水稻基因OsATS的克隆及功能鉴定

植物胚胎特异性蛋白ATS3和植物的渗透胁迫响应有密切关系,本文对水稻OsATS基因的抗逆相关功能进行了初步研究。qRT-PCR检测发现,水稻在盐胁迫后OsATS基因表达量显著增加。构建OsATS基因过表达载体,转化拟南芥植株,抗逆性检测表明, OsATS基因的过表达可以显著提高拟南芥在萌发阶段和成株阶段的耐盐性。随后将过表达载体p1300-35S:OsATS和RNA干涉载体pTCK303-OsATS-RNAi转入水稻,抗逆性分析表明,OsATS过表达水稻株系在萌发阶段和苗期的耐盐性显著提高,而OsATS基因RNAi水稻株系耐盐性则明显下降。qRT-PCR和生理指标检测表明,OsATS基因的表达可能通过调节OsP5CS1、OsLEA3-1、OsPDH基因的表达,调控了水稻细胞中的脯氨酸、LEA蛋白质含量,进而影响了水稻植株整体的耐盐性。本研究初步揭示了OsATS基因的抗逆功能,后续可通过调整该基因的表达量,改良水稻的抗逆性。     

SAR与水稻广谱抗病基因工程研究进展

植物系统获得性抗性（SAR）是植物受到病原菌侵染而产物的防御反应植物广谱抗病性的理论基础.进行水稻广谱抗病基因工程育种的研究对水稻生产和环境保护具有重要的意义.本文简述了植物广谱抗病性的理论基础、植物系统获得性抗性（SAR）的基本概念和特点,以及在植物基因工程育种中所应用的一些广谱抗病基因的特点,并对水稻广谱抗病基因工程育种的研究进展进行了论述,最后对水稻广谱抗病基因基因工程育种进行了展望.     

植物RNA干涉载体的构建及其在水稻基因表达沉默中的应用

为了方便利用RNA干涉（RNA interference，RNAi）研究植物基因的功能，本研究构建了2个用于RNAi的植物转化载体pRNAi-35S和pRNAi-Ubi。这两个载体以pCAMBIA双元载体为骨架，含有2个多克隆位点区进行目的基因片段的正向和反向克隆，并分别由CAMV35S启动子和玉米泛素基因启动子控制发夹结构RNA的产生。为了验证该载体的有效性，用PCR扩增了1个水稻转录因子（Arabidopsis AP2／EREBP同源基因）基因片段组装入pRNAi—Ubi，转化水稻获得转化体。在所检测的7株转化株中，5株的内源目标基因的mRNA被降低至RNAblot检测不到的水平。这些结果说明本研究构建的RNAi载体对基因表达沉默是有效的。     

水稻OsNCED4基因的克隆及功能初探

脱落酸(abscisic acid,ABA)是一种抑制植物生长的植物激素,因能促使叶子脱落而得名,在植物逆胁迫中发挥关键作用。由NCED基因编码的9-顺-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED),是ABA在高等植物中的关键酶。本研究已成功从水稻Ilmibyeo(O.sativa L.ssp.japonica)基因组中克隆得到Os NCED4,生物信息学分析表明,Os NCED4基因位于水稻第7号染色体上,ORF全长1749 bp,无内含子结构,编码582个氨基酸,具有NCED家族的RPE65保守结构;以该基因和其启动子序列构建组织表达载体pOsNCED4::GUS、pCaMV35S::OsNCED4:EGFP和RNAi干扰载体p Ca MV35S::OsNCED4:RNAi,用于基因表达和功能分析,并利用农杆菌介导的方法,成功获得了相应遗传载体的转基因植株;GUS染色结果表明,该基因在叶片、叶耳、小穗等组织部位均有表达;RT-PCR结果显示,Os NCED4在水稻不同生育期的根、茎、叶、叶鞘和穗子中均有不同程度的表达,但表达量具有明显的差异;亚细胞定位结果显示,OsNCED4基因编码的蛋白定位于细胞核;与野生型植株相比,RNAi植株的花粉育性无明显差异,而结实率显著下降。该研究结果为进一步研究水稻OsNCED4基因表达的调控,以及为水稻生长发育上的功能研究提供了科学依据。     

转C_4基因水稻的研究现状及展望

水稻是世界重要的粮食作物之一,是人类赖以生存的一种食物。水稻作为一种C3植物,较低的光合速率限制了水稻的产量。因此,通过提高水稻的光合速率增加水稻产量尤为重要。本综述主要综述了C_4植物的光合特征、转C_4基因水稻的提出、转C_4基因水稻的生理特性变化、转C_4基因水稻的叶片结构特征及其在水稻遗传育种中的应用,以及对转C_4基因水稻的前景进行了展望。     

植物安全性表达载体的构建策略:以表达水稻反义蜡质基因的载体构建为例

基于转基因作物的安全性考虑,在用于转化的表达载体上除了含有目的基因以及控制该目的基因表达的启动子和终止子外,最好不存在其它有可能存在安全性争议的DNA序列,由此培育的转基因植物可能将更易于被消费者所接受。本研究以pCAMBIA1300载体为基础,基因操作去除pCAMBIA1300质粒上的潮霉素抗性基因和花椰菜花叶病毒的35S启动子序列,构建了两种只含有水稻蜡质基因启动子引导蜡质基因反义片段的表达载体,p13AWY-1和p13AWY-2。其中p13AWY-1表达载体含有一个由水稻蜡质基因启动子、第一内含子、反义蜡质基因（W axy pro＋intron1＋anti-W axy）的融合基因单元;而p13AWY-2表达载体含有两个正向排列的W axy pro＋intron1＋anti-W axy融合基因单元。我们通过构建水稻反义蜡质基因安全性表达载体,试图为植物安全性表达载体的构建提供一种思路,为今后大规模商业化采用转基因技术改良农作物遗传特性提供安全的转基因方法。     

水稻金属硫蛋白基因(MT2bL)启动子的克隆与表达分析

金属硫蛋白(metallothionein,MT)富含半胱氨酸,而且能够结合多种金属离子,调控细胞内金属代谢的平衡。本研究根据水稻在减数分裂期、开花期和开花后5 d的基因芯片数据结果,从水稻品种黎榆B(O.sativa L.ssp.japonica C.V.Liyu B)基因组中克隆得到了一个植物MT-2类基因Metallothionein2b-Like(Os MT2b L)的启动子序列,序列全长2 063 bp。利用植物启动子区域顺式作用元件数据库(PLACE)分析表明该启动子序列含有5个CURE(copper-response element)元件(GTAC)以及多个其它顺式作用元件。构建了多个启动子融合表达载体(p Ca MV35S::GUS,p MT2b L::GUS,p Ubi1::GUS,p CYC::GUS和p ACT1::GUS),并通过根癌农杆菌介导转化水稻愈伤组织获得了转基因植株。GUS组织染色结果分析表明,Os MT2b L基因启动子在水稻幼苗期的胚根、胚芽和胚芽鞘中具有高水平的GUS表达活性,特别是在胚根根尖和胚芽顶端的GUS表达活性较高;在减数分裂期的植株叶片、颖壳和开花10 d后的未成熟种子中GUS表达活性也较高;GUS蛋白荧光定量分析结果表明,Os MT2b L基因启动子在水稻叶片中驱动GUS基因表达的活性比Ca MV35S基因启动子高出3倍以上。     

植物磷利用研究在水稻分子设计育种中的应用

磷是植物生长发育所必需的大量元素,作物对磷肥的利用效率约20%~30%,提高水稻的磷利用效率是实现绿色超级稻分子设计育种的关键。本研究首先对目前植物的磷吸收和运输过程中磷转运体、根构型改变、根际有机酸分泌、酸性磷酸酶和植酸酶的研究进展进行了总结,进一步总结了植物长距离及局部磷信号传导和调控的相关基因及网络,最后探讨了植物磷吸收和利用高效基因在水稻分子设计育种中的策略和方法。通过对植物磷吸收和利用代谢途径的梳理,为培育水稻磷高效的新品种提供设计思路,进而验证磷吸收和利用代谢通路涉及的基因在水稻中的表达调控模式,为提高水稻的育种效率提供理论参考。     

水稻OsGPRP家族基因克隆及其对非生物胁迫的响应

富含脯氨酸和甘氨酸的蛋白基因GPRPs广泛分布于高等植物中,在植物的生长发育和逆境适应中具有重要的作用。为了克隆水稻中的OsGPRP基因,利用生物信息学分析,结合RT-PCR和测序等方法,共获得了3个水稻OsGPRP的cDNA序列,分别编码197,180,170个氨基酸,其蛋白序列均含有3个典型的植物GPRP蛋白保守结构域:N端的XYPP重复、中部富含A的疏水区和C端的HGK重复。为了初步探讨这些OsGPRP基因的功能,利用在线工具Plant CARE database分析,结果发现有3个水稻OsGPRP基因的启动子中包含有许多与植物生长发育、激素和逆境胁迫响应相关的顺式作用元件。为了进一步探究OsGPRP基因在水稻适应非生物逆境胁迫过程中的生物学功能,利用实时荧光定量PCR分析了3个OsGPRP基因在水稻幼苗适应干旱和低温胁迫过程中的响应情况。结果显示,这些OsGPRP基因对干旱和低温胁迫均有不同程度的响应;在干旱胁迫下,这些OsGPRP基因在水稻幼苗不同组织中的表达量均表现出上升的趋势,表达模式较为相似;而在低温胁迫下,其表达模式却存在一些明显的不同,其中,OsGPRP1和OsGPRP3的表达量上升,而OsGPRP2的表达量却下降。结果表明,3个OsGPRP基因在水稻适应非生物逆境中具有重要的作用。     

水稻编码SAND结构域基因的序列与功能初步分析

为研究水稻SAND结构域蛋白的序列和功能,利用Blast在水稻基因组中搜索编码SAND结构域的基因,然后构建增强表达载体并通过遗传转化研究基因功能。结果表明,水稻基因LOC_Os01g57240(命名为OsULT1)编码的氨基酸序列含有SAND结构域和ULTB-box共有序列,与其他植物ULT氨基酸序列相似性为49.3%~92.3%,具有较好的保守性;35S::OsULT1转基因株系部分颖花发育异常,出现内稃发育滞缓或退化、浆片过度发育或数目变多、雄蕊数目3~7枚、雌蕊2枚的现象;颖花内产生多余的小花,表明OsULT1对水稻花分生组织正常分化具有重要的调控作用。     

水稻质膜H+-ATPase基因对拟南芥遗传转化及其抗盐性分析

RT-PCR扩增得水稻质膜H -ATPase全长cDNA(PM-H -ATPase),构建了植物表达载体获得质粒pBI121-PM-H -ATPase,农杆菌介导、真空渗入法转化PM-H -ATPase基因入拟南芥,得35株T1代卡那抗性植株.抗性植株PCR分析表明,抗性植株整合了目的基因.Northern杂交分析进一步表明T3代转基因拟南芥表达了目的基因.抗盐(NaHCO3和NaC1)性分析表明:转基因植株的耐盐能力明显高于野生型;盐碱胁迫下转基因植株开花优先于野生型植株.     

研究找到调控水稻根系发生关键基因

<正>中科院遗传与发育所植物基因组学国家重点实验室储成才课题组,通过大规模筛选水稻T-DNA插入突变体库,获得了一个水稻根数目显著增加的突变体,从而找到调控水稻根系发生的关键基因。据了解,此突变体的表型由编码另一个细胞质型细胞分裂素氧化酶/脱氢酶基因OsCKX4被特异性激活而形成。OsCKX4受植物激素细胞分裂素和生长素     

植物基因克隆研究进程分析

随着科学技术的发展及人类基因工作的推进,植物基因克隆技术研究取得了一定的成就。近年来,我国植物基因克隆技术有了新发展,玉米、小麦及水稻等均克隆了较多与植物产品品质、产量等相关的基因。就植物基因克隆技术展开研究,以供借鉴。     

“水稻癌症”——稻瘟病有望攻克

<正>稻瘟病又被称为"水稻癌症"。湖南农业大学作物抗逆与种质创新团队的一项最新研究表明:水稻中存在3个逐级调控的抗病基因,可协同抵抗稻瘟病。该研究第一完成人刘金灵博士称,育种专家们正在寻找具有3个基因最优组合的抗病水稻育种材料,有望推出抵抗稻瘟病的新品种。3个基因中,最先发现的是SPL11。2004年,湖南农大芙蓉学者王国梁在国际上首先发现水稻基因SPL11负调控植物细胞程序性死亡和     

两种植物内生真菌的醇提取物对水稻根部基因表达谱的分析

两种植物内生真菌Coprinus micaccus和Alteranaria sp.的醇提取物可促进水稻根系发达,增加水稻产量,为了明确4种提取物对水稻全基因表达谱的影响,采用Affymetrix水稻芯片对水稻根系基因表达谱进行了分析,得到表达量同时发生变化的基因244个,其中109个基因上调表达,135个下调表达。基因按功能分为3大类,其中生物过程类归类为18个功能类别,多数差异基因与能量代谢、物质运输、生物合成及植物防御反应、信号转导、转录调节、蛋白质修饰等过程有关。引起11条代谢途径发生变化,使其向着更有利于植物生长发育的方向进行。     

水稻NRL基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

NRL (NPH3/RPT2-Like)基因家族是植物中特异存在的基因家族,根据拟南芥NRL基因家族中参与植物向光性响应的NPH3 (NONPHOTOTROPIC HYPOCOTYL 3)和RPT2 (ROOT PHOTOTROPISM 2)命名.本研究利用生物信息学方法鉴定到27个水稻NRL基因,分布在除10号染色体外的染色体上,同时基因复制分析结果表明,全基因复制或片段复制比串联复制在水稻NRL基因家族扩张中起更大的作用.利用单、双子叶植物的7个物种进行系统进化关系分析,将192个NRL基因家族成员分为6个不同的组.水稻NRL家族的结构特征分析显示,多数成员含有NRL基因家族的特征结构域,而基于RNA-Seq和微阵列数据的表达分析结果表明,水稻NRL家族基因在多个组织表达,同时部分基因在叶片、花序和花药中高表达.本研究对水稻NRL基因家族进行鉴定和分析,为进一步研究水稻NRL基因家族的功能提供了一定的参考和依据.     

禾本科V-ATPase基因家族与全基因组加倍关联的适应性进化分析

V-ATPase在植物适应逆境中起着非常重要的作用,本研究以重要模式植物拟南芥V-ATPase相关基因为目标序列,通过在6个禾本科植物(水稻,大麦,玉米,高粱,谷子和二穗短柄草)基因组中进行比较分析,揭示该基因家族扩增机制和适应性进化进行研究。分析发现,七个不同的植物基因组虽然经历了不同全基因组加倍,其中谷子与玉米加倍关联的基因数量最多,但V-ATPase基因数量在每个基因组非常相近,尤其是禾本科中玉米相对其它物种多一次单独的特异性加倍,然而这一基因家族数量并未增加,这表明全基因组加倍虽然在一定程度上使得家族基因扩增,但是基因丢失可能也维持了该基因组的剂量;对七个基因组中的161个V-ATPase基因进行motif分类确定,不同物种基因组中的motif结构不同,拟南芥和水稻中c-亚基相关的基因数量最多;系统发育分析发现,拟南芥基因和水稻基因进化相对较快,并且在拟南芥中这一基因家族有3个基因簇,它们与基因的串联重复加倍有关联;适应性进化分析揭示B-亚基相关的基因在进化过程中受正选择压力影响进化。     

水稻抽穗期分子遗传研究进展

水稻抽穗期是重要的农艺性状。随着水稻基因组学和分子遗传学研究的快速发展,水稻抽穗期的遗传学研究近年来取得了较大进展。在水稻抽穗期QTLs研究方面,目前已经定位了536个QTLs,抽穗期OTL的发现与材料、群体类型及环境均有关,在抽穗期遗传中上位性及QTL与环境互作同样具有重要作用;在基因克隆方面,有5个与水稻抽穗期有关的基因已被克隆,其中4个与长日植物拟南芥开花相关基因之间具有保守性;在水稻抽穗期信号传导路径研究方面,拟南芥的相关研究结果为水稻提供了很好的借鉴,研究发现水稻中存在与拟南芥类似的生物钟和光周期调控抽穗期的模式,并且水稻中生物钟调控抽穗期的路径有多条。植物成花分子遗传学研究主要集中在光周期及春化作用上,关于感温性的遗传研究很少。     

水稻光叶突变新基因的克隆和亚细胞定位

水稻叶片表皮毛突变体是研究单子叶植物细胞分化和水稻品种改良的重要材料。本研究对T-DNA标签技术获得的水稻光叶突变体(单隐性核基因控制,稳定遗传)进行田间观测和扫描电镜观察,以分析突变体叶片毛状体类型和分布特征;并采用DNA-Walking和RT-PCR方法定位并克隆该突变体基因,通过对该基因进行初步的生物信息学分析,构建绿色荧光蛋白融合载体,进行亚细胞定位。研究结果显示:突变体叶缘无毛,叶面毛状体缺失,缺失的毛状体类型主要为宏毛(即钩毛),但种子颖壳表面毛状体正常生长,是国内外尚未报道的一种新型的光叶突变体;对T-DNA标签插入序列进行相似性比对,确定插入位点,表明突变体候选基因在水稻第6号染色体上,通过基因克隆获得了c DNA序列,暂命名为GLL;生物信息学分析表明,GLL基因含有8个外显子,7个内含子,该基因的开放阅读框(ORF)有702 bp,编码233个氨基酸;对GLL蛋白结构域进行分析,发现该蛋白有一个PEX11保守结构域;系统进化关系表明,GLL与预测的水稻中PEX11-5同源性最高;亚细胞定位表明该基因在细胞核、细胞质和细胞膜中表达。本研究为解析水稻及单子叶植物中毛状体发育分子机制和进行水稻品种改良奠定了基础。