小麦抗叶锈近等基因系TcLr38的cDNA-AFLP分析

 【目的】分析经叶锈菌诱导小麦抗叶锈近等基因系TcLr38的基因表达情况,寻找与抗病基因表达相关的片段。【方法】应用cDNA-AFLP技术从mRNA表达水平研究TcLr38和感病对照Thatcher与小麦叶锈菌05-22-65（THTS）互作时基因表达的差异。【结果】76对引物组合检测到约3 800条条带,平均每一对选择性引物可以获得50条条带,其中28对能够在小麦近等基因系TcLr38和感病对照Thatcher之间扩增出特异性条带。多态性条带划分为8种类型,其中3种类型可能与抗病基因相关。最终得到95条小麦抗叶锈近等基因系TcLr38的特异性表达的转录衍生片段（TDF）,其中19条差异TDFs只在接种叶锈菌的TcLr38中出现,为上调表达,而8条差异TDFs为下调表达。对可能与抗病相关的特异TDFs中的21条片段进行序列测定与分析,经BLASTx比较,17个TDFs所推导的蛋白质序列在数据库中找到其所对应的同源序列,15个TDFs为已知功能的基因。【结论】通过对功能已知的基因分析,推测决定蛋白激酶C、ATP结合蛋白、类受体激酶、信号传导组氨酸激酶（HPK）、肽酶家族M23、Dnak抑制蛋白DksA、甲硫氨酸tRNA合成酶、RanGTP酶激活蛋白1、烯酰辅酶A水合酶的TDFs可能与抗病或防御过程相关。     

6个小麦抗叶锈病近等基因系的cDNA-AFLP差异表达分析

应用cDNA-AFLP技术对小麦抗叶锈病近等基因系TcLr9、TcLr15、TcLr19、TcLr25、TcLr38、TcLr45和感病亲本Thatcher间的表达差异进行分析,共选用226对引物组合对其进行筛选,检测出7 554条条带,平均每对引物可获得33条扩增条带。筛选出68对引物能够在小麦抗叶锈病近等基因系TcLr9、TcLr15、TcLr19、TcLr25、TcLr38、TcLr45和感病亲本Thatcher之间扩增出特异表达条带,特异表达检出率为30.1%。68对引物共扩增出84条特异表达条带,并根据基因表达与否及表达量划分为9种不同的特异表达类型(I~IX)。其中,I、V和VII型特异表达类型为组成型表达,共49条;II、IV、VI和VIII型特异表达类型表达上调,共21条;III和IX型特异表达类型表达下调,共14条。有5种特异表达类型(IV、V、VI、VII、VIII型)可能与小麦的抗病反应相关,并且这5种特异表达类型又分为两类亚型,第一类亚型是小麦抗叶锈病近等基因系与小麦叶锈菌互作时特异表达(I V型)或者表达量明显增加(VI、VIII型),为诱导性特异表达类型;第二类亚型为组成型特异表达类型(V、VII型)。     

小麦秆锈菌特异性SSR分子标记的开发

 【目的】研发简单、快速、准确的分子检测技术用于小麦秆锈菌的准确诊断和秆锈病的早期预警。【方法】采用FIASCO法构建秆锈菌基因组微卫星富集文库,分离微卫星DNA序列,设计合成小麦秆锈菌的特异性引物。【结果】根据小麦秆锈菌基因组微卫星富集文库,设计1对小麦秆锈菌特异性微卫星引物Pgtfssr1(f/r),可在来自中国不同麦区的20份小麦秆锈菌分离物基因组DNA中扩增出395 bp的特异性片段,而在小麦条锈菌、小麦叶锈菌和其它麦类病原真菌中未扩增出该特异性片段。病菌侵入寄主30 h后便可检测到特异性DNA片段的存在,灵敏度达到1 ng•μL-1模板DNA浓度水平。【结论】成功研发出小麦秆锈菌的特异性SSR分子标记,为小麦秆锈病早期诊断在生产上的应用奠定了基础。     

利用cDNA-AFLP分析内生解淀粉芽胞杆菌 Fy11诱导辣椒差异表达基因

【目的】分析内生解淀粉芽胞杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）Fy11诱导辣椒（Capsicum annuum）幼苗差异表达基因,了解辣椒与内生芽胞杆菌互作的分子机制。【方法】利用cDNA-AFLP技术,采用256对引物,分析辣椒幼苗接种内生解淀粉芽胞杆菌Fy11后5个时间点的基因表达谱;利用qRT-PCR分析差异基因表达模式,验证cDNA-AFLP表达谱。【结果】256对引物共产生18 620个转录本（TDF）,筛选获得353条差异表达条带,占扩增条带总数的1.89%。经克隆、测序分析,最终获得257个差异TDF,聚类分析得到229个独立基因（EST,unigenes）,其中144个基因上调表达,85个基因下调表达。经Blastx比对和功能分类分析,其中65条EST（28.38%）未找到同源性匹配,8条（3.49%）与未知功能蛋白同源性较高。其余156条EST主要涉及基础代谢基因（10.92%）;与能量和抗病与防御类相关基因,各占8.73%;信号转导基因占7.42%;转运子或转座子基因占6.99%;与细胞结构相关基因占6.55%;参与转录调控基因占5.68%;细胞生长类基因占3.93%;参与蛋白质运输和储存有8个基因,占3.49%;蛋白质合成类基因占2.18%;次生代谢类和胞间运输类基因,其数量相对较少,各占1.75%。选取与抗病防御、转录调控及信号转导类等相关的10个差异基因,qRT-PCR分析结果显示其表达模式符合cDNA-AFLP表达谱。【结论】内生细菌与植物互作的分子机制涉及植物多方面生理生化反应,包括抗病防御、转录调控、蛋白质代谢、信号转导、以及非生物胁迫等多种途径相关基因的协同控制。     

茶树‘紫娟’肉桂酰辅酶A还原酶基因（CCR）克隆及序列分析

通过克隆茶树肉桂酰辅酶A还原酶基因(CCR)的cDNA序列,为研究其蛋白结构和功能奠定基础。对利用cDNA-AFLP技术获得的‘紫娟’茶树成熟叶片上调的差异表达片段TDF,设计特异引物,利用RACE末端扩增技术,分别扩增出5′端和3′端目的片段,测序后进行拼接获得茶树肉桂酰辅酶A还原酶基因(CCR)cDNA全长序列,并进行序列分析。结果表明:克隆的茶树CsCCR基因cDNA全长1 259bp(GenBank登录号为KJ995737),其中开放阅读框957bp。同源比对发现,与蓖麻、丹参、草莓、番茄的CCR蛋白同源性分别为67%、68%、69%和70%。     

23个小麦抗叶锈病近等基因系SRAP多态性

 【目的】分析以Thatcher为遗传背景的小麦抗叶锈病近等基因系的遗传多样性,探讨SRAP技术在小麦抗叶锈病基因标记及基因克隆研究中应用的可行性。【方法】采用SRAP（sequence-related amplified polymorphism）技术对23个以Thatcher为遗传背景的小麦抗叶锈病近等基因系和感病对照Thatcher进行分析。【结果】从128对引物中筛选得到41对具有多态性引物,每个引物组合产生6～41个多态性条带,共产生537个多态性条带,多态性条带率达49.5%,平均每个引物组合产生13.1个多态性条带;每个引物组合产生1～13个特异性条带,共产生115个特异性条带,特异性条带率为10.6%,平均每个引物组合产生2.8个特异性条带。聚类分析将23个小麦抗叶锈病近等基因系和Thatcher在相似系数0.72处分为A、B两大类,其中96%的个体归入B类。B类又分为Ⅰ、Ⅱ两个亚类,95%的个体聚在第Ⅱ亚类。第Ⅱ亚类在相似系数为0.785附近分为4小类。【结论】23个小麦抗叶锈病近等基因系间存在一定的差异。SRAP技术是一种简单有效的分子标记系统,可在小麦叶锈病抗病基因的研究中应用。     

小麦叶锈菌与TcLr19非亲和互作cDNA文库的EST分析

 【目的】建立小麦叶锈菌与小麦非亲和互作的基因表达数据库,为从分子水平阐明小麦抗叶锈病机制奠定基础。【方法】对叶锈菌诱导的TcLr19小麦叶片cDNA文库随机测序,利用BLASTx对所得序列进行功能注释,按照Bevan的植物基因功能分类标准进行分类。采用RT-PCR技术,以Actin为参照,对2条信号转导相关基因和3条抗病与防御相关基因进行表达分析。【结果】随机对cDNA文库中756个阳性克隆测序,获得649条高质量EST。对EST序列聚类拼接获得472条非重复序列(Unisequence)。功能分类结果表明,25.2%为未知功能蛋白,21.0%与能量代谢基因相关,17.8%与抗病防御基因及信号转导基因相关,其余EST分别与转录、转运、蛋白代谢等功能基因相关。RT-PCR分析结果表明同一基因在叶锈菌侵染后不同时间点的小麦叶片中表达量不一致,且各基因有不同的表达模式。【结论】推测钙转运ATP酶,谷胱甘肽-S-转移酶,蛋白激酶Pti1,NBS-LRR抗病蛋白和分子伴侣DnaJ等参与了小麦与叶锈菌的非亲和互作过程。该cDNA文库可用于了解小麦与叶锈菌非亲和互作过程中的功能基因,为建立研究病原菌基因及小麦抗病基因数据库奠定基础。     

小麦抗叶锈基因Lr45的SCAR标记

 【目的】建立小麦抗叶锈基因Lr45 SCAR（sequenced characterized amplified region序列特征扩增区域）标记。【方法】以小麦抗叶锈病基因材料TcLr45和感病材料Thatcher为亲本,利用黑麦基因组特异的RAPD标记引物OPH20进行PCR扩增,对获得的与预期大小相同的1.5kb的特异片段进行克隆测序,并根据该序列设计一对特异PCR引物LRYR和LRYF,对TcLr45×Thatcher F2代单株构建的分离群体进行扩增,验证该标记与Lr45的连锁关系,Mapmaker 3.0软件绘制遗传连锁图。【结果】该标记在TcLr45中扩增出单一条带,片段大小为1 272 bp（命名为Ypsc20H1272）,而在感病亲本中则无扩增条带。F2代分离群体进行连锁分析,遗传距离为8.2 cM,该标记为与Lr45连锁的SCAR标记。【结论】将Lr45的RAPD标记转化成SCAR标记。     

小麦条锈菌条中32号生理小种SCAR检测标记的建立

【目的】建立具有应用价值的小麦条锈菌条中32生理小种的SCAR检测标记。【方法】用100条随机引物对我国目前主要流行的12个小麦条锈菌生理小种进行RAPD筛选,寻找特异性片断,并对其进行克隆、测序,将该特异性片段转化成条中32号小种的SCAR专化型标记。设计并合成SCAR特异性引物,对不同来源的条中32号进行SCAR检测。【结果】引物S1271从条中32号生理小种中扩增出长度为320 bp的特异片段,该片段可作为条中32号的SCAR标记。从不同来源的条中32号生理小种中扩增出了筛选到的SCAR标记。【结论】成功建立了条中32专化SCAR标记。     

乙烯利调控甘蔗基因差异表达研究

【目的】建立并优化乙烯利调控甘蔗基因差异表达的cDNA-AFLP分析体系和银染体系,利用该技术对乙烯利处理的甘蔗进行基因差异表达研究,探讨乙烯利调控甘蔗生长的分子机理。【方法】以甘蔗品种ROC16为材料,在甘蔗生长40 d左右时,叶面喷施200 mg/L乙烯利溶液(对照为清水)0、3、6、12、24、48 h后,分别取甘蔗叶片提取总RNA,建立cDNA-AFLP分析体系和银染体系;利用193对引物组合对乙烯利处理和对照的甘蔗叶片RNA混合池的样品进行差异表达分析,对部分差异转录片段进行回收、克隆、反向Northern杂交验证、序列分析和功能分析等。【结果】经cDNA-AFLP体系反应扩增,乙烯利处理和对照每个样品的扩增条带数均在35～80之间,处理和对照之间条带多态性明显。在反向Northern杂交验证分析中,24个测试样品中有11个无差异,假阳性率高达46%;在乙烯利作用下,甘蔗的CHI、GST、ARP、LHC、核结合蛋白基因以及一批未知基因差异表达,其中CHI、GST、LHC和核结合蛋白基因是与促进植物的抗病抗逆、提高光合作用等密切相关的因子。【结论】cDNA-AFLP技术是研究乙烯利诱导甘蔗相关基因差异表达和调控的一种较有效方法,具有可行性。乙烯利可能是通过调控甘蔗体内GST、CHI、ARP和LHC等基因的表达,从而表现出促进甘蔗生长、提高光合作用、增强抗病抗逆性等生理效应。     

利用cDNA-AFLP技术鉴定菊花品种‘紫荷’的抗白锈病相关基因

【目的】筛选菊花中抗白锈病相关基因,研究菊花抗白锈病的分子机理。【方法】以菊花中对白锈病完全免疫的品种‘紫荷’为供试材料,对其叶片喷施106个白锈病冬孢子/mL蒸馏水,处理时间梯度为0 h、3 h、6 h、12 h、24 h、48 h、72 h、96 h,使用cDNA-AFLP技术分析这一接种过程中的差异表达基因,并采用RT-PCR方法对表达结果进行验证。利用RACE技术克隆其中重要蛋白基因的cDNA全长,采用MEGA 4.0程序进行序列分析。【结果】利用76对引物组合,共筛选出了约4 950条差异表达的cDNA片段,对其中80个表达差异显著的片段进行测序,最终得到51个差异片段的核苷酸序列。Blastx同源性比对发现,其中18个序列与已报道的抗病基因具较高同源性,其功能涉及到抗病、信号转导、光合作用和光呼吸、反转录转座子以及植物基础代谢。RT-PCR验证结果表明,利用cDNA-AFLP技术获得了稳定表达的序列;使用RACE技术获得了其中两个编码植物14-3-3蛋白的基因：CmGFR01、CmGFR02的cDNA全长序列分别为1 062 bp和1 098 bp,分别编码含260和271个氨基酸残基的开放阅读框。对序列进行分析发现,CmGFR01、CmGFR02属于高等植物中一类新的14-3-3基因亚家族。【结论】构建了菊花品种‘紫荷’在白锈病胁迫下的基因表达谱,从基因组水平上识别了一批与抗白锈病相关的基因,这些基因有助于解析植物抗白锈病的分子机理。分离得到的CmGFR01、CmGFR02可用于栽培菊花抗白锈病的分子育种。     

小麦条锈菌鉴别寄主Lee中抗性基因Yr7的微卫星标记

【目的】对近等基因系Taichung29*6/Lee对条锈菌（PST）菌系CYR27的抗性谱进行遗传分析，并运用微卫星技术对近等基因系Taichung29*6/Lee中的抗条锈性基因进行标记。【方法】将Taichung29*6/Lee 与Taichung29杂交、自交和测交并对双亲及其杂交后代进行苗期抗性鉴定。采用SSR技术，利用抗性供体Lee中含有目的基因Yr7的小麦抗条锈病近等基因系Taichung29*6/Lee，选用Yr7所在的2B染色体上88 对和Yr22、Yr23所在4D、6D染色体上22对SSR引物，对供试的Taichung29*6/Lee、Taichung29和Lee基因组DNA进行PCR扩增和电泳分析。【结果】根据F2分离群体的抗感单株分离比例，确定Taichung29*6/Lee对CYR27菌系的抗性为1个显性基因，2B染色体上的Xgwms526引物扩增出多态性谱带为Xgwms526/212bp和Xgwms526/216bp，并证明其DNA片段位点与抗条锈基因Yr7存在遗传连锁关系；用标记Xgwms526扩增F2作图群体的单株DNA，在75株抗病单株中，有22株扩增出A型带（Xgwm526-212bp），51株扩增出H型带（Xgwm526-212bp和Xgwm526-216），2株扩增出B型带（Xgwm526-216）；在31株感病株中，有4株扩增出H型带，27株扩增出B型带。【结论】通过Map Manager QTX 17b软件计算，确定Xgwm526标记位点与Yr7基因位点的遗传距离为5.3cM，标准差为2.3，LOD值为18.4。该标记Xgwm526可作为Yr7基因的SSR标记利用。     

甘、芥种间杂交后代DH株系K0959 PEG干旱

【目的】了解甘、芥种间杂交后代抗旱材料K0959在干旱胁迫处理下相关基因的表达情况。【方法】利用cDNA-AFLP技术,以经25% PEG-6000胁迫处理的K0959植株叶片为材料,比较其与非胁迫处理对照的基因表达差异。【结果】从128个引物组合中筛选出16个引物组合,可获得30余条差异片段;经二次扩增,可获得15个大小为102～384 bp、在胁迫中表达的差异片段。通过对片段的克隆测序、同源性比对,15个差异片段中,有7个片段与拟南芥的mRNA同源性较高,其中4个片段（2B, 2D, 3-2B和14B）为非重复的TDFs;1个片段（3D）与甘蓝的同源性较高,1个片段（2C）与甘蓝型油菜的mRNA同源性较高,而6个大小为102～240 bp的片段（D2-1、6A和9-2C等）在GenBank中与已知基因或序列无任何同源性,可能为尚未发现的新基因。其中6个已知功能的TDFs片段分别参与能量、新陈代谢、细胞运输途径以及细胞周期和DNA加工等过程。【结论】获得的差异表达基因对于了解甘、芥种间杂交后代油菜抗旱性形成的调控机制具有参考价值。