油菜种子萌发过程中DNA甲基化的MSAP分析

DNA甲基化对于植物的生长发育和组织分化具有十分重要的调控作用. 用MSAP (methylation- sensitive amplified polymorphism)和HPLC两种方法分析了油菜种子萌发过程中DNA甲基化的动态变化过程, 并且比较了不同器官组织的甲基化水平差异. MSAP的分析结果表明, 油菜种子基因组中大约有15.7%的CCGG位点发生了胞嘧啶甲基化, 发生甲基化的方式以C^5mCGG双链甲基化为主; 种子萌发过程中同时发生甲基化和去甲基化事件, 其中去甲基化占据主导地位; 不同器官组织的甲基化水平存在一定差异, 胚根的甲基化水平最低, 下胚轴次之, 子叶最高, HPLC分析结果与此一致. 最后, 对11个甲基化多态性片段进行了序列分析, 发现基因编码区和非编码区发生DNA甲基化的频率基本相等. 由此可见, 种子萌发过程中DNA的甲基化变化是一个十分复杂的过程, 油菜可能通过甲基化和去甲基化的方式调控基因的表达, 并最终决定植株的生长发育和器官分化.     

应用RAPD分析1个抗条锈病的小麦-黑麦易位系

随机扩增的多态性DNA(RAPD)分析是近年来发展起来的以多聚酶链式反应(PCR)为基础的一项新方法.它通过短引物(通常含9—10碱基)和模板间在较低的退火温度下配对,引发在基因组若干位点的DNA扩增,获得产物.RAPD技术快速,易行,只需少量的DNA,因而在许多领域得到应用,条锈病是我国北方麦区危害较为严重的病害之一,尤其是近年随着新的生理小种条中28,29的出现,使得原来抗条锈的洛夫林10,13号等1B/1R代换系或易位系的抗性逐渐丧失,因而急需新的抗条锈病品种.本文报道利用RAPD方法对1个新的抗条锈病的小麦-黑麦易位系进行了分析,同时还讨论了RAPD技术的某些局限性.     

分化和适应相关表观遗传与胃癌转化研究进展

表观遗传修饰在人体细胞分化和适应环境上均发挥重要调控作用.一方面,细胞分化相关表观遗传非常稳定,具有明显的组织器官和细胞类型特异性;另一方面,机体对环境的适应性表观遗传则因环境因素不同而异,稳定性较低.这两类不同的表观遗传修饰在医学上具有不同的转化应用范围.恶性转化是机体组织中少数干细胞对环境致癌因素暴露做出的病理性适应反应的结果——细胞通过去分化重编程,获得无限制增殖和运动侵袭能力,同时拥有分化和适应性表观遗传变化特征.DNA甲基化变异的分析方法极其灵敏,可准确检出组织中少数细胞存在的变化,在识别癌前病变组织中的恶性转化细胞和肿瘤组织中的转移干细胞方面有重要应用前景.在前期研究中,我们已经证明肿瘤抑制基因p16甲基化失活可用作胃等器官上皮异型增生癌变的早期标志物.通过对胃癌发生发展相关DNA甲基化组扫描获得的90余个基因的DHPLC大规模验证,发现GFRA1的去甲基化激活、SRF和ZNF382的甲基化失活可用作胃癌等恶性肿瘤的转移标志物,已经在中、日、韩三国验证队列中得到证明;通过人群研究还发现血浆miR-221等含量的进行性升高可能是胃癌发生的预警信号.     

物种多倍化与表观遗传学

由不同基因组叠加导致的物种形成是自然界瞬时物种形成(instantaneous speciation)的方式之一.这种剧变的物种形成方式不同于异域物种形成,主要由基因组加倍成多倍体导致与二倍体亲本形成自然的生殖隔离、同域分布的新物种.这种有创造力的物种形成方式在植物与部分动物中普遍存在.最新研究表明,基因组多倍化早期发生的迅速改变可能起关键作用.例如,基因组水平的遗传变异(染色体重排、DNA水平改变)可部分解释多倍体形成后发生的改变;然而,基因组水平的变化不能完整解释物种演化初期基因组中的大量基因改变.表观遗传水平包括转录水平和后转录水平.表观遗传水平的改变不引起DNA核苷酸序列的变化,对基因表达水平的变化和有机体表型有很大影响,可能在物种演化阶段也发挥了重要作用.目前研究比较多的、与多倍化相关的表观遗传现象及机制包括DNA甲基化、基因状态、核仁显性等.表观遗传水平的改变是多倍体形成与物种演化的第一步,是非常重要且相对可逆的阶段,为物种演化提供了更多弹性的选择.目前,这方面工作在多倍化研究领域备受瞩目,本文对其最新进展作一介绍与综述.     

我国小麦条锈菌模式菌系的DNA指纹分析

分子生物学的迅速发展推动了群体遗传学理论在植物病理学中的应用,由于建立了有效的DNA遗传标记体系,大大推进了对一些重要病原真菌群体遗传特征的认识,如稻瘟菌(Magnaporthe grisea),马铃薯晚疫菌(Phytophthora infestans),大麦白粉菌(Erysiphe graminis f.sp.hordei),以及小麦颖枯菌(Septoria tritici)等。阐明病原菌的群体生物学特征是筛选和鉴定抗病资源、合理布局抗病基因以及设计有效的病害防治策略的基础。小麦条锈病是我国小麦最重要的病害之一,全国协作攻关已有四十多年的历史,通过对病菌群体的毒性分析,逐步形成了条锈病的有效的综合防治体系,为稳定小麦生产做出重大贡献。然而,由于传统的毒性分析方法本身缺乏遗传标记,限制了对这一活体营养病菌群体进化和毒性变异机制认识的深入,建立其DNA分子标记体系,可望为深入认识条锈菌的群体生物学和流行学奠定基础。在前期工作中我们在条锈菌基因组中克隆到一个中度重复的DNA序列家族PSR序列,这在锈菌类中尚属首次,本文报道用其中的PSR331序列的亚克隆PSR331S3对我国小麦条锈菌模式菌系进行DNA指纹分析的研究结果。     

我国普通小麦核心种质的构建及遗传多样性分析

用分布于21个连锁群上的78个微卫星标记(SSR), 对我国5029份普通小麦初选核心种质进行基因型分析, 收集了40万条SSR数据. 以此为基础, 采用适当调整的分层分组代表性取样法(即分区取样时, 对材料遗传多样性高的地区略增加取样量, 反之略减少取样量; 著名品种、重要育种亲本和携带稀有等位变异的材料优先入选), 构建了由1160份材料组成的小麦核心种质(库), 其中地方品种762份、育成品种348份、国外引进品种50份. 核心种质占初选核心种质的23.1%, 占整体种质(23090份)的5%, 遗传代表性估计值为91.5%. 核心种质中地方品种的遗传多样性明显高于育成品种. 群体遗传结构及主坐标分析均显示我国地方品种和育成品种是两个相对独立的组群. 来源于不同生态区的地方品种遗传分化十分明显, 而育成品种分化相对较弱. 此外还构建了由231份材料组成的微核心种质, 其占整体种质的1%, 但遗传代表性估计值接近70%. 最后就核心种质构建的意义和取样策略进行了讨论.     

水稻基因组DNA胞嘧啶甲基化在单倍体和对应二倍体间的差异

对SARII-628的双胚苗中的突变体进行倍性鉴定, 得到18对二倍体-单倍体的双胚苗水稻, 任意选取5对编号为A~E. SSR分析显示, 它们在310个位点没有差异, 表明其DNA一级结构的碱基没有变异. DNA甲基化在真核生物的生长发育过程中起着重要的调控作用. 用改良AFLP方法(MSAP)分析了5个单倍体及其对应二倍体总DNA 5′-CCGG位点胞嘧啶的甲基化水平和单倍体与对应二倍体的甲基化差异模式. 发现5个二倍体在482个位点上甲基化状态没有差异, 与二倍体比较, 单倍体虽然在甲基化总体水平上变化不大, 但共有43个位点甲基化类型在不同单株上发生了变异. 单倍体的甲基化敏感扩增多态性比率即扩增的总甲基化位点数占总扩增位点数的比率分别为18.79%, 19.35%, 18.49%, 18.45%和18.75%, 均高于对应的二倍体; 全甲基化(双链CmCGG)率分别为10.58%, 11.3%, 10.11%, 10.09%和10.34%, 多数略高于二倍体, 表明二倍体突变成单倍体后, 某些位点发生了超甲基化. 单倍体与其对应二倍体比较, 有5种类型的改变: (ⅰ) 单倍体与二倍体甲基化模式相同; (ⅱ) 去甲基化及二倍体甲基化, 但在单倍体该位点无甲基化; (ⅲ) 超甲基化, 单倍体甲基化程度高于二倍体; (ⅳ) 次甲基化, 单倍体甲基化程度低于二倍体; (ⅴ) 不定类型, 单倍体与二倍体的甲基化程度无法确定. 对18个位点测序检索显示, 这些甲基化变异涉及整个水稻基因组的12条染色体且具有位点特异性, 不同单株的变异位点各不相同. 单倍体的甲基化水平高于对应的二倍体, 是单倍体相对于二倍体甲基化模式经过重新调整, 在其基因组中甲基化水平发生了总体变化以适应生存的必然结果.     

植物响应高温胁迫的表观遗传调控

由于不能移动,植物只能被动地应对昼夜温度和四季气温的改变.为了适应环境温度的变化,植物进化出复杂的遗传和表观遗传机制去感知周围温度的变化并随之调整生长发育.全球气候变暖对农作物的生产造成了严重威胁,因此研究植物响应高温胁迫的机制迫在眉睫.DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和小分子RNAs是主要的表观遗传调控机制.这些表观遗传修饰各自分工又密切联系,共同调控植物的抗热性.本文介绍了近年来表观遗传修饰调控植物响应高温胁迫的研究进展.     

回顾表观遗传学和染色质生物学开拓者C.David Allis传奇的一生

表观遗传学开拓者、染色质生物学先驱查尔斯·戴维·阿利斯(C. David Allis)的猝然离世，立即引发生物医学界广泛而深远的悼念。借助一系列简介、采访、悼文以及相关原始文献，文章系统地回顾了C. David Allis传奇的一生，梳理了C.David Allis影响深远的贡献。其中包含4项原创研究贡献：发现第一个组蛋白乙酰基转移酶；揭示组蛋白H3第10位丝氨酸磷酸化(H3S10ph)与细胞分裂的关系；参与发现第一个组蛋白位点特异性的甲基转移酶；推动组蛋白变体和“致癌组蛋白(oncohistone)”领域的进展。一项理论贡献：提出“组蛋白密码(histone code)”的假说。两项对表观遗传学界的贡献：作为发起人之一，参与对组蛋白修饰酶的系统命名；作为主编之一，编撰Epigenetics专著。     

优质HMW谷蛋白亚基转基因小麦的获得及其遗传稳定性和品质性状分析

利用编码除草剂PPT抗性的bar基因作为选择标记, 构建了含有优质HMW谷蛋白亚基1Dx5和1Dy10基因的植物表达载体pBPC30, 用基因枪导入京花1号、京411号和京冬6号等受体品种的幼胚和幼穗, 获得了一批转基因小麦植株(T₀)及其后代株系(T₁～T₅). PCR, 点杂交和Southern杂交鉴定表明, 外源基因已整合到转化植株T₀的基因组, 并稳定表达. 转基因植株T₁代能抗20～80 mg/L的PPT, 其中1株抗性超过150 mg/L. 经SDS-PAGE分析表明, 外源1Dx5和1Dy10基因在T₂代不同株系中获得了表达. 转基因系TG3-74缺失了亚基8, 但亚基2, 5, 10和12都表达, 同时出现了一个新的亚基位于亚基7与原有亚基8之间(暂记为8^*). 品质分析结果表明, 有5个株系的Zeleny沉淀值为44.2～49.0 mL, 与对照CNN(48.0 mL)相当, 分别比京花1号(26.9 mL)和京冬6号(30.7 mL)提高了59.6% ~ 64.3%. T₅代株系的粉质曲线稳定时间比受体品种(3～7 min)大幅增长, 转基因株系TG5-23b的稳定时间为16 min, TG1-28d, TG3-76b, TG5-98和TG5-99的面团稳定时间高达30 min以上.     

普通小麦7B染色体的显微分离和低拷贝专化DNA序列的克隆

以普通小麦“中国春”７Ｂ单体的花粉母细胞为材料,显微分离出７Ｂ染色体。经蛋白酶Ｋ和ＤＮＡ拓扑异构酶Ｉ处理后进行１￣３轮ＤＯＰ－ＰＣＲ扩增,产生了１５０￣７００ｂｐ的连续ＤＮＡ片段。基因组Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交证实扩增的ＤＮＡ源自小麦基因组。将大于２００ｂｐ的第３轮ＰＣＲ扩增产物（５０μＬ）克隆后,可产生２００００个重组克隆。对随机选取的５０个克隆分析表明,其中２１个克隆产生了大小为２４０￣６００ｂｐ     

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.     

关于中国秋播小麦的阶段发育和胜利百号甘薯品种变异的研究

<正> 中国科学院植物研究所遗传研究室从1953年起与华北农业科学研究所合作,开始对我国秋播小麦的价段发育进行了研究。将征得的全国具有代表性的小麦品种608个进行春化阶段的分析,并分析了其中292个品种的光照阶段特性。到1956年,这项研究已经得到了一些成果。     

新疆塔里木盆地早期铁器时代人群的母系遗传结构分析

对古丝绸之路南线塔里木盆地的圆沙、山普拉、扎滚鲁克和尼雅4处遗址(2000 a BP左右)进行了人类遗骸的线粒体DNA (mtDNA)数据分析. 单倍型类群在塔里木盆地古人群的分布表明其是一个由已经分化的东西方谱系融合产生的混合人群, 其中西部欧亚谱系的来源中有来自于近东和伊朗地区的成分; 东部欧亚谱系的主体成分来自于北亚和东北亚, 但同时含有少量东南亚起源成分, 表明东部的来源较广, 融合过程也较复杂. 塔里木盆地古人群的母系遗传结构与现代新疆人群已经十分接近, 暗示早期铁器时代是现代新疆人群形成的重要时期.     

高赖氨酸含量基因在转基因小麦的表达及其赖氨酸含量分析

构建了含高赖氨酸含量基因(wblrp)和赖氨酸合成关键酶(dapA)基因的植物表达载体pBPC102,用基因枪导入京花1号、京411、优899和烟农15等受体品种的幼穗和幼胚,获得了100多株转基因小麦植株(T0)及其后代株系(T1～T2).PCR和PCR-Southern杂交结果表明,外源基因已稳定整合到转化植株To和T1的基因组中.进一步用RNA分子杂交的方法对高赖氨酸基因的表达及水平调控进行了深入研究,结果表明外源基因已在T2不同株系中获得了表达.植株叶片游离赖氨酸(Lys)含量和种子结合态Lys含量的测定和分析结果表明,有9个转基因植株后代株系叶片的游离Lys含量提高了2～3倍,4个株系的Lys含量提高了10%以上,小麦的营养品质得到了显著的改善.     

小麦产量形成对大气臭氧浓度升高响应的整合分析

应用整合分析(meta-analysis)方法定量研究了大气臭氧(O₃)浓度增加对小麦光合色素、气体交换和产量形成的影响. 通过Web of Sciences和中国期刊全文数据库检索, 共收集39篇原始论文. 结果表明, 大气臭氧浓度增加可导致小麦的产量在当前环境浓度的基础上降低26%, 籽粒重、穗粒数和穗数分别降低18%, 11%和5%, 收获指数减少11%. 叶片生理对大气臭氧浓度增加的响应比产量敏感得多, 如光饱和光合速率、气孔导度和叶绿素含量分别下降40%, 31%和46%. 春小麦和冬小麦对臭氧的响应相似. 大部分指标显示了小麦叶片生理和产量的降低随着臭氧浓度增加而线性增加的趋势. 在小麦灌浆期, 臭氧浓度增加引起叶片的光合速率、气孔导度和叶绿素含量降低得最大. 大气CO₂浓度升高可以明显减轻或抵消大气臭氧浓度增加引起的减产效应.     

抗赤霉病普通小麦-大赖草端二体代换系7Lr#1S(7A)的选育及减数分裂行为分析

大赖草对赤霉病具有较好的抗性,将大赖草赤霉病抗性基因转入普通小麦,对拓宽小麦赤霉病抗性基础有重要意义.本研究在获得抗赤霉病普通小麦-大赖草异附加系基础上,采用1200R60Co-γ射线处理小麦-大赖草单体附加系MA7Lr花粉,授予已去雄的绵阳85-45.经分子细胞学鉴定,从M1中得到了大赖草7Lr#1S端体植株,从其自交后代中选育出一对7Lr#1S端着丝粒染色体代换了1对7A染色体的端二体代换系.筛选出共显性EST-SSR分子标记-CINAU31.对该代换系花粉母细胞减数分裂期染色体进行分子原位杂交和染色体配对分析,MⅠ的染色体构型为17.50IIW 2.19IIW 0.42II7Lr#1S 1.08Ⅰ7Lr#1S 0.69ⅠW,2条端着丝粒染色体在MⅠ配成二价体的花粉母细胞PMC占观察总数的59.7%.在后期Ⅰ和末期Ⅰ端着丝粒染色体7Lr#1S常出现特殊的染色体行为,可观察到2条端着丝粒染色体移向一极、端着丝粒染色体落后、端着丝粒染色体的姊妹染色单体提前分离等方式,从而产生了3种不同类型的四分体,且在一些四分体中有数目不等的微核出现.但由于端二体代换系产生的7Lr#1S雌雄配子有较高的传递率,保证了该端二体代换系较好的遗传稳定性,其自交后代中84%的植株为端二体代换.两年大田、温室赤霉病接种鉴定,对赤霉病表现出较高的抗性,表明该端着丝粒染色体携有赤霉病抗性的主效基因.因此,端二体代换系可作为外源基因定位、功能分析、端体细胞学行为研究的良好材料,同时也可作为进一步创造小片段易位的重要资源.