植物叶绿体基因组研究及应用进展

叶绿体是植物进行光合作用的主要场所,是植物细胞特有的细胞器.叶绿体具有相对独立的遗传物质,是半自主性细胞器.本文从叶绿体起源,叶绿体DNA的遗传方式,叶绿体基因组的基本结构以及叶绿体基因组的进化四个方面综述了叶绿体基因组的研究进展.另外,综述了叶绿体基因组在系统发育基因组学、居群遗传学、谱系地理学和叶绿体基因工程中的应...     

浅谈叶绿体基因组分析技术在植物系统学中的应用

本文对植物叶绿体基因组做一简介,包括叶绿体基因组的发现、结构与特点、编码基因、进化特点和遗传方式。综述了DNA杂交、DNA限制酶谱分析、RFLP分析、PCR-RFLP分析、微卫星序列分析、SSCP分析和核酸序列分析等叶绿体DNA分析技术的原理、特点及应用。阐述了叶绿体DNA在植物系统学研究中广泛应用的利弊。     

菠菜性别差异NUPTs序列的克隆及分析

质体DNA向核基因组转移能够形成核质体DNA,核质体DNA序列的插入是推动动植物基因组及染色体组演化的重要动力.但是核质体DNA的插入和植物性染色体起源及演化之间的关系仍不清楚.以雌雄异株植物菠菜为材料,利用基因组消减杂交技术筛选分离菠菜雌雄基因组差异的NUPTs序列,并进行验证和分析.结果表明,从构建的菠菜消减杂交文库中共得到39条长度为75~308 bp的雌雄差异序列,其平均长度约为154 bp.对获得的序列进行Blastn同源比对发现了12条序列为叶绿体基因组来源序列,这些序列与菠菜叶绿体基因组相似度在98%以上,说明所获得的差异片段为核质体DNA序列.将筛选出的核质体DNA序列进行进一步验证后获得了两个稳定的长度分别为146 bp和199 bp的雄性偏好核质体DNA序列,说明所获得的两个NUPTs序列在菠菜雄性基因组中有更多的累积.     

马铃薯与其野生近缘种叶绿体基因组差异分析

叶绿体基因组是植物基因组的重要组成部分,解析马铃薯及其野生近缘种的叶绿体基因组结构差异对理解马铃薯的进化具有重要的意义.选择Solanum fernandezianum、Solanum etuberosum、So-lanum palustre和Solanum phureja进行叶绿体基因组的组装和结构分析.发现它们叶绿...     

基于叶绿体基因组序列对50种菊科植物亲缘关系分析

菊科为双子叶植物纲的第一大科,其科内等级划分和系统学研究存在巨大挑战.叶绿体基因组具有高度的保守性和较慢的进化速率,其在植物系统发育和物种进化研究中应用广泛.对菊科20个属50种植物叶绿体基因组序列进行亲缘关系分析,基于叶绿体基因组编码序列(coding sequence,CDS)、rbcL基因序列、rbcL+matK...     

响叶杨（杨属）叶绿体基因组测序与比较分析

本研究中,我们对响叶杨的叶绿体基因组进行测序和组装,并将其与杨属其他11个叶绿体基因组进行比较分析.结果表明,响叶杨叶绿体基因组全长158,591bp,其中两个反向重复序列区(IR)长度均为27,667bp,长单拷贝序列区(LSC)和短单拷贝序列区(SSC)长度分别为84,634和18,623bp.通过对杨属12个物种的叶绿体基因组进行比较,只发现了6个相对较大的插入缺失,因此整体而言,杨属的叶绿体基因组结构是高度保守的.系统发育分析结果显示,杨属中12个物种组成了3个具有高支持率的进化支,响叶杨与其他白杨组物种聚为一支,并且与银白杨的亲缘关系最近.本研究基于叶绿体基因组数据揭示了杨属的进化历史,将有助于进一步开展杨属植物基于叶绿体DNA序列数据的群体遗传学及其他分子生态学研究.     

坛紫菜(Porphyra haitanensis)叶绿体DNA 的快速提取

以阴干的坛紫菜叶状体为材料，通过酶解等方法获取完整的叶绿体．再裂解叶绿体并酚仿抽提获得叶绿体DNA．限制性内切酶Hind Ⅲ和EcoR Ⅰ双酶切及RAPD检测结果显示：叶绿体DNA与基因组DNA的酶切图谱及RAPD图谱均有比较明显的差异．多次重复实验证明，按此法提取的叶绿体DNA．其得率稳定，并可用作PCR扩增的模板及酶切图谱的构建等．该方法操作简便．过程快捷．可作为大型海藻叶绿体DNA提取的参考方法．     

DNA序列在植物系统进化研究中的应用

DNA序列分析已广泛应用于植物系统与进化学研究，根据不同的研究对象和问题选择相对应的DNA序列来进行研究显得十分重要。目前在植物系统与进化学中主要一些DNA的应用，主要是讨论叶绿体基因组（rbcL等）和核基因组（18S，ITS）中的特定DNA序列区段。研究表明，18S,rbcL等编码基因一般适用于较高分类阶元甚至整个种子植物谱系间的系统发育的探讨，而ITS极cpDNA的非编码区序列等因其较快的进化速率多用于较低分类阶元的系统关系研究。     

基于叶绿体基因组全序列分析真叶植物叶绿体基因的适应性进化

 真叶植物包括蕨类、裸子植物和被子植物。迄今已积累有较为丰富的真叶植物叶绿体基因组全序列数据。选取了29种真叶植物的叶绿体基因组全序列,采用PAML 软件基于位点间可变ω模型,分别分析了蕨类、裸子植物和被子植物叶绿体基因的适应性进化。结果显示：① 蕨类、裸子植物和被子植物各有6.5%、7.5%和19.2%的叶绿体基因受正选择作用;被子植物经历正选择的叶绿体基因明显比蕨类和裸子植物为多;② 被正选择作用的叶绿体基因主要是遗传系统和光合系统基因,它们的编码产物涉及叶绿体蛋白质合成、基因转录、能量转化与调节及光合作用等过程。推测叶绿体功能基因可能在真叶植物对陆生生态环境的适应过程中起着重要作用。     

三种罗布麻干燥叶片基因组DNA的提取方法

采用Qiagen的植物基因组DNA提取试剂盒并加以改进,首次从不同季节采收、不同干燥方法保存的三种罗布麻(罗布红麻、大叶白麻和白麻)干燥叶片中提取出基因组DNA.提取的基因组TE溶解液的OD260/OD280 值多在1.7～1.9范围内,电泳呈现单条带,核基因组的ITS片段、叶绿体基因组的trnL内含子和trnL-F非编码区片段的PCR扩增条带清晰并能进行DNA测序,这表明基因组DNA质量较好,可以满足后续分子生物学实验的要求.本研究为罗布麻等中药材的进一步分子生物学研究提供了必要的技术基础.     

4种金丝桃属植物基因组DNA提取及RAPD分析

目的探究金丝桃属基因组DNA的提取方法及用RAPD分析的技术体系.方法采用改良的低pH值高盐法获得高质量的金丝桃属植物总DNA,从80个10-mer随机引物中筛选出12个,对4种金丝桃属植物的基因组DNA进行RAPD分析.结果共产生了330条DNA片段,其中218条谱带具有遗传多态性,约占66.1%.结论 RAPD分析揭示4种金丝桃属植物之间的DNA指纹存在明显的种间差异,能为金丝桃属植物的分类鉴定提供遗传学依据.     

猕猴桃种间体细胞杂种细胞质DNA遗传的初步分析

提取猕猴桃体细胞杂种叶片总DNA,PCR和限制性内切酶,分析了叶绿体基因组的trnT(UGU)和5'trnL(UAA)外显子之间的a～b间隔区DNA片段和光合系统Ⅱ D1蛋白基因(psbA)片段,以及线粒体基因组的ORF25片段的遗传特征.结果表明,狗枣猕猴桃(A.kolomikta)与中华猕猴桃(Actinidia chinensis)的对称体细胞杂种具有与中华猕猴桃相同的a～b间隔区DNA片段,叶绿体DNA遗传为非随机分离.还讨论了cpDNA遗传与猕猴桃种间的亲缘关系.     

茄科植物叶绿体基因组研究进展

叶绿体基因组(cpDNA)是与光合作用直接相关的细胞器,其在物种鉴定及系统进化研究中的应用价值已经受到研究者们的广泛关注和逐步认可.茄科作为植物界重要的一科,涵盖了诸多重要的食用及药用植物.本文在整理近年来茄科叶绿体基因组相关研究的基础上,对目前茄科植物叶绿体基因组测序技术的发展、研究现状及今后的发展趋势及应用前景进行了综述.     

日本开发出叶绿体转基因技术

日本奈良尖端科学技术大学的研究小组成功利用转基因技术提高植物光合作用的能力,使其生长周期得以大幅度缩短。日本奈良尖端科学技术大学的研究小组成功利用转基因技术提高植物光合作用的能力,使其生长周期得以大幅度缩短。研究人员将高活性蓝藻光合作用的相关基因植入烟草当中,它会进入叶绿体的 DNA 之中,而不会进入细胞核内的 DNA 中,这样就可以避免转基因通过烟草花粉而扩散出去。植物细胞内的叶绿体 DNA 与细胞核的 DNA 不同,它与光合作用有关。     

鹅耳枥属树种叶绿体基因组结构及变异分析

【目的】了解鹅耳枥属(Carpinus)树种叶绿体基因组基因组成及结构特征,为鹅耳枥属的系统发育及基因组进化研究提供参考。【方法】获取鹅耳枥属16个树种的叶绿体基因组,对其进行基因注释,利用生物信息学方法比较叶绿体基因组间的结构特征与变异程度,并以麻栎(Quercus acutissima)为外类群分析了鹅耳枥属的系统发育关系。【结果】鹅耳枥属16个树种的叶绿体基因组均为双链环形结构,均包含1个长单拷贝区(LSC)、1个短单拷贝区(SSC)以及2个反向重复区(IRa和IRb)。叶绿体基因组大小差异较小,最大差异仅1 902 bp。基因排列顺序基本一致,各基因数量相对保守,其中核糖体RNA(rRNA)数量最为保守,所有树种均为8个。此外,鹅耳枥属树种叶绿体基因组在序列长度、基因组成以及GC含量等方面相对保守,但4个边界存在明显的多样性。鹅耳枥属叶绿体基因组中非基因编码区存在较大差异,变异程度较高,而基因编码区差异较小,具有较高的保守性。在叶绿体基因组4个部分中,LSC区的变异程度最高,IRa区的变异程度最低。鹅耳枥属叶绿体基因组中psbA、rps16、atpA、rps19、ndhF、ndhI以及ycf1等基因的编码区存在显著差异。此外,ycf3-trnS, trnS-rps4, trnH-psbA, psbZ-trnfM, matK-rps16, rps16-trnQ, trnQ-psbK, ccsA-ndhD, accD-psaI, ndhC-trnV, trnT-trnL, trnF-ndhJ, atpB-rbcL, trnT-psbD, trnE-trnT, trnD-trnY, rpl32-trnl等基因间隔区的非编码区差异较大。绝大部分基因的编码区长度十分保守,含内含子的蛋白编码基因长度变异主要来源于内含子长度或编码区长度。系统发育分析结果将鹅耳枥属划分为鹅耳枥组与千金榆组,此外由于地理隔离导致欧洲鹅耳枥(C. betulus)、美洲鹅耳枥(C. caroliniana)与鹅耳枥属其他树种表现出较远的亲缘关系。【结论】鹅耳枥属树种叶绿体基因组具有较高的保守性,其基因排列顺序基本一致,未检测到大规模的倒位或基因重排,但其IR区与单拷贝区(SC)边界存在明显的多样性。基于叶绿体基因组构建的系统发育树在一定程度上可以揭示鹅耳枥属树种的系统发育关系。     

基于叶绿体基因组比较栝楼属植物的演化

叶绿体基因组在基因水平上高度保守，并且遵循单亲遗传及单倍体遗传，已被广泛应用于物种鉴定和系统发育分析。栝楼属为葫芦科的一个重要属，具有极其重要的药用价值及经济价值，但种内关系不清。本文利用生物信息学及比较基因组学的方法，分析了11种栝楼的叶绿体基因组大小、结构、组成、重复序列、密码子偏性、边界扩张、正向选择、基因组共线性、核苷酸变异位点及系统发育等。结果显示，11种栝楼的叶绿体基因组都具有典型的四联体结构，长度为156 413 bp～157 556 bp,GCs含量为37%，较为保守。重复序列在LSC区域分布较多，密码子偏好性不强，没有明显的边界扩张或收缩，但是某些栝楼属植物叶绿体基因组存在序列重排，其中三种栝楼还受到环境的正向选择。同时，序列重排将11种栝楼分为两个主要分支，其中第一分支的演化与环境的正向选择密切相关。栝楼属物种核酸多态性位点多分布在SSC区域，系统发育分析表明栝楼属与油渣果属、丝瓜属及藏瓜属亲缘关系较近。本研究为栝楼属物种的分类及演化提供了分类依据，同时为编制栝楼属物种DNA条码提供了候选标记。     

不同类型DNA提取试剂盒提取牦牛乳粉DNA效果的比较

以牦牛乳粉为材料,采用了细胞/组织/血液基因组提取试剂盒、植物基因组提取试剂盒及食物核酸提取试剂盒3种不同类型的DNA提取试剂盒提取牦牛乳粉的基因组DNA,使用核酸和蛋白质分析仪检测后表明3种提取方法获得的DNA浓度相近;使用牦牛线粒体中细胞色素b的DNA序列特异性探针引物对所得的3种DNA进行实时荧光PCR,都获得了特异性扩增。结果表明3种类型的DNA提取试剂盒提取的牦牛乳粉基因组DNA都可以用于牦牛乳粉的分子特异性研究,综合提取操作的难易程度、耗时长短、成本高低及提取DNA的浓度分析,细胞/组织/血液基因组提取试剂盒为最佳选择。但食物核酸提取试剂盒的提取步骤简单,消解更彻底,更适用于一次性提取较多样本的基因组DNA。     

叶绿体DNA分析技术及其在植物系统学研究中的应用

叶绿体DNA在植物系统学研究中已得到广泛应用。综述了DNA杂交、DNA限制酶谱分析、RFLP分析、PCR_RFLP分析、微卫星序列分析、SSCP分析和核酸序列分析等叶绿体DNA分析技术的原理、特点及应用     

高等植物中的DNA解旋酶

综述了在离体实验条件下高等植物DNA解旋酶在以下多方面具有重要的生物学功能：包括DNA重组、DNA复制、翻译启始、rDNA转录及在pre-rRNA加工过程早期阶段，双链断裂修复、端粒长度维持、核苷酸切除修复、花发育中的细胞分裂／增殖、基因组甲基化方式保持、植物细胞周期和细胞基本生命活动的维持。最近玉米基因组中发现的解旋子(helitron)插入说明高等植物DNA解旋酶可能在植物生长与发育中有重要调控作用。因而有着重要的生物技术应用价值。     

位点特异性DNA内切酶在植物基因打靶中的应用

基因打靶是在基因组指定位点插入、删除和替换DNA序列的技术。由于同源重组频率低,在植物中高效的基因打靶技术一直未被建立,制约了植物基因功能和分子育种的研究。近年来,人工设计的锌指蛋白和TAL效应因子DNA结合结构域实现了对全新DNA序列的识别。人工设计的DNA结合结构域连接核酸内切酶能在基因组指定位点创造双链DNA断裂,进而产生定点突变和促进同源重组。笔者重点介绍锌指核酸酶和TAL效应因子核酸酶在植物基因组定点突变和基因打靶中的研究进展,并对目前存在的问题进行分析。