转录因子BcWRKY22在低温促进菜心抽薹开花中的功能分析

WRKY类转录因子参与植物生长发育调控及低温逆境应答。然而低温条件下WRKY参与菜心提前抽薹开花的分子机制尚不明确。本研究采用15℃低温处理菜心幼苗24 h、48 h,结果表明低温能使菜心叶片和茎尖中BcSOC1基因的表达量升高,菜心提前抽薹开花。低温处理对菜心茎尖和叶片中13个WRKY转录因子基因表达都有不同程度的影响,菜心BcWRKY22基因受低温上调表达。在拟南芥中异源表达菜心BcWRKY22基因可以使拟南芥提前抽薹开花,转基因植株叶片中AtSOC1的表达量显著高于野生型。酵母单杂交实验表明BcWRKY22转录因子可以结合BcSOC1基因的启动子。本试验说明BcWRKY22转录因子响应低温胁迫,可能通过对开花相关基因BcSOC1的启动子直接结合作用来调控菜心提前开花。     

转录组与蛋白组技术结合分析水稻耐低温分子机制

低温冷害是影响水稻生长发育最严重的非生物胁迫之一。鉴定水稻耐冷相关功能基因、解析其调控耐冷性的分子机制,对水稻耐冷性分子育种有重要意义。本研究以强耐冷的粳稻品种‘丽江新团黑谷’(LTH)和低温敏感的籼稻品种‘三黄占2号’(SHZ-2)为材料,通过全基因组转录和蛋白表达谱分析这两个品种对低温响应的差异,鉴定LTH和SHZ-2差异表达的基因和蛋白及其信号通路。研究显示,两个材料中差异表达基因主要富集在蛋白代谢途径、糖代谢途径和膜转运相关途径等生物学过程,并发现抗病相关防卫基因在抗病但不耐冷的SHZ-2中上调,而在耐冷但不抗病的LTH中没有显著上调,表明水稻抗病性与耐冷性存在内在关系。此外,还发现LTH和SHZ-2之间存在很多在转录水平和翻译水平表达差异不一致的基因。本研究从转录和翻译水平对耐冷和低温敏感两个水稻品种在低温胁迫下的响应进行分析,研究结果促进对水稻苗期耐冷性分子调控机制的全面认识,并为下一步水稻耐冷基因的鉴定和耐冷性分子机制的深入研究奠定基础。     

植物选择性剪接研究进展

选择性剪接是在转录后水平上调节基因表达的重要机制。在真核生物中,基因在细胞核内转录产生mRNA前体(pre-mRNA),选择性剪接可将一个mRNA前体剪接加工,最终形成多个不同的成熟mRNA,大大增加了基因产物的多样性。选择性剪接共有7种类型,通过对不同剪接位点的选择,产生不同类型的剪接产物。选择性剪接参与调控植物的多种生命活动,特别是在植物抵抗病原体、响应非生物胁迫等方面起着重要作用,同时也是植物生长发育必要过程。尽管植物中选择性剪接的研究起步较晚,但近年来也取得了较大研究成果。本综述通过对选择性剪接机制、剪接体组成和剪接功能研究等这几方面进行阐述,旨在说明植物选择性剪接的发展过程与重要意义,同时总结选择性剪接在调控植物适应环境方面所发挥的作用。     

小麦光周期基因Ppd-B1的选择性剪接分析

为深入认识光周期基因Ppd-B1的功能,在转录水平上研究其表达特点,通过cDNA与基因组DNA序列对比,发现Ppd-B1 mRNA加工存在选择性剪接,3个可选择剪接位点分别以外显子增加、5'剪接位点改变和内含子保留形式分布在5'UTR、第5外显子和第6内含子,其中前两种方式不引起蛋白保守结构域的改变,后种方式却导致基因移码突变。Ppd-B1选择性剪接可产生8种不同形式的转录本,其中4种含有完整的编码序列,能够翻译成功能蛋白,另4种表达丰度较低,不翻译或翻译时被提前终止。Ppd-B1不同转录本的相对表达量不同,而且这种差异受材料光周期反应特性和外界光周期环境的影响。     

光照时长对菜心生长特性的影响

菜心可全年种植,但其生长发育受季节影响较大,研究不同光照时长对菜心生长特性的影响,以期指导菜心田间生产。结果表明,16h 光照处理与 12h 光照处理相比,菜心品种平均抽薹时间提前了 1d,开花时间提前了 5d,其中早熟品种对光照时长的反应比中晚熟菜心品种更敏感。16h 光照时长更有利于中晚熟菜心品种生长,而 12h 光照处理对早熟菜心品种的生长更有利。     

光周期与夜间补光光强对芸薹种抽薹开花的影响

采用种子或幼苗春化后进行夜间补光的方法研究了夜间补光光强与光周期对部分芸薹种蔬菜抽薹开花的影响。结果表明,补光处理明显好于不补光处理,在补光光强290μmol/(m2.s)以内,光强越强,大白菜显蕾、抽薹、开花越早。加强光照强度不仅促进大白菜的生殖生长,还促进营养生长,一定量的营养生长对加速大白菜植株抽薹开花也有促进作用。光周期超过16 h,抽薹开花期则明显提早,以24 h效果最佳。不同材料表现出较大差异,抽薹越晚或对光周期敏感的材料,长日照对抽薹的促进作用效果越明显。强补光及24 h光周期更适宜于材料的快速加代繁殖。而对于抽薹评价而言,以补光光强108~144μmol/(m2.s)、光周期16 h为宜,此光强采用普通日光灯管即可满足,植株营养生长适中,既能节约能源,又能达到缩短评价周期的目的。     

基于RNA-seq技术的玉米SNP和InDel标记分析

高温已对玉米(Zea mays L.)生产造成了巨大危害。为了给耐高温胁迫玉米品种选育提供可用的分子遗传标记,本研究以耐高温和高温敏感的两个玉米品种为实验材料,通过花粉总RNA提取、mRNA纯化、反转录、转录组文库构建及测序等工作,对获得的转录组数据进行SNP和InDel分子标记分析。结果显示:高质量碱基数据量平均为6.69 Gb,占原始数据比例平均达94.71%;在SNP分子标记中,Homo位点平均为19450个,Hete位点平均为23598个,转换类型共52337个,颠换类型共27868个;在InDel分子标记中,Homo位点平均为1023个,Hete位点平均为1736个;SNP/InDel位点在外显子区分布最多,达到总量的58.02%,其次是基因间隔区、3'非翻译区和5'非翻译区,其余区域位点占总量比例均低于5%;SNP/InDel造成同义单核苷酸突变比例最高,平均值为60.69%,其次为非同义单核苷酸突变,平均值为36.72%,非移码替换突变为平均值1.64%,其余3种均不到1.00%;在SNP和InDel标记位点基因功能注释中,NR数据库注释最多,超过8000个,其次为KEGG和eggNOG;注释到GO和Swissprot数据库的相对较少。本研究结果为进一步标记辅助耐高温玉米品种选育提供了分子基础,也为其它植物的类似研究提供了参考。     

基于名优谷子品种晋谷21全基因组重测序的分子标记开发

小米因其营养丰富日益受到重视, 而小米的品质是民众选择小米时最为关注的指标。晋谷21米质优异, 但由于缺少基因组信息, 严重阻碍了其优异米质形成机制的研究。本研究利用高通量测序技术, 对晋谷21全基因组进行重测序, 获得了14.95 Gb高质量测序数据。进一步将其与豫谷1号参考基因组比较, 发掘了169 037个InDel位点和1 167 555个SNP位点, 其中长度在13~50 bp之间适于琼脂糖凝胶电泳检测的InDel位点为14 578个。选择其中1个SNP位点和68个InDel位点验证, 表明利用二代测序技术开发的InDel和SNP标记真实可靠。基于名优谷子晋谷21重测序数据开发的InDel和SNP分子标记具有通用性, 可用于其他谷子、狗尾草和谷莠子等种质资源的相关研究。同时, 开发了一个晋谷21特异的InDel标记2G5501976, 利用该标记即可快速鉴定待测材料是否为晋谷21及其衍生品种。本研究初步揭示了晋谷21的基因组特征, 不仅为深入解析其优异米质形成的分子机制奠定了基础, 而且为相关分子标记辅助育种、遗传分析和基因克隆提供了分子标记资源。     

利用InDel标记鉴定花椰菜‘津品70’种子真实性与纯度

利用分子标记可以快速有效地对花椰菜品种真实性与种子纯度进行鉴定。目前,花椰菜中有关分子标记开发的研究相对较少,缺乏高效实用的分子标记。本研究基于花椰菜品种‘津品70’的两个亲本自交系的重测序数据,在全基因组范围内鉴定亲本间的插入缺失(insertion/deletion, InDel)变异。基于InDel变异信息,共开发了1 167个差异位点InDel标记,随机挑选了均匀分布在9条染色体上的67对InDel引物进行验证,共得到12对具有双亲多态性的共显性标记。利用筛选的12对引物,对包括‘津品70’在内的16个花椰菜品种进行扩增,成功构建了16个花椰菜杂交品种的数字指纹图谱,表明这些标记可以用于‘津品70’的品种真实性鉴定。同时,利用12对标记对82株‘津品70’的种子纯度进行了鉴定,其种子纯度达到了100%,该结果与大田表型鉴定结果 97.56%保持高度一致。本研究中花椰菜InDel分子标记的开发不仅在花椰菜种子真实性鉴定与纯度鉴定中具有广泛的应用前景,还可以为后续的花椰菜种质资源鉴定与分子标记辅助育种提供重要的研究工具。     

利用Indel标记鉴定‘豫甘3号’结球甘蓝种子纯度

本研究利用InDel分子标记技术对结球甘蓝"豫甘3号"杂交种进行了纯度快速鉴定。从395对InDel引物中筛选出6对具有双亲互补条带、差异明显的引物,分别是BrID101201,BrID90436,BrID90043,BrID101009,BrID10229和BrID101085。用该6个标记对126株‘豫甘3号’杂交种进行纯度分析,结果表明,杂交种纯度分别为94.4%、96.8%、96%、96%、96%和96%,其中122株的鉴定结果完全相同,鉴定结果一致率达到96.8%。因此,筛选出的6个InDel标记均可用于结球甘蓝‘豫甘3号’种子纯度的快速鉴定。     

转录组鉴定‘三白’石榴品种籽粒发育相关差异表达基因

为了研究石榴籽粒发育遗传机制及其在育种中的应用,以‘三白’石榴品种开花后60 d和120 d籽粒为试材,进行转录组测序分析。对表达差异基因进行GO注释及KEGG富集分析。结果分析表明,与‘三白’石榴开花后60 d籽粒相比,在开花后120 d籽粒中总共检测到8 409个显著差异表达基因;KEGG富集分析表明差异表达基因显著富集在激素信号转导及其它代谢产物的合成和代谢等18条代谢通路上;5类可变剪接类型中鉴定出了76个靶基因,其中17个为差异表达基因。定位到的差异表达基因可以为解析石榴籽粒发育以及基因克隆提供理论指导。     

玉米光周期敏感相关性状发育动态QTL定位

玉米是短日照作物,大多数热带种质对光周期非常敏感。光周期敏感性限制了温、热地区间的种质交流。研究玉米光周期敏感性的分子机理,有利于玉米种质的扩增、改良、创新,提高玉米品种对不同光周期变化的适应性。本研究以对光周期钝感的温带自交系黄早四和对光周期敏感的热带自交系CML288为亲本配置的组合衍生的一套207个重组自交系为材料,在长日照环境条件下对不同发育时期的叶片数、株(苗)高变化进行QTL分析。结果表明,双亲间的最终可见叶片数和株高差异很大;发育初期CML288的叶片数和苗高都低于黄早四,而发育后期CML288的叶片数和株高都明显高于黄早四;测定各时期F₇重组自交系间也存在显著差异。利用包含237个SSR标记、图谱总长度1 753.6 cM、平均图距7.40 cM的遗传连锁图谱,采用复合区间作图法,分别检测到控制叶片数和株(苗)高发育的QTL 11个和20个。但是,没有一个条件QTL 能在测定的几个时期都有效应。在长日照条件下,控制叶片数与株(苗)高的非条件与条件QTL主要集中在第1、9和10染色体上,特别是在第10染色体的标记umc1873附近均检测到了影响这两个性状的QTL,且在不同的发育时期单个条件和非条件QTL所解释的表型变异分别为4.34%~25.74%和10.02%~22.57%,表明这一区域可能包含光周期敏感性关键基因。     

水稻温敏感失绿突变体tcd51的遗传分析及其基因定位

从粳稻品种‘嘉花1号’的60Coγ射线辐照的后代中筛选到一个水稻温敏感失绿突变体tcd51,该突变体在24℃条件以下,幼苗从三叶期开始呈白色失绿,而28℃以上条件下其表型与野生型‘嘉花1号’一致,呈正常绿色,表明其幼苗叶色失绿是一种温敏感性状。透射电镜观察表明,突变体tcd51的叶绿体在20℃条件下发育不全,且光合色素含量明显下降,而在32℃条件下叶绿体结构和光合色素含量与野生型基本一致。遗传分析表明,该温敏感失绿突变表型受1对隐性核基因(tcd51)控制。利用该突变体与‘培矮64S’杂交构建F2群体以及InDel和SSR分子标记,将tcd51基因定位在水稻第5染色体上的ID5与ID7分子标记之间的507 kb的区间内,跨越6个BACs,包含26个ORFs。转录表达分析表明,tcd51突变体在20℃低温条件下叶绿素合成、光合作用和叶绿体发育相关基因(PORA,psa A,psb A,rpo B,rpo C)转录水平大幅度下调,而在32℃条件下与野生型无明显差异,说明TCD51可能是一个低温响应且受低温影响的水稻苗期生长的关键基因。本研究为tcd51基因的进一步克隆和功能探索提供了一定的参考。     

基于重测序的‘蒙冠1号’、‘蒙冠2号’全基因组遗传变异分析

为了研究不同文冠果品种之间的遗传变异,采用高通量重测序技术,对两个高产文冠果品种‘蒙冠1号’‘蒙冠2号’分别进行了全基因组测序,平均测序深度为93.35×和86.76×,覆盖率为99.96%,并与参考基因组比对,在两个品种中检测到了丰富的遗传变异,包括SNP和InDel。对存在遗传变异的基因进行GO富集,发现它们主要富集在细胞壁合成和胁迫响应。针对不同品种的差异,发现‘蒙冠1号’主要富集在细胞壁生物发生及生长发育通路,‘蒙冠2号’主要与胁迫响应和防御通路相关,推测这些基因的遗传变异是不同性状差异的原因。本研究结果一定程度上反映了文冠果两个品种之间在基因组水平的差异,为分子标记的开发提供了遗传基础,也为后续的分子育种及品种改良提供了理论指导和科学依据。     

植物开花光周期反应的分子调控机制

植物开花时间受到日照长短季节性变化的调节,拟南芥和水稻中与光周期反应相关基因的分离,使人们得以认识植物开花光周期反应的分子调控机制。植物感知日照长短的变化主要由CONSTANS(CO)基因的表达所控制。CO能够将光信号与生物钟信号整合,调节开花基因FLOWERING LOCUS T(FT)的表达,并最终控制植物的开花时间。本文对这一研究的最新进展进行了综述。     

基于重测序的芥蓝(Brassica alboglabra)全基因组InDel标记开发

碱基插入/缺失(InDel)在基因组中的分布密度仅次于SNP且易于基因型分型,成为分子标记开发的主要来源。为了开发芥蓝品种间有多态性的分子标记,本研究利用2份芥蓝自交系重测序数据鉴定的InDel位点,在全基因组范围内设计了367对InDel候选标记。通过PCR检测比较8个芥蓝自交系的多态性,发现284对标记在至少2个芥蓝自交系间有多态性,阳性率为77.4%。本研究利用重测序技术开发芥蓝品种间InDel标记效率较高,为种质资源分析、基因定位、分子标记辅助育种等提供了便捷工具。     

利用InDel标记鉴定加工番茄杂交种纯度

本研究利用InDel标记对新疆主栽加工番茄品种TH8号和TH17号的杂交种进行了纯度快速鉴定。从48对候选多态性丰富的InDel标记中,筛选出2对(InDel-328,InDel-78)可重复、稳定、特异的可区别各自父母本的InDel标记,分别对TH8号和TH17号杂交种进行了纯度分析,结果表明其中TH8号的平均纯度为99.29%,TH17号的平均纯度为99.65%。上述结果与大田鉴定结果高度一致。     

基于短日照特性的大豆品种推广种植潜力研究

为了研究大豆品种的推广种植潜力,以‘东农252’、‘黑农48’、‘黑农35’、‘黑农34’4个大豆品种为材料,在短日照条件下,分析各大豆品种的株高、单株荚数、叶面积、根干重等农艺性状。结果表明：短日照显著降低4个品种大豆的株高、叶面积、根干重,除‘东农252’外,也显著降低了单株荚数。大豆品种差异极显著影响株高性状的短日照敏感性,对单株荚数、叶面积、根干重性状影响不显著。性状差异极显著影响‘东农252’、‘黑农48’的短日照敏感性,显著影响‘黑农34’的短日照敏感性,对‘黑农35’影响不显著。各性状的短日照敏感性差异为根干重＞叶面积＞株高＞单株荚数。相对其他大豆品种,‘东农252’各农艺性状短日照敏感性最强。4个大豆品种的短日照敏感性差异与其种植范围大小基本一致。本研究为评估大豆品种推广种植潜力提供参考。     

中科院昆明植物所等在植物开花调控研究中取得新进展

<正>在拟南芥中,长日照条件诱导开花启动因子Flowering Locus T(FT)的表达来加速植物开花。光周期条件对FT的激活主要依赖于转录因子CONSTANS(CO)的活性,对CO的转录水平、蛋白质稳定性以及生物钟的调控是植物能够响应光周期并诱导植物成花的关键机制。ABI5结合蛋白2     

水稻细菌性条斑病抗性QTL的定位

水稻细菌性条斑病(BLS)是水稻主要病害之一。挖掘水稻细菌性条斑病抗性基因/数量性状位点(QTL),为培育水稻抗病品种提供参考依据。以多生育期表现高抗BLS且抗病性稳定的栽培稻品系‘HD10’与全生育期高感BLS且感病性稳定的籼稻品种‘9311’为亲本,构建了F₂定位作图群体,筛选双亲本间多态性分子标记,采用混合分组分析法(BSA)结合SSR和InDel分子标记对群体的苗期和分蘖期抗性位点进行初步定位。分子标记B03021、B03045在双亲及苗期、分蘖期的抗感基因混池之间都存在多态性,并将抗性QTL位点初步定位于第2号染色体分子标记B03021和B03029之间的7 cM区域内,表型贡献率分别为13.1%和17.5%。表明‘HD10’在第2号染色体该区间稳定存在一个主效抗性QTL位点,此位点效应值较大,值得进一步挖掘和利用。