植物反转录转座子分子标记及其应用

植物反转录转座子具有存在广泛和多态性丰富的特点,可用于植物基因组研究。本文对植物反转录转座子的结构与功能、反转录转座子分子标记的主要种类及其在农作物遗传改良中的应用进行了综述。     

植物反转录转座子的研究进展

反转录转座子几乎是所有植物基因组的主要成分,不仅对基因组的大小、结构、功能和进化,而且对两翼基因的表达水平都有重要影响。该文从反转录转座子的类型和特征、分离鉴定、活性及其对基因组的影响、应用现状等多个方面概述了植物反转录转座子的研究进展,以期为进一步揭示反转录转座子在植物基因组中的功能奠定基础。     

毛竹长末端重复序列反转录转座子的全基因组特征及进化分析

  目的   研究毛竹Phyllostachys edulis基因组中的长末端重复序列反转录转座子(long terminal repeat retrotransposons, LTR-REs)的特征,为今后利用LTR反转录转座子对毛竹基因组的功能和对竹种资源遗传多样性的研究奠定基础。   方法   通过生物信息学方法,利用LTRharvest和RepeatMakser软件对第2版毛竹基因组中的LTR反转录转座子进行全面注释与分类,并对得到的LTR反转录转座子的分布特征、进化特性和插入时间进行分析。   结果   在毛竹基因组中共注释得到1 014 565个LTR反转录转座子,1 562个家族,占毛竹基因组的54.97%。其中solo LTR反转录转座子与完整LTR反转录转座子(S/F)的比例较高(约1.77∶1.00),表明在毛竹LTR反转录转座子中可能发生了相对较高频率的非法重组和不平衡重组。毛竹LTR反转录转座子分为Ty1-copia和Ty3-gypsy超家族,Tork、Reftrofit、Sire、Oryco、Del、Reina、Crm、Tat、Galadriel、Athila等10个谱系。毛竹LTR反转录转座子的Ty1-copia和Ty3-gypsy超家族对PBS位点的偏好性呈相反趋势,较长的LTR反转录转座子具有更长的LTR序列,结构也更加完整。毛竹LTR反转录转座子的插入时间主要集中在0~2.0 Ma,且还处于不断缓慢增长的状态。   结论   第2版毛竹基因组的高质量组装,能更好地注释和分析毛竹基因组中的LTR反转录转座子。基于结构预测的LTRharvest法,能更精准地预测毛竹LTR反转录转座子。不同谱系的毛竹LTR反转录转座子在进化过程中具有不同的分化和扩增活性。毛竹LTR反转录转座子总体上处于不断扩增状态,这是导致毛竹基因组较大的主要原因之一。图3表3参52     

燕麦EST数据库中Ty1-copia和Ty3-gypsy型反转录转座子的频数分析

为研究转座元件(Transposable elements,TES)在燕麦中的表达模式,以14个Ty1-copia型反转录转座子和3个Ty3-gypsy型反转录转座子序列为种子序列对燕麦属(Avena)表达序列标签(EST)数据库中的Ty1-copia和Ty3-gypsy型反转录转座子进行检索和分析。结果表明:燕麦根中反转录转座子的频率显著高于叶(P0.05);强降雨模式的胁迫环境下叶组织中反转录转座子的EST频率显著高于大气降雨下的(P0.05),约为正常条件下的(Ee-10,0.12%)2倍;Ty1-copia和Ty3-gypsy型反转录转座子在根的分蘖期频率差异极显著(P0.01)。这些结果揭示了燕麦属Ty1-copia和Ty3-gypsy型反转录转座子的转录存在组织和发育的时空特异性及环境应答现象,为预测重复元件的表达模式提供了依据。同时,检索到的反转录转座子也有助于对燕麦基因组序列的注释。     

植物LTR类反转录转座子的研究概述

LTR类反转录转座子是植物基因组中的重要成分,对基因组的大小、结构、功能和进化都有重要影响.文中从结构特征、转座机制、分类、分离鉴定及对基因组的影响等多个方面概述了植物LTR类反转录转座子的研究进展,为进一步揭示LTR类反转录转座子在植物基因组中的功能奠定基础.     

用基于反转录转座子的分子标记IRAP分析茄子品种的遗传多样性

IRAP（Inter Retrotransposon Amplified Polymorphism）是一种基于反转录转座子的分子标记技术。本文应用几种Copia类型的反转录转座子进行引物设计,封35份茄子栽培品种进行了基于IRAP的遗传多样性分析。根据Tnt1,Tto1,Tnd-1和Bare-1设计的6个引物共扩增出195条带,多态性带179条,多态性比率平均为91．8％,每个引物检测到多态性带25．33条,平均为29.8条。Nei’s遗传相似系数在0．3540-0．7752之间,平均相似系数为0．5901。多维尺度分析从分子水平将供试品种分为4个类群。     

基于反转录转座子的REMAP和IRAP指纹图谱技术

基于反转录转座子的REMAP和IRAP技术自1999年由Kalendar等发展起来后,在系统发生学及生物进化学等研究领域起着重要作用。笔者对REMAP及IRAP技术的原理、应用等方面进行了综述。     

植物LTR类反转录转座子在植物基因组学研究中的应用

LTR类反转录转座子是植物基因组中的重要转座元件,对植物基因组的结构及功能有重要的影响。综述了近年来植物LTR类反转录转座子的类型和结构、在基因组中表达和调控,并探讨了它们在植物基因组学研究中的应用前景。     

梨Ty1-copia反转录转座子的克隆及IRAP分子标记体系的建立

【目的】从早酥梨及其红皮芽变基因组中分离Ty1-copia反转录转座子全长序列,分析序列特点,并基于其中长末端重复序列(LTR)建立IRAP分子标记体系。【方法】以早酥梨及其红皮芽变和极早熟芽变植株叶片为试材,根据已知的Ty1-copia反转录转座子保守区域设计引物,利用同源克隆技术得到目的基因。根据基因两端LTR序列设计引物,建立IRAP分子标记体系,并对早酥梨及其芽变进行遗传分析。【结果】从早酥梨基因组中获得2条Ty1-copia反转录转座子全长序列,分别命名为PbTYZS1和PbTYZS2,长度分别是9 363和9 632bp。从红色芽变基因组中获得1条序列,命名为PbTYRM1,长度为9 652bp。经结构分析,获得的3条序列都是典型的Ty1-copia反转录转座子,但其开放阅读框(ORF)的完整性发生了变化。利用反转录转座子LTR保守区域设计引物成功建立了IRAP分子标记体系,早酥梨与红皮芽变的平均遗传距离为0.104,与极早熟芽变的遗传距离为0.115,并且早酥梨与极早熟芽变的多态性为20.41%,较之与红皮芽变的多态性(18.89%)更为丰富。【结论】早酥梨及其红皮芽变基因组中都含有完整结构的Ty1-copia反转录转座子,建立的IRAP分子标记体系可以得到清晰稳定的多态性指纹图谱。     

籽粒苋copia类反转录转座子的初步研究

本研究首次报道了籽粒苋中也存在 copia类反转录转座子 ,进一步验证了 copia类反转录转座子广泛存在于高等植物中 .采用 PCR方法分离鉴定了来自 4个种 2 7个基因型中的 5 3个 RT酶区序列 .序列分析表明 ,籽粒苋中的 copia类反转录转座子不但具有长度多样性、种间多样性、种内多样性 ,而且来自相同基因型的反转录转座子之间也存在高度异质性 .Southern杂交分析表明 ,籽粒苋中的 copia类反转录转座子以多拷贝形式存在 .Northern杂交分析表明 ,籽粒苋中的 copia类反转录转座子可能失去了转座活性 .本研究还对采用 PCR技术分离全长的 copia类反转录转座子进行了初步探讨 ,认为该方法可行 ,具有快速、经济等优点 ,可望在短期内分离出全长的反转录转座子     

逆转座子LINE-1在基因组中的调控作用

近年来研究发现真核生物基因组中的许多重复序列以及基因的内含子参与基因表达的调控。在这些重复序列中,有一种广泛分布于基因组中的逆转座子LINE-1,目前发现其对细胞的增殖与分化以及肿瘤的发生起着非常重要的作用,具体表现为影响基因的转录及整个基因组的稳定性、参与X染色体失活及基因组进化等。在正常细胞的分化调控中,基因的激活与沉默具有时间与空间的特异性,实现其“预定”的、有序的、不可逆转的分化过程。主要阐述了逆转座子LINE-1的结构特征和其在基因组中的调控作用及这些作用影响基因表达从而调节生物体的生命活动。研究LINE-1的调控机制对认识细胞的时空调控以及癌症的发生与发展具有重要的价值。     

Structural Changes of 2V Chromosome of Haynaldia villosa Induced by Gametocidal Chromosome 3C of Aegilops triuncialis

Haynaldia villosa (2n =2X = 14, VV), a relative of wheat, plays important roles in wheat improvement mainly owing to its disease resistance. Powdery mildew resistance gene Pm21 has been successfully transferred into wheat by Cytogenetie Institute, Nanjing Agricultural University, China, and is widely used in the current wheat breeding programs. In this research, our objective is to further transfer and utilize the beneficial genes such as eye-spot resistance, yellow rust resistance, and gene of the tufted bristles on the glume ridge (a remarkable morphology) mapped on 2V of Haynaldia villosa. A disomic addition line with gametocidal chromosome 3C ofAegilops triuncialis added in Norin-26 was crossed to the wheat-H, villosa disomic substitution 2V(2D) and the hybrid F1 was then self-crossed. Chromosome C-banding, genomie in situ hybridization (GISH), and meiotic analysis in combination with molecular markers were applied to detect the chromosome variations derived from hybrids F2 and F3. To date, four translocations including one small segmental translocation T6BS.6BL-2VS, two whole arm translocations (preliminarily designed as T3DS·2VL and T2VS·7DL) and one intercalary translocation T2VS·2VL-W-2VL, one deletion Del. 2VS·2VL-, one monotelosomic Mt2VS, and one iso- chromosome 2VS·2VS line have been developed and characterized. One wheat SSR marker Xwmc25-120 tagging 2VS and one wheat STS marker NAU/STSBCD135-1 (2BL) tagging 2VL were successfully used to confirm the alien chromosome segments involved in the seven lines. The tufted bristles on the glume ridge appeared in lines T2VS·7DL, Mt2VS, 2VS·2VS as well as the parent DS2V(2D), whereas in T3DS·2VL, this trait did not appear. The gene controlling the tufted bristles was located on 2VS. Gametocidal chromosome 3C of Aegilops triuncialis could successfully induce chromosome 2V structural changes.     

原位聚合酶链反应技术的发展和应用

原位聚合酶链反应（ｉｎｓｉｔｕＰＣＲ）是一项高新生物技术,它不仅可以检测在细胞中微量的ＤＮＡ或者ＲＮＡ,而且可以精确定位,因此在分子病理学、分子生物学、分子遗传学和微生物学等领域都有重要的应用价值。本文根据最新的研究资料,介绍了这项技术的基本原理、分类、主要实验步骤和注意事项,并建议在间接原位聚合酶链反应（ｉｎｄｉｒｅｃｔｉｎｓｉｔｕＰＣＲ）中用引物原位标记（ＰＲＩＮＳ）技术代替荧光标记原位杂交（ＦＩＳＨ）检测信号。     

马铃薯转三价病毒 YRX 外壳蛋白基因片段株系的核型及荧光原位杂交分析

为了解外源三价外壳蛋白基因保守片段重组序列 YRX（马铃薯 X 病毒、Y 病毒和卷叶病毒）在转基因马铃薯染色体中的位置,分析其遗传稳定性,采用核型分析与荧光原位杂交技术对转基因马铃薯夏波蒂株系 pHeYCPC326-XC-Sh 进行染色体分析。结果表明：夏波蒂的染色体数目为48条,臂比范围为（1．37±0．23）～（2．28±0．14）,核不对称属2B 型,核型公式为2n＝4x＝7m ＋5sm,其中 C 组与 J 组含随体。发现外源基因 YRX 在染色体 A、B、E、G、I 组均存在,大多位于染色体短臂端部。     

高通量测序技术在转基因植物分子特征评价中的应用

分子特征是筛选和鉴别转化体重要依据,也是转基因植物安全评价必须提供的内容。DNA测序技术的发展为精准解析转基因植物的分子特征提供了新的技术方案。综述了高通量测序技术在转基因植物分子特征中的应用及欧盟和加拿大对转基因植物安全评价中所提供测序数据的要求,并提出了我国转基因植物安全评价中采纳测序数据时的建议,为高通量测序技术在我国转基因生物安全评价中的应用提供理论支撑。     

荧光原位杂交在作物遗传育种研究中的应用

荧光原位杂交是一种原位杂交新技术，具有快速，灵敏，准确和有效等特点，它采用生物示记探针，能够将特定的ＤＮＡ或ＲＮＡ序列直接定位于染色体上，该文就荧光原位杂交技术在作物遗传育种研究中的应用进行综述，主要包括以下方面：１）检测重复ＤＮＡ序列及多拷贝基因家族；２）鉴定异源多倍体物种中的异源染色体或染色体片段；（３）检测和定位低拷贝或单拷贝ＤＮＡ序列。随着一些新技术的发展，ＦＩＳＨ技术将会在作物育种的更多     

利用离果山羊草3C染色体诱导簇毛麦2V染色体结构变异

【目的】簇毛麦是普通小麦的一个近缘物种,它具有许多抗病基因,在小麦育种中起重要作用。抗白粉病基因Pm21已被南京农业大学细胞遗传所成功地转移到小麦背景中,并被广泛地用于小麦育种实践。为了进一步转移和利用定位于簇毛麦2V染色体上的有用基因,如抗眼斑病基因、抗条锈基因和护颖颖脊刚毛基因,为小麦育种创造新种质。【方法】通过普通小麦农林26-离果山羊草3C二体异附加系与小麦-簇毛麦2V（2D）二体代换系杂交,综合运用染色体C-分带、基因组原位杂交、染色体构型分析和分子标记分析。【结果】从杂种F２和F３中鉴定出涉及簇毛麦2V结构变异的异染色体系7份,包括纯合缺失系1份（Del 2VS•2VL-）,易位系4份,其中纯合易位2份（初步推断为T3DS•2VL,T2VS•7DL）、小片段易位1份（T6BS•6BL-2VS）和中间插入易位1份（T2VS•2VL-W-2VL）,等臂染色体1份（2VS•2VS）和单端体1份（Mt2VS）。利用可分别追踪2VS 和2VL的分子标记Xwmc25-120和NAU/STSBCD135-1进行PCR分析,进一步证明这7份异染色体系中涉及簇毛麦2V染色体片段。【结论】涉及2V短臂的单端体Mt2VS,等臂染色体2VS•2VS和易位系T2VS•7DL在护颖颖脊上有簇状分布的刚毛,而涉及2V长臂的易位系T3DS•2VL无刚毛,进一步证实簇毛麦护颖颖脊刚毛基因位于2VS。离果山羊草3C染色体可有效诱发簇毛麦2V染色体结构变异。     

黑麦染色体组中一个新重复序列的发现、定位与应用

 【目的】寻找黑麦基因组中新的重复序列作为特异PCR标记。【方法】以普通小麦中国春、川农18、育成品系R111、绵阳11为对照，以荆州黑麦、秦岭黑麦、非洲黑麦、森林黑麦为材料，用RAPD法筛选到黑麦基因组中的一个高拷贝DNA片段OPD15940，将OPD15940输入到NCBI的BLAST框中进行比对。根据OPD15940设计特异PCR引物D15F和D15R，利用这对引物对小麦族物种进行扩增，验证OPD15940的特异性。进而利用原位杂交技术定位pScD15940在染色体上的位置。【结果】序列比对后发现OPD15940与重复序列Sukkula中近60个53bp的小片段有较高的同源性，但又不同于Sukkula，是一类新的重复序列。通过特异PCR确定仅含黑麦染色质的物种能扩增出OPD15940，因而OPD15940为黑麦所特有。原位杂交结果显示除端部区域外，pScD15940弥散状分布在黑麦整套染色体上。【结论】OPD15940可以作为分子标记检测导入到小麦背景中的黑麦染色体。     

八倍体节节麦-燕麦部分双二倍体的细胞遗传学鉴定

通过对节节麦、野燕麦、八倍体节节麦－燕麦部分双二倍体的Ｃ分带的研究,表明八倍体节节麦－燕麦部分双二倍体中含有小麦的Ｂ组和Ａ组染色体。通过对节节麦、野燕麦、八倍体节节麦－燕麦部分双二倍体与中国春小麦回交后代的花粉母细胞减数分裂过程中染色体配对行为的研究,表明回交一代中含有１４个左右的二价体,而不是预期的７个二价体;通过对八倍体节节麦－燕麦部分双二倍体与中国春小麦回交后代花粉母细胞中染色体的原位杂交研究,表明八倍体节节麦－燕麦部分双二倍体中含有１４条左右的燕麦染色体。因此,认为八倍体节节麦－燕麦部分双二倍体不是真正的节节麦与野燕麦的杂种,而可能是某一四倍体小麦与燕麦的杂交后代。     

青花菜线粒体基因组组装与序列特征分析

为更好地从分子水平了解青花菜,对青花菜进行线粒体基因组组装,并对其序列特征进行分析。青花菜线粒体基因组大小为219 964 bp,GC含量为45.25%。线粒体基因组注释到61个基因,包括33个编码蛋白基因,23个tRNA基因,3个rRNA基因和2个假基因。其中8个基因的核苷酸多样性较高;24个基因无核酸多样性。变异数量最多的基因是 rrn26、 rrn18和 atp1,其变异数量分别为326、277和136。密码子偏好性分析结果显示RSCU值>1的密码子有29个,大多以A/U碱基结尾,表明其密码子更偏向于A/U结尾。基因组序列中共检测到345个重复序列,包括170个正向重复序列和175个回文重复序列。青花菜与花椰菜的线粒体基因组具有极好的共线性,且基因的位置基本一致。青花菜线粒体和叶绿体基因组中共检测到22条同源片段。同源片段总长度为13 355 bp,平均607 bp。