根际微生物促进水稻氮利用的机制

根际微生物影响植物的生长及环境适应性。不同种属、不同种群的植物影响其环境微生物群落; 反之, 根际微生物也影响宿主植物生长发育与生态适应性。植物与根际微生物的互作现象及其机制, 是生命科学研究关注的热点, 也是农业微生物利用的关键问题。近期, 中国科学家在该领域取得了突破性进展。通过对不同籼稻(Oryza sativa subsp. indica)和粳稻(O. sativa subsp. japonica)品种的根际微生物组进行研究, 发现籼稻根际比粳稻根际富集更多参与氮代谢的微生物群落, 且该现象与硝酸盐转运蛋白基因NRT1.1B在籼粳之间的自然变异相关联。通过对籼稻接种籼稻根际特异富集的微生物群体可以提高前者对有机氮的利用, 促进其生长。该研究揭示了籼稻和粳稻根际微生物分化的分子基础, 展示了利用根际微生物提高水稻营养高效吸收的应用前景。     

云南疣粒野生稻稻瘟病抗性

野生稻(Oryza rufipogo)保存有许多栽培稻(O. sativa)不具备或已经消失的优异基因资源, 是扩大栽培稻遗传背景、改良产量与品质、提高抗病虫害及抗逆境能力的重要基因库。疣粒野生稻(O. meyeriana)是中国3种野生稻资源之一, 主要分布在云南。为进一步了解其稻瘟病抗性, 首先利用来自不同稻作区的稻瘟病菌株, 通过注射接种法对疣粒野生稻进行系统的稻瘟病抗性鉴定, 发现疣粒野生稻对接种的所有稻瘟病菌株都感病。进一步采用3'/5' RACE方法, 从疣粒野生稻中克隆了水稻同源基因Pid2和Pid3, 并构建过表达转基因株系对基因功能进行了研究。结果表明, Pid2和Pid3与疣粒野生稻中同源基因间在DNA和氨基酸水平上有较大的序列差异, 过表达转基因的日本晴植株对稻瘟病菌的敏感性与对照相似。推测疣粒野生稻在自然接种条件下, 表现出的抗稻瘟病表型很可能是其旱生叶片结构特征形成了对稻瘟病菌侵染的天然屏障。对控制疣粒野生稻这一类性状基因资源的挖掘和利用, 有利于优良抗性水稻品种的培育。研究结果为疣粒野生稻的研究利用提供了新信息和新思路。     

水稻耐寒基因CTB4a的核苷酸多样性及区域适应性

为探究CTB4a基因的自然变异是否与栽培稻苗期耐低温相关, 本研究以133份栽培稻(Oryza sativa L.)及35份普通野生稻(O. rufipogon Griff.)为实验材料, 对CTB4a编码区的核苷酸多样性及其单倍型与地理分布的关系进行分析。结果表明CTB4a基因编码区有14个核苷酸变异, 组成33个单倍型。Network分析发现, 这些单倍型的286 bp处的SNP变异(+2,035,097 bp, G > C; +96 aa, Ala→Pro)将其分成Group A和Group B两组。Group A (CTB4a^jap)共有56份样品, 其中有43份(76.79%)是种植于中高纬度地区的粳稻; Group B (CTB4a^ind)有77份样品, 有63份(83.12%)是种植于热带和亚热带国家的籼稻。Group A中样品苗期黄叶率的平均值比Group B样品低30%, 且两者耐寒性具有显著差异(P = 1.25e-09)。位于286 bp处的变异只在Group A中出现, 在Group B中均不存在, 说明随着水稻种植区域向北迁移的育种过程中, 栽培稻中出现了CTB4a^jap并被固定下来。该研究为理解水稻对低温适应的分子遗传机制和培育耐寒品种提供了理论基础。     

水稻抽穗期QTL定位及候选基因分析

水稻(Oryza sativa)抽穗期是决定产量和品质的重要性状, 在育种、制种及引种驯化过程中发挥重要作用。将热研2号(O. sativa subsp. japonica cv. ‘Nekken2’)和华占(O. sativa subsp. indica cv. ‘HZ’)杂交获得F₁代, 经连续多代自交得到120个重组自交系(RILs)群体。在常规水肥管理条件下, 对120个RILs株系的抽穗时间进行统计分析。利用已构建好的高密度遗传图谱, 对水稻抽穗期相关性状进行QTL定位分析, 结果共检测到11个QTLs, 分别位于第1、3、4、5、6、8和12号染色体上, 其中1个LOD值高达5.75。通过分析QTLs区间内的候选基因, 筛选出可能影响两亲本抽穗期的相关基因, 并利用实时定量PCR进行基因表达量分析, 发现LOC_Os03g03070、LOC_Os03g50310、LOC_Os03g55389、LOC_Os04g55510、LOC_Os08g07740和LOC_Os08g01670共6个基因在双亲间的表达量差异显著, 其中LOC_Os03g50310在Nekken2中的表达量比HZ高3.6倍。对双亲间候选基因LOC_Os03g50310进行测序分析, 发现该基因在5′UTR、CDS区及3′UTR存在4处差异, 其中CDS区的单核苷酸多态性(SNP)差异引发单个氨基酸改变。研究通过挖掘水稻抽穗期QTL位点为进一步克隆水稻抽穗期相关基因和品种选育提供了新线索。     

稻属植物的基因组进化

水稻所在的稻属(Oryza)共有24个左右的物种。由于野生稻含有大量的优良农艺性状基因, 在水稻遗传学研究中日益受到重视。随着国际稻属基因组计划的开展, 越来越多的稻属基因组序列被测定, 稻属成为进行比较、功能和进化基因组学研究的模式系统。近期开展的一系列研究对稻属不同基因组区段以及全基因组序列的比较分析, 揭示了稻属在基因组大小、基因移动、多倍体进化、常染色质到异染色质的转化以及着丝粒区域的进化等方面的分子机制。转座子的活性以及转座子因非均等重组或非法重组而造成的删除, 对稻属基因组的扩增和收缩具有重要作用。DNA双链断裂修复介导的基因移动, 特别是非同源末端连接, 是稻属基因组非共线性基因形成的主要来源。稻属基因组从常染色质到异染色质的转换过程, 伴随着转座子的大量扩增、基因片段的区段性和串联重复以及从基因组其他位置不断捕获异染色质基因。对稻属不同物种间基因拷贝数、特异基因和重要农艺性状基因的进化等研究, 可揭示稻属不同物种间表型和适应性差异的分子基础, 将加速水稻的育种和改良。     

长白猪×蓝塘猪及其杂种基因组甲基化片段克隆与分析

应用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术对6头长白公猪和50头蓝塘母猪及5头长白×蓝塘杂交F1代3个群体基因组DNA胞嘧啶甲基化位点进行检测,旨在克隆和分析父母代猪及其杂种F1代之间基因组DNA共同甲基化片段和差异片段,并找到其同源基因.结果显示,从MSAP条带中分离、克隆得到18条3个群体共同的甲基化片段、10条母代独有的甲基化片段和9条杂交一代独有的甲基化片段,其中有1条3个群体共有的甲基化片段通过EST拼接和电子延伸后在NCBI数据库中找到同源基因,即猪类酪氨酸蛋白激酶Lyn基因(GeneID:LOC100152890,序列号:XM_001926250).结果表明,长蓝杂交F1代与其父母代之间的基因组甲基化存在异同,为通过MSAP技术克隆猪基因组DNA甲基化片段及寻找其对应的甲基化基因提供可能,也会为将来研究这些甲基化基因表达调控机制奠定基础.     

运用MSAP技术测定谷子基因组DNA胞嘧啶甲基化水平

DNA甲基化是真核生物一种重要的表观修饰形式。为了探讨谷子基因组DNA胞嘧啶甲基化的水平和模式,以谷子Setaria italica的两个品种朝谷58号和豫谷1号为实验材料,利用Eco RⅠ和HpaⅡ/MspⅠ双酶切建立适合于谷子基因组的甲基化敏感扩增多态性(MSAP)分析体系。结果表明,从100对MSAP选扩引物中,筛选出32对MSAP引物组合,在朝谷58号和豫谷1号中分别扩增产生1 615、1 482条清晰可辨且可重复的DNA条带,其中包括3种类型的甲基化条带,朝谷58号和豫谷1号的基因组中CCGG序列胞嘧啶甲基化水平分别为6.93%和8.77%。这种谷子不同品种间甲基化水平和分布位点的差异为从表观遗传学的角度培育新品种提供了初步的理论依据和参考。     

十字花科植物PEBP基因家族的分子进化

近年来植物基因组测序物种数量的指数增长, 为我们对植物环境适应性状的遗传和变异的全面理解提供了保障。磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidylethanolamine-binding protein, PEBP)在植物的开花转变和株型建立中起着重要作用, 一直是植物生物学研究关注的热点领域之一。然而对该家族并没有利用新近测序的基因组数据进行比较基因组分析, 制约了对其在分子水平上的进化研究。为了确定PEBP基因家族的分子进化机制, 本研究利用生物信息学方法开展了7种十字花科植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)、琴叶拟南芥(A. lyrata)、小鼠耳芥(A. pumila)、亚麻荠(Camelina sativa)、甘蓝(Brassica oleracea)、白菜(B. rapa)和油菜(B. napus)的PEBP基因家族成员的全基因组鉴定、结构特征和比较进化分析。从7个物种中共鉴定出91个PEBP基因, 系统进化分析表明它们分属5个亚家族: MFT、FT/TSF、TFL1、CEN和BFT。基因结构分析发现甘蓝、白菜和油菜的CEN基因内含子明显比其余4个物种的内含子长。蛋白结构域分析表明MFT比其他4个亚家族成员少了一个motif 2, TFL1比其他亚家族多了motif 8。选择压力分析发现7个物种PEBP同源基因均受到较强的纯化选择, 其中TFL1亚家族受到的纯化选择最弱。共线性分析表明十字花科植物PEBP基因家族随古代多倍体事件发生不同程度的扩张, TSF在甘蓝、白菜和油菜中丢失。非生物胁迫下, 在拟南芥中过量表达小鼠耳芥的一个MFT基因, 转基因拟南芥种子的萌发率明显低于野生型, 暗示MFT基因在调控种子萌发上的功能保守。本研究为深入研究十字花科植物PEBP基因的进化特征和生物学功能奠定了基础。     

四株不同宿主来源的Class I基因3型新城疫病毒全基因组序列测定及比较分析

为了解析基因型相同但宿主来源不同的新城疫病毒的全基因组差异。本文采用RT-PCR方法分别获得4株（JS/3/09/Ch,ZJ/3/10/Ch,AH/2/10/Du,JS/9/08/Go）Class I 基因3型病毒的全基因组核苷酸序列,并与GenBank中已公布的Class I基因3型病毒全基因组序列进行比对分析。本实验4株病毒的基因组长度均为15198bp,在基因组1607～1608位有6碱基的缺失,在2381～2382位有12碱基的插入,裂解位点为112EQ/RQE/GRL117是标准弱毒特征。5株Class I基因3型病毒之间全基因组同源性超过93%;而与Class II弱毒株同源性最低只有72.2%;比较6个结构蛋白基因的同源性,NP基因的同源性最高(98.3%～96.4%),而P基因最低(96.1%～91.9%)。结果表明不同宿主来源的Class I基因3型新城疫病毒在遗传信息方面差异不大,但NP/F/L基因的变异幅度较P/M/HN基因明显。     

云南干热河谷地区余甘子居群的遗传多样性研究

余甘子(Phyllanthus emblica)是我国西南干热河谷地带的优势植物, 也是一种重要的药用经济植物, 对其遗传多样性进行研究对生态环境的建设和恢复有着重要意义。作者采用ISSR分子标记技术对分布于云南干热河谷地区的4个余甘子居群的遗传多样性水平进行了检测。12条引物共扩增出135条清晰、重复性好的DNA条带, 其中多态性条带为115条, 多态位点百分率(PPB)为85.19%。居群间的遗传分化系数(G_ST)为0.1222, 基因流(N_m)为1.7958。结果表明余甘子居群具有较高的遗传多样性水平, 而居群间存在较低的遗传分化, 这可能主要是由其繁育特性造成的。Mantel 检测表明地理距离和Nei’s遗传距离间无相关性(r = 0.19798, P = 0.6513 > 0.05)。当我们进行干热河谷地区生态恢复时,以上结果对于确定余甘子的取样策略具有指导意义。     

赖草属植物醇溶蛋白的遗传多态性

用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳 (A PAGE)对小麦族赖草属 2 0种和 1亚种的 45份材料进行醇溶蛋白遗传分析 ,结果表明 :(1 ) 4 5份材料共出现 43种不同的醇溶蛋白图谱 ,从中分离出的 38条带纹多态性高达 1 0 0 % ;(2 )赖草属植物具有丰富的醇溶蛋白遗传多态性 ,其种间和种内不同居群间均存在明显的醇溶蛋白遗传变异 ,其种间变异大于种内变异 ,醇溶蛋白图谱可以作为鉴定赖草属植物的指纹图谱 ;(3)醇溶蛋白图谱的聚类结果与形态学结果基本一致 ,表明醇溶蛋白资料可以运用于赖草属植物种间、种内遗传差异及亲缘关系研究     

Pasteurella multocida from outbreaks of avian cholera in wild and captive birds in Denmark

An outbreak of avian cholera was observed among wild birds in a few localities in Denmark in 2001. The highest mortalities were among breeding eiders (Somateria mollissima) and gulls (Larus spp.). Pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) was conducted using ApaI and SmaI as restriction enzymes and restriction enzyme analysis (REA) using HpaII. The Pasteurella multocida subsp. multocida strain isolated from birds in this outbreak was indistinguishable from a strain that caused outbreaks in 1996 and 2003. Most isolates from domestic poultry had other PFGE patterns but some were indistinguishable from the outbreak strain. Among 68 isolates from wild birds, only one PFGE and one REA pattern were demonstrated, whereas among 23 isolates from domestic poultry, 14 different SmaI, 12 different ApaI, and 10 different HpaII patterns were found. The results suggest that a P. multocida strain has survived during several years among wild birds in Denmark.     

Effects of the apolipoprotein(a) size polymorphism on the lipoprotein(a) concentration in 7 ethnic groups

Summary Apolipoprotein(a) [apo(a)] exhibits a genetic size polymorphism explaining about 40% of the variability in lipoprotein(a) [Lp(a)] concentration in Tyroleans. Lp(a) concentrations and apo(a) phenotypes were determined in 7 ethnic groups (Tyrolean, Icelandic, Hungarian, Malay, Chinese, Indian, Black Sudanese) and the effects of the apo(a) size polymorphism on Lp(a) levels were estimated in each group. Average Lp(a) concentrations were highly significantly different among these populations, with the Chinese (7.0mg/dl) having the lowest and the Sudanese (46mg/dl) the highest levels. Apo(a) phenotype and derived apo(a) allele frequencies were also significantly different among the populations. Apo(a) isoform effects on Lp(a) levels were not significantly different among populations. Lp(a) levels were however roughly twice as high in the same phenotypes in the Indians, and several times as high in the Sudanese, compared with Caucasians. The size variation of apo(a) explains from 0.77 (Malays) to only 0.19 (Sudanese) of the total variability in Lp(a) levels. Together these data show (I) that there is considerable heterogeneity of the Lp(a) polymorphism among populations, (II) that differences in apo(a) allele frequencies alone do not explain the differences in Lp(a) levels among populations and (III) that in some populations, e.g. Sudanese Blacks, Lp(a) levels are mainly determined by factors that are different from the apo(a) size polymorphism.     

不同年龄昆明白小鼠卵母细胞的生发泡互换

为探讨卵母细胞减数分裂异常及其与年龄相关变化之间的关系,对不同年龄段昆明白小鼠卵母细胞进行了生发泡(GV)移植研究。应用显微操作和电融合技术,将6~8周龄小鼠GV期卵母细胞分别与6月龄9、月龄和12月龄小鼠GV期卵母细胞进行GV互换,所形成的6种GV-胞质体复合体的融合率(89.7%~95.6%)和6种重组卵母细胞的成熟率(83.5%~88.2%)并不因小鼠年龄的改变而有所变化。成熟的6种重组卵母细胞经体外受精后,形成原核期胚和2-细胞期胚的比率(分别为80.0%~87.3%和42.7%~50.9%)并不因不同年龄小鼠卵母细胞GV互换所带来的细胞质或细胞核的改变而受到影响。     

基于多元统计分析的不同诃子属药材多指标成分研究

建立了诃子属药材的多指标成分含量测定方法,为诃子属药材的质量评价提供依据。测定44批不同诃子属药材中7个鞣质类成分含量,并结合方差分析、聚类分析(HCA)、主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘法-判别分析(OPLS-DA)评价诃子属3种不同药材的鞣质类成分差异。可见诃子属3种药材中7个成分含量存在明显差异,方差分析结果显示,不同品种间的成分含量差异均具有统计学意义(P<0.05);聚类分析、主成分分析及正交偏最小二乘法-判别分析结果显示,不同品种药材间7个化学成分含量上存在一定差异,主成分分析及正交偏最小二乘法-判别分析分析结果确定不同诃子属药材间的主要差异成分为安石榴苷A、安石榴苷B、诃子酸、柯里拉京、诃藜勒酸、没食子酸。本研究建立的方法简便、准确,为诃子属药材的质量控制提供了可靠的分析方法与参考依据。     

Parameter stability of the functional-structural plant model GREENLAB as affected by variation within populations, among seasons and among growth stages

BACKGROUND AND AIMS: It is increasingly accepted that crop models, if they are to simulate genotype-specific behaviour accurately, should simulate the morphogenetic process generating plant architecture. A functional-structural plant model, GREENLAB, was previously presented and validated for maize. The model is based on a recursive mathematical process, with parameters whose values cannot be measured directly and need to be optimized statistically. This study aims at evaluating the stability of GREENLAB parameters in response to three types of phenotype variability: (1) among individuals from a common population; (2) among populations subjected to different environments (seasons); and (3) among different development stages of the same plants. METHODS: Five field experiments were conducted in the course of 4 years on irrigated fields near Beijing, China. Detailed observations were conducted throughout the seasons on the dimensions and fresh biomass of all above-ground plant organs for each metamer. Growth stage-specific target files were assembled from the data for GREENLAB parameter optimization. Optimization was conducted for specific developmental stages or the entire growth cycle, for individual plants (replicates), and for different seasons. Parameter stability was evaluated by comparing their CV with that of phenotype observation for the different sources of variability. A reduced data set was developed for easier model parameterization using one season, and validated for the four other seasons. KEY RESULTS AND CONCLUSIONS: The analysis of parameter stability among plants sharing the same environment and among populations grown in different environments indicated that the model explains some of the inter-seasonal variability of phenotype (parameters varied less than the phenotype itself), but not inter-plant variability (parameter and phenotype variability were similar). Parameter variability among developmental stages was small, indicating that parameter values were largely development-stage independent. The authors suggest that the high level of parameter stability observed in GREENLAB can be used to conduct comparisons among genotypes and, ultimately, genetic analyses.     

不同环境条件对三种筋型小麦品质性状的影响

选用6个有代表性的强筋、中筋和弱筋小麦品种在河南省5个纬度点(32°N～36°N)种植,研究了3种筋型小麦品质性状在不同环境的变化特点．结果表明,粗蛋白含量、湿面筋含量、弱化度、评价值和延伸性受纬度环境影响较大,面团流变学特性的粉质仪参数和拉伸仪参数的品种间差异达显著水平,且这些品质性状的变异系数较大．不同筋型品种不同品质性状的变化以及不同品质性状在不同纬度间的变化不同,除个别纬度点外,蛋白质含量、湿面筋含量、形成时间、评价值、延伸性、抗延伸性和最大抗延伸性有随纬度升高逐渐增加趋势,吸水率呈降低趋势．多数品质性状在信阳(32°N)与驻马店(33°N)之间有一个较为明显的分界线．根据研究结果,对河南省优质小麦品种布局利用和调优栽培技术提出了建议。     

不同地理种群羊草分子水平上生态型分化的研究

将来自内蒙古不同地区及吉林盐碱地的羊草（Ｌｅｙｍｕｓ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ）种子同时栽培于校园,以５个样点（阿旗定位站、西乌旗、谢尔塔拉、吉林）的羊草幼叶为材料,选用２０个随机短引物（１００ｎｔ）进行了ＤＮＡ随机扩增,共计获得１００个多态性片段。所得ＲＡＰＤ数据利用自编的计算机软件进行聚类分析、构建分子进行树,结果表明：定位站和西乌旗遗传距离最近,应为同一生态型;而吉林和谢尔塔拉分属不同生态型;阿旗     

Mating compatibility among helicoverpa armigera (Lepidoptera: Noctuidae) occurring on selected host plants and Bt cotton survivors

Helicoverpa armigera (Hiibner) (Lepidoptera: Noctuidae) is a well-known polyphagous insect pest. Mating compatibility among the insects occurring on different host plants is essential for free gene flow among populations. We tested the extent of crossability and fecundity of the insects that survived on Bacillus thuringiensis (Bt) cotton with those occurring on pigeon pea, Cajanus cajun (L.) Millsp., non-Bt cotton, Gossypium hirsutum L.; sunflower, Helianthus annuus; sorghum, Sorghum bicolor L. Moench.; okra, Abelmoschus moschatus Medikus; chickpea, Cicer arietinum L.; marigold, Tagetes spp.; and tomato, Lycopersicum esculentum L., crops. The insects from different crops were freely crossable with those collected from Bt cotton and among themselves. The average fecundity across different crosses ranged from 314.1 to 426.3 in direct and from 305.8 to 421.7 eggs per female in reciprocal crosses. In any given cross, a minimum of 85.89% egg hatch was recorded. Furthermore, the F1 individuals of different cross combinations were found to cross freely with their parents (BC1) and among themselves with similar fecundity and egg hatch. High crossability among H. armigera occurring on different host plants suggests that crop mosaics that may exist in countries such as India could play an important role as natural, nonstructured refugia and prolong the durability of the genes deployed for controlling this insect.     

韭葱黄条病毒、洋葱黄矮病毒和胡葱黄条病毒六安分离物CP基因克隆及同源性分析

设计特异性引物PCR扩增了六安大蒜病样中的韭葱黄条病毒(Leek yellow stripe virus,LYSV)、洋葱黄矮病毒(Onion yellow dwarf virus,OYDV)和胡葱黄条病毒(Shallot yellow stripe virus,SYSV)的全长CP基因,插入到pGEM-T载体并测序。分别比较3种病毒CP基因种内变异性和种间亲缘关系。结果表明LYSV六安分离物CP基因由864个碱基组成,与Genbank上已报道的68个LYSV不同分离物CP基因的核苷酸序列同源性为76.12%～84.31%;OYDV的CP基因由771个碱基组成,与Genbank上已报道的86个OYDV不同分离物同源性为81.06%～90.40%;SYSV的CP基因由774个碱基组成,与Genbank上已报道的11个SYSV不同分离物CP基因同源性为88.63%～94.32%;从分析结果来看,LYSV的CP基因不同分离物之间变异性较大,OYDV CP变异性不大,SYSV变异性很小;3种病毒都有1个以上的宿主,病毒种内不同宿主分离物之间CP序列差异很小。进化分析显示OYDV和SYSV的CP基因亲缘性较近并成簇,LYSV的CP基因与OYDV和LYSV的CP基因亲缘性较远。