水稻-病原菌互作途径研究进展

水稻稻瘟病和白叶枯病分别由真菌病原菌Magnaporthe oryzae (M. oryzae)和细菌病原菌 Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo)引起,是造成世界范围内水稻减产的主要病因,水稻-稻瘟病菌及水稻-白叶枯病原菌互作已成为研究植物-病原菌互作的模式系统。本文归纳了目前已克隆的抗稻瘟病及白叶枯病基因与其分子结构和功能,概括了近年来鉴定的一些病原菌相关分子(Pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)及稻瘟病菌和白叶枯菌分泌的效应蛋白,并总结了针对稻瘟病菌和白叶枯菌介导的病原物分子诱导的抗病反应(PAMP-triggered immunity,PTI)和效应蛋白诱导的抗病性(Effector-triggered immunity,ETI)及其信号传导途径的研究成果,指出效应蛋白-抗病蛋白间互作将为探索植物-病原菌间互作提供新的分子基础,并为水稻抗病育种实践提供借鉴与指导。     

植物根际分泌物与土壤微生物互作关系的机制研究进展

为揭示植物与土壤微生物之间互作关系的途径与机制,综述了根际有益微生物对植物生长发育的促进作用以及植物根际分泌物对土壤微生物的影响这2个方面的研究进展,主要分述了根际促生微生物PGPM对植物生长发育的促进作用;生防微生物BCA对植物生长发育的促进作用;根系分泌物的组成;根系分泌物的功能;根系分泌物影响土壤微生物的途径等方面的内容。指出植物与土壤微生物之间互作关系机理的研究还不够深入,对PGPM菌株的筛选和适应能力的研究,生防微生物的生态适应性及对靶标病原菌的作用机制研究,对根系分泌的分离鉴定方法的优化及化感作用途径等需要更深入探究。今后应加大现代分子生物学技术在相关研究中的应用,将分子生物学技术与传统培养方法相结合,进一步揭示植物与土壤微生物之间的互作关系。     

水稻抽穗期上位效应和QE互作效应的分析

抽穗期是水稻的重要农艺性状,深入了解其遗传效应对水稻育种实践具有重要现实意义。本研究利用基于明恢86×佳辐占、广陆矮×佳辐占两个重组自交系构建的SSR遗传图谱,应用混合线性模型方法对2003年晚季和2005年早季获得的两季水稻抽穗期数据进行QTL定位,并作加性效应、加性×加性上位互作效应及环境互作效应分析。两个群体共检测到10个控制抽穗期的QTL,分别位于1、2、3、6、7和10号染色体上,仅qHD10(广佳重组自交系中为qHD10-1)在两个群体中同时检测到,另检测到11对具有上位效应的互作位点,其中有5个是加性效应显著的QTL。环境互作检测中,发现明佳重组自交系的qHD10和广佳重组自交系的qHD7与环境存在显著互作,贡献率分别为0.34%和2.32%。本研究表明:两群体的抽穗期性状的遗传受环境因素影响较小,特别是明佳组合,较适合作为分子辅助育种的研究材料。     

水稻抽穗期基因定位及其环境互作研究

为构建SSR分子标记技术构建其遗传图谱,利用由小穗小粒型品种‘密阳46’和大穗大粒型品种FJCD建立的一个包含130个家系F10的重组自交系群体,测定武夷山和莆田环境下水稻群体的抽穗期,并进行了QTL的定位及环境互作研究。结果表明,在武夷山环境下仅检测到一个与抽穗期相关的加性QTL,位于6号染色体上,解释了25.63%;1个位点存在显著的加性×环境互作效应,而GE互作效应对表型变异贡献几乎为0,表明控制水稻抽穗期基因的表达有显著的环境特异性。     

小麦胚乳14-3-3蛋白的表达及其淀粉体淀粉合成酶的互作

从小麦胚乳中克隆了14-3-3基因,并将其分别插入pET29c和pET41c质粒,用热激法转化大肠杆菌BL21-CodonPlus (DE3)-RP,得到高效表达的蛋白,但融合蛋白主要以包涵体的形式存在。可溶性的融合蛋白可直接通过S-蛋白琼脂糖树脂纯化。包涵体经8 mol L^-1尿素溶解变性,稀释复性后,结合到S-蛋白琼脂糖树脂上,也得到纯化的融合蛋白。复性后的融合蛋白对蔗糖合成酶活性表现抑制作用,说明包涵体14-3-3融合蛋白恢复活性。将结合14-3-3融合蛋白的S-蛋白琼脂糖树脂作为诱饵与小麦胚乳淀粉体提取液进行亲和杂交,与14-3-3蛋白特异互作的淀粉合成酶结合到S-蛋白琼脂糖树脂上,Western 检测结果表明, 淀粉体淀粉合酶I(SSI)、淀粉合酶II(SSII)、淀粉分支酶IIa(SBEIIa)、淀粉分支酶IIb(SBEIIb)和ADP焦磷酸化酶大亚基(SH2)与14-3-3蛋白存在互作,而淀粉分支酶I(SBEI)、淀粉磷酸化酶(SP)、D-酶(DE)和ADP焦磷酸化酶小亚基(BT2)不能与14-3-3蛋白结合,说明小麦胚乳14-3-3蛋白对淀粉体淀粉合成具有一定的调控作用。     

中外科品种光温互作效应比较研究

来源不同的参试冬小麦品种（春小麦品种）具有对春化（日长）反应敏感性远大于对日长（春化）反应的一般特征,但英国冬小麦兼有中国超强冬性品种的短日效应和冬性品种的春化累积量;美国冬性品种则兼有中国强冬性品种的春化累积量和冬性品种的长日反应特性。英、澳春性小麦对春化作用也有微弱反应,类似中国南方冬播春性小麦。中国中熟冬麦区温光条件与英美品种温光特性差异是引种生育期较长、成熟偏晚的主要原因。     

玉米穗长上位效应和Q×E互作效应分析

以掖478×丹340的500个F2单株为作图群体,利用混合线性模型的复合区间作图法对397个F2： 3家系在5个生态环境下进行穗长的QTL定位分析.共检测到16个穗长QTL,单个QTL所解释的表型变异在0.15%～6.24%,累计贡献率为47.8%.在16个QTL中有10个与环境发生互作,占62.5%,贡献率在0.48%～3.78%之间.上位性互作检测到4对QTL,未检测到上位性QTL与环境互作.表明穗长受微效多基因的控制,易与环境发生互作,上位性互作在其遗传中起一定作用.     

大豆蛋白质含量相关QTL间的上位效应和QE互作效应

利用Charleston×东农594重组自交系构建的SSR遗传图谱及混合线性模型方法对2002—2006连续5年的大豆蛋白质含量进行QTL定位,并作加性效应,加性×加性上位互作效应及环境互作效应分析。共检测到10个控制蛋白质含量的QTL,分别位于第B2、C2、D1a、E和N连锁群,其中1个表现为遗传正效应,9个表现为遗传负效应,另检测到15对影响蛋白质含量的加性×加性上位互作效应的QTL,解释该性状总变异的13.75%。环境互作检测中,发现9个QTL与环境存在互作,贡献率达到4.47%。     

玉米穗长上位效应和Q×E互作效应分析

以掖478×丹340的500个F2单株为作图群体,利用混合线性模型的复合区间作图法对397个F2∶3家系在5个生态环境下进行穗长的QTL定位分析。共检测到16个穗长QTL,单个QTL所解释的表型变异在0.15%~6.24%,累计贡献率为47.8%。在16个QTL中有10个与环境发生互作,占62.5%,贡献率在0.48%~3.78%之间。上位性互作检测到4对QTL,未检测到上位性QTL与环境互作。表明穗长受微效多基因的控制,易与环境发生互作,上位性互作在其遗传中起一定作用。     

大豆油分含量相关的QTL间的上位效应和QE互作效应

利用Charleston × 东农594重组自交系构建的SSR遗传图谱, 及混合线性模型方法对2002年到2006年连续5年的大豆油分含量进行QTL定位, 并作加性效应, 加性×加性上位互作效应及环境互作效应分析。共检测到11个控制油分含量的QTL, 分别位于第A1、A2、B1、C2、D1a、D1b、F、H和O连锁群上, 其中2个表现为遗传正效应, 9个表现为遗传负效应, 另检测到15对影响油分含量的加性×加性上位互作效应的QTL, 解释该性状总变异的17.84%。发现9个QTL与环境存在互作, 贡献率达到5.76%。     

植物生长调节剂与杀菌剂互作防治棉花枯萎病及增效作用探究

本实验旨在筛选出能有效防治棉花枯萎病的植物生长调节剂与杀菌剂组合,并探究其增效机理,为植物生长调节剂与杀菌剂互作防治棉花枯萎病提供技术指导和理论依据。通过室内毒力测定挑选EC₅₀最小的2种杀菌剂;通过种子活力和分生孢子萌发实验确定植物生长调节剂的最适浓度;两者混用进行室内盆栽试验,测定两者互作的防治效果及增效作用;通过q RT-PCR测定茉莉酸(jasmonic acid,JA)和水杨酸(salicylic acid,SA)途径相关基因在棉花中的表达量。试验结果发现,5种杀菌剂中多菌灵和萎锈灵的EC₅₀最小,对枯萎病菌的毒力最强,EC₅₀分别为13.894 mg/L和29.566 mg/L;综合苄氨基嘌呤和萘乙酸2种植物生长调节剂对种子活力的影响和对枯萎病菌分生孢子萌发的影响,得到其最适防治浓度分别为5 mg/L和50 mg/L。杀菌剂与植物生长调节剂互作防治棉花枯萎病效果最好的为苄氨基嘌呤与多菌灵组合,防效可达80.95%,且具有显著增效作用;qRT-PCR结果显示,JA和SA途径相关基因在药剂处理的棉花中的相对表达显...     

烟草质子泵互作蛋白NTPpi1基因的克隆及其生物信息学分析

为了能够更好地选育高钾烟草品种,本研究根据烟叶钾元素含量全基因组关联分析结果,克隆了烟草质子泵互作蛋白NTPpi1的基因序列。生物信息学分析发现,NTPpi1基因长度为1 834 bp,开放读码框为981 bp,编码的蛋白质序列由326个氨基酸组成;蛋白质分子量为145.3 kD,蛋白质等电点为5.00;通过在线软件TMHMM 2.0 Server预测发现,该蛋白存在一个跨膜的螺旋结构,且跨膜长度有23个氨基酸。氨基酸序列多序列比对分析结果显示,NTPpi1的氨基酸序列与其他植物Ppi1氨基酸序列的一致性为80.82%。通过NetPhos 3.1 Server软件对质子泵互作蛋白NTPpi1的磷酸化位点进行预测,发现有29个可以磷酸化的位点,其中第321位的Threonine磷酸化位点位于跨膜区域,推测这个位点可能是该蛋白与ATP酶质子泵相互作用的位点。以上结果的发现为高钾烟草品种的选育提供一定的理论支持。     

西瓜减数分裂相关基因ClSPO11-1的互作蛋白筛选

减数分裂是有性生殖的关键过程.Ⅱ型拓扑异构酶SPO11是在植物减数分裂过程中起重要作用的一类酶,然而,该类酶在减数分裂过程中的具体分子作用机制目前尚有待鉴定.本研究以西瓜花蕾cDNA为模板,首次克隆获得西瓜拓扑异构酶基因ClSPO11-1的CDS全长1 095 bp,编码394个氨基酸.为了进一步研究ClSPO11-1...     

木薯MeSAUR1互作蛋白的筛选及鉴定

木薯MeAGPS1a基因编码的小亚基是淀粉合成关键酶AGPase的催化中心,前期研究发现MeSAUR1转录因子可结合MeAGPS1a基因启动子并调控该基因表达。采用酵母双杂交技术筛选MeSAUR1转录因子的互作蛋白,可进一步解析MeAGPS1a基因表达的分子调控网络。本研究构建了MeSAUR1的酵母双杂交诱饵载体pGBKT7-MeSAUR1,采用酵母双杂交技术从木薯cDNA文库中筛选MeSAUR1的候选互作蛋白,结果共筛选出31个阳性克隆。通过酵母双杂交点对点实验验证了候选互作蛋白MePP2C与MeSAUR1的互作关系,本研究结果有助于揭示Me SAUR1蛋白调控木薯淀粉合成的互作网络。     

槟榔黄叶病毒1外壳蛋白的互作蛋白筛选

为明确槟榔黄化病致病机理,探究槟榔黄叶病毒1 (areca palm leaf yellowing virus 1, APLYV 1)病毒与宿主蛋白之间相互作用的机制,本研究以槟榔叶片为材料,构建槟榔cDNA酵母双杂交文库,以APLYV 1的外壳蛋白(coat protein, CP)为诱饵,构建诱饵载体pGBKT7-CP,采用酵母双杂交技术,从槟榔cDNA文库中筛选与其互作的蛋白。结果表明,成功构建槟榔酵母文库,文库容量达1.1×10⁷以上,重组率为100%,插入片段平均长度>1 000 bp。成功构建诱饵载体pGBKT7-CP,通过自激活实验检验,阳性对照在四缺培养基平板上能正常长菌且显蓝,阴性对照和实验组在二缺培养基平板上能正常长菌,在三缺和四缺培养基平板上未长菌,表示构建成功的重组诱饵载体无自激活活性,可用于筛库实验。共筛选出13个阳性克隆,经NCBI网站与槟榔转录组库进行比对,最终得到10个候选槟榔蛋白,包含sHSP (small Heat Shock Protein)与DnaJ蛋白等。选择DnaJ蛋白,通过理化性质分析和蛋白二级结构预测,发现该槟...     

大豆产量及主要农艺性状QTL的上位性互作和环境互作分析

以栽培大豆晋豆23为母本,半野生大豆灰布支黑豆ZDD2315为父本杂交衍生的F2:15和F2:16的447个RIL家系为遗传群体,绘制SSR遗传图谱,采用混合线性模型方法,对2年大豆小区产量及主要农艺性状进行加性QTL、加性×加性上位互作及环境互作分析。结果检测到9个与小区产量、茎粗、有效分枝、主茎节数、株高、结荚高度相关的QTL,分别位于J_2、I、M连锁群上,其中小区产量、茎粗、株高、有效分枝和主茎节数QTL的加性效应为正值,说明增加这些性状的等位基因来源于母本晋豆23。同时,检测到7对影响小区产量、茎粗、株高和结荚高度的加性×加性上位互作效应及环境互作效应的QTL,共发现14个与环境存在互作的QTL。上位效应和QE互作效应对大豆小区产量及主要农艺性状的遗传影响较大。大豆分子标记辅助育种中,既要考虑起主要作用的QTL,又要注重上位性QTL,才有利于性状的稳定表达和遗传。     

拟南芥LBD15互作蛋白的筛选和鉴定

为了进一步挖掘拟南芥LBD逆境胁迫响应基因在植物非生物逆境胁迫应答中的作用,探究拟南芥逆境胁迫响应机理,将前期筛选到的LBD15基因构建到pGBKT7酵母表达载体上,筛选与LBD15互作的蛋白。利用酵母双杂交技术筛选了拟南芥全长均一化的酵母文库,在本次筛库试验中,146个样有107个测出序列,通过NCBI Blast分析,其中有96个获得了基因号,占总数的87.9%。根据基因号进行分类,得到了48个蛋白,在筛选到的48个蛋白中有59%的蛋白都是有重复的。然后把基因号通过网站TAIR(www.arabidopsis.org/index.jsp)查找其蛋白序列,通过亚细胞定位预测网站(http://cello.life.nctu.edu.tw/)分析其亚细胞定位,定位分析结果表明,这些蛋白主要定位于叶绿体、细胞质和细胞核。利用Blast2GO进行Gene Ontology注释显示互作蛋白共参与了14个生物过程,包括细胞过程、代谢过程、刺激响应、生物过程的调控、单组织和多组织过程及发育进程调控等。对得到的可能互作蛋白随机挑选了5个进行了互作蛋白的分离和回复验证,结果发现,AP19蛋白及其他一些蛋白的菌落能够在营养缺陷型的平板上正常生长,进一步证实了其为互作蛋白。酵母双杂交文库的成功筛选为进一步研究拟南芥LBD15的分子作用机制奠定了基础。     

大豆叶片性状和叶绿素含量QTL间的上位性和环境互作效应

以丰产性好、抗旱力强的栽培大豆晋豆23为母本,山西农家品种半野生大豆灰布支黑豆为父本杂交衍生的447个RIL作为供试群体。将亲本及447个家系分别于2011、2012和2013年采用随机试验种植,按照标准测量叶长、叶宽和叶柄长3个性状,并于2012年8月1日和8月8日和2013年8月2日和8月9日各测量1次叶绿素含量。采用QTLNETwork 2.0混合线性模型分析方法和主基因+多基因混合遗传分离分析法,对大豆叶片性状和叶绿素含量进行遗传分析和QTL间的上位性和环境互作效应研究。结果表明,叶长受2对加性-加性×加性上位性混合主基因控制,叶宽受3对等效主基因控制,叶柄长受4对加性-加性×加性上位性主基因控制,叶绿素含量受4对加性主基因控制;检测到10个与叶长、叶宽、叶柄长和叶绿素含量相关的QTL,分别位于A1、A2、C2、H_1、L和O染色体。其中2个叶长QTL分别位于C2和L染色体,是2对加性×加性上位互作效应及环境互作效应QTL;3个叶宽加性与环境互作QTL分别位于A2、C2和O染色体;2个叶柄长QTL分别位于L和O染色体;3个叶绿素含量QTL分别位于A1、C2和H_1染色体。叶片性状和叶绿素含量的遗传机制较复杂,加性效应、加性×加性上位互作效应及环境互作效应是大豆叶片性状和叶绿素含量的重要遗传基础。建议大豆分子标记辅助育种中,一方面要考虑起主要作用的QTL,另一方面要注重上位性QTL的影响,这对于性状的遗传和稳定表达具有积极的意义。     

拟南芥G蛋白α亚基GPA1互作蛋白铜离子结合蛋白AtBCB的鉴定及功能分析

拟南芥G蛋白复合体(异源三聚体包括α、β、γ亚基)参与植物多个信号转导途径,G蛋白复合体通过膜上的G蛋白偶联受体(GPCR)接受胞外信号后通过3个亚基将信号传递给下游效应器。目前,有关植物G蛋白复合体的效应器及其信号传递途径的报道较少,寻找新的G蛋白的效应器有助于阐明G蛋白复合体相关的信号传导途径。本研究以拟南芥G蛋白α亚基GPA1为诱饵蛋白,利用泛素分离系统筛选拟南芥cDNA文库,获得一个与GPA1互作的铜离子结合蛋白AtBCB。荧光双分子杂交(BiFC)试验证明,GPA1与AtBCB的互作发生在细胞膜上。基因表达特性分析结果显示,GPA1和AtBCB受金属铝胁迫的诱导表达。进一步以野生型拟南芥(WT)、GPA1拟南芥突变体gpa1-4和AtBCB拟南芥突变体bcb为材料,研究该基因对植物耐金属铝胁迫的功能,结果显示,在无胁迫情况下,2个突变体和WT根部的丙二醛含量无显著差异;在100 µmol L^–1 Al³⁺处理下,gpa1-4突变体根部丙二醛含量显著(P<0.05)低于WT低;bcb根部丙二醛含量极显著(P<0.01)高于WT。对3个铝胁迫响应基因(苹果酸转运体基因AtALMT1、半类型ABC转运蛋白基因ALS1和ABC转运蛋白基因ALS3)的表达进行Real-time PCR分析,比较它们在突变体和野生型之间的表达差异,发现在有铝和无铝处理情况下,ALS1和ALS3的表达水平在突变体和WT间均无显著差异;在铝处理下,gpa1-4中AtALMT1的表达量极显著高于WT;在bcb中的表达量显著低于WT。以上结果表明,植物通过细胞膜上的G蛋白α亚基GPA1和铜离子结合蛋白AtBCB的相互作用调控下游基因AtALMT1的表达,参与植物对铝胁迫的响应,其中GPA1对铝胁迫耐受起负向作用,AtBCB对铝胁迫耐受起正向作用。     

基于立枯丝核菌侵染结缕草转录组数据的植物-病原菌互作分析

植物进化出复杂而精准的信号网络以调控寄主细胞响应病原菌侵染。为探究植物与病原菌互作过程的分子机制,本研究基于立枯丝核菌侵染结缕草的Zoysia·Unigene库与差异表达基因库,利用生物信息学分析主要生物代谢过程并筛选出结缕草与立枯丝核菌互作的分子过程,发现Ca²⁺调节与磷酸化两条路径与结缕草响应立枯丝核菌密切相关,且侵染24 h是互作的重要时间节点。本研究揭示结缕草与立枯丝核菌互作的分子机制,以期为草坪草在抗褐斑病的分子机制方面的研究提供理论依据。