籼稻(Oryza Sativa ssp. indica)

水稻基因组序列中蕴藏着生理、遗传、发育、进化和与重要经济性状相关的许多生物学信息，籼稻亚种Oryza Sativea ssp.indica在中国和亚洲其他地方广泛种植，通过全基因组霰弹法，得到了这一亚种的基因组框架序列，共完成430万个成功反应，总读长为2214．9Mb，其中灿稻亚种93－11的成功反应有330个，总长1797．4Mb，初步接接得到了409．76Mb的非冗余序列，大约覆盖了水稻全基因组的95．29％，碱基准确率大于99％。通过与公共数据库中籼稻indica和粳稻japonica亚种的BAC克隆比较，证实了基因组框图的覆盖率、序列分布的随机性和拼接软件BIG－ASSEMBLER的准确性，在框架图中，鉴定了96．3％的全长cDNA，96．4％的遗传标记（STS，STR，RFLP），94．0％的EST和94．9％的单基因簇（unigene），初步分析表明，该框架序列已经达到了国际同行所认同的标准，框架图的公布无疑为水稻生物学研究提供了基因组学和遗传学方面的基本信息。     

水稻全基因组R基因鉴定及候选RGA标记开发

用45个已知功能的植物抗病(R)基因序列对粳稻全基因组序列进行搜索, 共找出2119个R基因同源序列或类似物(RGA), 表明RGA在水稻基因组中成簇存在, 呈非随机分布. 采用隐马尔柯夫模型(HMM), 将这些RGA按其功能域分成了21类. 将粳稻的RGA与籼稻的基因组序列进行比较, 共找到702个两亚种间等位的RGA, 并发现其中有671个(占95.6%)RGA的基因组序列(包括编码区和非编码区)在两亚种间存在长度差异(InDel), 表明水稻RGA在两亚种间存在很高的多态性. 通过在InDel两侧设计引物并进行e-PCR验证, 共开发出402个基于PCR的、表现为共显性的候选RGA标记. 这些候选标记在两亚种间的长度差异在1~742 bp之间, 平均为10.26 bp. 有关数据均可从我们的网站(http://ibi.zju.edu.cn/RGAs/index.html)上获得.     

中国籼稻亚种内的群体结构及地理生态分化

籼稻是亚洲和世界其他一些地区广为种植的主要栽培稻亚种,同时也是我国杂交水稻恢复系的主要来源.研究籼稻亚种内的遗传结构和遗传多样性对中国栽培稻亚种内的分类和演化以及水稻杂种优势利用具有重要的理论和实践意义.本研究通过36个SSR标记对1582份籼稻地方品种的群体结构和地理生态分化进行了分析.结果表明,利用分子标记所做基于模型和基于遗传距离的群体结构表现一致,即早籼稻生态型可划分为4个地理生态群,中间型生态型可划分为3个地理生态群,晚籼稻生态型可划分为2个地理生态群.当地的生态环境和空间隔离是形成地理分化的主要原因.地理生态群既体现了品种间的遗传差异又是对不同生态环境适应的反映,可用于籼稻亚种内杂种优势群划分的依据.根据SSR标记在各个生态型及地理生态群的基因型分布,筛选了可用于鉴别各生态型和地理生态群的SSR特征等位变异并建立了相应的SSR分子判别式.通过SSR分子判别式选择籼稻的中间类型开展籼粳杂种优势研究以及选择不同地理生态类型开展籼稻亚种内杂种优势研究,有助于突破籼粳杂种优势利用的障碍和加强籼稻亚种内杂种优势利用.     

水稻籼粳杂种不育与广亲和

水稻是世界主要粮食作物,水稻杂种优势的利用为提高作物产量做出了巨大贡献.亚洲栽培稻分为籼稻和粳稻两个亚种,亚种间的杂种优势更强,培育籼粳杂交水稻可以进一步提高水稻产量潜力.但是亚种间普遍存在生殖隔离,导致籼粳杂种育性较低,限制了对其杂种优势的利用.广亲和品种与籼稻和粳稻的杂交后代正常可育,为利用亚种间杂种优势提供重要种质资源.本文回顾了籼粳杂交育种的历史,总结了水稻杂种不育的遗传基础和分子调控机理的研究进展,介绍了广亲和基因形成机制的最新理解,在此基础上概述了近年来对广亲和基因发掘和利用的成果,并展望了未来创建广亲和水稻种质资源的途径.     

水稻基因组——贫困地区的谷类作物占据了重要地位

由中国科学家独自绘制出的水稻基因组工作框架图 ,使人类首次在基因组层面上“认识水稻” ,为中国已进入世界生物学研究的前沿奠定了扎实的基础     

水稻的重要意义

在本期《科学》杂志中 ,我们发表了在全世界种植的两个主要的水稻亚种———粳稻和籼稻 (ｊａｐｏｎｉｃａ和ｉｎｄｉｃａ)的基因组序列 ,公布这个消息的意义在于数以亿计人的生活都离不开水稻 ,该基因组序列将有可能使他们的营养状况以及健康状况得到改善。人们从种植的水稻中获取的热量不仅比任何其他单一的食品要多 ,而且水稻序列的公布能使人们了解世界上赖以生存的其他谷类作物中相似且更大的基因组。两名从事作物研究的专家都指出 ,由好几代经验丰富的植物育种工作者经过几十年努力培育出的可共享的水稻种质将得到加强和保护。两个不…     

水稻籼粳杂种不育基因座Sc的遗传图和物理图精细定位

杂种不育是水稻籼粳亚种间杂种优势利用的主要障碍.为了克隆1个籼粳杂种不育基因Sc,利用分子标记和近等基因系杂交产生的F2群体对Sc座位进行了精细定位.初步的连锁分析结果表明,Sc座位与第3染色体的4个分子标记以RM218-RG369-Sc-RG227-RG391的关系连锁,其中RG227与Sc座位之间的遗传距离为0.07 cM.用RG227为起始探针筛选籼稻的TAC基因组文库,并通过染色体步移构建了一个覆盖Sc座位的跨度约320kb的克隆重叠群.对可能覆盖Sc的2个TAC克隆M45E14和M90J01进行了部分测序.用TAC克隆序列和RG227序列搜索水稻基因组序列数据库,锚定了粳稻BAC克隆OSJNBb0078P24(148kb)序列.通过比较TAC和BAC克隆的序列,在Sc座位区域发展了6个新的基于PCR的标记.用这些标记进一步把Sc座位定位在一个约46kb的区域内.从定位结果推测该BAC克隆和TAC克隆M45E14包含Sc基因.基因预测分析显示,在此46 kb区域内有6个预测的ORF.     

水稻籼粳杂种不育基因座Sc的遗传图

杂种不育是水稻籼粳亚种间杂种优势利用的主要障碍. 为了克隆1个籼粳杂种不育基因Sc, 利用分子标记和近等基因系杂交产生的F2群体对Sc座位进行了精细定位. 初步的连锁分析结果表明, Sc座位与第3染色体的4个分子标记以RM218-RG369-Sc-RG227-RG391的关系连锁, 其中RG227与Sc座位之间的遗传距离为0.07 cM. 用RG227为起始探针筛选籼稻的TAC基因组文库, 并通过染色体步移构建了一个覆盖Sc座位的跨度约320 kb的克隆重叠群. 对可能覆盖Sc的2个TAC克隆M45E14和M90J01进行了部分测序. 用TAC克隆序列和RG227序列搜索水稻基因组序列数据库, 锚定了粳稻BAC克隆OSJNBb0078P24(148 kb)序列. 通过比较TAC和BAC克隆的序列, 在Sc座位区域发展了6个新的基于PCR的标记. 用这些标记进一步把Sc座位定位在一个约46 kb的区域内. 从定位结果推测该BAC克隆和TAC克隆M45E14包含Sc基因. 基因预测分析显示, 在此46 kb区域内有6个预测的ORF.     

2个水稻端粒相关序列的克隆和特性分析

端粒,位于真核生物染色体端部,是DNA和蛋白的复合物,对染色体的复制和稳定起着重要作用.端粒DNA由短重复序列组成,大多数高等植物,这一序列是5′TTTAGGG.相邻于端粒重复序列的是端粒相关序列,往往由中等重复序列组成.与端粒比较,端粒相关序列的显著特点是它的高度多态性,不同物种,甚至同一亚种内不同植物都能给出很高的多态性.因此在基因组RFLP框架图和物理图谱的构建中,端粒相关序列的克隆和分析有重要意义.本文根据水稻端粒重复序列中无限制性内切酶位点,端粒相关序列中可能有内切酶位点     

中国科学家独立完成水稻第4号染色体的精确测序

2002年11月21日, 科学技术部、中国科学院和上海市人民政府在沪联合宣布, 中国科学家完成了所承担的国际水稻基因组计划第4号染色体精确测序任务, 对国际水稻基因组计划测序工作的贡献率达10%. 这是我国迄今为止完成的最大的基因组单条染色体的精确测序, 这标志着我国在大基因组测序方面已经具备构建完成图的绘制能力, 成为基因组学研究强国之一. 测序专家工作组组长、中国科学院国家基因研究中心韩斌博士等研究人员, 在《Nature》杂志上发表题为《水稻基因组第4号染色体序列及分析》的论文, 宣布采用克隆步移法完成了对水稻粳稻基因组第4号染色体全长序列的精确测定. 拼接后总长为35000 kb, 精确度为99.99%, 覆盖染色体全长序列98% (仅留下7个小的空洞), 达到了国际公认的基因组测序完成图的标准. 这与在《 Nature》杂志同时发表的日本科学家Sasaki博士等人完成的第1号染色体精确测序的结果一起, 对国际基因组研究计划起到了巨大的带动作用. 《Nature》杂志审稿人称, 水稻第4和第1条染色体测序的完成是紧接着水稻基因组草图完成后水稻基因组测序项目工作中里程碑性的事件……     

中国登革2型病毒反向遗传系统的构建与鉴定

为构建登革2型病毒中国分离株(DEN2-43)的反向遗传系统, 根据已测定的DEN2-43全基因组序列, 利用长链RT-PCR及融合PCR扩增此病毒基因组全长cDNA分子, 并将其克隆至低拷贝载体pWSK29中构建该病毒株的全长cDNA克隆. 将此克隆体外转录后, 经电穿孔导入宿主细胞获得恢复病毒. 结果表明, 获得的基因组全长cDNA克隆具有感染性, 所获得的恢复病毒具有与原型病毒类似的生物学性质及乳鼠神经毒力, 且可稳定传代. 该反向遗传系统的构建为深入探讨登革病毒的致病机理及新型疫苗的研制奠定了基础.     

水稻基因组——赛过宝玉和珍珠

“最珍贵的并不是宝玉和珍珠而是五谷。”在这句中国谚语中 ,所指的五谷应该是 :水稻、小麦、稷、高梁和玉米。这些谷类在发展中国家人们消耗的热量所占的比例中 ,高达 60 %。我们也可以把这句谚语用于这些谷物 ,其中特别是水稻所包含的基因信息上。由于有一个和其他的谷类明显比较小的基因组 ,水稻是基因组学和分子生物学研究的好材料。两种主要的水稻亚种———籼稻和粳稻 (ｉｎｄｉｃａ和ｊａｐｏｎｉｃａ)基因序列草图的公布 ,为对植物的生物学过程的更好理解提供了资料 ,同时保证了稻谷类产量的提高。如果世界人口在今后的 2 0年里持续…     

利用CSSL群体研究水稻籼粳亚种间产量性状的杂种优势

利用以粳稻品种Asominori为背景, 籼稻品种IR24为供体的染色体片段置换系群体的63个株系, 构建了一套以广亲和粳稻品种02428为父本的杂种群体, 研究了IR24全基因组的染色体片段与02428基因组相应染色体片段间的产量及产量构成性状的杂种优势效应. 结果表明, 产量和产量构成性状的亚种间杂种优势水平在染色体片段上存在显著的差异, 图示基因型分析发现, 有14个独立的染色体区段在产量上存在显著的亚种间杂种优势, 分布在除Chr.8和 Chr.10外的其余10条染色体上, 其中在Chr.2, Chr.3, Chr.4, Chr.11和 Chr.12上的6个染色体区段的杂种优势显著水平达0.005以上, 分别位于X132~G1340~R459, X48~C393A, R288~R1854, R2918~X52, X257~C1350和R367~X189-2~X24-2的标记区间, 单片段置换后, 其CSSLs×02428组合F1单株产量比对照组合“Asominori×02428”增加35%以上. 大多数染色体片段在产量及主要产量构成性状上没有显著的杂合效应. 在Chr.6上发现一个杂种劣势片段, 与标记R2171连锁, 使杂种产量下降27%. 本文还探讨了应用染色体片段置换系研究作物杂种优势的优点, 并提出了利用水稻籼粳亚种间部分杂种优势和全基因组杂种优势的分子育种途径.     

序列比较分析揭示水稻Pms1区段基因组的快速进化

以前的研究将水稻光敏核不育位点Pms1定位在第7染色体上.本研究对来源于定位亲本(明恢63和农垦58)的两个BAC克隆进行比较测序,以鉴定Pms1的候选基因;并通过对两个克隆的注释和比较得到5个候选基因,以进行进一步的功能检验.将这两个亲本的基因组序列与公共数据库里的日本晴和93-11比较分析,结果显示,该区段4个亲本在序列组成上存在巨大差异,这种差异主要归咎于活性反转座成分造成的基因组新近增长和变异;亚种内和亚种间以Indel或者SNP的形式存在高度的多态性.利用反转座成分的两个长末端重复进行分析发现,它们的替换速率比已有的报道要高得多.该结果证明,在自然和人工选择的共同作用下,Pms1区段正处于快速的基因组进化过程中.     

序列比较分析揭示水稻Pms1区段的基因组快速进化

前人研究将水稻光敏核不育位点Pms1定位在第七染色体上. 本研究对来源于定位亲本(明恢63和农垦58)的两个BAC克隆进行比较测序来鉴定Pms1的候选基因, 通过对两个克隆的注释和比较分析我们得到五个候选基因以进行进一步的功能检验. 我们还将这两个亲本的基因组序列与公共数据库里的日本晴和93-11的进行了比较分析. 分析表明, 该区段四个亲本在序列组成上存在巨大差异, 这种差异主要归咎于活性反转座成分造成的基因组新近增长和变异; 亚种内和亚种间以Indel或者SNP的形式存在高度的多态性. 利用反转座成分的两个长末端重复进行分析发现它们的替换速率比已有文献报道要高得多. 该结果证明在自然和人工选择的共同作用下, Pms1区段正处于快速的基因组进化过程中.     

水稻杂种优势的转录组基础

在杂交种中,亲本等位基因的表达将会发生变化,导致杂交种转录组活性不同于亲本.通过比较杂交种与亲本之间的转录组活性差异,鉴定出这些差异的调控因子并建立起其与表型差异的联系,就可能从分子水平上解析杂种优势形成的机理.在水稻杂交种全基因组基因差异表达分析的不同研究中,由于所采用转录组分析平台和实验取材组织器官等的差异,所鉴别出来的差异表达基因及其在杂交种中的表达变化模式各不相同.然而,某些研究也揭示了一些共性的结果,主要体现在水稻杂交种中差异表达基因的生物学功能在光合作用、碳水化合物代谢和能量代谢途径中富集.对于导致水稻杂交种转录组活性变化的原因,可以从基于基因启动子区顺式调控元件和与其相结合的反式作用因子的遗传调控机制,以及从基于DNA甲基化、组蛋白修饰和小RNA的表观遗传调控机制两方面来进行解释.今后在水稻杂交种转录组活性变化的分析中,需要针对特定的生物学性状来进行,并提高基因差异表达分析的精确性和特异性.此外,由于杂种优势是多个数量性状的综合体现,可以将全基因组的基因差异表达分析与杂种优势的QTL(quantitative trait loci,数量性状位点)定位及GWAS(genome-wide association studies,全基因组关联分析)等数量遗传学方法相结合,以对水稻杂种优势分子机理进行深入解析.     

志贺氏菌属各亚群菌株基因组“共有骨架”组成的分析

不同原核生物在基因组组成上的差异是其生物学性状差异的基础. 然而，进化中亲缘关系较近的菌群, 其基因组除了含有群或株特异的基因外, 还含有反映它们起源和进化痕迹的“共有骨架”结构, 而这些“共有骨架”恰恰是它们基本生存能力和共有生物学性状的基础. 志贺氏菌在起源和进化上与大肠杆菌极为密切, 目前倾向于将二者划为同一个种. 利用大肠杆菌K-12全基因组及Sf301特异性ORFs的芯片研究了志贺氏菌4个群间的基因组组成. 结果显示, 分别有16%~22% K-12的ORFs序列没有在志贺氏菌的基因组中被检测出, 而志贺氏菌的基因组中包含至少2800个保守的ORFs, 组成了其共有的“共有骨架”. 进一步分析提示, 这些“共有骨架”是维持肠道细菌正常生命生理活动所必需的基本组成. 此外, 只有20%的Sf301特异性ORFs同时存在于其他3个菌株中, 揭示了各菌株间基因组的异质性和菌属内的遗传多样性.     

籼型杂种雄性不育水稻9814HS-1的育性与遗传分析

杂种雄性不育系是培育多系法杂交稻理想的遗传工具;杂种雄性不育性一般发生在水稻种间或亚种间,而鲜见于亚种内的品种间.本文报道了一份籼籼交杂种雄性不育系9814HS-1.田间观察结果显示, 9814HS-1在长沙10月初起或三亚3月中旬前抽穗则花粉彻底败育,结实率为0.00%,而同期抽穗的双亲T98B和M114B的育性正常.分子标记分析发现T98B和M114B的籼稻基因型频率分别达到了0.94和1.00;进一步分析注意到,它们与8个籼稻品种杂交的F_1株系结实全部正常,结实率达到了80.35%～91.87%,而与4个粳稻品种的杂交后代均高度不育,表明9814HS-1的双亲都具有籼稻属性.测恢试验发现, 9814HS-1的育性能被所测验的6个籼稻品种全部恢复(结实率达到了85.24%～93.21%),表明9814HS-1具有"三交种"育种利用潜力.遗传分析显示, T98B和M114B的正反交F_2和BC_1F_1群体中不育株与可育株的理论分离比都为1:3,推断9814HS-1的育性受两个非等位的杂合态核基因互作所控制.籼型杂种雄性不育系9814HS-1的发现为重新认识水稻生殖障碍提供了启示,对于建立杂种优势利用新途径具有重要意义.     

高粱叶绿体psbD基因的克隆及其高效表达

近年来光合作用基因工程的研究进展十分迅速,许多重要的编码光合作用反应中心的蛋白质及酶的基因,已在多种植物叶绿体基因组及核基因组上定位并测定了其碱基序列,杉浦昌弘等先后完成了烟草、水稻等高等植物叶绿体基因组全序列分析,但是C_4植物除玉米外,叶绿体基因的研究较少,高粱是主要的C_4植物,其叶绿体光系统基因的研究国内外均     

水稻含隐性抗白叶枯病基因xa5的24kb片段的鉴定与基因预测

水稻xa5基因是具有重要研究和育种价值的隐性广谱抗白叶枯病基因.利用水稻品系IR24及其近等基因系IRBB5(含xa5基因)杂交组合,构建了含4892个单株的F2定位群体.同时,利用与xa5连锁的RFLP标记筛查含xa5基因的水稻抗性品系IRBB56的BAC文库,构建了一个覆盖目标基因位点的长约213kb的跨叠克隆群.根据国际水稻基因组和中国超级杂交稻基因组序列,以及跨叠克隆群的部分亚克隆测序,设计了一系列SSLP和CAPS标记对目标基因进行精细遗传定位.xa5基因定位在2个CAPS标记K5和T4之间且与T2共分离,标记K5和T4之间的遗传距离为0.3 cM,物理距离约为24 kb.对xa5基因所在的24 kb片段DNA序列进行基因预测,揭示出可能编码ABC转运蛋白和转录因子TFIIA小亚基的2个基因.对这一区段及其编码基因的功能研究将阐明xa5抗白叶枯病的分子机制.