中国白梨S基因研究17个品种S基因型的确定和2个新S基因的鉴定

梨S基因型的确定对授粉品种的选择具有指导作用.采用PCR-RFLP检测、DNA序列分析和田间杂交试验,鉴定了两个新S-RNase基因,分别为S17-RNase和S21-RNase,同时确定了7个白梨品种的S基因型.S17-RNase和S21-RNase基因的内含子大小分别为142 bp和139 bp,HV区长度分别为16个和15个氨基酸,信号肽-P2的推导氨基酸长度分别为99个和98个氨基酸,信号肽大小均为27个氨基酸,C1大小均为11个氨基酸,C2大小均为12个氨基酸.白梨品种海棠酥、六瓣、恩梨、鸭梨、大核白、香椿、青梨等品种的S基因型分别为S1S12S19、S17S19、S1S19、S1S21、S16S19、S3S19、S19S19.该研究可为梨遗传改良和丰产栽培提供重要的理论依据.     

中国梨品种自交不亲和新基因的分离鉴定

采用分子生物学技术、田间杂交试验和生物信息学方法研究了中国梨自交不亲和基因和品种的S基因型.从中国白梨和沙梨品种中分离鉴定了15个梨自交不亲和新基因;分析了新S基因的序列特征;确定了中国白梨中至少存在17个S等位基因,中国沙梨中至少存在10个S等位基因;鉴别了34个梨品种的S基因型.这些新S基因的发现和品种S基因型的确定为中国梨品种的优化配置、丰产栽培和遗传改良提供了科学依据.     

中国白梨S基因研究Ⅱ9个主栽品种S基因型的确定及S29-RNase新基因的分离鉴定

以中国白梨9个品种为实验材料,在分子水平上对其基因组DNA进行了PCR-RFLP系统检测、DNA序列测定及生物信息学分析,鉴定了6个品种的S基因型和3个品种的一个S等位基因,并从天生伏和蜜梨中分离鉴定了一个新的S等位基因,命名为梨S29-RNase基因,该基因与S13的DNA序列最接近,推导氨基酸序列与S13仅有2个氨基酸序列的差异.     

11个中国梨品种S基因型的鉴定

采用梨自交不亲和基因的特异引物"FTQQYQ"和"anti-IIWPNV",对11个梨品种的基因组DNA进行了特异PCR扩增,对扩增片段进行回收、克隆和测序。利用生物信息学软件对各序列进行比对分析,最后确定了各品种的S基因型,即早熟句句、新疆黄梨、绿句句、魁克句句等4个新疆梨品种的S基因型均为S22S28;圆香为S16S15,福安尖把为S16S22,晋蜜梨为S21S28,兰州软儿为SdS12,迟咸丰为S5aS18,红秀2号为S1S12,鸭广梨为S19S30。     

7个砂梨品种S基因型的确定及1个新S-RNase基因的分离鉴定

砂梨是重要的经济树种,表现出典型的配子体自交不亲和性,在生产和育种上需鉴定品种的S基因犁以确定品种间的亲和性.选取7个砂梨品种为试验材料,使用梨S-RNase(S基因)通用引物进行基因组PCR扩增,产物通过1.8%的琼脂糖凝胶电泳分析.结果表明:‘楚比香'等4个品种中产生了预期的2条电泳条带,而其他3个品种都只产生1条带产物,通过6%的聚丙烯酰胺电泳对该3个品种的PCR产物进一步分析,结果产物被成功分离.将7个品种中分离到的14个条带分别回收、克隆、测序及序列分析,从中鉴别出10个具有梨S-RNase基因序列特征的S基因,其中‘政和大雪梨'中494 bp的基因片段被鉴定为新的S基因,暂命名为S43-RNase(GenBank接受号EF566873).RT-PCR试验证明S43-RNase仅在化柱中特异表达,符合S-RNase的表达特征.通过比对S43-RNase的基因组序列和cDNA序列,确定其内含子大小为294 bp.在推导氨基酸水平上,S43-RNase与苹果亚科其他S-RNase表现出65%～92%的相似性.     

7个杏李品种S基因型的鉴定

为给杏李的品种配置和遗传育种提供了理论基础,利用特异性PCR扩增、DNA测序和生物信息学方法鉴定了恐龙蛋等7个杏李品种的S基因型.S基因的PCR扩增结果表明,Ph引物对风味皇后、味帝、味王、风味玫瑰、味厚、恐龙蛋6个品种扩增出1条850bp左右片段;Pe引物对风味皇后、味王、风味玫瑰、味厚、味馨5个品种扩增出1条1100bp左右片段;Pb引物对味帝和恐龙蛋扩增出900bp左右片段;P2引物对味馨扩增出850bp左右的片段.对PCR产物克隆后测序,并通过BLAST比对和生物信息学分析表明,风味皇后、味王、风味玫瑰和味厚4个品种的2个PCR产物分别与Se-RNase和Sh-RNase基因的相似性达100%,味帝和恐龙蛋的2个产物分别与Sb-RNase和Sh-RNase基因的相似性达100%,味馨的2个PCR产物与Se-RNase和S2-RNase基因的相似性达100%;结合PCR分析和序列生物信息学分析确定了味王等7个杏李品种的S基因型：风味皇后、味王、风味玫瑰和味厚等4个品种的S基因型相同,为SeSh;味帝和恐龙蛋的S基因型相同,为SbSh;味馨的S基因型为SeS2.     

中国梨新SFBB-gamma基因的鉴定及序列分析

通过分子生物学方法分离鉴定了4个新的梨SFBB-gamma基因,并对其序列进行了生物信息学分析。SFBB-gamma基因的特异性引物对4个梨品种进行PCR扩增结果表明,4个品种均扩增出一条1 250 bp左右的条带;通过DNA测序和生物信息学分析方法从‘鸭梨’、‘红皮酥’、‘中梨二号’和‘兰州软儿’等梨品种中分离鉴定了SFBB21(EU422961)、SFBB26(EU422961)、SFBB31(EU422959)、SFBBd-gamma(EU422962)基因。聚类分析中发现,仁果类SFBB基因和核果类和SFB基因明显的分成两类,仁果类中梨SFBB基因和苹果SFBB基因又各分成一类,这与物种的亲缘关系相符合。新鉴定的梨SFBB基因中从白梨中分离鉴定的SFBB21-gamma基因与梨其他SFBB-gamma基因的亲缘关系最远。该研究为梨自交不亲和机理研究和遗传改良提供理论基础。     

基于基因芯片的梨品种S基因型鉴定的技术方法

梨是典型的配子体自交不亲和植物,梨品种自交不亲和基因型(S基因型)确定的研究对于梨的栽培和遗传改良具有重要的意义.综合分析了运用杂交授粉试验、PCR-RFLP技术、DNA序列分析、cDNA克隆等技术在确定梨品种S基因型方面的优点和不足之处,提出了运用基因芯片技术确定梨品种S基因型的新方法,并分析了该技术的优势以及在梨品种S基因型确定方面的应用前景.     

中国砂梨7个自交不亲和新基因的分离与测序

S-RNase是配子体自交不亲和植物雌蕊的基因产物,它降解具有相同基因型的花粉mRNA或rRNA,导致植物的自交不亲和.借鉴日本梨S-RNase基因的分析方法,对中国砂梨5个品种的基因组DNA进行PCR-RFLP系统检测和DNA序列分析,从中发现了7个新的S-RNase等位基因,分别命名为S11-RNase、S12-RNase、S13-RNase、S14-RNase、S15-RNase、S16-RNase和S25-RNase基因,其部分序列已登录到GenBank.     

梨S基因检测芯片的oligo探针设计

为给梨品种S基因芯片的制备及梨品种自交不亲和性S-RNase基因和S基因型的检测奠定基础,结合已有的对梨自交不亲和S-RNase基因的研究成果及Genbank中梨S-RNase基因信息,利用生物学比对软件Genedoce对梨S-RNase等位基因序列进行比对,得到等位基因HV区的特异序列;用oligo6.71、Premier Premier 5.0和Clustal.W等生物学软件设计特异性高、解链温度Tm值接近、长度均一的oligo探针,获得了24条32 mer的oligo探针。     

中国梨醇-酰基转移酶基因的克隆及遗传多态性

以6个中国梨品种为实验材料,对基因组DNA进行醇-酰基转移酶(AAT)基因的特异性PCR扩增、克隆、DNA序列测定和生物信息学分析,研究了中国梨AAT基因的遗传多态性。结果表明,浓香、微香、无香梨品种中均克隆到约1 600 bp大小的1-4条AAT基因。其中外显子部分存在1个HXXXD活性区和4个可变区,内含子中至少存在8处长度缺失和突变。基因结构分析表明,这些AAT基因同属于家族cl03601的转移酶基因家族pfam02548。系统发育分析表明,本实验所克隆到的中国梨AAT基因关系最近,与网上已知序列的苹果和西洋梨的关系略远。     

中国白梨PbSFBB13-gamma基因的分子克隆与序列特征

以5个已知S基因型的中国白梨品种为试材,设计分别对应于梨SFBB-alpha,SFBB-beta和SFBB-gamma 基因的3对引物对这5个品种进行基因组PCR扩增.结果仅引物组合PSFBG-F/PSFBG-R从‘金花'(S_(13)S_(18)),‘金花四号'((S_(13)S_(18))和‘鹅梨'((S_(13)S_(34))中扩增出一约1 300 bp的条带,经回收、克隆、测序后,鉴定其为SFBB-gamma基因,命名为PbSFBB13-gamma(Pyrus bretschneideri SFBB13-gamma),GenBank登录号为EU081892.逆转录PCR结果表明PbSFBB13-gamma仅在花粉中特异表达;序列分析表明该基因不含内含子,编码区含1 191个核苷酸,编码396个氨基酸,预测分子质量与等电点分别为45.4 ku、4.63.PbSFBB13-gamma表现出典型的花粉SFB/SLF基因的基本结构特征,即1个F-box结构域及4个可变区;在推导氨基酸水平上,其与蔷薇科SFB/SLF基因的相似性为17.8%-97.7%.试验结果充分表明PbSFBB13-gamma应为花粉S基因的候选基因.选取蔷薇科34个SFB/SLF基因的全长氨基酸序列,构建进化树研究基因间的进化关系.结果表明,34个SFB/SLF基因形成2个亚科特异的类群,但不形成种特异的类群,其进化规律与蔷薇科S-RNase基因一致,即花粉SFB/SLF基因的形成也是在亚科形成之后、种形成之前.研究结果有助于从分子水平上揭示中国白梨的自交不亲和性机制.     

油桐油体蛋白基因的克隆及序列分析

油桐油体蛋白与油桐脂肪酸储藏密切相关。通过构建油桐cDNA文库和EST文库,用分子生物学手段分离克隆出两个油桐油体蛋白基因的全长cDNA序列。通过分析表明,两个油体蛋白基因的全长cDNA分别为738 bp、838 bp,各包含1个完整的CDS,分别编码137个、154个氨基酸。分别命名为VF_oleⅠ,VF_oleⅡ。通过与其它物种的19条油体蛋白氨基酸序列比对,油桐油体蛋白基因分别与麻疯树oleosin 3和麻疯树oleosin 2的相似性最高,分别为84%、82%。通过软件预测表明,油桐油体蛋白等电点分别为10.315、10.335,都存在跨膜结构域,且存在信号肽剪切位点,中部都存在一个较长的疏水区,C末端都是以α-螺旋为主。     

慈竹β-tubulin基因片段的克隆及序列分析

利用Trizol一步法提取慈竹幼笋总RNA,运用RT-PCR方法首次在慈竹中克隆到3条β-tubulin基因部分序列,命名为Na-βtub1、Naβ-tub2、Naβ-tub3,长度分别为958bp、958bp和959bp,分别编码318、318和319个氨基酸。核酸和氨基酸的序列比对分析结果表明,慈竹中3条β-tubulin基因核酸和推测的氨基酸序列之间相似性分别为92.46%和98.22%,与禾本科植物水稻、玉米、小麦的β-tubulin基因核酸和氨基酸序列相似性分别在89%和95%以上。     

油桐种子FAD2基因全长cDNA序列分析

油桐种子中FAD2催化形成的亚油酸是合成桐油酸的直接原料,研究油桐种子中的FAD2基因对提高桐油酸的产量具有实际意义。将油桐对年桐近成熟种子cDNA文库中的16个FAD2克隆子进行CAP3拼接,再进行BLAST比对,并进行DNAMAN分析,结果表明所克隆的基因序列为FAD2全长cDNA序列,其长度为1 537 bp,含有1个完整的编码序列,长度为1 146 bp(106～1 255 bp),编码383个氨基酸。酶蛋白相对分子质量44 144.4 u,等电点为8.57,氨基酸序列N端有6个残基的信号肽序列,有5个跨膜结构域,N端、C端及中间各有一段表现为强亲水性,酶活性中心为3个保守的组氨酸簇。在系统进化上,油桐FAD2基因与千年桐的亲缘最近,与蓖麻、乌桕、橡胶树、麻疯树等大戟科植物的亲缘关系较近,与油橄榄、花生、芝麻等植物的亲缘较远,与油茶的亲缘关系更远。     

毛白杨干细胞决定基因Wuschel的克隆及其单核苷酸多态性分析

Wuschel(Wus)转录因子基因在维持干细胞群数量上具有关键性的调控作用.以模式植物拟南芥Wus为信息探针,在杨树基因组中共检测到2个Wus候选基因,并设计了基因特异的引物,从毛白杨形成层cDNA中分离得到长度分别为922 bp和956 bp的2个cDNA,其分别含有编码258个和264个氨基酸残基的完整开放阅读框.所推导的蛋白质氨基酸序列在结构功能域区域分别与拟南芥Wus蛋白的同源性为76.O%和74.9%,故将其命名为PtWus1和PtWus2.在此基础上,组合利用MEGA3.1和DnaSP4.0软件对毛白杨36株基因型个体的PtWus1和PtWus2序列进行比对和分析,分别检测到58个和51个单核苷酸多态性(SNP)位点,多样性分别为1/27 bp和1/30 bp.对于PtWus1,共检测到24个常见SNPs和34个罕见SNPs,其中43个属于转换,15个属于颠换;在外显子区域,共检测到21个SNP位点,其中16个为同义突变,4个为错义突变,1个为无义突变.而对于PtWus2,基因内部含有28个常见SNPs和23个罕见SNP,其中36个属于转换,15个属于颠换;在编码区域检测到的26个SNPs中,同义突变和错义突变均为13个.对PtWus,和PtWus2基因内SNPs进行的连锁不平衡分析结果显示,随着核苷酸序列长度的增加,SNPs的连锁不平衡在基因内部迅速衰退,因此,在毛白杨中,基于候选基因的连锁不平衡作图是可行的,而基于整个杨树基因组的连锁不平衡作图是不可行的,也是不必要的.本研究为毛白杨Wus蛋白转录因子基因的连锁不平衡作图及其基因辅助毛白杨木材纤维性状的分子育种提供了理论依据.     

板栗CmAPs基因的克隆及在芽变短雄花序中的表达分析

利用RT-PCR与RACE扩增方法,分别从板栗正常雄花序和芽变短雄花序cDNA中分离出编码板栗天冬氨酸蛋白酶cDNA全长的序列,序列分析表明:克隆的cDNA片段总长分别为1 822 bp和1 909 bp,基因内部含有完整的开放阅读框架,大小均为1 539 bp,可编码长度为513个氨基酸残基的蛋白质,所推导的蛋白质氨基酸序列与蓖麻、可可和葡萄的天冬氨酸蛋白酶的蛋白质氨基酸序列相似性分别为83%,80%和75%.正常与芽变短雄花序中天冬氨酸蛋白酶的氨基酸序列存在6个氨基酸的差异,其中有3个位于活性区.后证实分离出的2个天冬氨酸蛋白酶基因在正常雄花序和芽变短雄花序中共同存在,命名为CmAPs1和CmAPs2(GenBank登录号分别为GQ984143和GQ084144).实时荧光定量PCR结果显示:在雄花序原基形成期、花簇原基形成期和花朵原基形成期,芽变花序中的CmAPs的总表达量均高于正常花序中的总表达量,而在发育的花被原基形成期即程序性死亡发生期,CmAPs在芽变花序中表达量远远低于正常花序中表达量.初步推测CmAPs与短雄花序发育过程中的程序性死亡有关.     

里氏木霉木聚糖酶XYN II基因在毕赤酵母中的分泌表达

采用RT-PCR方法克隆到里氏木霉Rut C-30木聚糖酶(XYN II)的cDNA序列。测序结果表明,XYN II的cDNA基因开放阅读框长度为669 bp,编码223个氨基酸,N端1~19个氨基酸为潜在的信号肽序列,删去潜在信号肽序列,将里氏木霉木聚糖酶的基因(xynII)构建到巴斯德毕赤酵母分泌表达载体pPIC9K上,线性化后电击转化到巴斯德毕赤酵母中,经G418筛选和PCR鉴定后的转化子用1%的甲醇进行诱导,对重组木聚糖酶活检测显示该基因能在毕赤酵母中表达有生物活性的XYN II并分泌到胞外。发酵液中的酶活在诱导培养60 h达到1.45 IU/mL,最适酶解温度为50℃,最适pH值为6.0。     

2个野扁桃自交不亲和SFB基因全长的克隆与序列分析

为给野扁桃的遗传改良和自交不亲和机制的进一步研究提供理论依据,以新疆野扁桃花药为试材,利用RT-PCR和RACE技术克隆野扁桃自交不亲和性花粉特异性决定因子编码基因SFB全长序列。采用BLAST进行序列比对,ORF Finder寻找开放阅读框,CDD分析蛋白保守结构域,Prot Param分析蛋白理化性质,TMHMM预测蛋白跨膜区,Signal P预测蛋白信号肽,Sub Loc预测蛋白亚细胞定位,SOPMA分析蛋白二级结构,DANMAN进行氨基酸多序列比对,MEGA6进行系统进化分析,Prot Fun预测蛋白功能。结果表明:克隆到的Pt SFB16基因和Pt SFB17基因属于F-box基因家族,与其它多种植物的SLF/SFB基因的序列相似度为88%,推导的氨基酸序列均具有F-box蛋白典型结构;Pt SFB16基因ORF长1 146 bp,编码381个氨基酸,Pt SFB17基因ORF长1 131 bp,编码376个氨基酸;预测2个SFB蛋白均为略显亲水性、不稳定的细胞质蛋白,二级结构均以α-螺旋,延伸链和无规则卷曲为主,SFB/SLF蛋白在蔷薇科李属植物中具有较高的系统进化一致性,种间同源性可能大于种内同源性,SFB蛋白可能的功能主要有辅助因子生物合成、能量代谢和裂合酶。     

日本落叶松纤维素合酶基因片段的克隆及单核苷酸多态性分析

[目的]纤维素合酶(cellulose synthase,CesA)在植物纤维素合成途径中发挥主要调节作用,是控制木材纤维品质和产量的重要基因.从日本落叶松中分离克隆与纤维素合成相关的LkCesA基因,并对其进行核苷酸多样性以及连锁不平衡分析,为在日本落叶松中开展基于LkCesA基因的连锁不平衡作图及其辅助日本落叶松木材纤维性状的分子育种提供理论依据.[方法]依据日本落叶松转录组数据库检测到的纤维素合酶(CesA)基因ESTs序列设计引物,从日本落叶松中分离获得LkCesA基因片段.在此基础上,利用DnaSP5.0软件对日本落叶松40株基因型个体的LkCesA序列进行核苷酸多样性和连锁不平衡分析.[结果]从日本落叶松中成功克隆了CesA基因片段:该片段长1 209 bp,包含部分开放阅读框,长度为1 053 bp,可编码350个氨基酸,所推导的蛋白质氨基酸序列与火炬松Pt-CesA2的蛋白质氨基酸序列同源性为95.4％.在日本落叶松40株基因型个体的LkCesA序列中共检测到83个SNP位点,SNP发生频率为1/21 bp,多样性指数πT为0.006 05.在这些SNPs中,69个属于转换,14个属于颠换,其中19个为常见SNPs,64个为罕见SNPs.在外显子区域,共检测到54个SNP位点,其中34个为错义突变,20个为同义突变.进一步的连锁不平衡分析显示,随着核苷酸序列长度的增加,SNP连锁不平衡程度逐渐减弱.[结论]克隆到的LkCesA为植物CesA基因家族中的一员.LkCesA基因的连锁不平衡在基因内部就已衰退,说明选择该基因作为候选基因,在日本落叶松中开展连锁不平衡作图用于指导日本落叶松的定向培育及木材品质改良是可行的.此外,在LkCesA基因中检测到多个常见SNP位点,为进一步开展该基因的连锁不平衡作图提供了材料.