基于流式细胞仪对杏属植物基因组大小的测定

基因组大小是植物最基本也是最重要的生物多样性特征参数,测定杏基因组大小,比较不同种、变种及品种之间基因组大小的差异,可为相关杏属植物的物种进化和分类研究以及基因组研究提供基础数据。采用流式细胞仪技术,对分属于普通杏、辽杏、西伯利亚杏、紫杏和仁用杏5个种或类型的13个杏品种资源的基因组大小进行了测定。结果显示,在所对比的3种内标植物中,金丝小枣最适于做杏基因组大小测定的内标。以金丝小枣为内标,通过比较待测样品和内标G0/G1期荧光峰,计算得出13份杏属植物材料中,普通杏及其变种基因组大小为(253.17±0.963)Mb(大优佳)～(300.60±1.181)Mb(陕梅),紫杏基因组最小,大小为(245.07±0.842)Mb,辽杏、属于西伯利亚杏的绿萼山杏和仁用杏品种龙王帽的基因组大小分别为(280.37±4.858),(273.66±4.334),(263.42±1.306)Mb,5个种或类型间差异均达显著水平。首次揭示了杏属植物不同种和品种间基因组大小的差异。研究结果可为杏基因组大小与其表型性状、种间分化以及植物学分类间关系的解释提供基础证据。     

流式细胞术测定5种苔藓植物的基因组大小

作为藻类和维管植物之间的过渡类群,苔藓植物不仅占有重要的进化地位,它同时可作为园艺上的观赏植物.目前对很多苔藓植物的培养条件、基因组大小等信息非常缺乏,且已进行基因组测序的苔藓物种较少,这些都严重制约了苔藓植物系统学的研究和资源利用.本研究以基因组大小为942Mb的野生番茄 (Solanum pennellii)为内标...     

流式细胞术测定川贝母四种基源植物基因组大小

为揭示川贝母各基源植物间基因组大小与形态的内在差异和联系,本研究以已知基因组大小的银杏(8.92 Gb)作为内标,卷叶贝母、暗紫贝母、甘肃贝母、太白贝母的幼嫩叶片为材料,采用流式细胞术测定贝母属4种基源植物的基因组大小。结果表明,4种基源植物的基因组大小相近,其中,以卷叶贝母最小,为(29.73±0.34) Gb;甘肃贝母最大,为(31.80±0.06) Gb;暗紫贝母基因组大小为(31.46±0.36) Gb,太白贝母基因组大小为(31.68±0.17) Gb。本试验将为贝母属几种基源植物的基因组学研究、分子细胞遗传学、生物活性合成代谢通路的揭示以及种群进化研究提供基础数据参考。     

基于流式细胞术和基因组Survey测定药食同源植物赤苍藤的基因组大小

为了解药食同源植物赤苍藤的基因组大小、基本结构特征及确定适合该物种的基因组测序方案,本研究采用流式细胞术,结合基于K-mer分析的全基因组调查和生物信息学,测定和分析赤苍藤基因组。结果表明,流式细胞术估算赤苍藤的基因组大小为2.0～2.2 Gb;Survey分析获得赤苍藤有效数据152 Gb,估计基因组大小约为2 103.11 Mb,杂合率为0.90%,重复序列比例为75.20%,基因组GC含量约为38.50%,推测赤苍藤基因组大小约为2.1 Gb,并初步判断其具有较高的重复序列和杂合率。本研究结果确定了赤苍藤基因组为复杂基因组,可为后续开展全基因测序时的策略选择提供重要参考,为下一步开展全基因组图谱绘制、挖掘重要功能基因提供了有效数据。     

流式细胞术测定苎麻基因组大小

苎麻属于荨麻科苎麻属,是目前非常重要的纺织原料,有着广泛的开发前景。为了更好地研究苎麻基因组信息,拟通过流式细胞术测定苎麻基因组大小。本研究以水稻(Oryza sativa)日本晴为内标,湘苎3号为待测样品,分别分离水稻和苎麻叶片细胞的细胞核,PI染色,用流式细胞仪对水稻和苎麻样品的PI发射荧光强度进行测定。通过比较水稻和苎麻样品的荧光强度的倍数关系,计算得到苎麻基因组大小,并采用外标法和内标法同时进行测定和计算。以水稻日本晴为外标,苎麻3号为待测样品,测得苎麻基因组大小为332.5 Mb,而用内标法得到的苎麻基因组大小为300.5 Mb,相比之下内标法测定的变异系数更低,更为准确。苎麻基因组大小的测定为苎麻基因组文库的建立及其基因组相关研究提供了理论指导。     

马齿苋的基因组大小估算及基因组调查测序

马齿苋作为蔬菜、传统中药和动物饲料具有悠久的应用历史。然而,马齿苋的分子生物学研究一直比较滞后,缺乏组学数据是一个重要的障碍。本研究以栽培品种‘北农1号’(BN1)为实验材料,采用流式细胞术和基因组调查测序等技术对马齿苋基因组特征进行了初步研究。细胞遗传学染色体计数表明马齿苋BN1的体细胞有52条染色体(2n=52)。流式细胞术分析估算BN1的基因组大小在1 089～1 445 Mb之间。运用第二代DNA测序技术和K-mer分析,估算马齿苋BN1的基因组大小约为1 295 Mb,基因组杂合率为0.103%,重复序列含量为59.27%。本研究进一步利用获得的DNA序列数据,从头组装了一个大小为963.2 Mb的马齿苋基因组,重叠群N50长度为20.1 kb。BUSCO分析表明基因组完整度为90.4%。本研究为马齿苋的基因组测序和分子育种研究提供了有价值的数据。     

车前属(Plantago L.)3种车前种子的生物学比较研究

本研究对黑龙江省车前科(Plantaignaceae)车前属(Plantago L.)的3种野生车前种子的生物学特性进行比较,为黑龙江地产药材车前属植物的引种驯化和开发利用提供依据。采用显微观察、生物学对比等方法,对种子形态和种子萌发的影响因素进行比较研究。结果表明:3种车前的种子形态存在差异,平车前的种子不存在休眠现象,通过低温和赤霉素协同处理有利于大车前和车前种子的萌发。因此,大车前和车前的种子在引种驯化前需要经过低温处理。     

流式细胞术在植物倍性鉴定及基因组大小估测中的应用策略

流式细胞术目前广泛应用于植物的倍性鉴定和基因组大小的估测。样本处理不当,或者流程操作中存在误差,会导致结果不准确或者检测失败,针对植物倍性鉴定及基因组大小估测,本研究通过阅读大量文献并结合长期的流式细胞仪操作经验,总结出一套可靠高效的应用策略,本研究着重阐述流式细胞术流程中的关键点,总结出样品细胞核悬浮液制备、上机检测及数据分析的应用策略,以期为流式细胞术在植物倍性鉴定及基因组大小估测中提供参考。     

山胡椒基因组大小的估测及其重要自然群体的倍性鉴定

山胡椒是一种果实富含油脂、根茎叶具较高药用价值的经济树种。现阶段山胡椒基本处于野生状态,分析山胡椒的基因组大小特征及自然群落个体倍性,对促进该物种种质挖掘利用具有重要意义。本研究通过流式细胞术和K-mer频数分析两种方法对山胡椒基因组大小进行预测,并利用前者分析三个山胡椒自然群体(河南鸡公山,贵州梵净山和台湾大肚山)的个体倍性。流式细胞术以山苍子(2n=2x=24)作为内标。K-mer频数分析通过对其基因组DNA进行Illumina测序,得到过滤数据218.64 Gb。流式细胞实验结果显示,山胡椒基因组大小约为2.32 Gb,而K-mer频数分析显示其基因组大小约为2.22 Gb,杂合率为1.42%,重复率为76.75%。本研究共检测了123份个体,获得结果 118份,结果显示全为二倍体。综合两种分析方法,本研究认为山胡椒是高杂合、高重复物种,基因组大小为2.22～2.32 Gb。个体倍性鉴定结果表明,不论是有性生殖还是孤雌生殖,中国境内的山胡椒野生型个体基本为二倍体,自然种群倍性处于稳定状态。研究结果可为后续山胡椒的基因组学、生殖学研究与利用等相关工作提供参考。     

基于全基因组关联分析解析玉米籽粒大小的遗传结构

玉米籽粒大小是产量重要构成因子之一,也是受多基因调控的复杂数量性状,挖掘玉米籽粒大小相关性状的关键调控基因,将有助于提高玉米的产量。本研究以212份优良玉米自交系为材料,于2018年和2019年分别对粒长、粒宽和粒厚进行测定,并结合均匀分布于玉米基因组的73,006个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)标记进行全基因组关联分析。基于FarmCPU算法,在玉米的10条染色体上检测到47个与籽粒大小相关性状关联的SNP。结合B73玉米自交系籽粒发育的动态时空转录数据,在显著SNP标记的连锁不平衡区域内,共检测到58个与籽粒大小相关的候选基因,其编码的蛋白与多种蛋白存在互作关系,参与并调控多个与籽粒发育密切相关的生物学过程。本研究为解析玉米籽粒发育的分子调控机制,改良籽粒大小和提高作物产量提供了新的参考。     

芭蕉芋和美人蕉全基因组Survey分析

芭蕉芋是一种富含淀粉的具有较高经济价值的多用途作物,而美人蕉属于常见的草本园艺观赏植物,虽然两个物种用途广泛,但是它们的分子机制研究一直没有重要突破。为了加速两者分子育种的发展,本研究利用高通量测序技术对芭蕉芋和美人蕉进行Survey分析,通过生物信息学分析,完成了芭蕉芋和美人蕉全基因组特征评估,获得了基因组大小、杂合度以及GC含量等信息,基于两个基因组的特征比较分析结果完成了芭蕉芋基因组的初步组装。结果表明,通过对芭蕉芋和美人蕉进行高通量测序,分别得到139.30和68.10 Gb高质量的测序数据,总测序深度分别约为140 x和68 x,估算的基因组大小分别约为844.90和836.88 Mb;根据K-mer分析估算全基因组GC含量分别为39.14%和38.48%,杂合度分别为0.63%和1.50%。由此可知,芭蕉芋和美人蕉基因组均属于较为复杂的基因组。对芭蕉芋尝试初步组装后得到总长为555.60 Mb的基因组。本研究获得了芭蕉芋和美人蕉基因组大小和特征等信息,为芭蕉芋和美人蕉的分子育种研究提供了有价值的数据与思路,初步比较了芭蕉芋和美人蕉基因组特征的异同,为后续构建两者全基因组精细...     

贝母属植物叶绿体基因组候选SNP位点应用分析

贝母属植物是中国中药材的宝库,由于形态上难以区分,在民间应用、临床应用和中药市场中还存在混淆应用、以次充好的现象,急需开发基于新型分子标记位点的精准检测方法。本研究应用多重序列比对、SNP筛选等生物信息学分析手段,对贝母属15种植物28条叶绿体基因组序列进行分析。结果发现,贝母属叶绿体基因组DNA同源性达97.22%,通过分析共发现SNP位点5879个,其中川贝母类鉴别候选位点71个,川贝母鉴别候选位点4个,瓦布贝母鉴别候选位点37个,太白贝母鉴别候选位点147个,浙贝母鉴别候选位点91个,湖北贝母鉴别候选位点271个,平贝母鉴别候选位点1393个,伊贝母鉴别候选位点89个。本研究还对SNP位点在精准鉴定、精确定量应用方面进行了讨论,可为川贝母中药资源鉴定提供技术支撑。     

基于流式细胞术的澳洲坚果基因组C值测定

为建立澳洲坚果基因组C值的流式细胞术测定方法,采用改良的OTTO细胞核提取液配方和PI荧光染料,以‘O.C’嫩叶为材料,以基因组DNA含量已知的Pisum sativum L. Ctirad和Zea mays L. CE-777为对照,运用流式细胞术对澳洲坚果基因组C值进行了测定。结果表明,澳洲坚果‘O.C’二倍体基因组DNA总量为1.91488599 pg,其C值为0.957443 pg;按1 pg DNA=0.978×109 bp来计算,‘O.C’基因组大小为1.872758×109 bp;采用2种不同对照材料作为内标测定的结果无显著差异。本研究发现,运用流式细胞术进行澳洲坚果基因组C值测定准确可靠,可为其他物种基因组C值测定提供参考。     

基于杂交群体解析玉米籽粒大小相关性状及其配合力的分子遗传机制

配合力是育种过程中评价自交系潜力、筛选优良杂交组合的重要指标。籽粒大小相关性状是产量的重要构成因子,解析籽粒大小相关性状及其配合力的遗传基础有助于高产玉米品种的培育。本研究以NCII遗传交配设计获得的246份玉米杂交组合为材料展开籽粒大小相关性状及其配合力的全基因组关联分析。研究表明,粒长、粒宽、粒厚3个性状的广义遗传力分别为76.20%、86.52%和81.14%,各性状与其配合力均呈显著正相关(0.58～0.82)。基于EMMAX(efficientmixed-modelassociationexpedited)算法检测到31、21、5个显著的SNP(singlenucleotidepolymorphism),它们分别与性状、GCA (general combining ability)和SCA (special combining ability)关联,其中10个SNP为性状与配合力共定位的。对共定位的SNP进行效应分析,发现3个为加性效应、4个为部分显性效应、1个为超显性效应。结合公共数据库中基因注释及籽粒发育相关转录组数据,在共定位、主效SNP位点附近共筛选到17个候选基因,...     

基于Adaptive Lasso的两阶段全基因组关联分析方法

作为进行全基因组关联分析的主流方法,混合线性模型类方法得到了广泛的应用。但是,现有方法仍存在检测功效不高的问题。本文提出一种基于AdaptiveLasso的2阶段全基因组关联分析方法(two-stage Adaptive Lasso-based genome-wide association analysis, ALGWAS),该方法在第1阶段通过变量选择方法 Adaptive Lasso筛选出与目标性状相关联的单核苷酸多态性位点(single nucleotide polymorphism, SNP),第2阶段将第1阶段筛选出的SNP作为协变量放入线性模型中进行全基因组扫描。在模拟实验中,ALGWAS方法与3种常用的全基因组关联分析方法fastGWA、GEMMA和EMMAX相比具有最高的检测功效,同时具有较低的错误发现率(falsediscoveryrate,FDR)。将以上4种方法应用到包含1341份材料的玉米CUBIC (Complete-diallel plus Unbalanced Breeding-like Inter-Cross)群体的全基因组关联分析中,ALGWAS方法...     

源于十字花科种间嵌合体和属问体细胞杂种的2个胞质雄性不育系叶绿体基因组分析

本研究培育了2个新型胞质雄性不育系，一个来源于芜菁与甘蓝间的离体嵌合体，另一个来源于甘蓝与萝卜间的原生质体融合。这些胞质雄性不育系载有Ogura型线粒体基因orf138。     

适合RAPD分析的三种玉米基因组DNA提取方法比较

本文通过对3种玉米基因组DNA提取方法的比较得出，DNA提取时采用一次氯仿／异戊醇抽提方法，得到的DNA质和量都较为理想，并且能够达到RAPD实验的要求。     

黄瓜绿斑驳花叶病毒北京和山东分离物的生物学测定及其基因组比较

为揭示黄瓜绿斑驳花叶病毒的分子流行学特征,通过RT-PCR和cDNA克隆技术获得并分析了从北京甜瓜和山东西瓜上分离的2个黄瓜绿斑驳花叶病毒(CGMMV)分离物CGMMV-Beijing和CGMMV-Shandong的全序列.结果表明CGMMV-Beijing和CGMMV-Shandong的基因组分别由6423和6427个核苷酸组成,包括5'及3'端非编码区和4个开放性的阅读框,分别编码129kDa和186kDa复制相关蛋白、29kDa的移动蛋白及17.4kDa的外壳蛋白.寄主范围测定显示在供试的6科11种植物中CGMMV-Beijing和CGMMV-Shandong均可侵染葫芦科的葫芦、南瓜和西瓜以及茄科的本氏烟和藜科的苋色藜,不侵染供试的其它植物.CGMMV-Beijing和CGMMV-Shandong基因组的核苷酸同源性为99.5%,186kDa蛋白的核酸和氨基酸同源性分别为99.7%和99.8%,移动蛋白的核酸和氨基酸同源性分别为99.3%和98.1%,外壳蛋白的核苷酸同源性为100%.多序列比对分析结果显示,CGMMV的各分离物之间的分子差异并不明显,核苷酸同源性均在98%以上.将CGMMV-Beijing和CGMMV-Shandong与侵染葫芦科植物的烟草花叶病毒属其它成员比较,结果显示其亲缘关系较远,基因组的核苷酸同源性介于56.7%～59.6%,外壳蛋白的氨基酸同源性在44.7%～54.0%之间.综合分析显示,CGMMV分离物之间的差异并不明显,可能具有共同的侵染来源.     

荷花YABBY家族的全基因组和转录组分析

YABBY基因家族是种子植物特有的转录因子,在植物生长发育过程中起着重要的调控作用。为探究荷花YABBY基因家族的成员和作用,本研究对荷花YABBY基因家族进行了全基因组分析,鉴定到9个YABBY基因,共18个转录本,编码18个蛋白序列。根据系统进化树将其分类为5个亚族,均含有YABBY结构域和C2C2锌指结构域;共线性分析鉴定出4对共线基因。荷花YABBY基因含有顺式作用元件数量多少依次为光响应、激素诱导、逆境胁迫和植物生长发育,仅有NnYABBY3含有胚乳表达相关元件,推测其与莲子的发育有关。进一步对荷花花瓣、瓣化及非瓣化的雄蕊和心皮、荷叶、莲壳等组织的转录组数据分析发现,NnYABBY5、NnYABBY6和NnYABBY9 3个基因在心皮中特异性表达;NnYABBY3和NnYABBY9在幼嫩叶片中高表达,在成熟叶片中不表达;NnYABBY8在非瓣化雄蕊和非瓣化心皮不表达,而在花瓣、瓣化雄蕊和瓣化心皮中均有表达,推测NnYABBY8可能与雄蕊和心皮瓣化有关;NnYABBY3在心皮和莲壳中的表达量显著高于其他组织,推测NnYABBY3与莲子的发育有关。这些结果表明荷花YABBY基因具...     

基于783份大豆种质资源的叶柄夹角全基因组关联分析

叶柄夹角是影响植株高效受光态势的重要因素,通过调节叶柄夹角实现大豆株型改良,对大豆产量提高非常重要。大豆叶柄夹角为数量性状,目前大多数研究处于QTL定位阶段,已报道的控制叶柄夹角GmILPA1基因也是从突变体中克隆得到,因此亟须发掘更多调控基因及优异等位变异,以促进大豆叶柄夹角调控机制的解析及育种利用。本研究于2019年和2020年分别在海南、北京种植783份和690份大豆种质资源并调查叶柄夹角表型,通过分布于大豆全基因组的单核苷酸多态性(SNP)标记对叶柄夹角进行关联分析。结果表明,不同节位叶柄夹角呈现正态分布,属于典型的数量遗传特征。全基因组关联分析共统计到325个与叶柄夹角显著相关的SNP位点,在顶部节位关联到51个SNP位点,中部节位关联到230个SNP位点,底部节位关联到10个SNPs位点, 3个节位的平均值关联到34个SNP位点。显著位点LDblock进一步分析得到3个候选基因,第1个是生长素类调节蛋白相关的基因Glyma.05G059700,在茎尖分生组织中特异性表达,第2个是生长素反应因子(AFR)类蛋白相关基因Glyma.06G076900,在叶片和茎尖分生组织中高表...