小麦抗病基因类似序列BRG1的分离与功能分析

利用cDNA-AFLP技术筛选到1个在抗黄矮病的小麦-中间偃麦草易位系YW642中特异表达的小麦抗病基因类似序列(BYDV resistance-related gene1, BRG1)的基因片段。利用cDNA末端快速扩增技术(RACE)和RT-PCR技术,从YW642中分离出BRG1基因全长cDNA序列,获得了一个通读的抗病同源基因cDNA序列,编码由645个氨基酸组成的蛋白质,包含1个NB-ARC保守结构域和3个LRR结构域,该蛋白属于nucleotide-site binding, leucine-rich repeats (NBS-LRR)家族。荧光定量或半定量RT-PCR表达分析表明,BRG1在抗病小麦易位系YW642叶片中优势表达,受BYDV的诱导,BYDV接种后48 h表达量最高,BRG1在感病小麦亲本中8601中表达量始终较低,随BYDV接种时间延长呈轻微的下调趋势;而且外源激素水杨酸(SA)与茉莉酸(JA)处理可上调该基因在YW642中的表达。利用病毒介导的基因沉默技术分析了BRG1基因的功能,结果表明该基因沉默的抗病小麦易位系YW642中BYDV相对含量增加,但未造成抗病性表型显著改变,说明该基因参与抗黄矮病反应,但不是小麦抗黄矮病重要基因。     

源于L1的小麦抗黄矮病基因的特异PCR标记及辅助育种的研究

以小麦-中间偃麦草附加系L1为抗源, 选育出抗黄矮病小麦异源易位系HW642, YW443, YW243, Y991029等. 本文以上述易位系及其抗源、小麦亲本作供试材料, 鉴定出一个微卫星(Simple sequence repeat, SSR)标记gwm37-450, 可跟踪、检测源于L1的抗黄矮病基因. 将难以分辨、稳定性差的gwm37-450特异带分离、克隆、测序, 根据测序结果     

抗小麦黄矮病相关蛋白激酶TiDPK1与BYDV外壳蛋白的互作

小麦黄矮病是由大麦黄矮病毒(Barley yellow dwarf virus, BYDV)引起的小麦重要病毒病。分离于小麦–中间偃麦草易位系的蛋白激酶编码基因TiDPK1, 是一个抗小麦黄矮病相关基因。本文报道利用酵母双杂交技术和双分子荧光互补技术对TiDPK1与BYDV外壳蛋白(coat protein, CP)互作的研究结果。酵母双杂交分析结果表明, TiDPK1能够与BYDV-GAV、-PAV株系的CP互作, 双分子荧光互补分析结果进一步表明, TiDPK1可与BYDV的CP互作、产生双分子荧光互补信号, 说明TiDPK1确可与BYDV CP相互作用, 该结果对了解TiDPK1在小麦抗BYDV反应机制具有一定意义。     

现代生物技术和常规育种相结合选育抗黄矮病春小麦新品种的研究

我院与中国农科院作物所合作,利用含中间偃麦草抗黄矮病（BYDV）基因的二倍体异附加系材料L1,转基因易位系材料8601／L1和常规育种相结合育成两个抗黄矮病春小麦新品种张春19号、张春20号应用于生产,经酶联免疫吸附分析（ELISA）和互补DNA分子探针原位杂交检测（GISH）,高抗本区流行黄矮病GPV株系。其中张春20号品质优良,蛋白质含量15．23％,沉降值40．3mL,面包烘烤品质评分94．9分,属优质专用面包小麦品种。     

抗黄矮病小麦生物技术育种研究进展

由蚜虫介导的大麦黄矮病毒引起的小麦黄矮病,难以预测,一旦发病尚无药可治,有“小麦癌症”之称,近年有扩展和危害加重的趋势。综述了国内外在小麦近缘抗病基因发掘与利用、基于BYDV自身基因和蚜虫传毒蛋白基因进行生物技术、基因工程育种方面的进展,介绍了利用生物技术培育抗黄矮病小麦新种质与品种的情况,植物抗黄矮病基因遗传与定位的研究进展,提出了今后研究与发展方向。 ;     

抗黄矮病小麦新品系YW243的选育和细胞分子生物学鉴定

以小麦-中间偃麦草二体异附加系L1的衍生系PP9-1为黄矮病抗源, 从［(PP9-1/陕785 9 //丰抗8号)F1×(3×丰抗13号/Khapli)F4］杂交组合F2代花药培养再生植株中选育出 一个抗黄矮病小麦新品系YW243。 经黄矮病毒田间接种鉴定, 细胞学分析, GISH和RFLP分 子标记检测, 结果表明： 该系高抗黄矮病毒GPV、 GAV株系, 体细胞染色     

应用GISH与STS标记鉴定小麦-中间偃麦草抗黄矮病端体系

由大麦黄矮病毒引起的小麦黄矮病毒病是一个严重病害,至今在小麦属内还没有发现抗源。中间偃麦草2Ai-2染色体携带一个高抗黄矮病基因,对该基因的染色体臂定位将为制定抗病基因向小麦转移策略,筛选、开发特定的、与抗性连锁的分子标记的研究提供重要信息。本文对由小麦-中间偃麦草二体附加系Z6衍生的3个抗黄矮病端体系进行鉴定,通过分析端体的遗传构成、筛选与端体共分离的STS标记以确定端体在遗传上的染色体臂归属,从而明确BYDV抗病基因的染色体位置。以拟鹅冠草基因组[Pseudoroegneria strigosa (M. Bieb.) Löve,St]DNA为探针,中国春基因组(Triticum aestivum L., ABD) DNA作封阻分别对抗病亲本Z6及抗病端体系N530的根尖体细胞染色体进行原位杂交,结果表明,N530体细胞中有2个端体显示出与Z6中外源染色体2Ai-2短臂相似, 而与长臂不同的杂交信号。以小麦第2同源群的5个RFLP探针的DNA序列为基础,设计了6对PCR引物,对小麦-中间偃麦草二体异附加系、二体代换系和端体系进行扩增,结果表明,基于短臂探针psr126,psr131序列设计的2对引物,可在含有2Ai-2染色体及端体的抗黄矮病材料中特异扩增,而基于长臂探针psr112序列设计的1对引物,可在含有2Ai-2染色体的抗黄矮病材料中特异扩增,但不能在端体系进行特异扩增,证明外源端体为2Ai-2染色体的短臂。本研究不仅将黄矮病抗性基因定位于2Ai-2染色体的短臂上, 而且由RFLP探针psr126、psr131和psr112序列转化的标记STS₁₂₆ (sequence tagged site) STS₁₃₁和STS₁₁₂还可分别作为追踪2Ai-2染色体短臂和长臂的分子标记,用于抗病易位系辅助选择。     

BYDV GAV编码蛋白质的定位、互作及致病相关功能研究

大麦黄矮病毒引起的小麦黄矮病是我国小麦生产上重要的病毒病。BYDV GAV株系是我国小麦黄矮病的主要病原,目前有关BYDV GAV编码蛋白质P1、P2和CP的功能研究鲜有报道,因此,研究P1、P2和CP的功能,可为深入研究BYDV GAV的致病机制奠定基础。通过Mega 7.0构建系统进化树,对BYDV GAV株系编码蛋白质P1、P2和CP的核苷酸序列进行同源进化分析;通过构建P1、P2和CP的YFP表达载体,转化GV3101农杆菌后浸润本氏烟,激光共聚焦显微镜观察确定3个蛋白质的亚细胞定位;构建BYDV GAV 5个编码蛋白质的双分子荧光互补载体,转化GV3101农杆菌后分别与P1、P2和CP共浸润本氏烟叶片,通过激光共聚焦显微镜观察确定这3个蛋白质与其他病毒蛋白质的体内互作情况;通过构建P1、P2和CP的马铃薯X病毒(PVX)异源表达载体,转化GV3101农杆菌后接种本氏烟,接种后5 d观察症状形成,并采集系统叶进行病毒积累量检测,研究3个蛋白质对该病毒致病性的影响。结果表明,BYDVs的4种分离物中,PAV与GAV在核苷酸水平上的亲缘关系最近。BYDV GAV编码的P1、P2和C...     

不同簇毛麦6VS染色体臂的白粉病抗性特异功能标记的开发及应用

小麦6VS·6DL易位系Pm97033和6VS·6AL易位系92R137中的6VS染色体臂来自不同的簇毛麦种质,均表现良好的白粉病抗性,本研究利用分子标记对这2个易位系所包含抗病基因的异同进行了鉴定。利用与Pm21抗白粉病相关的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶Stpk-V基因(GenBank登录号为HQ864471.1)的基因组和cDNA序列为基础,在包含至少1个内含子的2个编码区设计引物,从Pm97033中扩增获得特异的多态性片段。为进一步提高特异性和扩增的稳定性,对特异扩增片段测序并重新设计引物,扩增筛选获得2个引物对,其中PK-F1/PK-R可专一扩增6VS·6DL易位系Pm97033及其抗病亲本,而PK-F2/PK-R可同时特异扩增2个不同来源的簇毛麦6VS染色体,但二者间的特异片段具有多态性。利用这2对引物,对系谱中包含6V(6D)和6VS·6AL、抗白粉病的小麦品系CB037进行检测,发现仅出现与6VS·6AL易位系相同的簇毛麦扩增片段,不存在簇毛麦No. 1026 (Pm97033的6VS供体)的扩增片段。基因组原位杂交结果表明,CB037仅含1对小麦-簇毛麦的易位染色体,用已报道的分子标记检测证明易位涉及的小麦染色体为6A,与本研究开发的分子标记检测结果相吻合,表明CB037携带的白粉病抗性基因来自6VS·6AL易位系92R137,其白粉病抗性可能与Pm97033具有不同的遗传基础。     

利用中间偃麦草抗病基因同源序列分离黄矮病抗性候选基因克隆

根据已克隆植物抗病（R）基因编码蛋白质的保守结构设计简并引物,利用同源序列法PCR扩增、克隆到9个具有开放阅读框的中间偃麦草R基因同源片段（Resistance Gene Analogs,RGAs）。利用抗黄矮病材料(含Bdv2)、感黄矮病材料（无Bdv2）进行RFLP分析,筛选到1个NBS类RGA序列TirgaZ1与Bdv2连锁。根据TirgaZ1的序列重新设计1对引     

小麦ERF转录因子W17互作蛋白的筛选和解析

来自小麦的ERF转录因子W17基因参与胁迫应答,过表达W17可显著提高转基因拟南芥的抗旱性和抗病性。本研究构建了小麦cDNA文库,通过酵母双杂技术筛选W17的互作蛋白,以期进一步解析ERF蛋白的作用机制。将pGBKT7-W17质粒、pGADT7和小麦文库混合转入酵母细胞AH109,在SD/–Trp/–Leu/–His/–Ade营养缺陷型平板上培养,挑选直径大于2 mm的克隆,在SD/Raf/Gal/X-gal平板上划线培养,筛选蓝色克隆。将筛出的克隆测序、BLAST分析,得到4类与W17相互作用的候选蛋白,分别是胁迫相关功能蛋白、翻译后修饰蛋白、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)大亚基/小亚基以及功能未知蛋白。互作验证表明,Hsp90和PPR蛋白与W17有相互作用关系。这些候选蛋白参与信号转导或免疫过程,暗示W17在植物的逆境信号转导、下游基因转录调控,甚至在翻译过程都有重要作用。     

小麦CpFBA基因的多样性及其对低温处理的响应

叶绿体果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(chloroplast fructose-1,6-biphosphate aldolase,CpFBA)是Calvin循环碳固定过程中的一个关键酶。该酶在光合作用中具有重要的功能,在一些非生物胁迫响应中也起重要的调控作用。本文用RT-PCR、RACE方法从小麦返白系中克隆到三个小麦CpFBA(TaCpFBA)的cDNA序列,预测其中两个编码388AA、另一个编码309AA;在对照矮变1号中克隆到两个TaCpFBA的cDNA序列,预测分别编码388AA和373AA。两个材料中得到的388AA序列完全一致,预测1-37位氨基酸残基是叶绿体定位导肽序列。根据cDNA全长序列设计引物,从返白系和矮变1号中分别扩增得到TaCpFBA的基因组DNA序列,两个序列均包含六个外显子。构建TaCpFBA-eGFP融合表达载体并转化拟南芥原生质体,对基因表达产物进行了亚细胞定位,证明TaCpFBA基因表达产物定位于叶绿体中。用Real TimePCR对小麦CpFBA在低温条件下的表达模式进行了初步研究,结果表明,低温条件下矮变1号中CpFBA的表达先升高后降低,而在低温敏感的小麦返白系中,CpFBA的表达先降低后逐渐升高,揭示了小麦CpFBA在不同的低温响应机制中的表达差异。     

小麦条锈菌诱导性小麦cDNA文库的构建及其质量评价

小麦条锈病是由小麦条锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici)侵染引起的世界性气传叶部病害之一,在我国发生尤为普遍而严重,是小麦(Triticum aestivum L.)生产上最重要病害,克隆并研究小麦抗条锈病相关基因的生物学功能具有重要的应用价值和现实意义.在本研究中用中国当前毒性最强优势条锈菌小种CY32侵染诱导的小麦抗条锈病基因Yr5近等基因品系Taichung29*6/Yr5为试材,构建非亲和条锈菌小种侵染诱导的小麦cDNA文库.研究结果表明所获得的原始文库滴度0.9x106 pfu/mL,扩增文库滴度1.0x109pfu/mL,重组率98%,插入片段在0.5 kb到3.0 kb之间,多在1.0 kb左右.因此该文库可用于基因克隆与分析,为研究小麦抗条锈病相关基因提供条件.     

叶锈菌诱导的小麦叶片cDNA文库的构建及其质量评价

由小麦叶锈菌(Puccinia triticina)引起的小麦叶锈病在世界各地产麦区均有发生,利用抗病品种是防治该病害最经济、安全、有效的方法.小麦抗叶锈基因Lr19是一个十分有效的抗叶锈基因,自1966年首次将该基因从长穗偃麦草转到普通小麦中,至今仍是一个应用潜力很大的抗病基因.本研究以小麦抗叶锈病近等基因系TcLr19和叶锈菌04-15-8①(生理小种类型THTS)为材料,构建叶锈病菌诱导的小麦叶片cDNA文库.研究结果表明文库的克隆数为4.1×106,插入片段大小在0.5～3.0kb,平均插入片段大小1.0 kb.因此该文库可用于基因克隆与分析,为研究小麦抗叶锈病相关基因提供条件.     

普通小麦春化基因VRN3的表达分析及过表达载体构建

通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析了不同发育特性的普通小麦品种VRN3基因的表达,结果表明：VRN3基因在春性品种新春2号叶片中表达呈上升趋势,在雌雄蕊分化期达到最大值,在强冬性品种京841中表达量很低;VRN3在新春2号和京841茎尖中的表达量均极低。以京841的cDNA为模板扩增VRN3基因全长,连接到pCAMBIA3301载体上,构建VRN3基因过表达载体,通过农杆菌茎尖转化法获得了转基因植株,研究结果为春化基因VRN3对小麦春化发育调控的进一步研究提供依据。     

小麦耐盐相关基因TaSTK的克隆

利用RACE方法,从小麦耐盐突变体RH8706-49中扩增获得小麦丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（Triticum aestivum serine-threonine protein kinase）基因TaSTK的全长cDNA序列,含1 958 bp,其中开放阅读框1 431 bp,编码476个氨基酸。其编码区基因组DNA全长为4 095 bp,含5个外显子。该基因的全长cDNA序列及基因组序列均已提交GenBank数据库（登录号：DQ103756和DQ341377）。经过NCBI比对发现该基因的氨基酸序列与丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、酪氨酸蛋白激酶、蛋白激酶都具有较高的同源性。Northern杂交检测表明,TaSTK在小麦中属于盐诱导增强型基因,并且在耐盐材料RH8706-49中诱导增强程度高于敏盐材料H8706-34。TaSTK的杂交信号非常弱,表明TaSTK在小麦幼苗的叶片组织中属于低表达的基因类型。     

小麦籽粒胚乳基因sbe2b cDNA的克隆与原核表达条件的优化

本研究采用RT-PCR技术克隆了小麦胚乳基因sbe2b全长cDNA序列。序列分析表明,该序列与已报道的sbe2bcDNA序列(登录号:AY740401)同源性为98%。同时构建了原核生物表达载体pET28(a+)-sbe2b,对不同的IPTG诱导浓度和诱导时间等条件的优化结果表明,37℃8h能诱导sbe2b融合蛋白的最大量表达,在0.5mmol/LIPTG浓度下可以成功表达出sbe2b蛋白。为进一步体外研究sbe2b的物理化学性质及催化机理奠定基础。     

小麦NBS类抗病相关基因片段RGA-A的初步研究

利用同源序列法分离小麦抗病相关基因同源序列。根据已经克隆的抗病基因保守结构NBS区设计引物,采用RT-PCR方法对小麦抗叶锈病近等基因系材料TcLr24进行扩增。获得了一条通读的525 bp条带RGA-A,通过BLASTp比较,序列中含有典型的NBS保守结构域,与很多已知植物抗病基因的功能相应区域一致,编码的蛋白与大麦中抗性蛋白亲缘关系较近。半定量RT-PCR分析表明,RGA-A受叶锈菌诱导表达,表明该基因在小麦叶片中与抗叶锈性相关。该NBS类抗病基因相关片段的获得为研究小麦抗病基因奠定了基础。     

白粉菌(Erysiphe graminis)侵染诱导表达的小麦糖苷水解酶基因TaGlc2的克隆与鉴定

真菌病害是世界小麦生产中的最重要的病害之一。目前,在小麦中已经鉴定出一批小麦病菌侵染诱导基因,包括病程相关基因和抗真菌水解酶基因（葡聚糖酶基因和几丁质酶基因）。最近的研究表明,植物1,3-β-葡聚糖酶参与对真菌侵染的防卫。本研究从小麦cDNA文库中克隆出一个编码小麦1,3-β-葡聚糖酶的新基因,命名为 TaGlc2。该基因编码的氨基酸序列与糖苷水解酶基因家族17高度同源。采用实时定量PCR分析方法对TaGlc2基因在白粉菌侵染(Erysiphe graminis)后小麦叶片中的表达模式进行研究,发现TaGlc2基因在白粉菌侵染6 h后表达明显增强,至24 h达到峰值,说明该基因受白粉菌侵染诱导表达。还获得了TaGlc2基因5'上游调控区序列,发现存在与病菌侵染响应有关的顺式元件。小麦TaGlc2基因在小麦白粉病抗性上可能具有重要作用。