大豆疫霉甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因在病原物植物互作中诱导表达及其抗氧化作用在酵母遗传互补系统中的功能验证

甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, GAPDH)是真核生物细胞中一类功能丰富的蛋白质. 采用抑制性差减杂交(suppression subtractive hybridization, SSH)的方法, 筛选到一个在大豆疫霉侵染早期上调表达的、编码GAPDH的cDNA片段; 克隆了该基因的全长序列, 命名为PsGapdh. Southern杂交结果显示, PsGapdh在大豆疫霉基因组中含有3个拷贝. 该基因编码的氨基酸序列具有GAPDH的保守结构域. 在系统发育树中, PsGAPDH与两性绵霉(Achlya bisexualis)的GapC1同源性最高、与中华盒形藻(Odontella sinensis)和三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)的GapC2同源性较高, 三者聚类分布于GapC亚族的C-Ⅱ分支. RT-PCR分析表明, 该基因在大豆疫霉侵染早期转录水平提高. 该基因可以恢复酵母突变体Δtdh1对H₂O₂的耐受性. 上述结果提示, 大豆疫霉的甘油醛-3-磷酸脱氢酶具有与酵母tdh1相似的抗氧化作用, 且参与了大豆疫霉对寄主植物的侵染过程.     

中国和美国大豆疫霉群体遗传结构的RAPD比较分析

为探究中国和美国大豆疫霉的遗传关系, 采用随机扩增DNA多态性(RAPD)的方法, 对来自中国黑龙江省、福建省和美国的3个大豆疫霉地理群体的遗传多样性进行了分析. 通过使用21个RAPD引物对供试的111株大豆疫霉菌株进行扩增, 共得到223个RAPD标记, 其中多态性标记为199个, 占89.23%. 遗传变异分析表明, 美国群体具有更高的遗传变异度; Nei’s遗传相似性和主成分分析均显示, 中国福建群体与美国群体间的遗传相似性最高, 而福建群体与黑龙江群体间遗传相似性最低; 聚类分析显示, 供试菌株在88%的相似性水平上可被区分为7个聚类, 且美国群体分布于更多的聚类组中; Shannon-Wiener多样性指数也表明美国群体的遗传多样性最为丰富. 综合分析表明, 本研究的结果不支持关于美国的大豆疫霉可能来源于中国的推测.     

大豆花叶病毒抗性基因Rsa的分子标记

大豆花叶病毒病危害严重,世界大豆产区的均有发生,以广谱抗源材料科丰１号为母本,感病品种南农１１３８－２为父本配制杂交组合,针对南方强毒株系Ｓａ进行了抗病性遗传学分析。通过接种鉴定亲本,Ｆ１,Ｆ２和Ｆ３代的抗性表现,Ｘ＾２测验结果表明,对Ｓａ的抗性是由单显性基因Ｒｓａ决定的采用ＢＳＡ法,利用ＲＡＰＤ技术在抗感染池间寻找多态性标记。     

从大豆疫霉菌ESTs中发掘SSR标记

通过对5800条大豆疫霉菌EST进行电子查询, 在369条EST中发现415个SSR. 在筛选的EST序列中SSR平均密度为每 8.9 kb含有1个SSR. 在鉴定的SSR中, 三核苷酸重复基元的SSR类型最多, 占鉴定总数的50.1%, 四核苷酸重复基元的SSR类型最少, 为8.2%. 设计40个SSR引物对对5个大豆疫霉菌菌株基因组DNA进行PCR扩增, 有33个引物对扩增出SSR特征条带, 其中有28个引物对扩增出在预期片段大小范围之内的条带. 在33个功能性引物对中, 有15个引物对在5个大豆疫霉菌菌株间扩增出多态性, 多态性引物对占45.5%. 基于SSR标记进行聚类分析, 可将5个检测大豆疫霉菌菌株划分为不同的3个组. 本研究建立了大豆疫霉菌的SSR标记, 为大豆疫霉菌及相关属种的鉴定、遗传变异、分子作图等研究提供了一种更加有效的分子标记系统.     

用基因枪将外源DNA导入中国对虾

用基因枪的方法,以绿色荧光蛋白（green fluorescent protein.GFP)基因作为报告基因,和带有切割对虾白斑病病毒基因的核酶基因质粒pGDNA-RZ1导入中国对虾受精卵中,利用荧光显微镜分别对各个不同发育时期对虾幼体的处理组和对照组做了检测,绿色荧光蛋白在无节幼体和蚤状幼体中的瞬间表达强烈,对成体的RT－PCR和PCR检测表明,外源的GFP基因已转移到中国对虾体内并有相应的基因产物表达,初步建立了转基因虾的操作方法,为今后虾类基因工程育种在生产实践中的应用奠定了实验基础。     

OsCENH3-GFP融合转基因水稻的获得及其遗传应用

通过农杆菌介导的方法, 将水稻组蛋白H3与绿色荧光蛋白嵌合基因(OsCENH3-GFP)导入水稻品种中籼3037中, 经PCR及Southern blot检测, 证明该嵌合基因确已整合到水稻的基因组中. 该转基因植株发育正常, 有丝分裂及减数分裂行为均正常. 对T0及T1代转基因水稻植株有丝分裂和减数分裂过程中GFP与水稻CENH3表达关系的研究结果表明, CENH3的表达部位与GFP的表达部位完全重叠, 说明GFP与水稻CENH3已构成融合蛋白, 并且定位于染色体的着丝粒部位. 为探索该转基因植株在水稻遗传及分子生物学研究中的作用, 利用花粉母细胞减数分裂偶线期染色体, 借助水稻着丝粒串联重复序列CentO的FISH, 发现GFP信号与CentO信号完全重叠, 证明CentO序列确实为水稻不同染色体功能性着丝粒的主要成分. 利用该转基因植株, 分别制作根尖细胞有丝分裂染色体和花粉母细胞减数分裂染色体制片, 与anti-α-tublin抗体和anti-PAIR2抗体进行荧光免疫染色反应, 表明该转基因植株携带GFP标记的着丝粒, 可以与其他分子生物学手段相结合, 并能在活体细胞及组织内十分方便地显示每一染色体功能性着丝粒位置, 为深入研究着丝粒的功能提供了宝贵的遗传材料.     

大豆中NBS类抗病基因同源序列的分离与鉴定

植物抗病原克隆研究对于植物抗病育种和抗病机制的理解具有重要意义。根据预测结构域可将已知植物抗病基因分为4类,其中以NBS（nucleotide binding site)结构域为主。NBS结构域包括P环（激酶1a)、激酶2a和激酶3a。这为利用同源技术克隆植物抗病基因提供了可能。根据烟草抗花叶病毒N基因和拟南芥抗丁香假单孢杆菌RPS2基因设计兼并引物,从大豆抗花叶病毒品种科丰1号的基因组中扩增获得358个克隆,鉴定出4个能读的且与抗病基因NBS结构域同源的片段：KNBS1,KNBS2,KNBS3和KNBS4.Southern杂交表明NBS类抗病基因在大豆中为多拷贝家族;RFLP分析将KNBS4定位于F连锁群,而NBS2则与大豆抗花叶病毒基因Rsa的SCAR标记同位于J连锁群。Northern分析表明KNBS2类在大豆的根、茎和叶中为低丰度组成型表达,这为最终克隆大豆抗病基因打下了基础。     

大豆对灰斑病菌7号小种抗性的遗传分析及抗病基因的RAPD标记

对杂交组合东农91212（感7号小种）×东农9674（抗所有小种）的抗性分析表明,大豆对7号小种的抗性受单显性基因控制。运用BSA法筛选到3个与抗病基因连锁的RAPD标记。其中引物OPSO3扩增的2个标记OPSO3_(620)和OPSO3_(580)具有共显性的分离特点。OPSO3_（620）与抗病基因的遗传距离为8.7cM。根据该标记选择基因型纯合和杂合的抗病植株,其符合率分别达到100％和97.6％。     

抗除草剂草甘膦大豆突变体的筛选

农田杂草一般使收入损失10％多。由于研制出一个新除草剂的成本,是选育出抗除草剂作物一个新品种的20—100倍;故发展抗除草剂作物,在国外正在崭露头角:有杂交成功的抗Atrazine油菜品种,有从组织培养选择得到的抗Imazapyr玉米品系,有从诱变种子选择出的抗Chlorsulfuron大豆种质,有用突变的烟草乙酰乳酸合酶基因,转化得到有实用抗性水平的抗磺酰基脲类除草剂的烟草品种。在国内,朱立煌等将龙葵的抗Atrazine PsbA基因用微注     

两种植物病毒编码蛋白的基因沉默抑制子功能鉴定

采用农杆菌浸润方法以及重组的马铃薯X病毒(PVX)表达载体, 研究了甜菜坏死黄脉病毒(BNYVV)编码的P14蛋白和水稻黑条矮缩病毒(RBSDV)编码的S6蛋白对植物基因沉默的抑制作用. 绿色荧光蛋白(GFP)表型观察及核酸杂交结果表明, 这2种病毒基因均能够强烈抑制转基因本生烟(16C)中由同源序列引起的gfp基因沉默, gfp基因mRNA的含量明显高于未发生沉默抑制的对照植株, 并导致PVX感染后的寄主症状加重, 说明它们可能是由病毒编码的RNA沉默抑制因子. 其中, RBSDV S6基因对植株体内基因组DNA甲基化过程的抑制作用更为强烈.     

我国大豆主产区黑龙江省田间种植大豆的转基因成分检测

采集黑龙江省不同地区田间210份大豆检测样品, 利用定性PCR技术分析检测其中是否含有转基因成分(CaMV35S启动子、NOS终止子和CP4-EPSPS基因). 结果表明, 210份样品中均未检测到CaMV35S启动子成分; 在13个样品中虽扩增出类似CP4-EPSPS的条带, 但对PCR产物的进一步酶切鉴定表明, 所有扩增结果为假阳性. 利用巢式PCR对样品0x1的进一步分析表明, 该样品中不含有转基因大豆(roundup ready)成分. 对0x1样品用CP4-EPSPS引物扩增得到的片段进行了测序. 序列分析表明, 该片段与CP4-EPSPS基因的同源性仅有81%, 再次证明它不是转基因大豆的CP4-EPSPS基因.     

利用SSR标记揭示我国夏大豆(Glycine max (L.) Merr)种质遗传多样性

利用67个SSR标记, 分析了来自我国栽培大豆初选核心种质中的158份夏大豆, 旨在阐明其遗传多样性特点, 为育种利用提供理论依据. 结果表明, 在所有供试夏大豆中共鉴定出等位变异460个, 平均每个位点有6.9个; 其中, 80份黄淮夏和78份南方夏大豆的等位变异数分别为414个和419个, 平均每个位点均接近6.2个. 所有供试夏大豆平均每个位点多样性(D)为0.735, 变化范围为0.414~0.905, 其中黄淮夏大豆D值平均为0.708, 变化范围为0.387~0.886; 南方夏大豆D值平均为0.687, 变化范围为0.189~0.884. 黄淮夏大豆和南方夏大豆在特异等位变异数、等位变异频率、遗传相似性系数均存在差异, UPGMA聚类分析也可将黄淮夏大豆和南方夏大豆基本分成2类. 这表明黄淮夏大豆和南方夏大豆可划为2个不同的基因池. 在夏大豆育种中, 两种夏大豆类型间可以通过种质资源相互利用来拓宽类型内育成品种的遗传基础.     

国外种质拓宽中国大豆品种遗传基础的SSR标记分析

利用系谱追踪与SSR (simple sequence repeats)标记分析了大豆品种绥农14号和合丰25号的遗传组成, 旨在揭示国外种质在拓宽中国大豆优良品种遗传基础的贡献, 为有效利用国外种质培育大豆优良品种提供依据. 聚类分析结果表明, 利用日本种质十胜长叶和美国种质Amsoy作亲本育成的、包括绥农14号和合丰25号在内的中国大豆品种与其系谱中其他品种存在明显差异. 与其他祖先亲本相比, 十胜长叶与绥农14号或合丰25号有较大的亲本系数, Amsoy与绥农14号有较大的亲本系数. 绥农14号和合丰25号的遗传相似性高达60.58%, 在20个LG中, 以I, L和C2这3个LG上相似的染色体片段较长. 在两个国外种质特有SSR变异位点中, Amsoy有5个传递给绥农14号, 十胜长叶有3个传递给绥农14号. SSR标记与农艺性状的关联分析发现, 十胜长叶的 satt513与百粒重显著相关, Amsoy的satt192, satt545与油份显著相关, satt499与百粒重相关, 推测与国外SSR特有等位变异相关的优异性状经合丰25号传给绥农14号在我国大豆品种改良中发挥了重要作用.     

大豆转录因子GmWRKY57B的基因克隆及功能分析

WRKY类转录调控因子在高等植物中构成一个基因超家族, 它不但广泛参与了植物对非生物胁迫和生物胁迫的反应, 还参与了生长发育及多种代谢途径的调控. 本研究构建了一个大豆cDNA文库, 采用酵母单杂交的方法, 用来自AtNPR1启动子区的W-box对构建的大豆cDNA文库进行筛选, 获得了GmWRKY57B基因, 该基因全长1033 bp, 编码299个氨基酸, 属于WRKY类转录因子的第Ⅲ组; 酵母挽救实验及凝胶阻滞实验均表明, GmWRKY57B能够与W-box特异性结合; 酵母体内的转录激活实验表明, GmWRKY57B在酵母细胞中具有转录激活功能; GmWRKY57B在大豆根、茎、叶中均有表达; GmWRKY57B基因在烟草中的过表达能够提高转基因烟草植株的抗旱性, 表明GmWRKY57B 基因在非生物逆境中有一定的功能.     

组成型nifA对大豆根瘤菌(Rhizobium fredii))HN01lux结瘤固氮效率的促进作用

肺炎克氏杆菌(Klebsiella pneumoniae)固氮调节基因nifA对大豆根瘤菌(Rhizobium fredii)HN01lux的结瘤固氮效率有促进作用.首先构建一个带有Kp nifA的重组质粒pXD1,使nifA在卡那霉素磷酸转移酶基因启动子控制下呈组成型表达.当质粒pXD1转移至大豆根瘤菌RfHN01lux后,获得带Kp nifA的大豆根瘤菌,其结瘤固氮效率与原始出发菌相比有明显提高,感染大豆幼苗后,大豆生物量的增加,如植株株高、植株鲜重、植株干重及大豆产量均优于原始出发菌.     

大豆适应性的分子遗传基础

光周期是重要的调控开花时间的因子。在大豆中,光周期调控开花是影响生育期和产量的重要因素之一,因而受到农学家们的关注。大豆在地域上具有广泛的适应性,这与大豆品种对日照长度的适应性是分不开的。大豆对光周期的适应性是由一系列成熟期基因来控制的。在长日照下,大豆需要降低或减少对光周期的敏感性;而在短日照下,大豆需要晚花以获得足够高的产量。近年来,科学家们通过正向遗传学的研究鉴定到了许多成熟期基因,并通过遗传学、分子生物学和生物化学方法进一步分析这些基因的功能,以解析光周期在长日照和短日照下如何调节大豆开花。文章总结了关于成熟期相关位点基因的鉴定,以及它们如何在长日照和短日照条件下调节开花时间。     

NF-L和NF-M在上皮细胞内表达并与角蛋白或波形纤维蛋白共组装

神经丝及细胞质角蛋白纤维都是异源多聚体,它们只有在与其他合适的中间丝蛋白亚基一起表达时才能装配成中间丝。为了研究不同类型的中间丝蛋白间的组装特性,构建了绿色荧光蛋白（GFP）与NF－L或NF－M融合蛋白的重组腺病毒表达载体,并将目的基因在vero细胞内表达,免疫荧光观察结果显示NF－L－GFP或GFP－NF－M不但能与细胞内源性波形纤维蛋白共组装,而且同样能掺入到角蛋白纤维网络中。     

利用RNA干扰技术敲减rlpk2基因的表达可以延缓大豆叶片衰老

叶片衰老是受细胞内部遗传程序控制的、植物叶片发育过程的最后一个阶段, 对启动和调控这一过程的分子机制及衰老信号的传递途径的研究具有重要意义. 从人工诱导衰老的大豆叶片中克隆到一个新的LRR型类受体蛋白激酶基因rlpk2 (GenBank登录号: AY687391), 无论在前期人工诱导衰老系统还是叶片自然发育过程中, 该基因在大豆叶片中的表达水平都表现出明显的衰老上调趋势. 利用RNA干扰技术(RNA interference, RNAi)“敲减”(knock-down)该基因的表达, 可以明显延缓转基因大豆叶片无论自然发育还是营养缺乏胁迫引起的衰老进程, 转基因植株叶片具有比较致密的表面结构及较高的叶绿素含量.     

大豆根瘤中增强表达的WIP小多肽基因家族的分子鉴定

小肽分子是植物细胞分化、器官形成和生物防御的重要信号分子.通过分析大豆全基因组DNA序列,发现大量的基因编码小肽前体即小多肽分子.到目前为止,对这些小多肽分子的特征以及功能知之甚少.本文系统地分析了公共数据库中的大豆转录组数据,鉴定了212个在根瘤中增强表达的小多肽基因.其中79个基因属于38个多基因家族,而另外133个基因不属于任何基因家族.在38个基因家族中,有10个基因家族只出现在豆科植物中,另外28个也出现在模式植物拟南芥中.在大豆中,最大的一个基因家族是伤流诱导的小多肽(wound-induced small protein,WIP)基因家族,由38个成员组成,其中一半左右的基因在大豆固氮根瘤中增强表达.我们进一步分析了蒺藜苜蓿、百脉根、拟南芥和水稻中的WIP同源基因,发现部分基因也在根瘤中增强表达或者受病原菌诱导表达.二级结构分析显示,WIP小多肽前体均含有一个DUF3774结构域,其中包含2个跨膜疏水区域,多数分子具有N-端信号肽序列.我们选取了2个大豆WIP基因进行亚细胞定位分析,发现WIP小多肽定位于细胞膜上.有趣的是,34个大豆WIP基因成簇分布在3条染色体上,与目前发现的其他小多肽基因家族的分散分布(如CLE)完全不同.在6,12和13号染色体上分别分布有11,12和11个WIP基因.而在12号染色体上的WIP同源基因则位于13号染色体上,二者呈对应关系.而6号染色体上的WIP基因相互之间同源性最高,且只与12号染色体上的基因具有较高的同源性.因此,可以推测,在大豆基因组中WIP基因可能起源13号染色体,通过染色体复制扩散至12号染色体,再扩散到6号染色体.而在拟南芥和水稻基因组中,半数以上的WIP基因也分布在一条染色体上,且与大豆12和13号染色体上的WIP基因具有较高的同源性.因此,植物中WIP基因可能来源一个共同的祖先.     

TNV-A~C亚基因组表达及基因编码产物对局部枯斑症状的影响

利用烟草坏死病毒A中国大豆分离物(Tobacco necrosis virus A Chinese isolate,TNV-AC)的全长侵染性cDNA克隆构建系列突变体进行体外转录.在枯斑寄主苋色藜(Chenopodium amaranticolor)上的侵染性检测结果表明,TNV-AC亚基因组RNA1的转录起始位点位于基因组RNA的G2184,亚基因组RNA2的转录起始位点位于基因组RNA的G2460.进一步分析表明,亚基因组RNA1中p8和p6基因的翻译灭活突变可导致病毒在苋色藜上的侵染症状消失,但不影响病毒在烟草原生质体中的复制,说明p8和p6基因产物可能影响病毒在细胞之间的移动,是病毒造成枯斑所必需的基因.通过原核表达产物分析,证明了亚基因组RNA2中外壳蛋白(coat protein,CP)基因的可读框起始于基因组RNA的2612~2614位AUG.CP可读框核苷酸替换或缺失突变分析表明,完整的CP蛋白虽不是病毒建立侵染所必需的,但其翻译起始密码子区域的核苷酸序列保守性及可读框核酸序列的完整性对病毒侵染苋色藜后产生枯斑的数量、显症时间和病毒RNA的积累量具有明显影响.综合以上结果,对TNV-AC的cp基因在侵染枯斑寄主苋色藜过程中的其他功能进行了讨论.