芸苔属植物自交不亲和性遗传机理研究及应用进展

芸苔属作物S位点上有三个紧密连锁的基因SLG,SRK,SCR/SP11。其中SRK和SCR/SP11蛋白分别为柱头和花粉SI信号识别决定因子。复等位基因显隐性关系与SRK基因的表达水平并不相关,可能是由于在绒毡层中SCR基因受到强烈的下游调控导致杂合体中隐性SCR基因在小孢子细胞中表达受到抑制。分子进化研究表明十字花科S位点基因的多态性来自于共同的祖先,并在不同种分化之前已经形成。利用芸苔属植物自交不亲和性遗传机理发展而来的PCR-RFLP方法提供了在芸苔属作物育种中切实可行的精确鉴定植株的S基因型和自交不亲和性的有效方法。     

甘蓝自交不亲和性信号传导元件与传导过程

甘蓝自交不亲和性是由多态性的S位点基因编码的蛋白质介导的信号传导途径实现的。该信号传导途径由8个蛋白质元件(SLG、SCR、SRK、MLPK、THL、ARC1、Exo70A1和MOD/MIP-MOD)组成,本文详细综述了这些元件的编码基因、蛋白质元件的结构和功能,以及元件间的相互作用所构成的信号传导过程。在此基础上,根据新进展提出了今后可能的研究重点,以期为包括甘蓝在内的芸薹属自交不亲和性的深入研究提供新的内容。     

甘蓝SCR识别与结合SRK胞外域核心编码区DNA序列的酵母双杂交检测

SCR是芸薹属自交不亲和性的雄性决定因子。为研究SCR与SRK之间相互作用的核心区段,通过构建结球甘蓝的包含系列不同长度的SCR的cDNA序列的pGBKT7融合载体,利用酵母双杂交系统检测SCR与SRK之间的相互作用。结果显示,构建的载体均未出现自激活现象,所获得SCR全长与其相对应SRK胞外域具有相互作用,且相互作用核心编码区位于SCR编码基因的第97~186 bp处。实验结果还显示,此单倍型的SCR信号肽剪切位点及相邻的几个氨基酸残基对相互作用实验结果有干扰作用。以上结论为包括甘蓝在内的芸薹属自交不亲和机制的研究提供了新的实验依据。     

29种桃金娘目物种psbA基因密码子偏好及聚类分析

为探究桃金娘目(Myrtales)物种psbA基因密码子使用偏好性,本研究从NCBI数据库获取29个桃金娘目物种的psb A基因的编码区序列,运用CodonW、EMBOSS和DAMBE软件获得基因碱基组成和密码子使用偏性的相关参数。29种桃金娘目物种psbA基因的ENC范围在39.532～43.104,CAI均值是0.310,GC含量均小于50%。psbA基因密码子中有25个偏好性较强的密码子;ENC-plot、中性绘图分析、奇偶偏差分析显示,密码子偏好主要受自然选择的影响。基于RSCU值和CDS序列的聚类中,桃金娘科的11个物种存在差异。桃金娘目物种psbA基因编码区在选择碱基时倾向于AT,对A/T结尾的密码子使用偏好更强。密码子整体偏好性不强,基因表达量不高。自然选择是影响桃金娘目物种psbA基因密码子偏好性的主要因素。烟草是进行基因功能验证的较合适受体,大肠杆菌适宜作异源表达载体。     

中国古老月季“月月粉”的叶绿体基因组密码子偏好性分析

本研究基于“月月粉”月季叶绿体全基因组图谱,对其密码子偏好性进行分析。结果表明,月季的叶绿体基因组总长为156 591 bp,具有典型的四分体结构。共筛选到49条基因序列用于密码子偏好性分析,GC₁,GC₂,GC₃的平均值分别为47.74,39.38,29.16,密码子第一位的GC含量最大,第三位的最小,具有明显的差异;有效密码子数(ENC)与第三位密码子的GC含量显著相关;中性绘图结果说明GC₃与GC₁₂的相关性不显著,且密码子的偏好性受自然选择的影响;ENC-plot及ENC比值频数分布结果表明,大多数基因的ENC值低于预期值,大多数基因位于-0.05～0.05区间外,说明大部分基因受到了突变的影响;同义密码子相对使用度(RSCU)分析表明,RSCU值大于1的密码子大多数以A/U结尾,同时选取RSCU值大于1且ΔRSCU值大于等于0.08的密码子作为最优密码子,即UUU、CUU、AUA、CAU、GAU、UCA、ACA、CGA、AGU、AGA、CGA,共计11个最优密码子,且...     

利用酵母双杂交法检测甘蓝SCR与SRK之间的相互作用

为深入研究甘蓝S位点受体激酶(SRK)和S位点富含半胱氨酸蛋白(SCR)间相互识别的分子机理,以具有典型自交不亲和性的甘蓝D3为材料,利用巢式PCR分别扩增SRK胞外域(eSRK)和SCR,通过酵母双杂交检测二者之间的相互作用。并利用同源重组技术将eSRK与GAL4报告基因DNA活化域融合(pGADT7eSRK)以及SCR与GAL4报告基因DNA结合域融合(pGBKT7SCR)。两种重组质粒分别转化酵母Y187和Y2HGold后未出现自激活现象。融合的二倍体酵母(pGADT7eSRK× pGBKT7SCR)能在选择性固体培养基(SD/–Ade/–His/–Leu/–Trp/X-a-Gal/AbA)上生长,并且菌落呈蓝色。结果表明, eSRK与SCR蛋白能够相互结合, 为深入研究二者作用位点成功建立了一个技术平台。     

植物CPR基因密码子偏好性及聚类分析

细胞色素P450还原酶(cytochrome P450 reductase,CPR)在植物的生长、发育、天然产物的合成和抵御外界刺激的过程中发挥重要作用。本研究通过利用12种植物的36个CPR基因,运用Codon W软件分析密码子的偏好性指标,并分别运用SPSS和MEGA5.0软件进行密码子偏好性和基因聚类分析。结果显示,单子叶植物和双子叶植物CPR基因的有效密码子数(effective number of codons,ENC)范围分别为52.92~58.17和46.85~53.58,密码子偏好性较弱。全部CPR基因位点在ENC绘图中均偏离ENC期望曲线,其密码子偏好性主要是受自然选择压力的影响。单子叶植物和双子叶植物CPR基因对同义密码子的偏好性存在差异;同种植物不同CPR基因的密码子偏好性也不同。在基于基因同义密码子相对使用度(relative synonymous codon usage,RSCU)的聚类中,单子叶植物CPR基因和双子叶植物CPR基因分别聚为一支,更接近于12种植物的传统系统分类,反映了物种的进化关系,可以作为物种系统发育分析的重要补充。在基于基因编码序列(coding sequence,CDS)的系统进化树中,同种植物的CPR基因分别聚到两个支上,一定程度上反映了CPR基因的分类和功能。本研究结果从密码子偏好性和蛋白质水平上说明同种植物的不同CPR基因存在功能与进化差异,为植物CPR基因的分类与演化、功能预测与表达以及植物育种研究奠定了基础。     

禾本科植物自交不亲和性及其分子生物学研究进展

禾本科植物自交不亲和性是禾本科植物中广泛存在的一种生殖隔离现象,有利于防止近交衰退、保持遗传变异。已报道自交不亲和禾本植物有着相同的自交不亲和系统,是一种特殊的配子体自交不亲和类型,和单一位点控制的自交不亲和性不同,其不亲和性由非连锁的两个复等位基因位点S和Z控制。自交不亲和反应中涉及了花粉蛋白质的磷酸化、Ca2 浓度的变化和蛋白激酶的参与,因此可能存在着复杂的信号传导级联反应,详细机制尚不清楚。目前S、Z基因的克隆和编码产物的鉴定均未有成功的报道,天蓝虉草可作为禾本自交不亲和性研究的一个模式作物,运用分离群体和比较基因组学方法构建S与Z位点的精细连锁图谱,以对自交不亲和基因进行图位克隆,是当前禾本科植物自交不亲和性研究的一个方向和热点。     

大山樱叶绿体基因组特征及密码子偏好性分析

为了明确大山樱叶绿体基因组特征及其密码子使用偏好,共筛选53条叶绿体CDS基因序列作为分析对象。使用CodonW 1.4.4等软件对大山樱密码子使用偏好性进行分析。结果表明,大山樱叶绿体基因组GC₃含量为28.84%,含量较低;RECU>1的30个密码子中,有29个以A/U结尾;ENC平均值为47.54,证明其密码子偏好性较弱。3种绘图分析结果均表明自然选择对密码子偏好性影响较大。最终确定10个最优密码子,且7个以A/U结尾。基于CDS序列和RSCU值的系统发育分析及聚类分析结果相似,表明密码子偏好性和物种系统发育关系有一定关联。该结果为研究樱亚属植物叶绿体基因组特征及其密码子偏好性提供了相关依据。     

化香属植物叶绿体基因组密码子偏好性分析

为探究化香属植物叶绿体基因组密码子使用特征,本研究利用CodonW、CUSP和SPSSAU软件分别对圆果化香和化香两种化香属植物的叶绿体基因组密码子使用模式进行分析。结果表明:圆果化香和化香叶绿体基因组蛋白编码序列的GC含量分别37.75%和37.80%,密码子第3位碱基GC含量分别为27.16%和27.25%。有效密码子数在35.19～56.98之间,超过2/3的基因ENC值大于45,表明密码子偏好性较弱。中性绘图、ENC-plot绘图和PR2-plot绘图分析。结果表明:化香属叶绿体大部分基因的密码子偏好性受到自然选择的影响,同时也有部分基因受到突变压力的影响;以ENC值为标准,确定了5组高表达基因和5组低表达基因,共筛选出18个最优密码子,其中16个以A/U结尾。本研究能够为叶绿体基因组密码子优化、提高外源基因表达效率以及系统进化的相关研究提供依据。     

甘蓝型油菜SLG基因片段的克隆及序列分析

通过不同甘蓝型油菜中SLG基因的克隆及序列分析, 探索了甘蓝型油菜中是否存在与芸薹属二倍体中相同或相似的S-locus基因。对10个甘蓝型油菜品种和品系中SLG基因的PCR扩增和序列比较分析发现, 这些甘蓝型油菜中都存在第2类的SLG基因, 而且, 同二倍体芸薹属物种一样, 第2类SLG基因之间具有较高的同源性; 只有5个甘蓝型油菜品种和品系中存在第一类SLG基因, 而且这些基因序列之间表现出高度的保守性, 即同源性在96%以上, 明显高于不同等位基因之间的同源性。这些甘蓝型油菜中的class I SLG基因可能源于同一个自交不亲和单体。     

甘蓝自交不亲和基因MLPK与SSP的FISH定位

利用FISH技术, 对自交不亲和基因MLPK与SSP在甘蓝有丝分裂前中期染色体、减数分裂早粗线期染色体以及伸长DNA纤维等3种分辨率水平的靶DNA载体上进行物理定位。结果表明, 在有丝分裂前中期, MLPK探针信号位于一对近中着丝粒同源染色体的短臂中部, 距着丝粒的百分距离约为53.41±3.16;SSP探针信号位于一对具有随体的近端着丝粒同源染色体的长臂端部, 距着丝粒的百分距离约为78.36±4.26。综合3种载体上的FISH结果表明, MLPK与SSP在甘蓝染色体组中可能都只有一个同源序列座位, 具有在单倍体基因组中的单拷贝性。重复FISH杂交表明, MLPK与5S rDNA位于同一对染色体。依据Armstrong的核型分析标准, 初步判断MLPK与SSP分别位于甘蓝的2号和7号染色体, 与S位点不存在连锁关系。另从比较基因组学角度对定位结果进行了讨论。     

甘蓝eSRK重组体的构建及其与SCR的相互作用

SRK与SCR是甘蓝自交不亲和雌雄性决定因子,两者间相互作具有单倍型特异性。为了探讨HVI/II区域在SRK单倍型特异性及其与SCR互作中的作用,采用重组技术构建甘蓝不同单倍型eSRK (SRK_E与SRK_F)间的重组体eSRK_E-1、eSRK_E-2和eSRK_E-3,用酵母双杂交系统3检测各eSRK重组体与SCR之间的相互作用。结果表明: (1) SCR_E能与eSRK_E作用,而不能与eSRK_F作用,说明eSRK_E、eSRK_F属于不同单倍型;(2) SCR_E与重组体eSRK_E-1、eSRK_E-2、eSRK_E-3均不发生作用,HVI和HVII区域内差异的氨基酸位点共同参与了与SCR的作用;(3) SCR_F不能与eSRK_E-1、eSRK_E-2、eSRK_E-3作用,替换HVI/II区域后并不能改变SRK的单倍型。     

蒙古韭叶绿体基因组密码子使用偏好性分析

为分析蒙古韭叶绿体基因组密码子的使用模式,本研究通过高通量测序获得了蒙古韭叶绿体基因组序列,从中筛选出52条蛋白编码序列(codingsequence,CDS),利用CodonW 1.4.2和在线软件CUSP进行密码子使用模式及偏好性成因分析.结果显示,蒙古韭叶绿体基因组的有效密码子数(effective number...     

桃基因密码子使用模式及其偏好性分析

为深入研究桃密码子使用特征,本研究基于桃(Prunus persica)基因组26873个注释基因编码序列的GC含量特征、有效密码子数(ENC)和同义密码子相对使用频率(RSCU)等参数的计算,统计分析了桃基因组密码子的偏好性及其密码子使用模式。分析结果表明桃密码子使用具有偏好性,61个密码子中存在4个密码子TCA,ACA,GCA,GAA为桃最优密码子,它们均以A结尾。进一步统计桃与其它9种近缘蔷薇科植物的密码子使用频率,发现近缘种属的密码子使用规律具有一定相似性。研究同时发现桃基因组tRNA基因拷贝数与氨基酸及特定密码子的出现频率呈正相关。这些结果揭示了桃基因组密码子的使用模式,为相关密码子使用机制研究及基因工程改良提供了重要的参考。     

石榴等陆生植物Actin1基因密码子偏向性与进化分析

肌动蛋白Actin1基因参与构成植物细胞骨架,功能域高度保守,在植物系统演化中具有特殊作用,是重要的管家基因。本研究选取石榴等63种具有重要经济价值或生态价值的陆生植物Actin1基因,分析其密码子使用偏好性和进化。研究结果表明:石榴Actin1基因有效密码子值为46.809,密码子使用偏性较弱。石榴Actin1基因同义密码子相对使用度大于1的密码子大部分偏向于使用以G/C结尾,其偏性主要是由于自然选择压力影响。石榴等陆生植物的Actin1基因偏向使用AAC、GAU、CAG、GAG密码子,这种偏向性在陆生植物之间属于趋同进化模式,亲缘关系相近的物种对Actin1基因密码子使用模式相似。由63种陆生植物的Actin1基因密码子偏性分析证实与物种密码子偏性与其进化及亲缘关系相关。本研究通过对石榴等陆生植物Actin1基因密码子偏向性与进化分析为Actin1基因家族的后续研究提供理论参考。