点和跨膜结构域,用CBS的Protcomp version9.0软件和Protfun软件分别分析了蛋白的亚细胞定位和功能预测;通过实验设计把SUSIRI基因与GFP基因相融合,构建了由actin启动子驱动的SUSIRI基因的荧光表达载体pNSUGFP。通过采用基因枪法把该载体转入洋葱表皮细胞进行亚细胞定位鉴定。结果表明,生物信息学预测值显示：SUSIRI基因具有转录、转录调控、信号转导类功能的可能性最高,预测值分别为0.973、1.598和0.602;同时,其参与翻译功能、中间代谢功能和脂肪酸代谢功能的可能性也较大,预测值分别为4.800、1.490和1.265;由于SUSIRI蛋白中含有的亲水性氨基酸残基较多,该蛋白不具有跨膜性,是一种非跨膜类蛋白。对其亚细胞定位预测表明：在其氨基酸序列中含有较强的核定位信号,所以定位于细胞核内的可能性很大。进一步用荧光显微镜对基因枪轰击的洋葱表皮细胞的观察发现：对照的GFP蛋白主要沿细胞壁表达,而SUSIRI-GFP融合蛋白在细胞核中有很强的表达。通过试验研究得出：SUSIRI基因可能是一个参与中间代谢调控功能的基因,主要在基因转录环节发挥作用,是一种核定位蛋白。     

植物SWEET基因家族的研究进展

植物糖转运蛋白SWEET基因家族是近年来发现的一类重要的糖转运蛋白,通过调节糖分在植物体内的转运及分配等,进而在植物的生长发育、生理代谢、抗逆境胁迫等方面起着重要作用。不同物种中SWEET基因所表现的生物学功能不同,对植物生物生命活动起着重要影响。本研究报告了植物SWEET基因家族的蛋白结构、转运机制以及生物学功能的研究现状,旨在为进一步研究SWEET基因家族的其他结构与功能提供理论基础。     

大豆14-3-3蛋白与转录因子蛋白GmMYB173的互作

14-3-3蛋白家族在真核生物中普遍存在,可与其他蛋白相互作用,调控多种生理生化过程。MYB基因家族作为植物中最大的一类转录因子,广泛参与了植物的生长发育和代谢调控。本研究通过分析1个从自贡冬豆中克隆的MYB转录因子GmMYB173的亚细胞定位情况,发现GmMYB173在细胞核中特异表达;序列分析发现GmMYB173与GmMYB176相似,具有1个14-3-3蛋白的潜在结合结构域,即pST结合结构域。通过重叠延伸PCR (SOE-PCR)删除了GmMYB173序列中pST结合结构域编码序列,发现GmMYB173细胞核表达特异性消失。酵母双杂交互作分析表明,大豆基因组中所有具有表达的16个14-3-3蛋白GmSGF14a~GmSGF14p均能与GmMYB173互作。β-半乳糖苷酶活性分析发现,与GmMYB173互作最强的是GmSGF14n,GmSGF14k、GmSGF14e和GmSGF14o其次。这些结果说明14-3-3蛋白不仅与GmMYB173互作,且可能调控其在细胞内的定位,有助于研究14-3-3蛋白与GmMYB173的互作关系及其在大豆生长发育中的作用。     

动物类胡萝卜素代谢的分子研究进展

类胡萝卜素是一类在动物体内起着重要生理作用的脂溶性有机化合物,有助于增强动物体的免疫力,其在预防癌症、心血管疾病、骨质疏松症及其他慢性疾病方面起着很重要的作用。随着科学技术的发展,在类胡萝卜素代谢机制方面的研究不断深入,尤其是在与其吸收代谢相关的蛋白质和基因变异等分子方面的研究。因此,综述与类胡萝卜素代谢相关的蛋白质及基因变异分子研究进展,为研究动物体内类胡萝卜素代谢的分子机制提供指导。     

茶树硒营养代谢关键酶硒半胱氨酸甲基转移酶基因克隆及启动子结构分析

为探明茶树硒营养代谢关键酶基因硒半胱氨酸甲基转移酶（SMT,GenBank登录号： DQ480337）的表达调控规律,通过PCR和基因步移技术获得SMT的DNA全长和部分启动子序列,用PLACE、PlantCARE分析SMT内含子和启动子的序列,预测其顺式作用元件及功能。结果表明SMT基因全长5473bp,有7个外显子和6个内含子,内含子富含光响应元件,激素响应元件和抗逆性相关元件,通过基因步移法克隆得到的SMT启动子长375bp,除了含核心启动子保守元件TATA-box和CAAT-obx外,还有其它重要顺式作用元件,如光响应元件、低温响应元件和胚乳表达特异性元件等。植物硒营养代谢关键酶SMT启动子的克隆及结构分析为进一步揭示SMT基因的生物学功能和表达调控机制奠定了理论基础。