豆科全基因组DGAT 基因家族的鉴定与进化分析

本文运用生物信息学方法在12个豆科植物基因组中对DGAT（甘油二酯酰基转移酶）基因进行了全基因组鉴定，发现在四倍体花生和大豆基因组中含有的基因拷贝数相对较多，分别为17、10，这可能是导致其油脂合成能力高于其他作物的重要因素。通过对家族基因进行系统发育分析，发现DGAT 基因在真双子叶植物分化之前已存在，在豆科植物中经历反复的全基因组加倍，使得家族得到扩张；并且串联重复对于家族扩增起到了不可忽视的作用，如葡萄中的两个旁系同源基因，由于串联重复使得基因拷贝数量提高了150%。大豆中DGAT 基因在不同的组织中表达模式与其系统发育关系也表现出了关联性。该基因家族相对保守，与豆科基因组进化基本保持了一致的进化速率。本研究对于认识豆科植物DGAT 基因进化过程具有重要的理论意义，同时在基因组学水平为大豆、花生等油脂合成品质改良提供了理论支撑。     

中国水仙STK类抗病基因同源序列的克隆与分析

根据丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶类(serine-threonine kinase,STK)抗病基因结构中的保守结构域设计简并引物,以中国水仙的基因组DNA为模板,扩增获得4条STK类抗病基因同源序列。同源性分析表明,其均具有STK保守结构域,与已经克隆的Xa21、Pto、Lr10、Lectin等基因在氨基酸水平上的同源性为38.3%～68%。系统进化树分析表明,它们可能是抗病基因的同源序列,这为进一步克隆中国水仙中STK类抗病基因提供依据。     

水稻谷蛋白基因GluB-6的cDNA克隆及表达

根据已克隆谷蛋白基因的保守氨基酸序列搜索基因组数据库,获得与之高度同源的水稻基因组序列,通过生物软件进行基因预测和验证,用RT PCR法克隆得到1个新的谷蛋白基因的cDNA克隆。核酸序列分析和体外表达结果表明,该基因cDNA序列全长为1517 bp,含有1个编码495个氨基酸残基的开放阅读框（ORF）,推导的氨基酸序列与谷蛋白基因家族的相似性介于53.6%~82.8%,并与B亚族谷蛋白基因的同源性更高,因此命名为GluB 6（GenBank注册号AY429651）。Northern杂交显示,GluB 6基因具有高度的胚乳表达特性。     

甘蓝型油菜Δ9硬脂酰ACP脱氢酶（SAD)基因的克隆与表达分析

为改良甘蓝型油菜菜籽油脂肪酸的组分,根据拟南芥Δ9硬脂酰ACP脱氢酶（SAD)核酸序列特征,检索白菜全基因组SAD基因和cDNA的可能序列,通过同源序列法克隆获得6个甘蓝型油菜SAD基因。比对结果显示,这6个基因编码的氨基酸序列同源性达53.2%~96.3%。系统进化分析显示,甘蓝型油菜SAD基因与蓖麻、大豆、芝麻、葵花等6个油料作物SAD基因的序列相似性很高,甘蓝型油菜与这些高等植物的SAD基因在进化上具有较高的保守性。本文还对4个甘蓝型油菜SAD基因BnSAD1:1、BnSAD2:1、BnSAD2:2和BnSAD2:3进行了表达模式分析,发现它们在种子发育过程中表达,并且都在40d的种子中表达量达到最高值,推测这4个基因均参与了硬脂酰ACP (C18:0-ACP)脱氢生成油酰基ACP(Δ9C18:1-ACP)的过程,尤其是BnSAD2:3可能为种子特异表达基因。     

水稻柠檬酸合酶编码基因的初步研究

 以粳稻cDNA为模板，设计一对特异性引物，获得编码水稻柠檬酸合酶基因的cDNA序列，全长为1470 bp，ORF区含475个氨基酸，推定蛋白序列与红葡萄、烟草、甜菜、拟南芥和柑橘等物种都有较高的同源性（>70％），氨基末端含一线粒体靶信号。Southern分析表明此基因在水稻基因组中具有多个拷贝数。经0.4 mmol/L IPTG诱导,根据Western印迹分析获得预测的蛋白大小为59 kD。     

大豆GmMP基因的功能预测及表达分析

通过在大豆基因组数据库中检索拟南芥AtMP(ARF5)在大豆中的同源基因,获得了GmMP基因序列。对GmMP基因编码的氨基酸序列及启动子序列进行生物信息学分析,结果表明:GmMP基因CDS序列全长2 802 bp,编码933个氨基酸。GmMP编码的蛋白为疏水性蛋白。结构域分析表明:GmMP含有B3和AUXIN RESPONSE FACTOR结构域,同时该基因是ARF家族的成员。GmMP预测的启动子区域含有与激素、胁迫、光应答、生物钟调控和转录因子结合相关的顺式作用元件。系统进化分析表明MP在豆科植物进化过程中比较保守。组织特异性表达分析结果显示GmMP在叶片中表达量最低,在茎尖中表达量最高,推测其可能参与生长素的代谢途径。     

禾谷镰刀菌Homeobox基因结构及其演化关系分析

对致病菌禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)全基因组序列中可能的Homeobox基因进行生物信息学分析.结果表明:该菌含有12个可能的Homeobox基因;它们所编码的蛋白都具有同源异型盒结构域,且该结构域中的L15、P28、W51、R56氨基酸残基最保守;所有的同源异型盒结构域蛋白都定位于细胞核中.分子进化分析表明,禾谷镰刀菌Homeobox基因在进化过程中出现分支,并且其分支早于真核生物的分化.研究结果将为深入分析该基因家族的生物学功能奠定基础.     

小麦ramosa2基因的克隆与序列分析

为了研究ramosa2基因在小麦中的功能,以普通小麦(Triticum aestivum L)中国春基因组为模板,玉米、高梁、水稻和大麦中ramosa2基因保守序列为参考设计引物,扩增到1条全长为771 bp的目的片段.序列分析表明,该核酸序列与高梁、玉米、水稻和大麦中ramosa2基因的同源性高达82.9%～95.2%;其预测编码的氨基酸序列与高粱、玉米、水稻和大麦ramosa2基因的氨基酸序列同源性达79.2%～95%.     

应用候选基因定位水稻抗稻瘟病QTL

 应用经克隆了的已知功能或有潜在功能的DNA序列,即候选基因，作为分子标记，在中156/谷梅2号F8重组自交系群体中进行水稻抗稻瘟病QTL的分析。大部分候选基因在水稻染色体上成簇分布，并且位于已知抗病基因簇区域。应用复合区间法检测到1个调控病斑大小和1个调控病斑数量的QTL，前者位于第1染色体CG36a~RM212区间，贡献率为4.17%，抗性等位基因来自父本谷梅2号；后者定位于第2染色体CG18a~RM263区间，贡献率为6.25%，抗性等位基因来自母本中156。同时检测到2对控制病叶面积和1对控制病斑大小的基因互作。这些QTL和互作基因涉及抗性基因同源序列、离子通道调控子以及编码致病相关蛋白和几丁质酶的基因，表明候选基因的应用有助于揭示QTL的功能。玉米锈病抗性基因Rp1与稻瘟病抗性有关，提示了利用水稻这个模式作物来克隆较大基因组中有利基因的可能性。     

水稻对不同小种稻瘟菌抗性差异表达基因的鉴定

 以同一水稻品种接种不同小种稻瘟菌，利用抑制消减杂交（SSH）技术构建水稻 稻瘟菌非亲和/亲和互作消减cDNA 文库。 经差异筛选、序列分析及RT PCR验证，共获得25个独立的差异表达cDNA克隆。根据与它们同源基因的功能推测，这些cDNA克隆可能参与了对病原菌的防卫反应、转录和蛋白合成与修饰等一些重要的生物学过程。通过RT PCR检测了差异表达基因在非亲和/亲和互作早期的表达谱，所有被检测基因在非亲和/亲和互作零点的表达水平均相同，而在接种后的其他时间点，它们的表达在互作反应中或被诱导或被抑制，说明这些表达的变化仅仅与接种的不同小种有关，肯定了所分离到的基因及其表达变化的可靠性。受不同小种病原菌侵染后，由于一些参与防卫反应的基因被诱导或被抑制的程度和持续时间的不同可能导致水稻小种特异的抗性。     

水稻DnaJ蛋白的生物信息学分析

DnaJ蛋白是一类很大的蛋白家族,因含有保守的DnaJ结构域而得名。本文对水稻DnaJ蛋白进行了生物信息学分析表明,水稻中共有101个DnaJ蛋白,分为典型的三大类。通过表达证据搜索发现,除了11个基因没有表达证据外,其他基因在水稻中都有表达。此外,对水稻的DnaJ蛋白家族进行了初步的进化分析。     

香叶醇生物合成相关基因NUDX1的进化分析

茶树中存在2个亚细胞定位不同的NUDX1基因（CsNUDX1-cyto和CsNUDX1-chlo）,其中定位于细胞质的CsNUDX1-cyto基因与香叶醇生物合成密切相关。为探究NUDX1基因在不同茶树品种中的序列、功能差异及其在物种间的进化,通过序列比对、基因克隆、进化树构建、代谢物分析、功能验证等分析了该基因在茶树与非茶树植物中的进化以及香叶醇积累差异。结果表明,不同茶树基因库中组装的CsNUDX1s核苷酸序列存在差异;RT-PCR克隆显示4个阿萨姆变种和4个中国变种茶树中均有CsNUDX1-cyto和CsNUDX1-chlo的阳性克隆,且核苷酸序列存在差异。利用Phytozome网站数据进行序列比对及进化树构建,结果显示共有58个植物中存在CsNUDX1同源基因;该基因在植物物种间较为保守,在低等植物藻类基因组中也存在;在单子叶禾本科植物中,除短柄草（Brachypodium distachyon）泛基因组中存在蛋白序列匹配率大于58%的目的基因,其余均较低,尤其是在部分禾本科植物中该基因存在缺失。代谢物分析表明15个禾本科植物水稻、小麦和玉米品种鲜叶中均未检测到香叶醇的合成,而4个茶树品种嫩梢中香叶醇含量为0.87~4.12 μg·g^-1。此外,茶树CsNUDX1s基因在幼嫩叶片中有高表达;阿萨姆变种茶树佛香3号的CsNUDX1-cyto同样具有合成香叶醇的功能。本研究表明,NUDX1基因广泛存在植物基因组中,在茶树基因组中存在2个CsNUDX1s基因,并与茶树叶片中香叶醇的合成相关。     

水稻功能基因的电子克隆策略

 电子克隆是随着基因组计划和EST计划实施发展起来的，利用生物信息学手段进行基因克隆的新方法。已经公布的水稻基因组序列框架图，使得水稻的电子克隆路线得以实施。介绍了水稻电子克隆的基本原理、应用实例、相关的生物信息资源、存在问题和展望。     

转座子Ac/Ds的水稻转化及杂交后代中Ds的跳跃分析

摘要: 利用根癌农杆菌介导的转化法, 把双元表达载体CamDs（含有激活标签和基因捕获器结构）和含有玉米Ac转座酶的质粒(NeaAc)转入水稻。PCR结果表明Ac和Ds已整合到水稻的基因组中。转Ac植株与转Ds植株杂交,获得了12个杂交组合。杂交F1代水稻苗经过抗生素筛选,得到108株同时含有Ac和Ds因子的水稻苗。Basta抗性检测了Ds因子在杂交F1代中的跳跃情况,发现转座频率为13%。Ds空供体位点的PCR扩增结果与Basta抗性检测一致。另外,对跳动过的植株进行部分组织GUS染色表明Ds因子中的基因捕获器可以捕获到基因的表达。     

几个转bar基因水稻外源基因的遗传学行为研究

利用春江03等4个品种的转基因株及后代稳定系进行遗传研究表明,bar基因作为一个显性单位已整合在水稻核基因组中,转基因株稳定系TR3、TR4、TR5、TR6对除草剂Basta的抗性均受1对显性基因控制,且4个转基因株稳定系间bar基因互不等位,不同位点的bar基因之间存在基因互作,表现为基因重叠作用。Southern杂交分析结果表明,TR5、TR6的bar基因整合位点互不相同,但可通过杂交育种重组到同一个水稻核基因组中。     

转基因与常规杂交相结合改良水稻耐盐性

通过农杆菌介导法和基因枪法将CMO、BADH、mtlD、gutD和SAMDC基因以单价或双价的形式导入水稻常规品种中,再结合常规杂交育种,选育5价强耐盐性的转基因水稻植株。1~5价9类组合的水稻品系,经PCR分子检测,在转基因后代中多价目的基因聚合,遗传稳定,且分子检测与田间耐盐性的表现一致。转基因植株在盐碱地中能正常生长,拓展了水稻常规品种耐盐性。并已获得耐0.5%~1.0%NaCl的T秀水11——品3、品6和品7等9份优良株系或中间材料。     

基于遗传位置的水稻与玉米重要农艺性状QTL比较研究

 收集整理了水稻与玉米15个共有性状已发表的QTL定位信息,依据QTL遗传位置信息整合遗传图谱,开展了水稻与玉米基因组QTL水平的比较研究工作。结果表明：1）任一性状QTL的定位频率在染色体上的不同区域内是不同的,存在着若干“热点区域”。QTL定位频率较高的区域,往往能够反映不同遗传背景、不同环境条件下这一区域对特定性状的强表达。在这些区段内,有较高的概率找到控制这一性状遗传率较高的QTL。2）几个不同性状QTL的热点区域常常发生重合,这可能是控制不同性状的基因在染色体上密集排列紧密连锁成一个基因簇造成的;也可能是一个基因影响了多个性状,即一因多效的结果。这些同时对几个性状产生影响的活跃区域,对作物的遗传改良有较大利用价值。     

Allelic Analysis for bar Gene from Different Rice Transformation Events

Abstract

Mechanism(s) of gene transformation and integration in rice (Oryza sauva L.) is/are not currently well understood. This research was conducted to determine whether a transgene is inserted into the rice genome specifically or randomly. Seven homozygous transgenic Taipei (T) 309 and Nipponbare plants with the bar transgene from different rice transformation events were crossed. The segregation of F2 and F3 populations from a total of 21 crosses was studied in a greenhouse and field to determine if the genes were allelic or non-allelic. Five genomic locations appeared to be involved among the seven transgenic plants. An additional 20 homozygous transgenic T309 plants, with the bar transgene from different transformation events, were crossed reciprocally with the previous seven plants. One hundred and fifteen crosses made during 1999 and 2000 were analyzed for allelism. In some combinations, the genes were allelic, but most of them were non-allelic, with two or more pairs of genes being expressed. Twenty loci among the 27 transgenic plants were involved and some plants had several inserted genes expressed. Genes in nine out of 27 transformed plants were allelic. We concluded that the functional foreign (bar) gene was restrictively/preferentially inserted into the rice genome in some cases and was not completely randomly inserted and expressed in the rice genome. If the mechanism(s) for preferential insertion were identified, rice researchers could possibly control insertion sites of transgenes to optimize gene expression.