条锈菌诱导的小麦bZIP转录因子基因的克隆及表达分析

采用电子克隆和RT-PCR方法,从条锈菌诱导的小麦品种水源11的cDNA中分离到一个编码bZIP转录因子基因的cDNA序列,暂被命名为TabZIP。TabZIP包含一个完整的1 071 bp的开放阅读框,编码356个氨基酸,具有典型的bZIP保守结构域;与水稻、玉米、拟南芥等植物bZIP蛋白的氨基酸序列相似性较高;TabZIP基因在小麦根中的表达量丰富,而在茎和叶中表达量很小;在小麦与条锈菌非亲和组合中,TabZIP基因高水平表达,而在亲和组合中没有明显的变化;防卫相关激素乙烯、茉莉酸也可诱导该基因的快速上调表达,表明TabZIP可能通过乙烯、茉莉酸信号途径介导小麦对条锈病的防御反应。     

含CBS结构域的小麦TaCDCP1基因的克隆及其表达分析

利用电子克隆和RT-PCR技术,在本实验室前期构建的非亲和互作的SSH文库基础上,从条锈菌侵染的小麦水原11叶片中首次分离出一个含CBS结构域蛋白的基因,暂命名为TaCDCP1(Triticum aestivum CBS domain containing protein 1)。TaCDCP1包含一个完整的654 bp的开放阅读框,编码217个氨基酸。推测该基因拟编码的蛋白具有2个CBS保守结构域,不含跨膜区且无信号肽,定位在叶绿体基质内;经过同源比对,小麦TaCDCP1氨基酸序列与大麦、水稻和玉米等的同源序列的相似性较高;该基因表达量在小麦叶中显著高于在根和茎中;在小麦与条锈菌的非亲和、亲和组合中,TaCDCP1基因均受到条锈菌诱导,分别在接种后18 h和96 h达到表达高峰,非亲和组合表达量在侵染前期(接种后18~48 h)高于亲和组合,而在侵染后期(接种后96~120 h)低于亲和组合;外源植物激素脱落酸诱导该基因上调表达,苄基腺嘌呤,乙烯,赤霉素,茉莉酸甲酯和水杨酸处理后其表达量在不同程度上受到抑制;TaCDCP1在低温和干旱条件下表达量上升,在机械伤害和高盐处理下表达量无明显差异。表明TaCDCP1可能通过脱落酸等信号途径参与小麦对条锈菌的防御反应,同时参与低温和干旱环境下的信号转导途径。这些结果对于明确CBS结构域的功能以及CBS结构域蛋白尤其是TaCDCP1在小麦与条锈菌互作中的作用奠定了基础。     

我国小麦条锈菌对非小麦属植物的寄生专化性

供试的小麦条锈菌每一个中国生理小种都可以侵染多个非小麦属植物的种和属,并表现出与在小麦上相类似的寄生专化性。同一生理小种的寄生性,因供试植物的属,种或种内材料的不同而有差异。小麦条锈菌生理小种在小麦品种水平上的寄生范围,与在非小麦属植物属种水平上的寄生范围有关。     

甘肃省小麦条锈菌流行小种的RAPD标记

本研究利用160条随机引物,对甘肃省小麦条锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici)8个主要流行生理小种进行了RAPD片段的筛选,最终找到了4个流行生理小种条中32号、条中33号、Hybrid46-8号、shui-4的特异性RAPD标记,分别为S301、S19、S39、S36和S2140。结果表明:通过寻找小麦条锈菌生理小种的特异性RAPD片段,能从分子水平准确、快速检测小麦条锈菌各生理小种。     

陕甘川重要小麦品种抗条锈基因分析

根据对16个国外和4个国内已知毒性基因的小麦条锈菌反应，结合系谱分析，研究了39个陕西、甘肃、四川省重要小麦品种所具有抗条锈基因。试验结果显示，已知抗病基因Yr1、2、3、7、9、10、SD、Su等分布在20个品种中，其中11个品种含有Yr9。3个品种对供试菌系均表现抗病反应，2个品种抵抗大多数供试菌系，表明它们具有主效的未     

小麦NPR1-like基因的克隆及赤霉菌诱导下的表达分析

AtNPR1是拟南芥系统获得性抗病反应中的关键基因,对拟南芥的广谱抗性起重要调控作用。从赤霉菌诱导的小麦抗、感赤霉病近等基因系RNA差异表达谱中获得3个与AtNPR1类似的EST片段,据此检索相应序列信息并设计引物,采用RT-PCR方法从小麦中克隆得到3个cDNA全长序列,分别命名为TaNPR1、TaNPR2和TaNPR3,其开放阅读框分别编码580、607和601个氨基酸残基。序列分析表明,这3个小麦NPR1-like蛋白都含有保守的BTB/POZ、ANK和NPR1_like_C结构域及功能氨基酸,但仅TaNPR1具有2个对NPR1寡聚体形成十分必要的保守半胱氨酸残基。蛋白质聚类分析表明,TaNPR1与TaNPR2和TaNPR3的同源性均较低,其中TaNPR1与NPR1蛋白聚为一类,而TaNPR2和TaNPR3均与NPR1同源蛋白聚为一类。荧光定量PCR分析结果显示,TaNPR1、TaNPR2和TaNPR3基因都可被植物抗病相关信号分子水杨酸和茉莉酸甲酯诱导。与感病材料Apogee相比,抗病近等基因系Apogee73S2中TaNPR1和TaNPR3能够更早地响应赤霉菌的诱导并显著上调表达;而TaNPR2在感、抗材料中对赤霉菌侵染的响应都较为缓慢且变化不明显。这些结果表明,TaNPR1和TaNPR3可能在小麦对赤霉菌的防御反应中起重要作用。     

利用cDNA-AFLP技术分析小麦成株抗条锈性差异基因表达特征

采用cDNA-AFLP技术,对成株抗条锈小麦品种兴资9104在成株期受条锈菌生理小种CY32侵染后5 d内9个时间点的基因表达谱进行了分析。共筛选64对引物,产生32 320个转录本(TDF);用37对引物检测到2 201个(6.81%)差异TDF,其中926个TDF诱导表达,1 275个下调表达。经大规模克隆、测序分析,最终获得330个差异TDF,聚类分析得到259个EST (unigenes),命名为aTaPST1至aTaPST259 (GenBank注册号：FL645754~FL646011和FL646262)。经BLASTX比对和功能分类分析,其中96条EST(37.07%)未找到同源性匹配,68条(26.25%)与未知功能蛋白同源性较高;其余95条ESTs主要涉及能量(11.20%)、基础代谢(4.63%)、转录调控(3.86%)、抗病与防御(3.86%)、蛋白质运输和储存(3.09%)、蛋白质合成和细胞生长(各2.32%)、以及信号转导(1.54%)等。选取抗病与防御、转录调控及信号转导类等相关的6个差异基因,qRT-PCR分析结果显示其表达模式符合cDNA-AFLP表达谱。小麦成株抗条锈性分子机制涉及植物多方面生理生化反应,包括抗病与防御、转录调控、蛋白质代谢、信号转导、以及非生物胁迫等多种途径相关基因的协同控制。     

甜杨抗冻转录因子ICE1基因的in silico克隆及其分析

ICEl基因编码类似MYC的bHLH转录因子,可特异地结合到CBF3启动子的MYC作用元件并诱导CBF/DREB1下游基因的转录表达.本文采用电子克隆的方法,以拟南芥ICE1蛋白序列为信息探针,利用杨树EST数据库和毛果杨基因组序列拼接的结果,设计引物并通过RT-PCR从甜杨克隆了杨树的第一个ICE1基因.其cDNA长1 706 bp,含有完整的开放阅读框,可编码543个氨基酸的MYC类蛋白.编码蛋白序列含有bHLH区,核定位信号(NLS)区,富S区和转膜区各1个.Blast分析表明,cDNA序列及其推导的氨基酸序列均与拟南芥和芥菜的ICE1存在着较高的同源性,说明所获得的cDNA可能是甜杨ICE1基因(PsICE1,DQ481236).通过网络服务器平台进行PsICE1的功能预测,结果显示PsICE1含有bHLH保守功能域,具有多个磷酸化位点和跨膜区域.另外,ICE1的电子表达谱分析结果发现,ICE1几乎可在植物中整株表达,在多种组织和不同发育过程均表达,这也在一定程度上说明了ICE1是组成型表达,以及ICE1可能在植物的生长发育中也起着重要作用.     

“小麦与条锈菌互作的分子机理研究”项目通过鉴定

<正>教育部高校科技创新工程重大项目"小麦与条锈菌互作的分子机理研究"项目近日在陕西杨凌通过专家鉴定,标志着中国小麦条锈病研究已达到世界领先水平。     

河南省小麦品种（系）遗传多样性和抗条锈性分析

为评价2008－2011年河南省参加全国小麦区试品种（系）的遗传多样性和抗条锈性,采用亲缘系数（ Coeffi-cient of parentage ,COP）分析方法,对参试的91个小麦品种（系）的遗传多样性进行聚类分析,并利用我国当前或曾是小麦条锈菌流行小种和新的致病类型的混合菌系进行抗条锈性鉴定与评价。结果显示,在供试的91个品种（系）的4095个组合中,约46．13％的品种（系）间存在遗传相似性,所有供试品种（系）的COP值为0．0000～1．0000,亲缘系数总和为423．9662,平均值为4．6590;通过COP值的聚类分析,将供试材料分为10大类,抗病品种占61．54％。4年间,参试品种（系）的遗传相似性逐年提高,遗传多样性下降,而抗条锈性呈上升趋势,这可能与周麦13和周麦16的广泛利用有关。     

小麦转录因子TaMyb2s的克隆及表达

利用小麦TaMyb2基因特异引物, 克隆了3种类型TaMyb2的cDNA序列, 分别命名为TaMyb2-I、TaMyb2-II和TaMyb2-III。氨基酸序列比对结果表明, TaMyb2s的序列高度相似。系统进化树分析显示, TaMyb2s与来自大麦、水稻等的直系同源基因编码蛋白的亲缘关系较近; TaMyb2s的3种类型与小麦基因组没有明显的对应关系。实时定量PCR检测结果表明, 小麦幼苗中的TaMyb2s均参与对渗透胁迫的应答反应, 但表达模式不尽相同, TaMyb2-III对渗透胁迫的应答最迅速, TaMyb2-I次之, TaMyb2-II最迟缓。从小麦不同发育时期幼嫩组织中TaMyb2s的表达情况推测, TaMyb2-I和TaMyb2-III可能主要在生长发育的前期调控下游基因, 而TaMyb2-II主要在发育后期发挥作用。     

白粉菌(Erysiphe graminis)侵染诱导表达的小麦糖苷水解酶基因TaGlc2的克隆与鉴定

真菌病害是世界小麦生产中的最重要的病害之一。目前,在小麦中已经鉴定出一批小麦病菌侵染诱导基因,包括病程相关基因和抗真菌水解酶基因（葡聚糖酶基因和几丁质酶基因）。最近的研究表明,植物1,3-β-葡聚糖酶参与对真菌侵染的防卫。本研究从小麦cDNA文库中克隆出一个编码小麦1,3-β-葡聚糖酶的新基因,命名为 TaGlc2。该基因编码的氨基酸序列与糖苷水解酶基因家族17高度同源。采用实时定量PCR分析方法对TaGlc2基因在白粉菌侵染(Erysiphe graminis)后小麦叶片中的表达模式进行研究,发现TaGlc2基因在白粉菌侵染6 h后表达明显增强,至24 h达到峰值,说明该基因受白粉菌侵染诱导表达。还获得了TaGlc2基因5'上游调控区序列,发现存在与病菌侵染响应有关的顺式元件。小麦TaGlc2基因在小麦白粉病抗性上可能具有重要作用。     

2007-2008年度冀鲁豫川四省小麦区试品种（系）遗传多样性和抗条锈性分析

为了解2007-2008年度河北、河南、山东和四川四省全国小麦区试品种（系）的遗传多样性和抗条锈性,采用亲缘系数（coefficient of parentage,COP）系统分析了参试的75个小麦品种（系）的遗传多样性,并接种条锈菌混合菌系（CYR33, CYR32, CYR31, CYR30, CYR29, CYR17, Su-1 and V26）进行抗条锈性鉴定与评价。结果表明,在供试品种（系）的2775个组合中,284个组合存在遗传相似性,所有供试品种（系）的COP值在0.0000-0.5000之间,亲缘系数总和为216.4531。通过对COP值聚类分析,将供试材料分为10大类;河北、河南、山东3省参试品种（系）间遗传相似性较高,对小麦条锈病抗性相对较差,四川参试品种（系）遗传相似性较低,对小麦条锈病的抗性较好。从参试品种（系）系谱看,利用前一个时期选育的品种作亲本,特别是主要推广品种豫麦2号作为亲本的利用率较高是河南省参试品种（系）遗传相似性较高的重要原因;四川省参试品种（系）遗传多样性相对较高,抗条锈性相对较好,主要由于该省广泛利用了当地和其他地区的种质资源。因此,不断发掘小麦新的种质资源,并提高其利用水平,是当前高产稳产新品种选育的当务之急。     

甘蔗乙烯信号转导途径关键基因CTR1的克隆与表达分析

为了研究CTR1基因与甘蔗糖分积累的关系,本研究利用同源克隆的方法,以甘蔗品种‘桂糖28’(GT28)幼嫩叶片的cDNA为模板,成功克隆得到2103 bp的甘蔗CTR1基因(ScCTR1;GenBank登录号为MK158246)。ScCTR1基因的开放阅读框(ORF)序列长1656 bp,编码551个氨基酸,预测蛋白质的分子质量为62.78 kD。ScCTR1蛋白具有CTR1同源蛋白典型的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶结构域。实时荧光定量PCR结果表明,ScCTR1基因在茎和叶中都有表达,在茎中其表达量呈先增加后降低的趋势,在未成熟叶、成熟叶和老叶中,其基因表达呈降低的趋势。本研究结果对阐明乙烯调控甘蔗茎糖分积累和叶发育的机理提供了重要的参考依据。     

小麦品种“陕253”低分子量谷蛋白亚基基因的克隆及原核表达

利用LMW-GS特异引物,从强筋小麦品种陕253中克隆了1个1 498 bp的片段(GenBank登录号为FJ172533),该片段包含全长为912 bp的低分子量谷蛋白亚基的完整编码序列.经比较推导氨基酸序列的同源性,发现该基因属于Glu-D3位点编码低分子量谷蛋白亚基的基因,编码产物N-端具有LMW-m型低分子量谷蛋白亚基的典型特征,系统演化分析也支持这一结果.构建了该基因的表达载体pET32a-GluD3-S253,在宿主菌E. coll Rosetta-gami B(DE3)中经IPTG诱导表达融合蛋白.SDS-PAGE和Western blot检测表达产物,证实融合蛋白表达成功.     

硬粒小麦-粗山羊草人工合成小麦CI108抗条锈病新基因的鉴定、基因推导与分子标记定位

利用我国流行的小麦条锈菌生理小种CY28、CY29、CY30、CY31、CY32和水源11致病型4对102份硬粒小麦-粗山羊草人工合成小麦材料进行抗病鉴定,其中CI108（组合为GAN/Aegilops squarrosa 201）对上述6个流行生理小种均表现免疫。利用CY31对杂交组合CI108/铭贤169正交、反交的F₁材料以及F₂代群体进行抗病鉴定,结果表明其抗性受细胞核显性单基因控制。基因推导表明,CI108对30个条锈菌生理小种均表现抗性,其抗谱与23份已知抗条锈病基因品种（系）不同,与K733（含有Yr24）和洛夫林13（含Yr9+未知基因）相似,但CI108与洛夫林13、K733对多个条锈菌生理小种的抗性程度不同,洛夫林13、K733与CI108系谱不同,且缺乏CI108特异的SSR标记Xgwm456的抗病特异带。所以,CI108中抗条锈基因应该是不同于其他基因的抗条锈病新基因,暂命名为YrC108。进一步利用CI108/铭贤169的F₂群体、抗感分离分析池（BSA）筛选YrC108的SSR分子标记,找到了3个紧密连锁的标记,其中Xgwm456和Wmc419位于YrC108的一侧,与YrC108间遗传距离分别为0.6 cM和1.8 cM,Wmc413位于YrC108的另一侧,遗传距离为0.6 cM。本研究为小麦抗条锈病育种提供了高抗、广谱的新抗源和进行高效检测的分子标记。