玉米ZmSNAC13等位变异对抗旱性的调控研究

NAC家族转录因子是植物特有的,在植物的生长发育、胁迫应答和激素调节等方面具有重要的生物学功能。前期根据干旱胁迫处理RNA-Seq筛选到NAC转录因子基因ZmSNAC13。为了探究ZmSNAC13在干旱胁迫响应中的作用,以耐旱性不同的玉米自交系B73（干旱敏感）和Qi319（耐旱）为材料,进行荧光定量PCR分析,发现干旱处理后ZmSNAC13在2个材料根中均下调表达,干旱处理12 d后在茎中均上调表达,Qi319干旱处理12 d后在叶中上调表达,而B73干旱处理8和10 d后在叶中下调表达,表明ZmSNAC13基因响应干旱胁迫。利用双荧光素酶融合报告载体分析ABA处理对ZmSNAC13基因启动子活性的影响,结果表明,ABA处理下Qi319的ZmSNAC13启动子活性显著高于B73,在Qi319的ZmSNAC13基因5’-UTR区发现9个能够提高启动子活性的高度连锁变异,并且干旱处理12 d时, Qi319叶中ZmSNAC13的表达量高于B73,因此推测干旱胁迫下ZmSNAC13基因5’-UTR区遗传等位变异通过影响启动子活性进而控制基因的表达水平,最终调控玉米对干旱胁迫的适应性。上述结果为解析玉米抗旱的遗传机制奠定了基础。     

抗旱相关基因及其遗传工程

干旱是影响全球生态的重要因子,文章综述了转录调控因子和转录后RNA/蛋白修饰因子两类抗旱相关基因及其在耐旱性遗传改良中的应用。其中,胁迫应答的转录调控因子包括脱水响应因子(DRE)、锌指蛋白(ZFP)、核因子(NF-Y)和WRKY转录因子;转录后RNA/蛋白修饰因子包括蛋白的法尼基化、蛋白磷酸化和蛋白的聚ADP核糖基化作用。这些基因中有的已克隆并通过生物技术手段转入作物中,靶基因的表达提高了作物的抗旱性及产量。     

干旱胁迫下两个玉米自交系雄穗花器官分化期的转录组分析

【目的】 运用现代分子生物学及高通量测序技术,在全基因组水平鉴定耐旱相关的基因,研究玉米雄穗花器官分化期对干旱胁迫的响应机理, 为抗旱育种将提供新的理论基础。【方法】 以干旱胁迫15 d和正常浇水的耐旱自交系“PHBA6”和干旱敏感自交系“吉63” 花器官分化期的雄穗进行Illumina HiSeq 2000高通量测序分析,将测序得到的Unigene与玉米参考基因组进行比对,利用 RPKM 来衡量样本间的基因表达丰度, 以|log₂foldchange|≥1,P<0.05,FDR≤0.001筛选出样本间的差异表达基因, 并通过 Gene Onto 1ogy (GO ) 数据库、 KEGG pathway 数据库对筛选出的差异表达基因的功能和参与的调控路径进行分析。【结果】 与正常水分处理相比,耐旱自交“PHBA6”和干旱敏感自交系“吉63”在干旱胁迫下分别有1 394个和1 300个显著差异表达基因,其中共有差异表达基因831个,包括上下调表达趋势是一致的822个基因和9个具有相反的表达模式基因。除这些基因外,各自分别还有563个和469个基因型特异的干旱响应基因,这些特异的干旱响应基因的G0 富集分析的条目并不完全相同,除共同富集在刺激响应,细胞壁改变外,耐旱自交“PHBA6”还富集在激素合成调控,机氮化合物代谢、蛋白结合上,特异的干旱响应基因的KEGG 显著性富集分析在2个自交系中也不完全相同,耐旱自交“PHBA6”还有部分差异基因富集在生物素代谢通路上,另外,筛选出耐旱自交“PHBA6”中在干旱胁迫下差异表达的3个脱水素基因和3个特有差异表达的bZIP、MYB和ERF转录因子。【结论】 胁迫相关基因的特异性响应可能是材料间耐旱性存在差异的主要原因,耐旱自交“PHBA6”中的3个脱水素基因和3个特有差异表达的bZIP、MYB和ERF转录因子基因在玉米耐旱育种中可能有重要的利用价值。     

青稞Hva1-hv基因对小麦的遗传转化研究

本研究通过根癌农杆菌介导,将克隆自强抗旱青稞品种的LEA3蛋白编码基因Hva1-hv转化到小麦品种Bobwhite中.经除草剂草丁膦筛选和分子检测,鉴定出4个稳定遗传的转基因小麦株系.结果表明,在干旱胁迫条件下,经T2代植株的RT-PCR分析表明,目的基因能在转基因植物中正常表达.采用离体叶片失水率作为衡量植物抗旱能力的指标,发现干旱胁迫条件下,4个T2代转基因小麦株系的离体叶片失水率较受体材料显著降低,证明转基因植株的抗干旱胁迫能力强于受体材料.本研究结果初步显示,Hva1-hv基因在抗旱小麦品种培育方面具有潜在应用价值.     

青杄PwUSP1基因特征及对干旱和盐胁迫的响应

  目的  USPs蛋白（universal stress proteins）是一类胁迫相关类蛋白,被广泛报道参与了植物应对非生物胁迫的过程。本研究通过对青杄中PwUSP1基因进行功能分析及验证,探索PwUSP1在植物应对盐和干旱胁迫时的作用,从而为未来通过转基因工程提高青杄对非生物胁迫的耐受性提供候选基因。  方法  通过瞬时转化烟草叶片实验揭示PwUSP1在细胞中的定位;利用酵母双杂实验鉴定PwUSP1自身能否形成同源二聚体;通过农杆菌侵染法转化野生型拟南芥（WT）,获得纯合的PwUSP1过表达株系。通过测定干旱和盐胁迫下过表达株系（L1、L7）及野生型（WT）和空载体（VC）株系的存活率、失水率,来分析比较不同株系对于干旱和盐胁迫的耐受能力;通过二氨基联苯胺（DAB）和氯化硝基四氮锉蓝（NBT）染色,测定超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）以及丙二醛（MDA）的含量,研究PwUSP1发挥作用的生理机制。  结果  烟草亚细胞定位实验表明,PwUSP1定位于细胞核、细胞质和细胞膜中。酵母双杂结果显示PwUSP1蛋白自身能够形成同源二聚体。利用qRT-PCR检测转基因拟南芥,成功获得两个稳定纯合的株系（L1、L7）进行进一步分析。在盐和干旱胁迫下,相对于WT和VC,过表达PwUSP1能够显著提高植物对盐和干旱的耐受能力,表现出更高的存活率和更低的失水率,且显著降低了植株中过氧化氢、超氧阴离子的累积,提高了SOD、POD和CAT活性,抑制了MDA的积累。  结论  青杄PwUSP1定位于细胞核、细胞质和细胞膜中且自身能够形成同源二聚体,在干旱和盐胁迫条件下,PwUSP1通过增强植物的ROS清除能力及抑制膜脂氧化损伤来提高植物对非生物胁迫的耐受性。      

玉米转录因子ZmEREB93负调控籽粒发育

【目的】玉米作为重要的粮、经、饲多用作物,其产量的稳定对经济发展和粮食安全意义重大。AP2/EREBP（APETALA2/ ethylene response element binding protein,AP2/EREBP）转录因子在植物生长发育及逆境应答中发挥重要作用。前期研究发现,玉米ZmBES1/BZR1-5转录因子靶基因ZmEREB93可能参与调控种子大小。克隆ZmEREB93,并对其表达特性及功能进行分析,为深入解析其调控玉米籽粒发育的功能与机制奠定基础。【方法】从玉米自交系B73中克隆ZmEREB93的全长序列,对其基因序列和编码氨基酸序列特征进行生物信息学分析。随后,通过实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR,qRT-PCR）分析其组织表达模式,分别构建植物和酵母表达载体,进行亚细胞定位和转录激活活性分析。经农杆菌介导法将ZmEREB93转入拟南芥,对转基因株系的种子表型进行分析。最后,通过体外染色质免疫共沉淀测序（chromatin immunoprecipitation sequencing,Chip-seq）和共表达分析筛选ZmEREB93可能调控的候选靶基因,并通过酵母单杂交（yeast one hybrid,Y1H）验证。【结果】成功克隆获得ZmEREB93,序列分析结果表明,ZmEREB93无内含子,开放阅读框长618 bp,编码205个氨基酸,有一个高度保守的AP2结构域,属于AP2家族的ERF亚类。qRT-PCR结果表明,ZmEREB93在授粉后15和25 d的种子中表达量较高,其中,在25 d种子中表达量最高,约为15 d种子中表达量的11倍,在茎和根中有微量表达,在雄穗、花丝及苞叶中无表达。转录激活试验结果表明,ZmEREB93蛋白在酵母细胞中不具有转录激活活性。亚细胞定位结果显示,ZmEREB93蛋白定位于细胞核。与野生型株系相比,转基因拟南芥株系种子的长和宽显著变小且千粒重显著降低。体外Chip-seq与共表达分析结果表明,Zm00001d013611、Zm00001d006016、Zm00001d027448及Zm00001d039991为ZmEREB93转录因子的候选靶基因。Y1H试验表明,ZmEREB93蛋白可直接结合Zm00001d013611启动子。【结论】玉米ZmEREB93作为转录因子在种子中特异性表达,负调控种子大小。     

马铃薯低温响应的ScmiR390-5p及其靶基因表达与结构分析

【目的】研究马铃薯富含亮氨酸重复序列(leucine-rich repeat receptor-like protein kinase LRR-RLK)类受体蛋白激酶基因SCLRRK1受miR390（ScmiR390-5p）调控响应非生物胁迫的机理。【方法】通过低温响应马铃薯miRNA测序分析与靶基因预测,发现ScmiR390-5p通过调控1个可能的LRR类受体蛋白激酶基因对低温做出响应;利用实时荧光定量PCR技术（Quantitative Real-time PCR,RT-qPCR）验证ScmiR390-5p和SCLRRK1响应低温胁迫的表达情况;利用RLM-5′RACE确定ScmiR390-5p作用于SCLRRK1的切割位点;利用PCR技术克隆得到SCLRRK1的DNA序列和CDS序列,生物信息学分析SCLRRK1的结构和功能;利用RT-qPCR分析ScmiR390-5p/SCLRRK1在马铃薯各组织中的表达情况及其响应各种非生物胁迫的表达情况。【结果】RT-qPCR结果表明,低温诱导ScmiR390-5p表达,SCLRRK1的表达则受到低温的抑制,ScmiR390-5p和SCLRRK1的表达在低温胁迫下呈负相关性;RLM-5′RACE分析表明,ScmiR390-5p作用于SCLRRK1的切割位点是ATTCCT//CCTGAGTT,马铃薯ScmiR390-5p/SCLRRK1调控模块在低温响应中起作用。克隆结果表明SCLRRK1的CDS序列长度为2 685 bp,编码894个氨基酸,DNA序列长度为3 549 bp,含有1个内含子、2个外显子、3′非编码区和5′非编码区,ScmiR390-5p的靶位点位于SCLRRK1 CDS序列内部（960—981 bp,GGAACTATTCCTCCTGAGTTT）。生物信息学显示SCLRRK1是1个富含亮氨酸重复序列(leucine-richrepeat,LRR)的类受体蛋白激酶基因,编码的蛋白属于跨膜分泌蛋白。马铃薯组织表达RT-qPCR分析显示,ScmiR390-5p在叶中的表达量最高,根次之,茎中（地上茎、块茎和匍匐茎）表达量较低;而SCLRRK1的表达情况与ScmiR390-5p相反,其在叶中的表达最低,在茎中表达最高（匍匐茎>块茎>地上茎）。多种非生物胁迫结果显示,ScmiR390-5p和SCLRRK1表达在NaCl胁迫下呈负相关,ScmiR390-5p受到NaCl胁迫诱导表达。与对照相比,ABA和6-BA处理下ScmiR390-5p表达先下降之后呈波浪小幅回调;6-BA处理下SCLRRK1表达持续升高,ABA处理下SCLRRK1表达先上升后下降。GA₃、PEG和IAA处理8 h时,ScmiR390-5p的表达达到峰值,GA₃、PEG和IAA处理都能诱导SCLRRK1表达,但其变化趋势与ScmiR390-5p相关性不强。【结论】SCLRRK1具备编码LRR类受体蛋白激酶的核酸、氨基酸序列和结构基础,是ScmiR390-5p的靶基因;ScmiR390-5p/SCLRRK1调控模块在马铃薯组织器官中具备明显作用;ScmiR390-5p在转录后水平通过抑制马铃薯SCLRRK1的表达对低温胁迫做出响应,同时,马铃薯ScmiR390-5p/SCLRRK1调控模块在NaCl和6-BA胁迫响应中起作用,但不对ABA、GA₃、IAA和PEG胁迫做出响应,ScmiR390-5p和SCLRRK1分别在转录水平受到ABA、GA₃、IAA和PEG胁迫信号调控。     

陆地棉转录因子基因GhMYB108的克隆及其在抗旱中的作用

【目的】MYB基因家族作为植物中最大的转录因子家族之一,在抵御逆境胁迫中发挥着重要的作用。克隆陆地棉MYB转录因子基因GhMYB108,并进行表达分析,验证其在干旱胁迫响应中的作用,为进一步研究GhMYB108调控陆地棉耐旱的分子机制奠定基础。【方法】根据干旱转录组数据分析,确定GhMYB108为干旱响应基因;运用聚合酶链式反应（PCR）从陆地棉根系cDNA中扩增目的基因;对GhMYB108进行基因结构特征、预测基因序列信息以及系统进化关系等生物信息学分析;利用Plant Care网站对获得的基因启动子序列进行分析;在不同逆境胁迫条件下,对GhMYB108的表达特性进行qRT-PCR分析;通过亚细胞定位确定GhMYB108蛋白在细胞中的位置;利用酵母试验验证其转录活性;使用病毒诱导的基因沉默技术（virus induced gene silencing,VIGS）沉默GhMYB108,并用qRT-PCR检测基因沉默效率。观察沉默株系在干旱处理前后的表型变化,并统计存活率,采用试剂盒测定相关生理生化指标;通过对棉花叶片喷施ABA与氟啶酮试验来分析GhMYB108与ABA的关系。【结果】从陆地棉中克隆了GhMYB108（Gh_A10G1563）,其全长879 bp,编码292个氨基酸,其蛋白质相对分子量为33.288 kD,等电点为6.037,多重序列比对和保守结构域分析,发现GhMYB108含有2个高度保守的MYB结合结构域,属于典型的R2R3型MYB转录因子。不同物种亲缘关系分析发现,GhMYB108与AtMYB108、AtMYB78和AtMYB2的同源性较高,属于同一亚族,且已有研究发现AtMYB108、AtMYB78和AtMYB2与干旱或ABA信号通路相关。GhMYB108定位于细胞核,且具有转录激活活性。在干旱和对照植株中,GhMYB108均在根中表达量最高,茎中表达量最低,并且受自然干旱、18% PEG 6000模拟干旱、盐胁迫和低温等非生物胁迫诱导表达。GhMYB108沉默之后,在自然干旱条件下,沉默植株出现临界表型,与对照相比,其萎蔫更严重,且存活率降低,一些生理生化指标也发生显著变化,如叶片失水率加快,丙二醛含量升高,叶片相对含水量和脯氨酸含量减少,过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）活性降低,且通过DAB与NBT染色发现植物体积累了更多过氧化氢（H₂O₂）和超氧阴离子（O₂^-）。通过对棉花叶片喷施激素ABA或氟啶酮发现GhMYB108可受ABA信号的正调控。【结论】GhMYB108正调控棉花抗旱性,且受ABA信号的正调控。     

玉米钙依赖蛋白激酶全基因组鉴定及抗旱表达分析

【目的】分析研究玉米钙依赖蛋白激酶全基因组鉴定及抗旱表达。【方法】使用NCBI Blast、DNAMAN和MotifScan等程序分析玉米钙依赖蛋白激酶CDPK的蛋白结构域和系统发育。采用Real-time RT-PCR方法分析CDPK基因在干旱胁迫处理玉米幼苗中的表达,评价CDPK基因对玉米干旱胁迫反应能力。【结果】鉴定出了在玉米中含有39个CDPK基因。将CDPK基因分为4个组。每个群体中的成员有共同的蛋白质基序和外显子及内含子结构,共同的进化起源。39个玉米CDPK基因根据它们的系统发育关系分组,并锚定在特定的玉米染色体上。多数CDPK基因在玉米干旱胁迫中的表达水平发生改变,CDPK基因参与对干旱胁迫的响应。【结论】从玉米基因组数据库中鉴定出了39个CDPK基因,大多数玉米CDPK基因在不同组织和不同发育阶段表现出不同的表达水平,CDPK基因在玉米发育中发挥不同的作用。多数CDPK基因在干旱胁迫下的表达量均发生变化。     

赤霉素对拟南芥非生物逆境响应的研究

为了明确ELA1和ELA2基因调控植株对非生物逆境的响应,以过量表达ELA1和ELA2的转基因株系(ELA1-OE,ELA2-OE)为试验材料,观察叶片的表皮细胞、根毛区和下胚轴细胞差异性,并对其进行干旱胁迫、盐胁迫、高温胁迫、抗病诱导及对ABA的敏感性检测。结果表明,ELA1-OE和ELA2-OE转基因株系叶片的表皮细胞显著减小,单位面积的细胞数目明显增加;同时,根毛区和下胚轴细胞与对照(Col-0)相比明显缩短; ELA1-OE,ELA2-OE过表达株系的抗盐能力和抗干旱能力较对照明显增强,成活率提高,抗盐和抗旱成活率较对照分别显著提高了34. 69%和27. 27%,76. 67%和61. 67%,而抗高温能力却明显下降,ELA1-OE和ELA2-OE的抗高温成活率较对照分别显著降低了42. 25%和28. 17%。进一步检测相关抗盐、抗干旱和抗高温的标志基因,抗盐和抗旱的标志基因明显上调,相反,高温标志基因转录表达水平明显下调;同时ELA1-OE,ELA2-OE对不同浓度ABA的敏感性增强,但过表达株系的抗病能力较对照无明显变化。以上结果显示,拟南芥中的2个赤霉素代谢调控基因ELA1和ELA2通过调控植物体内的赤霉素含量参与调控植物的非生物逆境胁迫,进一步证明了赤霉素在植物非生物逆境胁迫中起着重要的调控作用。     

OsMas1, a novel maspardin protein gene,confers tolerance to salt and drought stresses by regulating ABA signaling in rice

Drought and salt stresses, the major environmental abiotic stresses in agriculture worldwide, affect plant growth, crop productivity, and quality. Therefore, developing crops with higher drought and salt tolerance is highly desirable. This study reported the isolation, biological function, and molecular characterization of a novel maspardin gene, OsMas1, from rice. The OsMas1 protein was localized to the cytoplasm. The expression levels of OsMas1 were up-regulated under mannitol, PEG6000, NaCl, ...     

盐生植物盐爪爪液泡膜钠氢反向运输载体基因(KfNHX1)遗传转化拟南芥的耐盐性鉴定

[目的]研究盐爪爪液泡膜Na+/H+反向运输载体KfNHX1(AY825250)基因的耐盐功能,为耐盐育种提供候选基因.[方法]采用农杆菌介导花序浸染的方法,将KfNHX1转入拟南芥中,结合基因组PCR和RT-PCR方法鉴定符合3:1分离比的转基因株系;利用在盐胁迫下的萌发率、根长和表型分析,结合原子吸收分光光度计法测...     

玉米质膜内在蛋白ZmPIP2;6响应渗透、盐和干旱胁迫的功能鉴定

【目的】质膜内在蛋白(plasma membrane intrinsic proteins,PIPs)广泛存在于植物细胞的膜系统上,在植物体内水分运输和水分平衡的过程中至关重要。对ZmPIP2;6在植物水分胁迫耐性中的功能进行探究,为玉米培育抗旱耐盐新品种提供优秀基因资源。【方法】分析并比对ZmPIP2;6与其他物种中报道参与水分胁迫的PIPs的氨基酸序列,构建ZmPIP2;6-GFP载体并通过PEG介导转化玉米原生质体,对ZmPIP2;6进行亚细胞定位。采集玉米的不同组织样品,包括根、茎、叶、未成熟雄穗、未成熟雌穗、胚和胚乳;对玉米进行PEG或NaCl处理,在处理的不同时间点采集玉米的根和叶样品。提取总RNA并通过qRT-PCR调查ZmPIP2;6在玉米不同组织以及在水分胁迫下的表达模式。构建ZmPIP2;6超表达载体,发展并鉴定ZmPIP2;6超表达拟南芥材料,观察转基因植株对渗透、盐及干旱胁迫的耐性生理表型,并测量其根长、叶片水分散失率等性状。检测在干旱或盐胁迫条件下,拟南芥胁迫信号通路上的相关基因在ZmPIP2;6超表达植株中的表达。【结果】氨基酸序列分析比对结果显示ZmPIP...     

NaCl处理谷子萌发期种子的转录组学分析

【目的】谷子具有抗旱、耐贫瘠的特性,逐渐成为研究禾本科作物的模式作物。本研究以前期筛选并获得的谷子耐盐品种和敏感品种为材料,通过RNA-Seq测序筛选鉴定谷子的盐胁迫响应基因,揭示其响应盐害机制,为培育谷子抗盐新种质提供理论依据。【方法】 对14个谷子品种进行了萌发期抗盐筛选。谷子不同品种的种子经150 mmol·L ^-1NaCl处理萌发培养7 d后,分别统计各品种种子的萌发率、根长和芽长,综合各项指标鉴定到豫谷2为耐盐品种、安04为盐敏感品种。以这两个品种盐胁迫前、后萌发期种子为材料,应用RNA-Seq进行转录组测定,分析鉴定盐害下差异表达基因（differentially expression gene,DEG）,并对DEG进行GO和KEGG功能富集分析。同时应用qRT-PCR对随机挑选的15个DEG表达模式进行验证,并与RNA-Seq结果进行相关性分析。 【结果】 耐盐品种豫谷2、盐敏感品种安04种子经盐胁迫处理后,分别鉴定出2 786个和4 413个DEG;其中,每个品种在NaCl处理前及处理后分别鉴定出1 470和3 826个DEG。GO和KEGG聚类分析显示,NaCl处理下参与信号转导、抗氧化、有机酸的合成及转运以及次生代谢等相关的DEG在谷子萌发期种子应对盐胁迫响应过程中具有关键性的作用,DEG主要集中在胁迫响应、离子的跨膜转运、氧化还原、次生代谢及有机酸、多胺、苯丙烷的合成等过程。qRT-PCR对15个DEG表达模式的检测结果与RNA-seq结果相关系数为0.8817。其中编码离子通道的基因（HKT）、过氧化物酶基因（POD）、黄烷酮-3-羟化酶基因（FL3H）、MYB转录因子基因等在豫谷2中表达量较高,显示其在谷子萌发期种子响应盐胁迫中可能发挥一定作用。【结论】 谷子耐盐品种及盐敏感品种的种子对盐胁迫的响应程度具有一定的差异性,且品种对盐害的耐受能力主要与基因对胁迫的响应程度相关,而与DEG的数量相关性不大。     

利用CRISPR/Cas9技术编辑BADH2-1/BADH2-2创制香米味道玉米新种质

【目的】香味是作物的重要食味品质之一。2-乙酰-1-吡咯啉（2-acetyl-1-pyrroline,2-AP）是主要香味物。BADH2是控制水稻等作物香味性状的关键基因,敲除该基因可以产生香味稻米。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术在北京市农林科学院自育的玉米骨干亲本京724上敲除BADH2同源基因,以期获得有香米味道的玉米新种质材料。【方法】利用Ensembl数据库在线BLAST工具,将水稻OsBADH2蛋白序列在拟南芥、水稻和玉米蛋白序列数据库中进行序列比对,获得上述3个物种的BADH基因家族成员,并利用UniProt蛋白数据库中的结构域信息进行验证。进一步使用MEGA软件进行系统进化分析,获得玉米BADH2同源基因作为候选编辑靶标。基于CRISPR/Cas9基因编辑技术的原理,在候选基因的外显子处设计特异性靶点,并构建入CRISPR/Cas9基因编辑载体。再以玉米自交系京724为受体,利用农杆菌介导的遗传转化方法,通过磷酸甘露糖异构酶基因（phosphomannose isomerase,PMI）抗性筛选获得阳性转基因植株。转基因株系经测序明确其在靶基因中产生的突变类型。利用气相色谱质谱联用仪（gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS）检测基因编辑株系T₁籽粒中香米主要香味物质2-AP的含量,以确认京724在基因编辑前后2-AP含量的变化。【结果】系统进化分析发现,玉米中存在2个BADH2同源基因,分别命名为ZmBADH2-1和ZmBADH2-2。ZmBADH2-1位于第4染色体,ZmBADH2-2位于第1染色体。2个基因均包含15个外显子和14个内含子,第4外显子间的核苷酸序列高度同源。在2个基因的第4外显子区域设计靶点并构建入CRISPR/Cas9基因编辑载体,通过遗传转化获得28株转基因株系。PCR扩增及测序分析结果显示,其中10株材料的2个ZmBADH2s在靶点区域均发生突变,突变基因型包括双等位突变和多等位突变,突变类型为不同数量的碱基缺失和插入。质谱检测结果显示玉米ZmBADH2双基因突变体籽粒中存在与香稻同样成分的2-AP。随机选取的4个T₁代基因编辑株系籽粒中,2-AP平均含量分别为438.29、404.63、348.65和161.82 μg·kg^-1,而未经过编辑的京724中未检测到2-AP。【结论】利用CRISPR/Cas9技术对玉米ZmBADH2-1和ZmBADH2-2同时进行定点敲除,创制出籽粒中具有香米味道的玉米骨干亲本新种质材料。     

玉米钙依赖蛋白激酶38(ZmCDPK38)的生物信息学及表达特性分析

[目的]研究ZmCDPK38与其它物种中同源基因之间的遗传进化关系,通过与亲缘关系较近且功能已知的同源基因比较,对ZmCDPK38的功能进行理论预判.确定ZmCDPK38基因在不同组织和不同胁迫条件下的表达特性.[方法]生物信息学分析使用在线分析工具及MEGAX软件;基因表达分析采用Real-time PCR.[结果]...     

利用RNA-Seq鉴定甘蓝型油菜叶片干旱胁迫应答基因

【目的】利用RNA Sequencing（RNA-Seq）技术比较2种不同生长条件下甘蓝型油菜苗期叶片转录组,鉴定油菜叶片干旱胁迫应答相关基因,从转录组水平揭示油菜适应干旱胁迫环境的分子机制。【方法】提取正常生长（ZY）和自然失水处理（ZY8D）的六叶期甘蓝型油菜中油821的叶片总RNA,以Illumina Hiseq 2000平台进行RNA-Seq分析。利用NGSQCTookit v2.3.3去除低质量和包含模糊碱基的reads。以甘蓝型油菜亲本物种白菜染色体v1.5和甘蓝Scaffold v1.0为参考序列,采用TopHat2-Cufflinks-Cuffmerge-Cuffdiff标准流程进行差异表达基因（differential expressed genes,DEGs）筛选。对上调和下调DEGs分别采用Cytoscape v3.1.0中的BiNGO和KOBAS2.0进行基因本体（gene ontology,GO）和京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG）代谢途径富集分析。选择上调和下调DEGs各3个,以实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR,qRT-PCR）验证RNA-Seq结果的可靠性。【结果】过滤低质量reads后,ZY和ZY8D分别保留了26 192 312和28 378 899对高质量reads用于DEGs筛选,其中86.6%和85.8%的reads能准确比对到参考序列上,说明RNA-Seq结果和参考序列可靠。DEGs鉴定结果表明3 657个基因受干旱胁迫诱导差异表达,其中上调表达基因1 431个,下调表达基因2 226个。GO富集分析发现上调表达基因主要与非生物胁迫响应和化学刺激响应相关,其中,参与水分胁迫响应和脱落酸（abscisic acid,ABA）刺激响应的基因分别有127和141个,而下调表达基因与植物病原菌防御、蛋白激酶活性和水杨酸（salicylic acid,SA）刺激相关。KEGG富集分析表明上调表达基因主要富集于苯丙烷和类胡萝卜素的生物合成及淀粉与蔗糖代谢途径,而下调表达基因主要富集于植物-病原菌互作和植物激素ABA、SA和茉莉酸（jasmonic acid,JA）信号转导途径。qRT-PCR检测6个DEGs的表达模式与RNA-Seq分析结果一致,证实了RNA-Seq结果的可靠性。【结论】RNA-Seq分析鉴定出3 657个甘蓝型油菜叶片干旱胁迫应答基因。GO和KEGG代谢途径分析明确了差异表达基因富集的分子功能与代谢途径。