赤霉素代谢及其调控相关基因的差异表达与小麦株高杂种优势的关系研究

植物杂交F₁的株高一般都表现出明显的杂种优势, 但其形成的分子机理迄今尚未阐述清楚. 本研究以按照NCⅡ遗传交配设计配制的16个杂交组合为材料, 在田间株高性状杂种优势测定的基础上, 采用实时定量PCR技术检测了赤霉素代谢及其调控相关基因在杂交种与亲本抽穗期穗下第1节中的表达情况, 并且与株高杂种优势进行了相关分析. 结果表明, 所有杂交组合的株高和第1节均表现出明显的杂种优势, 但因杂交组合和株高性状不同而存在很大的差异. 分析发现, 第1节与株高的中亲杂种优势之间的相关性达到了显著水平(r = 0.56, P < 0.05), 说明该节对小麦株高杂种优势的形成有重要的贡献. 实时定量PCR表达分析结果显示, 赤霉素代谢及调控相关基因的表达优势因杂交组合不同而存在明显的差异, 但第1节杂种优势与KS, GA3ox2-1, GA20ox2, GA20ox1D, GA-MYB和GID1-1基因的表达优势呈显著或极显著正相关, 而与GAI和GA2ox-1基因的表达优势呈极显著负相关, 这与我们最近提出的小麦株高杂种优势形成的赤霉素分子调控模型相吻合, 说明赤霉素代谢及调控相关基因的表达改变与株高杂种优势的形成有重要关系.     

水稻杂种优势遗传与分子基础

过去40年,我国水稻杂种优势利用取得了举世瞩目的成就.近20年来,水稻杂种优势的遗传基础研究也取得系列进展.无论是杂种优势的显性学说,超显性学说还是上位性学说,都找到了分子遗传学的证据.归结起来看,亚种间或者亚种内杂交组合的各种效应的重要性可能不同,但似乎没有必要排斥各遗传效应在杂种优势遗传基础中的作用.杂种优势的预测经历了借助分子标记、QTL、代谢物和其他组学的不同时期,杂种优势预测的准确性在逐步提高.但是,生态适应性杂种优势遗传基础解析几乎没有开展,亟待加强.重要杂种优势基因的分子机制解析将势必进一步揭示杂种优势的分子基础,提高强优势组合选配效率.     

利用cDNA-AFLP技术分析玉米灌浆期功能叶基因差异表达与杂种优势

为探讨玉米杂种优势的分子机理，以10个玉米自交系及其组配的35个杂交种为材料，利用cDNA-AFLP技术，分析杂种与亲本在玉米灌浆期主要功能叶片的基因差异表达类型与主要产量性状的杂种表现及杂种优势的关系，研究分析表明：单亲沉默表达类型与单穗粒重，百粒重的杂种表现分别达极显著和显著正相关；双亲沉默表达类型与穗粗和单穗粒重的杂种表现都达极显著负相关，单亲沉默表达类型与穗粗和单穗粒重的杂种优势分别达极显著或显著正相关；双亲沉默表达类型与穗粗的杂种优势达显著负相关，F1特异表达类型，亲本显性表达类型，杂种中特异或抑制表达类型与主要产量性状的杂种表现和杂种优势均不相关。     

重度抑郁症多脑区基因表达谱分析

重度抑郁症(major depressive disorder,MDD)是一种环境与遗传因素共同作用导致多个基因功能失调的复杂疾病,现正在严重危害全球人类的身心健康.全基因组基因表达分析能检测全基因组基因的时空表达模式,正被广泛用于精神类疾病的研究.然而,由于MDD患者不同脑区可能存在不同的活化模式,以及该疾病可能受多个中效或微效基因的调控,传统的单脑区单基因分析方法难以有效揭示其发病的生物学机制.本研究采用多脑区以及基因集合的分析模式,搜集了前人研究中13个来源于不同脑区的、包含患者与对照组脑转录组数据的数据集,对其进行基因集富集分析(gene set enrichment analysis).结果显示神经元分子标记基因集在纹状体、前扣带皮层和杏仁核中显著下调,这与目前研究者对MDD分子机理的理解较为一致.我们的分析也显示MDD患者脑中胶质细胞的分子标记物活性出现异常,但是其在不同脑区与同一脑区不同数据集间却呈现复杂的变化模式.一个有趣的发现是,星形胶质细胞分子标记基因集与少突胶质细胞分子标记基因集在MDD患者前扣带皮层脑区的活性在男女样本中呈现相反的变化趋势,在杏仁核也存在活性变化的性别差异.在MDD与双相情感障碍和精神分裂症的比较分析中,我们发现与MDD类似,神经元分子标记基因集的活性在双相情感障碍与精神分裂症患者的多个脑区也呈现一致性下调,而在这2种疾病中胶质细胞分子标记基因集与脉络丛分子标记基因集的活性则与抑郁症存在差异.总体来看,本研究基于对大数据的分析,从全基因组角度对抑郁症的分子机理进行了一些探索,鉴别了一些在抑郁症患者中分子活性反常的脑区以及可能与这些反常相关联的群体或个体基因表达模式,为后期的功能研究提供候选分子靶标,为诠释基因-脑-行为的关系奠定基础.     

应用cDNA-AFLP比较干旱胁迫条件下水稻和旱稻转录本表达谱

很多年来, 水稻生长在有充足水分供应的稻田中, 而旱稻生长在自然雨水供给的土壤中, 这种长期生存环境的差别造成了旱稻比水稻抗旱. 为了阐明水稻和旱稻干旱抗性的差异调控机制, 应用cDNA-AFLP技术调查了干旱胁迫条件下水稻和旱稻中全基因组的转录本调控. 结果表明, 90%以上的基因在两种稻作基因型中不受干旱胁迫的影响, 多于8%的基因在二者中受干旱胁迫调控, 少于1%的基因在水稻或旱稻中特异表达; 57个基因在旱稻中特异表达, 38个在水稻中特异表达. 旱稻特异表达基因包括可能在干旱抗性中起作用的细胞挽救和防御基因、信号转导分子、生长发育必需的核苷酸和氨基酸生物合成基因以及生长发育调控基因. 而水稻特异表达基因与蛋白质和核苷酸降解有关. 一些基因在旱稻中被较早上调, 而且旱稻中的下调基因也比水稻中下调早, 这表明同水稻相比更迅速的调控机制引起了旱稻对干旱胁迫较早的应答. 旱稻中上调基因的表达水平高于水稻. 水稻和旱稻之间基因表达的差异可能是干旱胁迫条件下旱稻比水稻具有更强的调控能力, 更强的干旱抗性, 更好的生长势的分子机制.     

水稻低磷胁迫基因表达谱分析

磷是植物生长发育所需的大量营养元素之一, 当周围环境中磷缺乏时, 植物往往通过扩大根系范围来增加对土壤中磷的吸收, 同时调节一些生化代谢途径, 增加磷酸酶、有机酸等物质的分泌从而活化土壤中固定的难溶性磷. 本研究利用水稻全基因组寡核苷酸芯片对水稻中早18分别在正常营养条件和低磷胁迫处理条件下6, 24, 72 h 3个时间点的根部和地上部材料进行基因表达谱分析. 研究结果共鉴定出低磷胁迫差异表达基因1207个, 其中根部差异表达基因795个, 地上部差异表达基因450个, 根部和地上部共同出现的差异表达基因38个. 功能分析表明, 这些差异表达基因包括了代谢调节离子转运、信号传导、转录调节、和逆境应答等方面的基因. 同时发现水稻在低磷胁迫后大量转座子基因在转录水平上发生了变化. 这些研究结果为进一步揭示植物磷代谢调控机理的研究提供了有用的信息.     

高通量测序解析哺乳动物飞行进化的分子机制

蝙蝠(bats)是唯一能够自主飞行的哺乳动物,其前肢进化为翼手,手臂和手指显著延长,手指之间具有宽阔的指间膜.蝙蝠翼手发育与进化的分子机制,虽然已有十几年的研究历史,但仍然不明确.近期,利用先进的高通量测序技术,包括全基因组测序、转录组测序(RNA-Seq)和染色质免疫沉淀测序(Ch IP-Seq),研究者们发现大量调控蝙蝠翼手发育的差异表达基因和调控元件,证明蝙蝠翼手形成的主要原因是多基因表达模式的改变和表达调控元件的适应性分子进化.未来研究哺乳动物飞行进化的分子机制问题,应关注关键基因和重要调控元件的功能以及基因间的相互作用.     

大鼠大脑皮质发育过程中FLnI-L1表达谱分析

基因组中存在大量重复序列,这些重复序列究竟具有何种生物学功能以及通过何种方式发挥功能目前仍然是一个未解之谜.许多重复序列来源于转座元件在基因组中的整合,long interspersed elements(LINE-1,L1)逆转座子是哺乳动物基因组中非常重要的一类转座元件,由其来源的DNA序列占基因组的17%,并且L1可能通过多种方式影响基因组.虽然目前基因组中仍然有少数L1保留转座能力,大部分L1由于积累了大量的突变而失去了转座能力.正常组织中L1究竟呈现怎样的表达状况,是否发挥不依赖转座作用的功能,目前尚缺乏最基本的了解.通过采用高通量测序方法,我们在转录组水平研究了大鼠不同发育期大脑皮质中一类不具备转座活性的全长非完整L1(FLn I-L1)的表达模式,分析了FLnI-L1的表达与邻近基因的关系.同时,通过全基因组水平分析与FLn I-L1表达趋势一致的基因,我们推测FLnI-L1可能参与调控与神经发育有关的信号通路.本研究揭示了大鼠大脑皮质发育过程中FLn I-L1的表达模式,为进一步研究L1的生物学功能奠定了基础.     

13个水稻WRKY基因的克隆及其表达谱分析

转录调控因子WRKY蛋白拥有高度保守的氨基酸序列WRKYGQK和Cys₂His₂或Cys₂HisCys锌指型结构. 利用WRKY蛋白质的保守结构域, 搜索了整个水稻基因组编码WRKY蛋白质的基因, 鉴定了97个WRKY基因, 并从4℃胁迫的水稻植株cDNA文库中获得13个WRKY基因全长cDNA克隆. Northern blotting分析结果显示, 其中10个WRKY基因的表达受到NaCl, PEG, 低温(4℃)和高温(42℃)等4种非生物逆境因子胁迫的影响, 但其诱导表达模式不论在逆境因子种类还是在诱导时间上均存在着很大的差异, 这种基因诱导表达模式的差异可能体现于它们之间的生物学功能的差异.     

中国水稻功能基因组研究进展与展望

功能基因组研究是植物生命科学研究的核心领域之一.从少数基因的克隆到重要农艺性状的功能基因组解析,我国水稻功能基因组研究实现了跨越式发展,阐明了水稻育种中的一些重大生物学问题,功能基因组的研究为水稻品种改良和育种技术变革奠定了基础.着眼未来,我国科学家提出了继续推进"水稻2020"研究计划,适时启动水稻4D基因组的发展建议.     

克隆控制水稻粒重的数量性状基因

据国家自然科学基金委员会2007年4月11日报道，中科院上海生科院植物生理生态所、植物分子遗传国家重点实验室林鸿宣研究组，在水稻产量相关功能基因研究上取得突破性进展，成功克隆了控制水稻粒重的数量性状基因GW2，     

整合组学数据的代谢网络模型研究进展

基因组规模代谢网络模型(genome-scale metabolic model, GEM)是根据化学计量平衡原理,基于基因-蛋白-反应三者关联,建立包含细胞生长必需的生化反应数学模型.细胞代谢网络存在复杂的调控,通过基因和蛋白表达量及代谢物浓度变化调节代谢反应通量,而这些数据无法直接反映代谢反应的通量. GEM研究面临的一个挑战是如何整合不直接反映代谢通量的数据类型,并将这些调控过程在代谢模型中进行准确的描述.本文综述了将高通量组学数据整合到代谢化学计量模型中的方法,包括根据基因和蛋白的表达判定代谢反应状态、筛选核心代谢反应集、代谢反应通量边界约束、转录调控网络整合和多时间尺度基因动态表达约束等;比较分析了不同算法的优缺点和应用场景;介绍了GEM与多组学数据整合在解析生物代谢特征、分析遗传和环境扰动、筛选癌症治疗潜在药物靶标和抗代谢药物等方面的应用;展望了组学数据和代谢网络模型集成的发展趋势.     

基于ISSR, AFLP分子标记和cyclins基因克隆的异源四倍体鲫鲤进化分析

为了解两性可育、遗传性状稳定的异源四倍体鲫鲤基因组的进化情况, 用ISSR, AFLP分子标记及cyclin A1和B1基因克隆的方法, 从多倍体基因组和单个基因在多倍体形成前后的变化两个角度对上述问题进行了探讨分析. 研究结果表明, 异源四倍体鲫鲤经过连续15代培育, 仍然保持了原始亲本遗传性状的稳定性, 但基因组的遗传相似性及cyclins基因的碱基变异水平都说明异源四倍体鲫鲤具有明显的偏母性遗传特性. ISSR和AFLP分析表明, 在异源四倍体鲫鲤基因组中, 除了新产生的、原始亲本中没有的DNA条带外, 还发生了原始亲本的DNA带纹消失, 而且消失的带纹倾向于父本基因组. cyclins基因序列分析表明, 在异源四倍体鲫鲤不同于原始亲本的核苷酸变异位点中, 由于存在密码子单个碱基的非同义突变导致了异源四倍体鲫鲤新的氨基酸位点的产生. 异源四倍体鲫鲤上述基因组的非加性变化, 可能是应对杂交和多倍化冲击而使其趋于遗传稳定的一种适应性变化.     

C3—C4中间型植物Flaveria anomala中甘氨酸脱羧酶P—蛋白亚基上游调控序列在转基因水稻中的表达

将C3-C4中间型植物Flaveria anomala中甘氨酸脱羧酶(GDC)P-蛋白亚基基因(gdcsP)的上游调控序列与β-葡萄糖苷酸酶(GUS)基因编码区以及CaMV终止子融合,构建植物表达载体.采用农杆菌介导方法转化水稻,并在转基因水稻中分析了GUS的表达活性和特异性.结果表明,在水稻中gus嵌合基因特异地在木质部和韧皮部表达,在不同器官及组织中表达活性也有所差异,其中以根中最高,茎秆次之,叶再次,而在成熟胚乳中没有表达.在转基因水稻中,gdcsP启动子的表达也受水稻发育时期的调控,随植物组织成熟度的增加而降低.     

水稻光温敏核不育系培矮64S在不同光周期/温度下表达谱的变化

用含3328 个基因的cDNA 阵列分析了水稻光温敏核不育系培矮64S 于长日照/高温及短日照/低温下幼穗的基因表达谱特征. 统计数据表明, 以短日照/低温(花粉可育)为参比, 长日照/高温(花粉不育) 下表达丰度显著变化的基因高达14.60%, 482 个基因下调表达, 仅4 个基因上调表达. 以实时荧光定量PCR 技术对所有上调表达基因和随机选择的9 个下调表达基因进行了检测, 各基因表达丰度的变化趋势一致, 验证了cDNA 阵列杂交结果的可靠性. 这些差异表达基因几乎涉及所有的细胞生物学反应, 但MAPK 同系物MMK1 和MMK2 在mRNA 水平表现出截然不同的基因表达特征, 大量参与信号传导的信号分子的表达丰度也发生明显变化. 可以推测, 花粉形态建成及相应的生理功能所需要的程序性转录调控受严重干扰可能是MAPK 信号传导途径发生显著改变所导致.     

杂交水稻在国外的发展历程与展望

杂交水稻的培育和推广为世界粮食安全做出了重要的贡献.本文概述了杂交水稻技术在孟加拉国、巴基斯坦、印度、印度尼西亚、菲律宾、缅甸、越南和美国等主要杂交水稻生产国家的发展历程,并重点分析了各地区杂交水稻研发的典型特征和限制杂交水稻进一步推广应用的主要问题.分析认为,杂交水稻在以上不同国家的推广应用基本上都经历了从引种到本地化育种以及性状改良等发展阶段,杂交水稻技术在这些地区的成功应用主要得益于新品种培育、制种技术的突破和农艺性状的改良.但是,当前杂交水稻在国外的发展仍然面临以下问题:杂交水稻亲本的遗传同质化程度高导致热带杂交水稻的产量优势不如温带杂交水稻;杂交水稻种子来源不稳定;杂交水稻制种产量低和种子质量难以保证;杂交水稻的抗性和米质等一些主要性状不适应现代农业生产和市场经济的要求;科技推广服务体系和科研人才培养机制不健全,缺乏相应的知识产权保护政策和科技成果转化机制等.因此利用现代分子育种新技术来扩大杂交水稻亲本间的遗传差异,利用杂种优势群组,精细育种等科学理论来指导热带地区杂交水稻的培育,并紧密加强公益机构和种业的合作,创建互补双赢的科研和商业化结合的机制,对于促进杂交水稻的可持续发展有重要的意义.另外,国际水稻研究所组织成立的全球杂交水稻协作网有望为热带杂交水稻的进一步发展提供帮助.     

水稻“抗癌”新因子bsr-d1

稻瘟病被称为水稻"癌症",严重危害水稻的产量和品质,应用广谱持久抗稻瘟病基因是抵御稻瘟病侵害最有效的方法之一。利用全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)结合重组自交系遗传群体共相关分析,从广谱持久高抗稻瘟病水稻材料"地谷"中鉴定并获得了一个广谱抗病遗传位点bsr-d1。bsr-d1通过调控过氧化氢酶基因的表达调节H_2O_2的积累,从而影响水稻的稻瘟病抗性。bsr-d1提高稻瘟病抗性的同时,对水稻产量和品质影响不明显,因此在水稻抗病育种中具有广阔的应用前景。     

油菜次生休眠种子转录组的RNA-seq分析

油菜种子次生休眠特性是油菜产区自生苗长期留存并持续危害的主要原因,也是转基因油菜环境安全评估的重要性状.为探讨该性状的分子生态学特征,本研究以强次生休眠油菜品种的成熟种子为材料,对次生休眠前种子(CK)和次生休眠后种子(SD)的转录组进行了RNA-seq分析.2份样本测序所得的有效数据均超过了4 Gb,并从头拼接出序列长度?100 bp的转录本314261个,其中29740个转录本的序列长度?500 bp.根据功能注释信息,在?500 bp的长序列转录本中有1641个成员被分类到24种COG类群,有16515个成员被GO分类到2648个功能节点.在P?0.001显著性水平和2倍以上RPKM变化条件下,鉴别出452个代表性的长序列差异表达转录本,其中343个成员有序列高度相似的拟南芥同源基因对应.数据显示,绝大多数ABA,GA合成代谢和信号转导基因能从休眠种子转录组中找到同源转录本,但它们的表达水平在样本间多无显著差异.综合GO富集、KEGG富集以及种子休眠调控基因同源转录本的差异表达信息,脂肪酸代谢信号有可能参与到油菜种子次生休眠的诱导发生.本研究结果对于认识油菜自生苗发生规律和评估转基因油菜环境安全性具有重要意义.     

中国野生拟南芥居群冷胁迫下的表达谱变异

利用Affymetrix的拟南芥全基因组ATH1芯片, 以拟南芥Col生态型作为参照, 分析了5个中国拟南芥野生居群在冷胁迫处理下转录水平的差异. 在正常生长条件下, 2.26% (513个基因, 江西九江居群JXjjx)至6.52% (1482个基因, 重庆铜梁居群CQtlx)的基因表达量超过对照Col生态型2倍以上. 在冷胁迫下, 12.84% (2920, 陕西城固居群SXcgx)至19.46% (4426, 新疆青河居群XJqhx)的基因表达水平相差两倍以上. 总体来说, 大部分上调基因可能对植物在低温下生存十分重要, 如MAPKs, CBFs, COR基因以及提高冷耐受性小分子合成与积累的基因等. 然而, 每一个野生居群在冷胁迫下都有其特异诱导表达的基因. 数据显示, 一些冷胁迫响应基因在处于不同气候条件下的野生居群间发生了分化. CBF3是一个冷胁迫应答途径的关键转录因子, 其基因在居群间存在显著的表达差异. 序列分析表明, 主要是在调控区的变化导致了表达模式的显著变化. 进一步对不同居群间基因表达差异与冷耐受性的相关性研究, 将为揭示中国野生拟南芥适应本地环境的分子机制提供证据.     

白血病治疗新曙光

正以基因组DNA和组蛋白的共价修饰为主要标志的表观遗传调控研究已成为生命科学前沿快速发展的热点领域,其中组蛋白甲基化对于基因的转录表达,细胞增殖分化等起着至关重要的调控作用,相关甲基化酶基因的突变或异常会导致多种遗传疾病和癌症发生.中国科学院上海生命科学研究院生化与细胞研究所国家