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.     

玉米CACTA型转座子携带宿主基因片段转移新功能的发现与特性分析

携带宿主基因片段转座子的转座对基因组扩增、新基因产生具有重要作用. 本研究以参与玉米维生素E合成的基因HGGT为例, 采用生物信息学方法, 寻找携带宿主基因片段转座子, 并分析其特性. 通过BLAST搜索和基因注释, 发现了3个携带HGGT基因不同部位片段的ENSPM2_ZM转座子. 利用公共数据库, 在玉米自交系B73基因组中发现了另外66个能携带宿主基因片段的转座子. 这69个转座子分布在10条染色体上, 平均长度为3689 bp. 其中, 有9个转座子携带了2个来源的宿主基因片段. 通过比对玉米EST数据库, 发现至少13个转座子可以转录, 且2个携带不同来源宿主基因片段的转座子具有融合转录的特征.     

胰核糖核酸酶基因(RNASE1)重复与功能分化

适应是生物进化中最根本的问题之一. 胰核糖核酸酶(RNASE1)由胰脏分泌, 是一种非常重要的消化酶. 目前已证实RNASE1基因重复与前肠发酵食草动物中独特消化系统的功能适应紧密相关, 成为研究动物对食性适应性进化遗传机制的重要模式系统之一. 同时有研究发现, 在不具有前肠发酵特征的某些哺乳动物中也存在RNASE1基因重复事件, 提示该基因在这些物种中可能产生了新的组织特异性或功能. 文章综述了RNASE1基因在动物适应性进化, 包括食性方面的研究进展.     

柿果萼ABA生物合成关键酶基因NCED的克隆及ABA对柿离体幼果乙烯的调节

柿子通常被归类为呼吸跃变型果实. 然而, 与典型的跃变型果实不同, 它表现出独特的跃变特性, 即越早期采下的果实, 乙烯产生量越大. 为了弄清柿离体幼果的乙烯生成及诱导机制,从果萼中克隆了1个编码ABA生物合成关键酶基因(DK-NCED1)的cDNA片段, 并分析其在离体幼果中的表达及其产物ABA对乙烯生成的影响. 结果显示, 幼果采后置于室温下, 萼片首先失水, 其DK-NCED1基因于采后第1天开始表达, 并伴随着ABA的快速积累, ABA在采后第2天达到峰值, 然后下降. 果萼中DK-ACS2和DK-ACO1基因从采后第2天开始表达, 乙烯随即诱导产生, 并于第3天达到峰值. 果实中也存在上述变化模式, 但各项指标均比果萼晚1 d, 且果肉硬度从采后第4天急速下降, 并于第6天完全软化. 外源ABA或NDGA (一种NCED酶抑制剂)对离体幼果DK-NCED1基因的表达无影响, 但却促进或抑制了果实中乙烯合成酶基因DK-ACS2及氧化酶基因DK-ACO1的表达及其乙烯的生成, 促进或延迟了幼果的软化. 结果表明, 柿幼果采后, 失水胁迫诱导了果萼中DK-NCED1 基因的表达, 并诱导ABA的快速积累; ABA达到一定值后触发乙烯生物合成酶基因DK-ACS2和氧化酶基因DK-ACO1基因的表达, 乙烯随即生成并扩散至果肉, 作为二级信号刺激果肉中乙烯的合成, 并引发乙烯的跃变, 使果实软化.     

一个水稻短生育期突变体sgp(t)的遗传分析及基因定位

在优良迟熟恢复系明恢86的转基因后代中, 发现了一个非T-DNA插入引起的短生育期突变体(暂命名short growth period, 简称sgp(t)). 该突变体对光周期反应不敏感, 在不同生态区域与不同播种期, 平均抽穗期(40.9±2.1)~(62.4±5.2) d, 比野生型明恢86早35~50 d. 通过对sgp(t)突变体与29个不同遗传背景的亲本(包括感光和非感光的籼稻、粳稻及爪哇稻品种)杂交后代抽穗期分析, 结果发现, 在福州市夏季种植(4月30日播种), F1抽穗均表现较迟熟亲本 早, 而较sgp(t)略迟, 平均抽穗期(52.0±1.3)~(63.4±2.3) d, 表明sgp(t)是一个不完全显性突变体, 能够显著地缩短水稻的生育期. 进一步分析sgp(t)突变体与野生型明恢86, 93-11, 闽恢3301和博白B等4个品种的杂种F2群体抽穗分布发现, 分离群体后代中出现极早熟、较早熟和迟熟3种类型, 其极早熟和较早熟植株数之和与迟熟植株数之比符合3:1, 进一步表明sgp(t)由一对不完全显性基因控制. 以F2代(sgp(t)×93-11)中的极早熟株和迟熟株为定位群体, 应用微卫星标记将sgp(t)基因定位在第6染色体的RM3628和RM439之间, 随后利用已经公布的水稻基因组序列, 在sgp(t)基因附近区域新开发了6个标记, 将sgp(t)基因进一步定位在NSSR0617~NSSR0683之间, 遗传距离分别为0.5和0.6 cM, 物理距离约436 kb. 定位结果显示sgp(t)不同于目前报道的所有早熟和迟熟基因, 是一个控制水稻生育期的新基因.     

水稻S5n 基因的分子进化及功能比较

S₅ⁿ基因是克服水稻亚种间杂种胚囊不育性最主要因子之一, 了解其序列特征对于揭示其起源或进化以及在分子育种上的应用具有重要意义. 本文以48 份携带有S₅ⁿ 的栽培稻品种和野生稻为材料, 通过对其S₅ⁿ 的全序列进行测定, 并选择在 编码区序列差异较大的品种(系)与籼粳测验种进行测交组配F₁, 研究不同序列S₅ⁿ 在克服水稻亚种间杂种胚囊不育性效应的差异. 结果表明, 48 份材料的DNA全序列与对照02428 完全一致的有15 份, 其他33 份存在不同程度的变异. 变异位点, 包括 颠换、转换和缺失等, 共有24 个. 编码区的变异主要发生在外显子2, 其中变异最大的8 份材料在1710~1719 bp 处缺失了10 个碱基, 包括尼瓦拉野稻IRW501 和栽培稻品种粤泰B等. S₅ⁿ序列变异没有偏向性, 说明S₅ⁿ是中性进化基因. 通过构建S₅ⁿ 全序列及其编码区编码氨基酸系统NJ 树, 将48 份材料归为4 类, 其中大部分的栽 培稻聚成一类, 普通野生稻聚成一类, 8 份缺失10 个碱基的材料聚为一类, 其他的材料聚成一类. 利用WE-CLSM (whole-mount eosin B-staining confocal laser scanning microscopy)对测交F₁ 的胚囊育性观察表明, 不同S₅ⁿ 序列材料组配测交F₁ 的胚囊育性均比对照明显增加, 彼此间没有显著差异, 显示它们都能克服亚种间的胚囊不育性, 也间接证明S₅ⁿ 是功能缺失基因.     

一个水稻动态窄叶突变体的鉴定和基因定位

叶片形态是作物的重要性状, 阐明控制作物叶片形态的遗传机理有助于在作物育种中性状的改良, 提升作物的产量潜力. 本研究通过辐射获得一个水稻动态窄叶突变体(暂命名为dynamic narrow leaf 1, dnl1). 形态鉴定表明, 与野生型品种93-11相比, dnl1在苗期叶片显著变窄、变短, 而成熟期无显著差异; 同时, dnl1抽穗期延迟, 株高变矮, 籽粒数减少, 结实率降低. 遗传分析表明窄叶性状受1对隐性基因控制, 基因初步定位表明Dnl1位于第1染色体长臂的d15和d20标记之间, 遗传距离分别为0.9和2.2 cM. 进一步利用已经公布的SSR标记和发展的STS标记将其定位于STS标记M1-Z47和M1-Z42之间, 与d17, M1-Z41, M1-Z43及M1-Z49共分离, 物理距离为172 kb, 为克隆Dnl1奠定了基础.     

水稻包穗突变体esp2 的遗传分析与基因精细定位

水稻的包穗现象主要是由倒一节间缩短造成的. 阐明包穗形成的分子机制, 对解决水稻不育系的包穗问题, 创造水稻新种质具有重要意义. 我们在籼稻品种明恢86 的组织培养后代中获得了1 个包穗突变体, 命名为esp2(enclosed shorter panicle 2), 其穗部被剑叶叶鞘完全包裹, 倒一节间几乎完全退化, 而其余各节间长度则没有明显改变. 遗传分析表明, esp2 受一对隐性基因控制, 能稳定遗传且不受遗传背景的影响. 显然, ESP2 是控制水稻倒一节间发育的一个关键基因. 利用esp2 与粳稻品种秀水13 杂交的F₂ 群体以及SSR 和InDel 标记, 将ESP2 精细定位在1 号染色体短臂末端一个14 kb 的区域内. 根据水稻基因组序列的注释, 该区域内只存在1 个完整的基因, 亦即一个假定的磷脂酰丝氨酸合成酶(putative phosphatidylserine synthase)基因. 对野生型和突变体的测序分析结果表明, 该基因内部插入了一个5287 bp 的反转座子序列. 因此, 我们将该基因作为ESP2 的候选基因. 本研究结果为ESP2 基因的克隆和功能分析奠定了基础.     

一个水稻窄叶突变体的鉴定和基因定位

从粳稻品种“中花11”转基因后代中发现了一个窄叶突变体. 突变体表现为植株矮化、生育期延迟、叶片变窄及内卷和结实率降低等一系列突变表型. 窄叶突变体的剑叶在饱和光下净光合速率显著低于野生型, 在灌浆期剑叶的气孔导度和蒸腾速率也明显低于野生型. 遗传学分析表明, 该窄叶突变体表型受一对隐性核基因控制. 通过对突变体T₁代和T₂后代的分子检测发现, 该突变体表型非T-DNA插入引起. 利用籼粳杂交F₂群体对突变体位点进行了基因定位, 将其定位在第12染色体长臂上SSR标记RM7018和RM3331之间. 与经典的形态标记nal3(cul3)位于相同染色体区段, 故将该突变体暂定名为nal3(t). 随后, 利用已公布的水稻序列和SSR标记, 开发了6对新的STS标记, 进一步将窄叶基因nal3(t)定位在NS10和RH12-8之间, 遗传距离分别为0.58和0.26 cM, 物理距离约136 kb, 为进一步克隆nal3(t)打下了基础.     

基于空间群P3对称性的一种新型三维编织材料

用点群S₆ 对应的对称操作推导出一种新的三维编织几何结构单胞. 根据空间群 P3 描述的对称性, 对新的单胞进行对称变换获得了一种新的三维编织几何结构, 研究 了这种三维编织几何结构可行的编织工艺. 通过建立其几何分析模型, 预测了对应三 维编织材料的纤维体积百分含量及其变化趋势.     

哺乳动物犁鼻器信息素感知及犁鼻器系统特异基因的分子进化研究进展

生物对外界环境中化学物质信号的识别和感知对其生存有着极其重要的意义. 大多数哺乳动物具有两条嗅觉通路, 主要嗅觉系统(MOS)用来感受普通嗅觉信号, 而犁鼻器系统(VNS)则从异常灵敏的程度来识别小范围内特异性的化学感应信号-信息素(pheromone). 信息素是一类在同种内个体间传递的物质, 可引发群体内与个体交流和生殖相关的一系列生理和行为变化. 本文综述了对哺乳动物犁鼻器信息素感知及犁鼻器系统特异(VNS-specific)基因的分子进化研究进展, 这些基因包括信息素受体家族V1R和V2R以及离子通道TRPC2, 为进一步深入研究哺乳动物信息素感知的分子机制奠定基础.     

陆地棉红株基因(R1)的精细定位

利用陆地棉遗传背景的海岛棉染色体16置换系材料Sub16和陆地棉多基因标记系T586创建了含1259个单株的F₂作图群体, 结合本实验室最新的栽培四倍体棉种种间分子遗传图谱上染色体16的标记信息, 利用分子标记技术, 对红株基因R₁进行精细定位. 在F₂分离群体中, 红株性状分离比符合孟德尔1:2:1的分离, 进一步证明该性状是由一不完全显性单基因控制. 利用JoinMap 3.0连锁分析软件, 使用含237个单株的F₂小群体完成红株基因R₁的初级定位, 进一步利用含1259个单株的F₂大群体将该基因精细定位在NAU4956和NAU6752之间, 与最近标记的遗传距离为0.49 cM. 研究结果为进一步克隆该基因及培育红色彩棉转基因品种提供了研究基础.     

基于功能性标记和测序发掘携带有S5n基因的水稻新种质

水稻籼粳亚种间杂种具有强大的生物学优势, 但杂种F1普遍高度不育, 难以直接利用. S₅ⁿ基因可以克服由S₅基因座位互作引起的杂种不育性. 目前S₅ⁿ基因已被成功克隆, 该基因功能区存在大片段的缺失DNA, 为快速并准确发掘携带有S₅ⁿ的水稻新种质提供基础. 本文将S₅ⁿ基因序列与日本晴相对应序列进行比对, 在S₅ⁿ基因缺失DNA的两端设计引物, 对已知携带有S₅ⁿ和不携带有S₅ⁿ基因(但携带有S₅ⁱ或S₅^j)的水稻材料进行PCR扩增检测, 建立S₅ⁿ基因的功能性标记. 利用该标记对我国水稻微核心种质进行检测, 其中有10个品种的S₅座位中存在DNA片段缺失, 这些品种可能携带有S₅ⁿ基因. 这些品种包括毫补卡、小红谷、老造谷、三磅七十箩、木邦谷、魔王谷内杂、饭毫皮、飞蛾糯2、包协-7B和特青选恢等, 其中除三磅七十箩和老造谷外, 其余的8个品种均未见报道携带有S₅ⁿ基因. 对存在缺失DNA的10个品种的扩增片段进行测序, 发现全部品种S₅座位的缺失DNA片段都与02428和零轮(已知携带有S₅ⁿ)的一致, 说明这10个品种S₅座位的基因也是没有功能的, 证明确实存在S₅ⁿ基因.     

一新的水稻多蘖矮秆突变体tddl (t) 的分离及基因的精细定位

水稻株型是影响稻米产量的重要农艺性状, 而株高和分蘖是水稻株型的两大构成因素, 因此对水稻多蘖矮秆突变体的研究不仅能为植物生长发育分子机制的阐明奠定基础, 而且具有潜在的农业生产价值. 我们从EMS化学诱变的籼稻IR64的后代筛选得到一稳定遗传的多蘖矮秆且叶色加深突变体, 暂命名为tddl(t), 它与已发现的多蘖矮秆突变体非等位. 该突变体属于dn型矮秆, 其矮秆性状与赤霉素、油菜素内酯和萘乙酸无关, 因此推断其控制基因可能参与其他激素途径. 组织细胞学分析表明, 维管束薄壁细胞的减小导致了茎秆变细. 遗传分析显示, 该性状受单隐性核基因控制, 精细定位将TDDL(T)基因锁定在水稻第4号染色体长臂85.51 kb的物理距离内, 在该区域共预测到20个候选基因. 对该基因的进一步克隆将有助于水稻多蘖矮秆分子机制的阐明和应用于分子标记辅助育种.     

一个水稻卷叶突变体rl_(11(t))的遗传分析和基因定位

水稻叶片形态相关突变体的挖掘是进行水稻功能基因组学研究和株型改良的重要基础.本研究从60Co-γ辐射的籼稻粤丰B后代中鉴定一个卷叶突变体,命名为rl11(t),该突变体表型为株高降低、叶片卷曲变窄、叶脉数目减少且发育异常,同时对生长素的敏感性降低.遗传分析表明,该突变性状受一个隐性单基因控制.利用SSR标记将卷叶基因定位在位于水稻第4染色体上RM6089和RM124之间,在该基因附近区域发展了32对新的STS标记,将Rl11(t)精细定位在BAC克隆AL606645上STS4-25和STS4-26之间,物理距离约为31.6kb,为最终克隆目标基因奠定了基础.     

水稻叶片显性早衰突变体psl3的遗传分析与基因精细定位

衰老是一个主动的过程,包括细胞结构、新陈代谢、基因表达有序发生变化,对植物生存繁衍具有积极的意义,但早衰则对农业生产会产生重要影响,不利于经济性状的获得,研究早衰的分子机理具有重要的意义.利用甲基磺酸乙酯诱变恢复系缙恢10号获得了一个叶片早衰突变体,5叶期前叶片正常绿色,从6叶至剑叶每张叶片从叶尖到叶基部逐渐衰老,叶绿体膜结构破坏、光合色素含量和光合能力及可溶性蛋白含量显著下降,SOD酶活性异常.遗传分析显示该突变性状受一显性单基因控制,暂命名为psl3(presenescing leaf3).利用分子标记将PSL3基因定位于第7染色体标记c7sr1与ID10之间,物理距离为53.5kb,为该基因的图位克隆奠定了基础.     

小麦-冰草附加系1•4重组P染色体对Ph基因的抑制作用

冰草属(Agropyron Gaertn.)的P组染色体被推测可能携带有抑制小麦Ph基因的遗传系统, 但是相关的研究很少. 本研究发现, 在小麦-冰草附加系Ⅱ-21-2(附加1•4重组P染色体)的减数分裂中存在染色体联会异常的现象. 对该附加系进行细胞遗传学和Ph1基因扩增等分析与检测, 结果表明附加系Ⅱ-21-2的Ph1基因扩增正常, 未见缺失; 小麦-冰草附加系Ⅱ-21-2减数分裂中期每个花粉母细胞出现六价体或四价体的数目分别为0.41和0.13, 而附加系受体小麦Fukuho减数分裂无染色体异常联会. 双色GISH/FISH检测表明, 附加系Ⅱ-21-2的P染色体不直接参与多价体的组成, 多价体为小麦自身染色体构成. 附加系Ⅱ-21-2的1•4重组P染色体能够抑制小麦Ph基因的作用, 从而引起小麦部分同源染色体之间的联会, 并造成包括小麦3B-3D等部分同源染色体之间的易位. 小麦-冰草附加系的P染色体促进小麦部分同源染色体联会的作用或特性在未来小麦的遗传改良中具有潜在应用价值.     

水稻花优势表达基因RA68的克隆和特性分析

利用减法杂交和RACEs从水稻花中克隆了1个编码含丰富脯氨酸和苏氨酸结构域多肽的cDNA, 其相应的基因命名为RA68. RA68含3个外显子和2个内含子, 编码由219个氨基酸残基组成的蛋白质. 数据分析结果显示, 该蛋白由1个22个氨基酸残基组成的信号肽, 1个亲水性的N-端结构域和1个疏水性的C-端结构域组成. N-端结构域是一段嵌合PTPTSYG motif的富含脯氨酸和苏氨酸的序列. Southern blot和序列分析结果表明, RA68在水稻基因组以单拷贝存在, 定位于第2号染色体. Northern杂交结果表明, RA68在幼芽和花中表达量较高, 在根和叶中不表达. 花和幼芽进行原位杂交分析结果表明, 在花中, RA68在花粉母细胞、二分体细胞、单核花粉粒以及大孢子囊中表达. 基于该基因的表达特性及其编码蛋白质的结构特征, 探讨了其在花发育中的可能功能.     

一种基于电化学发光技术的高灵敏度PS-1基因点突变检测方法

电化学发光(electrochemiluminescence, ECL)分析是20世纪90年代初发展起来的一种高灵敏度检测方法, 它将电化学法和化学发光法巧妙结合, 利用金属钌的复合物和三丙胺在电极表面发生氧化还原反应而产生高效、连续、稳定的发光, 具有灵敏、快速、准确、操作简便和分析适应性广等特点, 已被应用于核酸的定量分析之中. 将电化学发光技术应用于基因点突变检测, 采用了一种基于PCR技术和限制性内切酶技术的电化学发光分析方法检测Presenilin-1基因(简称PS-1基因)密码子235处发生的点突变. 结果显示, 在PCR循环次数相同的条件下, 野生型样品酶切前后的电化学发光信号强度基本保持不变; 突变型样品酶切前后的电化学发光信号强度变化显著. 该方法可明显区分野生型样品和突变型样品, 可望用于老年性痴呆病的早期诊断.     

阴沟肠杆菌B8拮抗活性相关基因的克隆与分析

为研究具有广谱拮抗活性的阴沟肠杆菌B8的拮抗机理, 应用自杀性质粒pZJ25, 将Tn5转座到B8的染色体上, 筛选到2株拮抗活性丧失的菌株. 选择其中B8F突变株, 应用Tn5上的Kan^r基因作为标签, 对Tn5插入位点右侧的拮抗活性相关基因片段进行了克隆, 筛选得到质粒pTLF, 经亚克隆后测序, 获得F片段735 bp的序列. 提取原始菌株B8基因组DNA, 酶切后与PstⅠ接头连接, 应用接头引物和根据F片段设计的特异引物, 在F片段的左右两侧进行染色体步行, 获得了F片段(Tn5插入位点)左侧的1106 bp序列和F片段右侧的664 bp序列. 生物信息学分析显示, 获得的B8菌株拮抗相关基因序列包含3个ORF, 与Pantoea agglomerans的andrimid生物合成基因簇(基因GenBank登录号AY192157)有较高的同源性, 分别对应于admM, admN和admO共3个基因. 被Tn5插入破坏的ORF(命名为anrF基因)对应于admM (Polyketide 合酶基因), 插入位点位于终止密码前214 bp处. 由此证明, anrF基因与B8菌株的拮抗活性相关, 推测B8菌株产生的拮抗物质为andrimid.