大豆Abhydrolase_3基因家族进化分析

异黄酮是大豆的重要次生代谢物,参与植物与微生物互作。2-羟基异黄酮脱水酶(hydroxyisoflavanone dehydratase,HID)催化2-羟基异黄酮形成稳定的异黄酮。HID属于Abhydrolase_3基因家族,该基因家族具有多种功能,但该基因家族在大豆中的进化模式尚待研究。为了研究Abhydrolase_3基因家族在大豆中的进化模式,本文在大豆基因组中鉴定了62个Abhydrolase_3基因,串联和片段复制是该基因家族主要扩增方式。根据系统进化关系,将大豆Abhydrolase_3基因家族划分为8个亚家族,其中HID所在的亚家族I基因数量最多,并发生多次基因扩增事件。对大豆Abhydrolase_3基因家族结构分析表明,不同亚家族具有不同的基序。多态性分析表明,亚家族Ⅰ、Ⅲ和Ⅴ具有较高的核苷酸差异,并受到放松的自然选择。基因表达分析表明,除了亚家族II和IV外,其它亚家族的基因在大豆不同组织中有较高表达;亚家族Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ基因受病原菌诱导表达。结果说明HID所在的亚家族I存在基因扩增和功能分化,与病原菌互作相关的基因具有较高的遗传多样性并受病原菌诱导表达。     

水稻抗性基因Pi对福建省稻瘟病菌优势菌群的抗性分析

【目的】抗病品种的合理利用和布局是实现水稻抗瘟持久化的关键因子之一。为明确水稻24个抗性基因在福建省的抗病性及其应用前景,【方法】首先分别采用全国稻瘟病菌生理小种鉴别品种和CO39近等基因系来鉴定2012-2015年间从福建省各稻区种植的普感品种丽江新团黑谷上采集的347株稻瘟病菌单孢菌株的生理小种类型和致病型,再测定24个抗性基因对福建省稻瘟病菌的抗性。【结果】根据全国稻瘟病菌生理小种鉴别品种对菌株的抗感反应,可将供试稻瘟病菌的生理小种划分为6个群36个生理小种,其中ZA、ZB和ZC为主要种群,ZC15、ZD7和ZB15为优势生理小种。根据CO39近等基因系的接种结果,将供试稻瘟病菌划分为17个致病类型,其中I34.1为优势致病型。供试的24个抗性基因对347株福建省稻瘟病菌菌株的抗性频率不同,抗谱为9.80%~89.91%。其中,Pi-k~m、Pi-7(t)、Pi-9(t)、Pi-k~p、Pi-k、Pi-k~h、Pi-z~5和Pi-ta(1)等8个抗性基因的抗病性较强,抗谱均高于70.00%。【结论】说明这8个抗性基因在福建省具有较好的应用前景,育种时可以考虑联合利用这些抗性基因。同时,实验结果表明,这8个抗性基因对主要生理小种的抗谱和主要致病型的抗谱均值高于69.00%,与其对所有测试菌株的抗谱吻合。说明利用稻瘟病菌的优势种群或优势致病型来鉴定水稻品种的抗病性是可靠的。     

杂草环境下转EPSPS基因大豆NZL06-698的生态适应性研究

为研究转EPSPS基因大豆NZL06-698在杂草环境中的生态适应性,试验设置杂草处理模拟野外环境,研究转基因大豆NZL06-698(GT698)的生存竞争能力以及外源EPSPS蛋白表达情况。结果表明:在相同处理下转基因大豆GT698的株高(R8期)、百粒重显著高于亲本大豆蒙豆12(MD12),但单株产量、单株籽粒数、结实率显著低于亲本大豆,说明外源基因的存在并未增强转基因大豆的生存竞争力,且转基因大豆在野外的生存竞争能力与亲本大豆相比较弱。试验注意到,杂草环境对转EPSPS基因大豆的生长有明显的限制作用,杂草处理下转基因大豆的单株产量、单株籽粒数、百粒重、结实率等指标均显著低于对照处理。ELISA检测结果表明,转基因大豆叶片及籽粒中外源EPSPS蛋白在杂草处理及对照中均正常表达,且两种处理下的EPSPS蛋白表达量无显著差异。以上结果表明杂草环境中转基因大豆的EPSPS蛋白正常表达,正常提供抗草甘膦性状,但是外源基因的存在并没有增加转基因大豆的生存竞争能力,且转基因大豆的生长受到杂草环境的显著抑制,由此得出结论:与亲本大豆相比,转EPSPS基因大豆NZL06-698在野外环境中生态适应能力较弱。     

玉米甜、糯性状育种的遗传学基础

甜玉米和糯玉米是一类淀粉合成途径不同、基因发生突变导致子粒中含有高可溶性糖或高支链淀粉的玉米,是可直接食用的鲜食玉米类型。介绍玉米甜、糯性状形成的生物化学基础及其遗传特征,详细阐述单果穗甜糯形成的遗传学基础与机制,利用基因编辑技术进行隐性性状高效遗传改良具有无需表型选择并克服连锁累赘的优势。     

大豆对大豆花叶病毒SC18株系的抗性遗传和基因定位

大豆花叶病毒(soybean mosaic virus,SMV)病是我国大豆生产上的一种主要病毒病害,SMV株系SC18是我国东北和南方两大产区的优势株系,在黄淮大豆产区亦零星发生。本研究对5个抗×感杂交组合衍生后代分离群体接种SC18后,发现各组合F_1均抗病,F_2表现3∶1(抗∶感)分离比,F_(2∶3)表现1∶2∶1(抗∶分离∶感)的分离比,表明5个抗病亲本(中作00-683、滨豆95-20、东大2号、中品661和RN-9)对SC18的抗性由一对显性基因控制。抗×抗杂交组合"中作00-683×东大2号"衍生后代分离群体接种SC18,F_2出现15∶1(抗∶感)的分离比,表明中作00-683与东大2号可能各携带一对显性基因,控制对SC18的抗性,且独立遗传;抗×抗杂交组合"中作00-683×滨豆95-20"的F_1、F_2和F_(2∶3)在接种SC18后均未检测出感病株,表明中作00-683与滨豆95-20所携带的对SC18的抗性基因是等位的。利用RN-9×7605重组自交家系将RN-9对SC18的抗病基因Rsc18定位到大豆6号染色体(C2连锁群)SSR标记Satt286和Satt277之间,遗传距离为6.12和4.69 cM。     

控制水稻金黄色颖壳与节间基因OsCAD2的图位克隆

【目的】水稻色素不仅对其自身生长发育有重要生理作用,而且在水稻育种、农副产品改良等方面运用比较广泛。对水稻色素相关基因进行表型分析和基因定位,为进一步研究色素代谢途径及调控机理奠定基础。【方法】利用EMS诱变粳稻长粒粳(CLJ),在突变体库内筛选到一个金黄色颖壳与节间突变体gh881;在成熟期,测定野生型与gh881的主要农艺性状;将gh881与野生型及中恢8015杂交,观察BC1F1及F1植株表型,并对BC1F2及F2表型分离进行卡方检验,对gh881进行遗传分析;利用F2群体和图位克隆的方法对gh881突变基因进行定位;采用q PCR检测颖壳颜色相关基因在gh881与野生型不同发育时期的幼穗、节间以及剑叶叶鞘的相对表达量。【结果】与野生型相比,突变体的颖壳与节间均呈金黄色;除单株有效穗数外,gh881突变体的株高、每穗总粒数及实粒数、结实率和千粒重等性状均极显著降低。遗传分析和基因定位结果表明,gh881的突变表型受1对隐性核基因控制,位于第2染色体短臂,并最终将该基因精细定位于标记FH-13和RH-25之间,物理距离约33.2 kb,该区域中包含4个开放阅读框(ORFs)。【结论】序列分析结果表明,发现其中一个编码肉桂醇脱氢酶(CAD)的基因OsC AD2(Os02g0187800)的3 563 bp处发生了1个单碱基突变(G转换为A),导致该基因编码区的第297位氨基酸由甘氨酸突变为天冬氨酸,由此认为该突变体为OsC AD2基因单碱基突变的新等位基因。q RT-PCR结果表明,突变体的节间中OsCAD2相对表达量极显著下调,而在剑叶叶鞘及穗部则基本都是极显著增加,其他相关基因也发生显著变化,证实OsCAD2是木质素代谢中的重要基因,且可能与其他相关基因存在反馈调节。     

水稻叶片内卷突变体rl(t)的鉴定与基因定位

【目的】叶片是水稻理想株型的重要内容,叶片适度卷曲可以提高光合效率。对卷叶相关基因进行遗传分析和初步定位,为下一步的基因克隆与功能分析提供研究基础。【方法】利用EMS诱变雄性不育保持系宜香1B获得一份稳定遗传的叶片向内卷曲突变体,暂命名为rl(t)。在成熟期,测定野生型和rl(t)的主要农艺性状;在分蘖期,取野生型和rl(t)叶片用FAA固定液固定进行石蜡切片,同时,用野生型和rl(t)剑叶测定叶绿素含量;在抽穗期,利用Li-6400便携式光合仪测定10株抽穗期的野生型和rl(t)的光合参数;将rl(t)与野生型及日本晴杂交,观察F_1植株表型,对F_2表型分离进行χ~2测验,对突变体进行遗传分析。以rl(t)/日本晴的F_2群体为材料,利用BSA法进行定位。【结果】与野生型相比,突变体叶片向内卷曲明显,叶片更加直立,叶色变深,其他主要农艺性状均有不同程度降低。光合特性分析表明,突变体比野生型具有更高的光合色素含量,但光合效率没有明显差异。叶片组织切片观察表明,突变体中泡状细胞变小可能是导致叶片卷曲的主要原因。遗传分析表明,该突变体受一对隐性核基因控制,利用突变体与日本晴的F_2群体进行基因定位,最终将该基因定位在第7染色体长臂InDel标记Ind3和Ind4间610 kb的物理区间。【结论】rl(t)叶片内卷是由于近轴面泡状细胞面积减小。RL(t)定位区间内未见卷叶相关基因报道,推测RL(t)可能是一对新基因。     

玉米大斑病菌StSte12基因对H_2O_2氧化胁迫的应激调节

通过比较野生型菌株Wt01-23与StSte12基因RNAi沉默突变体菌株StRNAi9-10和StRNAi3-6在H_2O_2胁迫下生长和发育方面的差异,分析转录因子基因StSte12对玉米大斑病菌氧化胁迫的调节能力。在不同浓度H_2O_2胁迫条件下,测定野生型菌株和突变体菌株的菌落生长速度、菌丝形态、产孢量和菌丝萌发率。结果表明,随着H_2O_2浓度的增加,玉米大斑病菌野生型菌株和突变体菌株的菌落生长速度、产孢量和菌丝萌发率均显著降低,但突变体菌株的降低程度显著高于野生型菌株,表明StSte12基因对玉米大斑病菌的氧化应激调节具有重要的调控功能。     

玉米耐盐基因ZmHKT1;5在烟草中的功能验证

HKT类基因是与植物耐盐性密切相关的一类基因。在作物中HKT蛋白可通过排出Na+来维持植物体内的Na~+/K~+平衡,从而影响植物耐盐性。通过在烟草中过表达玉米ZmHKT1;5基因,验证该基因具有提高植物耐盐性的作用。结果表明,过表达ZmHKT1;5基因的T0代材料即显示出叶片耐盐能力的明显提高;T2代转基因株系种子在含盐培养基上的发芽能力明显强于野生型材料,T2代转基因株系幼苗阶段的耐盐能力也得到了明显的提高。通过比较在盐胁迫后2月龄的转基因材料和野生型材料的生理指标,发现野生型材料中MDA和H_2O_2的含量相较转基因材料发生了更为明显的上升,说明转基因材料中过表达ZmHKT1;5基因有效降低了盐胁迫引起的过氧化物积累。综合转基因验证的结果,证明ZmHKT1;5基因具有提高植物耐盐性的作用。     

CRISPR/Cas9定点编辑水稻穗发育Osa1基因

CRISPR/Cas9是一种快速发展的基因组定点编辑技术。利用该技术对水稻穗发育基因Osa1进行定点编辑,精准敲除Osa1基因,获得Osa1功能缺失突变体,为Osa1基因功能的深入研究提供了准确可靠的突变体材料。