2011年茶树遗传育种进展

2011年度国内外茶树遗传育种领域研究取得新进展:通过资源收集与利用相结合的措施,促进有用资源及时转化为生产力;分子标记开发和基因克隆是茶树遗传育种基础研究的热点领域;化学成分和形态特征鉴定仍然是茶树品种品质和适制性研究主要手段;良种与良法结合,促进提质增效;茶树品种的生态适应性以及茶树品种繁育技术综合应用倍受关注;新品种选育取得了新进展。     

麝香百合液泡膜水孔蛋白基因LlTIP2的克隆及生物信息学分析

水孔蛋白是位于质膜和液泡膜等生物膜上主要负责水分跨膜运输的通道蛋白,属于膜主要内在蛋白(major intrinsic proteins,MIP)超家族.采用RT-PCR和RACE法从麝香百合(Lilium longiflorum)叶片克隆得到1个液泡膜内在蛋白(tonoplast intrinsic proteins,TIPs)基因的全长cDNA序列,命名为LTIP2(GenBank登录号:JN085950).该基因cDNA全长986 bp,包括208bp的3’-非翻译区,744 bp开放阅读框以及34 bp的5’-非翻译区,共编码247个氨基酸.由L1TI P2推导的氨基酸序列具有2个高度保守的水孔蛋白NPA (Asn-Pro-Ala)基序以及MIP的特征序列SGGHVNPAVTFG.同源性分析表明,LITIP2氨基酸序列与陆地棉(Gossypium hirsutum)、大麦(Hordeum vulgare)、黑麦草(Lolium perenne)和小麦(Triticum aestivum)等植物TIP2的同源性分别达77％、74％、73％和72％.系统进化树分析表明LlTIP2属于液泡膜水孔蛋白TIP2亚类新成员.     

水稻对稻瘟病抗性的分子生物学研究进展

 介绍了水稻对稻瘟病抗性的分子生物学研究进展,主要包括：用于定位作图的分子标记的种类和特点、稻瘟病抗性基因的分子标记定位、稻瘟病抗性基因的等位性比较研究、稻瘟病菌生理小种无毒基因的克隆以及稻瘟病抗性基因克隆研究进展等。     

马银花愈伤组织RoWUS基因及其启动子的克隆与表达分析

WUSCHEL(WUS)基因是植物干细胞的标志基因。采用同源克隆法结合RACE技术从马银花愈伤组织中克隆得到Ro WUS c DNA全长序列,采用染色体步移法克隆得到该基因的启动子序列,登录号分别为KF365488、KF861578。马银花Ro WUS c DNA全长1 123 bp,编码302个氨基酸;DNA序列2 001 bp,包含2个内含子和3个外显子;启动子序列3 122 bp。生物信息学分析表明:Ro WUS亚细胞定位于细胞核,是不稳定的亲水蛋白,无信号肽,具有跨膜结构,包含homeodomain功能位点。系统进化树分析结果表明:Ro WUS单独形成一个分支,与葡萄、大豆和苜蓿的亲缘关系最近。对Ro WUS的启动子进行分析表明,该启动子除了含有丰富的TATA-box和CAAT-box等基本元件以外,还含有多个光响应元件、逆境胁迫响应元件、激素应答元件和其他功能元件。q PCR结果表明:Ro WUS基因在马银花愈伤组织不同生长时期中呈先上升后下降的趋势,在第5个继代周期时表达量最高。外源赤霉素和脱落酸浓度为15 mg/L时表达量最高,说明Ro WUS基因在该浓度时对赤霉素和脱落酸的响应最强。     

三疣梭子蟹FAMeT基因克隆及其在蜕皮周期中的表达水平

法尼酸甲基转移酶(farnesoic acid O-methyl transferase, FAMeT)是甲基法尼酯(methyl farnesoate, MF)生物合成途径中最后一步的关键酶,MF是一种类似昆虫保幼激素(juvenile hormone, JH)的倍半萜,在甲壳动物的生长发育及繁殖过程中起到了重要作用。本文克隆得到了三疣梭子蟹FAMeT的全长cDNA序列（GenBank登录号：KC192659）,它包括一个201bp 的5非编码区、一个318bp的 3非编码区,和一个825bp的开放阅读框（ORF）,编码274个氨基酸;推导的氨基酸序列与已公布的其他甲壳动物FAMeT进行比对,发现一致性达75%-97%,其中与远海梭子蟹FAMeT的一致性最高;而且该氨基酸序列由两个CF（CPAMD8/FAMeT）区域组成,这两个CF区域是FAMeT的标志,在所有甲壳动物的FAMeT里均有发现,因此推导的氨基酸序列是三疣梭子蟹FAMeT基因。我们运用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)的方法分析了其在不同组织中、不同蜕皮周期中的表达量变化,发现FAMeT在三疣梭子蟹的各个组织里均有表达且在胸神经节(Taoracic ganglia)里表达最强;在三疣梭子蟹蜕皮过程中,大颚器FAMeT在D1期表达最强,然后逐渐下降至D4最低。该结果表明FAMeT在三疣梭子蟹蜕皮调控中起着重要的作用。     

百合AP2/ERF家族转录因子基因LoERF4的克隆和生物信息学分析

【目的】研究AP2/ERF家族成员ERF基因在百合休眠解除过程中的作用。【方法】以百合品种西伯利亚(Lilium oriental ‘Siberia’)的小鳞茎为试验材料,从前期试验获得的转录组测序数据中筛选得到1个在小鳞茎休眠解除过程中显著上调表达的ERF转录因子,结合RT-PCR技术扩增得到西伯利亚小鳞茎的ERF基因c DNA全长序列,命名为LoERF4;通过多种生物信息学软件对LoERF4的基因结构和理化性质等进行分析;利用荧光定量qRT-PCR技术检测LoERF4基因在小鳞茎休眠解除过程中的相对表达量。【结果】通过克隆得到LoERF4基因全长,该基因开放阅读框全长为606 bp,编码201个氨基酸,含有1个典型的保守AP2结构域;蛋白相对分子量约为21.52 ku,理论等电点为6.43,为亲水性蛋白,没有跨膜结构。qRT-PCR分析结果显示：在西伯利亚小鳞茎休眠解除过程中,该基因的表达量在第20天小鳞茎休眠解除、开始萌发时极显著升高。【结论】在百合中克隆得到的LoERF基因可能是参与调控百合小鳞茎休眠解除进程的关键因子之一。     

湖北白猪胃蛋白酶原A基因cDNA克隆与序列分析

根据Genebank公布的J04601猪胃蛋白酶原A序列,进行了引物的设计和筛选,通过RT-PCR获得了湖北白猪的胃蛋白酶原A的cDNA序列全长,共1 227 bp(已提交Genebank,登录号EF108301),其具有一个长度为1 158 bp的读码框,编码385个氨基酸,其中包含15个氨基酸组成的信号肽,成熟的胃蛋白酶原A由370个氨基酸残基组成.与J04601比较,核苷酸和氨基酸相似性分别为99.3%和98.7%.经PredictProtein分析表明,核苷酸和氨基酸的改变没有造成蛋白质二级结构和功能的变化;并对胃蛋白酶原A基因密码子使用频率和mRNA的二级结构进行了分析,为其载体和宿主的选择以及基因的改造奠定了分子生物学基础.     

玉米逆境响应基因ZmGST23克隆和表达分析

谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione S-transferases,GSTs)是植物抗氧化系统的重要成员,在初生代谢、次生代谢、细胞信号转导及逆境响应等生物学过程中发挥着重要作用.本研究以GenBank中公布的玉米谷胱甘肽-S-转移酶23基因(ZmGST23)mRNA序列(GenBank登录号:NM_001111524)为依据,采用RT-PCR方法从玉米(Zea mays)自交系F83中克隆得到ZmGST23基因669 bp的完整开放阅读框(open reading frame,ORF),编码222个氨基酸,蛋白分子量为24.84kD,理论等电点为5.68.保守结构域分析表明,该基因具有GSTs所特有的N端及C端结构域,并含有典型的G位点及H位点,属于Tau类谷胱甘肽硫转移酶.系统进化分析表明,ZmGST23编码蛋白与高粱(Sorghum bieolor)GST蛋白亲缘关系最近,且在不同物种间存在明显的种属特性.启动子序列分析结果显示,ZmGST23基因启动子区含有多个响应逆境及植物激素的作用元件,包括脱落酸(abscisic acid,ABA)响应元件、生长素(auxin,IAA)响应元件、赤霉素(gibberellin,GA)响应元件、厌氧响应元件、防御及逆境响应元件以及干旱诱导的MYB转录因子(v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog,MYB)结合位点.胁迫诱导表达分析表明,ZmGST23的表达显著受干旱脱水、水涝、盐、ABA、IAA、GA、低温及高温等非生物胁迫的诱导.组织特异性表达分析表明,ZmGST23基因在幼芽和成熟叶片中表达量较高,在幼根、花丝、苞叶、雌穗及雄穗中表达量较低,存在明显的组织特异性.将ZmGST23基因片段连接至原核表达载体pEASY-E1中,转化大肠杆菌(Escherichia coli)BL21,用0.5 mmol/L的异丙基硫代半乳糖苷(isopropylβ3-D-1-thiogalactopyranoside,IPTG)诱导表达1～4 h后获得30 kD的诱导蛋白.本研究结果为进一步利用该基因进行玉米抗性改良提供了一定的理论依据.     

玉米大斑病菌交配型基因克隆及生物信息学分析

以真菌毒素与分子植物病理学实验室前期分离、鉴定并保存的玉米大斑病菌菌株F 1-40（A交配型菌株）、01-23（a交配型菌株）为试验材料,利用候选基因法,通过PCR扩增和Genome Walking 技术,对A交配型菌株和a 交配型菌株的MAT基因进行同源片段扩增,从而获得基因全长及其侧翼序列,进一步利用生物信息学方法对扩增得到的MAT基因全长进行保守结构域分析,利用玉米大斑病菌基因组数据库的Blast序列比对软件将MAT1基因和MAT2基因的侧翼序列进行比对。研究结果表明,在不同交配型的玉米大斑病菌中,A交配型的菌株中含有A交配型基因MAT1,a交配型菌株中含有a交配型基因MAT2。2个基因均含有1个内含子,其中MAT1基因编码包括1个完整的MAT-α结合域,该结合域属于MAT alpha1家族。 MAT2基因编码包含1个完整的HMG-box结合域,该结合域属于DNA结合蛋白中HMG-box家族的Ⅰ类成员,由3个螺旋结构组成,位于133～202个氨基酸残基之间,整体呈U型,结构比较松散,通过高度序列特异性与DNA的小沟结合,参与DNA的复制、转录、翻译等一系列的过程,从而参与玉米大斑病菌的有性生殖过程。 MAT1基因和MAT2基因侧翼序列的相似性高于93％。     

茶树叶绿素合成相关基因克隆及在白叶1号不同白化阶段的表达

高等植物叶绿素的生物合成对其正常光合作用起关键作用。本文根据前期芯片杂交结果, 采用RT-PCR和RACE技术克隆了3个茶树叶绿素合成相关基因, 分别为谷氨酸-tRNA还原酶(CsGluTR)、叶绿素合酶(CsChlS)、叶绿素酸醋氧化酶(CsCAO), 对应的GenBank的登录号为HQ660371、HQ660370、HQ660369。序列分析表明, CsGluTR基因全长2165 bp, 开放阅读框长1665 bp, 编码554个氨基酸, 推测的蛋白分子量约为60.6 kD, 理论等电点为8.78;CsChlS基因全长1463 bp, 其中开放阅读框长1125 bp, 编码374个氨基酸, 推测的蛋白分子量约为40.5 kD, 理论等电点为8.58;CsCAO基因全长2146 bp, 其中开放阅读框长1611 bp, 编码536个氨基酸, 推测的蛋白分子量约为60.8 kD, 理论等电点为8.03。比对分析表明, 3个基因编码的氨基酸序列与其他植物中同源基因的相似性均在70%以上。利用荧光定量PCR技术检测3个基因在不同白化阶段的表达,表明, CsChlS和CsCAO基因具有明显的表达协同性, 它们在叶片中的表达量与叶片的颜色变化高度同步;而CsGluTR在白化叶片和正常叶片中的表达差异相对较小, 同时在新生芽叶转绿过程中最先恢复正常表达水平。说明在白化叶片中, 叶绿素的合成机制受到较大影响, 叶绿素合成受阻导致的叶片内色素类物质含量降低或消失是叶片白化的直接原因。