新型禾本科模式植物——二穗短柄草

文章介绍二穗短柄草这一种新型的禾本科模式植物的分类地位、生物学特性和基因组学等方面的研究进展.     

模式植物二穗短柄草研究进展与展望

二穗短柄草(Brachypodium distachyon)是一种温带禾本科植物,其植株矮小,自花授粉,生活周期短,生长条件简单,基因组小,易于进行遗传转化,与小麦、柳枝稷同属禾本科早熟禾亚科,是研究小麦、大麦等经济作物以及柳枝稷等能源植物的比较适合的模式植物。最近,二穗短柄草基因组测序及注释正式完成,有必要对其研究进展进行全面的总结。综述了二穗短柄草的基因组特征、基因表达模式、遗传转化等方面的最新研究进展,并对今后的研究方向作了展望,以促进对禾谷类经济作物和能源植物的深入研究。     

模式植物短柄草研究新进展

短柄草(Brachypodium distachyon)株型矮小,易于种植栽培,生长周期短,自花授粉,容易繁殖。另外,短柄草基因组比较小,易于转化,与小麦具有比较近的亲缘关系,是理想的草类特别是禾本科模式植物。近年来,短柄草的研究工作在细胞遗传学、基因组学、比较基因组学、植物-病原菌相互作用、功能基因组学等研究领域取得了许多进展,包括完成了Bd-21全基因组的测序工作、构建了T-DNA插入突变体库、用遗传学的方法首次研究短柄草基因的生物学功能等。本文综述了近年来特别是2009年以来短柄草的研究进展,并对未来的研究工作做了展望。     

短柄草与麦类作物的比较基因组学研究进展

麦类作物是人类主要的食物来源,其遗传改良对于保障世界粮食生产具有重要作用。获得麦类作物的基因组和功能基因组信息是作物遗传育种学家解析种质资源高产及抗逆机理,并准确选择目标性状、实现分子设计育种目标的有效途径。目前,二穗短柄草（Brachypodium distachyum）是早熟禾亚科中唯一完成全基因组测序的植物。以二穗短柄草为模式植物,利用比较基因组学方法获得早熟禾亚科中基因组庞大而复杂的麦类作物的相关信息,必将加速麦类作物的遗传改良进程。本文重点介绍近十年来短柄草在麦类作物比较基因组学方面的研究进展。     

CRISPR/Cas9介导的二穗短柄草bdfls2敲除突变体的获得

FLS2是一类在植物中保守存在的可识别细菌鞭毛蛋白并激活位于植物先天免疫反应第一层面的重要的植物模式识别受体(pattern recognition receptors,PRRs).为了进一步研究草坪草植物的先天免疫,本研究以冷季型草坪草模式植物二穗短柄草(Brachypodium distachyon)为材料,利用C...     

新模式禾草植物短柄草的研究现状

随着短柄草基因组测序基本完成,短柄草其因生长周期短、植株矮小、基因组较小及在进化上比水稻与小麦的亲缘关系更为接近等特点,成为继水稻之后,加速获取遗传信息相对缺少的小麦等相关物种遗传信息的新兴起的禾草类模式植物。对近年来有关短柄草的生理生化、组织培养、实验室条件下各生态型的生长状况,分子及细胞遗传学等方面的研究加以综述,希望对这一新的禾草类模式植物有进一步的了解。     

以色列二穗短柄草遗传多样性分析

采用ISJ(Intron-Splice Junction,内含子切接点引物)分子标记方法对29份源自以色列的二穗短柄草(Brachypodium distachyon)及7份其他地区的二穗短柄草材料进行遗传多样性分析.结果表明:8个ISJ引物和10个引物组合共扩增出稳定条带145条,其中93条为多态性条带,多态性比率为64.58%.聚类分析将36份供试材料分成3大类,二倍体类型的二穗短柄草,六倍体类型源自以色列以外地区的二穗短柄草及来自以色列的六倍体二穗短柄草且以色列二穗短柄草材料进一步聚成不同生态环境下的两个亚类.主坐标分析结果与聚类分析结果基本吻合.研究结果为二穗短柄草的起源与分布提供了一定的理论依据,并为分子标记技术在二穗短柄草种质资源收集、评价和鉴定等方面的利用奠定了基础.     

二穗短柄草愈伤组织的诱导及农杆菌介导的遗传转化技术在本科实验教学中的应用

植物胚性愈伤组织诱导及再分化技术对植物培育及良种品质的选育有重要作用,但在目前高校本科实验教学中缺少相关内容。作者选用二穗短柄草这一单子叶模式植物作为实验材料,将二穗短柄草胚发育观察、愈伤组织诱导与再分化及农杆菌介导的遗传转化融合在一个实验中,并且对该实验做了细致的实践,设计了一整套适合本科实验教学的方案。该实验直观、系统地展示了愈伤组织诱导和农杆菌介导的遗传转化技术,不仅实验结果生动形象,而且能拓宽学生的实验技能和知识领域。该教学实验设计还为愈伤组织诱导及农杆菌介导的遗传转化技术在本科实验课程中的推广提供了有益建议。     

以色列二穗短柄草(Brochypodium distachyon)种子的休眠与萌发特性

对以色列3个群体的二穗短柄草(Brochypodium distachyon)种子的休眠与萌发进行了研究.结果表明:以色列二穗短柄草种子都具有休眠的习性,且不属于外源休眠(种壳休眠)类型;储藏温度和时间等因素对不同群体的二穗短柄草种子的休眠和萌发有着极显著的影响,高温(40℃)储藏可以加快种子后熟,打破种子的休眠;3个群体的二穗短柄草种子休眠深度不同,依次是:Sede Boqer>Yatk>Mt.carmel;且休眠深度与群体生长地年平均降雨量呈负相关关系.二穗短柄草的这些休眠和萌发特性可能是其长期与环境相互作用,在自然选择压力下进化形成的存活机制.     

盐胁迫对二穗短柄草幼苗生长及不同器官中盐离子稳态的影响

采用4种浓度的NaCl溶液(50、100、150、200 mmol/L)处理二穗短柄草和拟南芥(对照)幼苗,测定不同浓度盐胁迫下2种植物幼苗的生长指标和离子分布,以探讨二穗短柄草在盐胁迫下主要阳离子平衡机制.结果表明:(1)盐胁迫显著抑制二穗短柄草根叶的生物量积累.(2)根冠比数据显示,在盐胁迫条件下二穗短柄草能够更好地维系地下部分的生物量积累.(3)在4种浓度盐胁迫下,二穗短柄草叶中Na+含量低于根系,而且K+、Cl-含量和K+/Na+比值始终高于根系,说明在二穗短柄草中Na+从地下到地上的转运受到抑制,但对Cl-的转运缺乏有效的调控.(4)回归分析发现,盐胁迫下二穗短柄草和拟南芥根部Na+与K+含量变化呈正相关关系,而在叶部则不相关,说明二穗短柄草和拟南芥Na+与K+在根部具有相同的离子通道,而在叶部却具有各自独立的转运途径.     

新模式植物短柄二叶草SGT1 和RAR1 基因沉默和蛋白纯化载体构建

短柄二叶草作为一种新型的模式植物,已成为当前研究热点.其具有基因组小、生长周期短、生存环境简单和容易人工转化等重要生理和遗传特性,被认为是一种潜力巨大的人类研究能源和粮食作物的重要模式植物.SGT1和RAR1基因是高度保守的并与植物抗病功能紧密相关的重要基因.本文采用Gateway克隆技术构建了SGT1和RAR1的基因沉默表达载体.阳性克隆载体经PCR、酶切和测序鉴定.为进一步研究SGT1和RAR1互作蛋白及其功能,采用该克隆技术将基因cDNA全长克隆至串联亲和纯化蛋白表达载体pEarleyGate205中,为纯化SGT1和RAR1及其互作蛋白提供了基础.正确的阳性克隆载体经农杆菌介导转化至短柄二叶草Bd21获得转化株,以期进一步研究SGT1和RAR1基因及蛋白互作对于短柄二叶草抗病功能的影响.     

二穗短柄草根部木栓质调控基因BdMYB92的克隆及功能研究

为了探究二穗短柄草(Brachypodium distachyon)根部木栓质合成的调控机制,该研究以二穗短柄草Bd21为试验材料,利用生物信息学分析方法克隆了二穗短柄草根部木栓质合成的调控转录因子基因BdMYB92(GenBank登录号为OP497966);采用荧光定量PCR方法,分析BdMYB92基因在二穗短柄草不同组织中的表达模式以及对6种非生物胁迫处理(空气中干旱、20%PEG-6000模拟干旱、4℃中冷处理、200 mmol/L NaCl、100μmol/L ABA和机械损伤)的响应表达特征;利用双荧光素酶和酵母单杂交验证BdMYB92蛋白和BdFAR4基因启动子的互作关系。结果表明：(1)二穗短柄草BdMYB92基因cDNA全长为1 343 bp,开放阅读框为990 bp,编码329个氨基酸,蛋白分子量为36.4 kD,理论等电点为5.54。(2)亚细胞定位结果显示,BdMYB92定位在细胞核。(3)荧光定量PCR分析表明,BdMYB92在二穗短柄草根中的表达量显著高于叶鞘、节、穗、节间等其他组织;6种非生物胁迫处理均能诱导BdMYB92的上调表达,且对干旱胁迫的响应最为迅...     

短柄草柄锈菌在感病寄主二穗短柄草上发育过程的组织学研究

本研究采用荧光染色和荧光显微镜技术,系统研究了短柄草柄锈菌Puccinia brachypodii (分离系F-Co和K-Ki)在感病二穗短柄草Brachypodium distachyon自交系Bd21-3叶片中的发育过程。荧光显微镜观察结果表明,接种12-18 h时,病原菌通过芽管侵入短柄草叶表皮气孔后形成气孔下囊,产生初生菌丝并形成吸器母细胞,进而侵入植物细胞形成吸器;接种24-48 h后,病原菌初生菌丝分支并形成次生菌丝;接种72 h后,短柄草锈菌开始形成菌落。F-Co的发育过程快于K-Ki,在120-216 h时,F-Co的菌落扩展面积明显高于K-Ki。本研究证实F-Co、K-Ki和二穗短柄草均为亲和互作。     

原生动物四膜虫“小材”有“大用”

在概述了原生动物四膜虫的基本知识和回顾了四膜虫在分子生物学领域的重要贡献的基础上,介绍了利用该单细胞真核模式生物所开展的四膜虫功能基因组学、毒理基因组学、进化基因组学和表观基因组学等方面的研究工作,并展望了四膜虫作为普通生物学实验进入中学和大学课堂的应用前景。     

基因组学: 理解植物入侵性的重要工具

入侵植物基因组学是一个新兴的研究领域, 它利用基因组学方法研究与植物入侵性相关的分子基础和表达调控机制, 甄别入侵性基因型, 进而在基因组水平上揭示外来种入侵性产生和进化的分子机制。本文扼要综述了可用于植物入侵生物学研究的主要基因组学方法, 包括比较基因组学、群体基因组学和表观基因组学等方法; 运用基因组学技术研究入侵植物除草剂抗性和根状茎发育的分子基础已取得了重要进展。然而, 入侵植物基因组学仍处于发展初期, 选择理想的入侵植物模式种, 建立入侵性研究的模式系统, 是当前亟待解决的问题。本文还提出了入侵植物基因组学研究值得关注的几个发展方向, 包括基因组信息的完善、不同环境条件下入侵植物的分子响应机制以及入侵性的系统生物学研究等。     

招聘启事

正中科院上海植物逆境生物学研究中心基因组学平台招聘高通量测序人员一名中科院上海植物逆境生物学研究中心基因组学平台提供高通量测序服务,并以基因组学为手段进行植物表观遗传学与非生物胁迫方面的研究。现因科研服务需要,欲招聘工作人员1名,从事高通量测序的工作。根据工作经验,可提供研究助理至副研岗位。一经录取,待遇从优。岗位职责:     

植物功能基因组学的研究策略

植物基因组学是一门研究植物基因组内基因与遗传信息是如何有机结合并如何决定其功能的一门科学。随着植物基因组计划的顺利进行 ,植物基因组学的研究已从结构基因组学转向功能基因组学。近年来 ,多采用高通量 (highthroughput,HTP)序列分析技术、大规模实验技术及计算机统计分析技术研究植物基因组功能。概述了植物功能基因组学的最新进展。     

小麦的比较基因组学和功能基因组学

小麦是异源多倍体植物,具有大的染色体组,并且基因组中重复序列所占比例较高,这些特征限制了小麦基因组研究的进展。比较基因组学方法为运用模式植物进行小麦基因组学研究提供了一个操作平台。功能基因组学的研究集中于基因组中转录表达的部分,基因功能的确定是功能基因组学研究的主要内容。对比较基因组学在小麦基因组研究中的应用和小麦功能基因组学的研究内容和方法进行了综述。     

二穗短柄草(Brachypodium distachyon)BdCO基因调控开花的转录组学分析

CONSTANS(CO)是植物光周期诱导开花途径中的关键基因之一。为探究BdCO在光周期途径中的分子调控机制,本研究对野生型二穗短柄草(Brachypodium distachyon)Bd21植株、过表达BdCO基因型二穗短柄草(CO＿OX)植株和BdCO基因敲除型二穗短柄草(CO＿A3)植株进行转录组测序分析,对差异表达基因进行GO和KEGG功能富集分析,最后观察三种植株的开花表型。结果表明,对比Bd21 vs CO＿OX和Bd21 vs CO＿A3的基因表达量,分别检测到1 382个和773个差异表达基因;GO功能富集分析发现,Bd21 vs CO＿OX的差异表达基因主要富集在小核仁核糖核蛋白复合物、 snoRNA结合和rRNA处理中,Bd21 vs CO＿A3的差异表达基因主要富集在类囊体、色素结合和光合作用中;KEGG通路富集分析发现,Bd21 vs CO＿OX的差异表达基因主要富集在植物激素信号转导、真核生物中的核糖体生物发生、光合作用-天线蛋白和昼夜节律-植物等通路,Bd21 vs CO＿A3的差异表达基因主要富集在MAPK信号通路-植物、真核生物中的核糖体生物发生和光合作...     

基于直向同源序列的比较基因组学研究

直向同源序列在不同的物种中具有相近甚至相同的功能、相似的调控途径, 扮演相似甚至相同的角色, 而且, 绝大多数核心生物功能就是由相当数量的直向同源基因所承担, 它是基因组序列的功能注释与分析中最可靠的选择, 其特殊的生物学特性决定: 利用直向同源序列开展比较基因组学研究, 必将为探测不同生物在进化过程中重要功能基因的出现、表达和丢失提供线索。文章从直向同源基因的基本特性、直向同源序列与比较基因组学的关系、应用直向同源序列开展比较基因组学相关研究方法、现状等展开综述。关键词: 直向同源; 比较基因组学; 生物学特性; 数据库