栽培高粱、甜高粱和拟高粱比较基因组原位杂交分析

用一种植物的总基因组DNA与近缘或远缘物种的染色体杂交,可以研究植物近缘或远缘物种基因组进化关系。以拟高粱总基因组DNA为探针,对栽培高粱、甜高粱基因组进行杂交,结果表明栽培高粱、甜高粱和拟高粱基因组中重复序列存在很大的同源性,基因组进化关系表现出保守性。栽培高粱与拟高粱基因组间重复序列的同源性要比甜高粱与拟高粱间重复序列的同源性高。     

拟南芥DNA探针的比较基因组原位杂交揭示的拟南芥与远缘植物基因组间的同源性

采用生物素标记的拟南芥基因组DNA探针在75%杂交严谨度下对双子叶植物番茄、蚕豆和单子叶植物水稻、玉米、大麦的染色体进行了比较基因组荧光原位杂交（comparative genomic in situ hybridization,cGISH）分析,以揭示拟南芥与远缘植物基因组间的同源性.cGISH信号代表了拟南芥基因组DNA中的重复DNA与靶物种染色体上同源序列的杂交.探针DNA在所有靶物种的全部染色体上都产生了杂交信号.杂交信号为散在分布,并呈现随基因组增大,杂交信号增多,且分布更加分散的趋势.所有靶物种的核仁组织区（NOR）都显示了明显强于其他区域的杂交信号,表明拟南芥基因组DNA探针可用于植物NOR的物理定位.在所有的靶物种中,信号主要分布在染色体的臂中间区和末端,着丝粒或近着丝粒区有少数信号分布.大麦染色体显示了与C-和N-带不同的独特的cGISH信号带型,表明此探针可用于不同植物染色体的识别.这些结果表明,拟南芥基因组与远缘植物基因组之间,除rDNA和端粒重复序列外,还存在其它同源的重复DNA;一些重复DNA序列在被子植物分歧进化为单子叶和双子叶植物之前就已存在,虽经历了长期的进化过程,至今在远缘物种之间仍保持了较高的同源性.结果还提示,大基因组中古老而保守的重复DNA在进化过程中发生了明显的扩增.     

细胞质雄性不育高粱叶绿体 ndh D 基因的序列变异

片段SAAU－02 700特异地扩增自7种具可育细胞质的高粱材料的总DNA,含有叶绿体psa C(88bp)和ndh D(192bp)基因的部分序列。该片段与Eco Ri HindⅢ酶切的总DNA,线粒体DNA和叶绿体DNA杂交,在总DNA中获得了0.74kb的杂交带,而在叶绿体中获得0.74kb和0．45kb两条杂交带。与线粒体DNA无杂交;与经Hae Ⅲ酶切的总DNA杂交,在不育系中获得4．9kb的杂交带,而保持系的杂交带为4．45kb。参考GenBank中高粱的近缘物种玉米叶绿体基因组的序列,构建了ndh D基因区的酶切位点图谱,借此分析得出高粱不育系的叶绿体ndh D基因序列已发生改变。这种变异与高粱细胞质雄性不育反生的关系正在探讨中。     

自身基因组原位杂交揭示植物基因组重复DNA沿染色体的分布

重复DNA沿染色体的分布是认识植物基因组的组织和进化的要素之一。本研究采用一种改良的基因组原位杂交程序,对基因组大小和重复DNA数量不同的6种植物进行了自身基因组原位杂交(self-genomic in situ hybridization,self-GISH)。在所有供试物种的染色体都观察到荧光标记探针DNA的不均匀分布。杂交信号图型在物种间有明显的差异,并与基因组的大小相关。小基因组拟南芥的染色体几乎只有近着丝粒区和核仁组织区被标记。基因组相对较小的水稻、高粱、甘蓝的杂交信号分散分布在染色体的全长,但在近着丝粒区或近端区以及某些异染色质臂的分布明显占优势。大基因组的玉米和大麦的所有染色体都被密集地标记,并在染色体全长显示出强标记区与弱标记或不标记区的交替排列。此外,甘蓝染色体的所有近着丝粒区和核仁组织区、大麦染色体的所有近着丝粒区和某些臂中间区还显示了增强的信号带。大麦增强的信号带带型与其N-带带型一致。水稻自身基因组原位杂交图型与水稻Cot-1DNA在水稻染色体上的荧光原位杂交图型基本一致。研究结果表明,自身基因组原位杂交信号实际上反映了基因组重复DNA序列对染色体的杂交,因而自身基因组原位杂交技术是显示植物基因组中重复DNA聚集区在染色体上的分布以及与重复DNA相关联的染色质分化的有效方法。     

天南星科植物叶绿体基因组结构特征及系统发育分析：以天南星等20个物种为例

目的：天南星科植物资源丰富、分布广泛。研究天南星科植物叶绿体基因组特征,为天南星科的系统发育及进化研究提供依据。方法：本研究以GenBank数据库中获得的20条该科植物叶绿体全基因组序列为基础数据,利用REPuter、MISA、mVISTA和MAFFT等软件分析其重复序列、基因组差异、IR边界和系统发育等特征。结果：天南星科植物叶绿体基因组长度介于158 521～175 906 bp之间,共编码129～139个基因。在20个该科物种中,均检测出50条重复序列,正向重复和反向重复为主要类型,并鉴定出253～482个SSR位点,单核苷酸和二核苷酸重复居多。序列全局比对表明其非编码区的差异较大,并发现accD、ycf2和ycf1三个高度可变区。共线性分析可知,基因组序列同源性较高,只有一个物种发现重排或倒位现象。IR边界分析表明天南星科植物有一定保守性。所筛选的SSR位点和高度可变区可用于遗传多样性分析、物种鉴定和DNA条形码等。结论：本研究明确了天南星科物种的系统发育关系,为天南星科物种进化和遗传多样性研究提供了一定的科学依据。     

高梁CRY2基因的克隆及其表达分析

从高粱(Sorghum bicolor L. var.R1ll)幼苗中提取总RNA,利用RT-PCR和cDNA的3'末端的快速扩增方法(3'RACE),第一次克隆了高粱隐花色素2基因(CRY2)的cDNA序列.该序列包括了一个完整的开放阅读框,编码大小为690个氨基酸残基的蛋白质,与水稻、番茄和拟南芥CRY2蛋白质的同源性分别为8 7%、5 7%和45.5%.高粱CRY2基因组DNA含有3个内含子和4个外显子.RT-PCR检测结果表明,高粱CRY2基因在根、茎和叶中都有转录.Western blotting结果显示CRY2蛋白在根、茎和叶中表达,并在黑暗中积累,蓝光下降解.高粱CRY2可能在蓝光诱导的幼苗去黄化反应中起作用.     

FISH分析栽培高梁×拟高梁、甜高梁×拟高梁的染色体行为

采用荧光原位杂交技术对45SrDNA在栽培高梁×拟高粱、甜高梁×拟高梁F,的有丝分裂和减数分裂染色体进行定位研究。在有丝分裂中期染色体上2个杂种分别检测到2个杂交信号,在减数分裂粗线期、终变期、中期Ⅰ染色体上45SrDNA位于一个二价体上,说明这两个杂种携带45SrDNA的染色体为同源染色体。根据45SrDNA位点随细胞减数分裂过程的位置变化,表明这两个杂种染色体配对行为正常,平均构型为2n=2x=20（10Ⅱ）,证明45SrDNA可作为染色体的一个识别指标间接地观察细胞减数分裂过程染色体的变化行为。     

梅花草属叶绿体基因组进化分析

叶绿体基因组序列变异和基因组成等特征可有效反映植物类群间的系统发育和进化关系。本研究利用Illumina高通量测序平台对梅花草属（Parnassia）及其近缘属5种植物的叶绿体基因组进行测序和组装,同时基于已发表的近缘种叶绿体基因组信息,对梅花草属叶绿体基因组结构特征、序列遗传变异和蛋白编码基因密码子偏好性比对分析。结果显示：梅花草属叶绿体基因组整体结构较为保守,均为四分体结构;梅花草多个基因出现假基因化,而本属其他物种叶绿体基因组成一致,均编码115个基因;与近缘属物种相比,本属所有物种均丢失rpl16基因的内含子;蛋白质编码基因的非同义/同义替代率比值较低,叶绿体基因可能经历纯化选择作用;密码子偏好性聚类结果与蛋白编码序列重建的系统发育关系结果一致。本研究表明选择压力可能在梅花草属叶绿体基因组蛋白编码基因进化过程中发挥作用,有助于进一步理解梅花草属植物的进化和适应机制。     

一些水稻的重复DNA顺序在稻属和其它禾本科植物中的多态性

重复DNA顺序是真核生物基因组的特征,很多重复DNA顺序已从小麦、拟南芥菜、燕麦、水稻、玉米等植物的基因组中克隆出来,还发现有一些重复DNA顺序具有基因组特异性,用它们作探针可以分析同属或同科物种的起源和亲缘关系,并建立系统进化树。小卫星DNA或微小卫星DNA所产生的指纹图谱可作为一种遗传学标志来研究系统进化、染色体的精细结构和物种的鉴定。一些中度重复DNA序列还可以作为组织培养株系和细胞杂交筛选的分子标志。稻属已发现并定名的有22个种,根据杂交亲和性、细胞遗传学和生理生化等将它分为6个二倍体组型(AA、BB、CC、DD、EE和FF)和2个四倍体组型(BBCC和CCDD)。现多把禾本科分作5个亚科:竹亚科、稻亚科、早熟禾亚科、画眉草亚科和     

秦岭羚牛高度重复序列DNA片段的分子克隆和序列分析

羚牛(Budorcas taxicolor)属偶蹄目(Artiodactyla)、牛科(Bovidae),为我国一类大型珍贵保护动物。我们从其基因组中克隆得到若干约800bp的BamHI高度重复序列并对部分克隆进行了序列测定,发现它们显示了很高的同源性。利用其中一个单元为探针,对限制酶消化后的羚牛基因组DNA作杂交分析,发现其杂交谱带不具有个体及亚种间特异性,说明该重复序列在羚牛基因组中具有保守的分布和排列。在牛科动物中,羚牛BamHI片段与绵羊属和山羊属的相关序列具有高度同源性,而与水牛和家牛序列差异较大。这些结果为羚牛与羊亚科物种亲源关系较近的分类学观点提供了分子生物学证据。有证据表明,这些片段可能代表羚牛染色体着丝点的卫星DNA单体。     

高梁抗蚜研究进展

高粱(Sorghum bicolour)是世界上最重要的粮食、饲料、酿造和能源作物之一,也是C4植物研究的模式植物.蚜虫是农业生产上的重要害虫,几乎危害所有的栽培作物.危害高粱的蚜虫主要包括高粱蚜(Melanaphis sacchan)、麦二叉蚜(Schizaphis graminum)和玉米蚜(Rhopalosiphum maidis).高粱的抗蚜资源尚不丰富且缺乏深入系统的研究.目前研究较多的是麦二叉蚜的抗性遗传方面,已定位20个抗性QTLs,单一QTL对抗性差异贡献率最高可达80.3％,对高粱蚜和玉米蚜的研究尚需进一步加强.高粱的理化特性与其抗蚜性能相关,故可与育种实践相结合.高粱和蚜虫(Acyrthosiphon pisum)的全基因组测序工作已经完成,这将有助于蚜虫-植物间的相互作用关系及植物对蚜虫的抗性机制研究.目前已克隆到2个抗蚜基因,且多个抗蚜基因(位点)已被定位在染色体上.该文重点综述了上述研究成果并对高粱抗蚜的研究前景进行了展望.     

秦岭羚牛高度重复序列DNA片段的分子克隆和序列分析

羚牛（Budorcas taxicolor)属偶蹄目（Artiodactyla)、牛科（Bovidae),为我国一类大型珍贵保护动物。我们从其基因组中克隆得到若干约800bp的BamHI高度重复序列并对部分克隆进行了序列测定,发现它们显示了很高的同源性。利用其中一个单元为探针,对限制酶消化后的羚牛基因组DNA作杂交分析,发现其杂交谱带不具有个体及亚种间特异性,说明该重复序列在羚牛基因组中具有保守的分布和排列。在牛科动物中,羚牛BamHI片段与绵羊属和山羊属的相关序列具有高度同源性,而与水牛和家牛序列差异较大。这些结果为羚牛与羊亚科物种亲源关系较近的分类学观点提供了分子生物学证据。有证据表明,这些片段可能代表羚牛染色体着丝点的卫星DNA单体。     

水稻(Oryza sativa L.)核基因组存在叶绿体psbA基因的同源片段

序列比较说明,重复DNA顺序pRRD9与水稻叶绿体基因组中编码QB蛋白的psbA基因存在高度的同源。用pRRD9亚克隆片段pRRD9R和片段pRRD9L对水稻的叶绿体和核DNA进行Southern杂交分析,揭示了psbA基因同源片段在某个进化时期由叶绿体基因组转移到水稻核基因组,而且两者在水稻进化过程中的变异程度存在明显的差异。利用它们对野生稻和栽培稻总DNA的Southern杂交分析,显示亚洲栽培稻与AA基因组型的野生稻有较近的亲缘关系,以及在部分野生稻产生特异的杂交带谱,说明它可以作为一种分子探针来研究水稻的进化问题。     

基于Adh1基因分析高梁属的系统进化关系

高梁属中有重要的粮食作物和优良牧草,也有农业生产上的重要杂草。文章旨在进一步从分子水平阐明高梁属种间的系统进化关系,为有效利用种质资源进行分子育种改良作物品质提供理论依据,并明确检疫性杂草的分类地位。根据二色高粱（Sorghum bicolor）的Adh1全基因序列（GenBank登录号：AF050456）设计引物,扩增并测定黑高梁（S．almum）、假高梁（S．halepense）、丝克高粱（S．silk）和苏丹草（S．sudanense）共计8个植物材料约2000bp的Adh1基因部分序列,结合GenBank中其他24个Sorghum属的同源序列,以Cleistachne sorghoides的对应序列为外群,进行了高梁属的亲缘关系分析,用MP、ML和NJ法分别构建了分子进化树,得到了基本相同的拓扑结构。结果显示：（1）高梁属可明显分为三大支,一支是蒴柄高梁（Chaetosorghum）和异高梁（Heterosorghum）二个亚属,一支是优高梁亚属（Eusorghum）,这两个分支包含2n=20、40,染色体较小的种类,另一分支包括拟高梁（Parasorghum）和有柄高梁（Stiposorghum）两个亚属,包含2n=10的种类和它们的多倍体近缘种,染色体相对较大;（2）S．almum的Adh1基因表现出明显的地理分化;（3）Parasorghum亚属的S.purpureosericeum和多色高粱（S．versicolor）、光高粱（S．nitidum）和S．leiocladum聚在一起,而该亚属中的S.matarankense、S．grande、S．timorense却与亚属Stiposorghum的种聚在一起,表现出更近的亲缘关系;（4）S．macrospermum和S．laxiflorum之间具有比其他高梁属种更近的亲缘关系。     

植物线粒体DNA质粒研究进展

本文列出了已发现的高等植物中的线粒体DNA质粒,按分子形状分为线粒体环状DNA质粒和线粒体线状DNA质粒,环状线粒体DNA质粒的特征是分子较小, 序列中有正向/反向重复序列,ORF一般较小。线状线粒体DNA质粒的特征是分子较大,末端有重复序列,5'端与蛋白质共价结合,有较长的ORF。还分别介绍了它们的复制机制、转录和起源。质粒间及质粒与核基因组、线粒体基因组、叶绿体基因组的同源性也作了介绍。最后,综述了植物线粒体DNA质粒与植物的细胞质雄性不育（CMS）之间的关系。     

重复DNA顺序pRRD9在稻属中的拷贝数测定

本文应用狭缝印渍杂交方法,把水稻基因组总DNA和含水稻中度重复顺序片段的质粒(pRRD9)DNA分别转移到尼龙膜上形成狭缝印渍、然后用~(32)P标记的 pRRD9插入片段进行杂交、根据各狭缝印渍的放射性强度,测定水稻(Oryza)一些栽培种和野生种基因组中重复DNA顺序的拷贝数,并就拷贝数与水稻进化关系及基因组型的联系进行讨论.     

重复DNA顺序pRRD9在稻属中的拷贝数测定

本文应用狭缝印渍杂交方法,把水稻基因组总DNA和含水稻中度重复顺序片段的质粒(pRRD9)DNA分别转移到尼龙膜上形成狭缝印渍、然后用³²P标记的 pRRD9插入片段进行杂交、根据各狭缝印渍的放射性强度,测定水稻(Oryza)一些栽培种和野生种基因组中重复DNA顺序的拷贝数,并就拷贝数与水稻进化关系及基因组型的联系进行讨论.     

垂穗披碱草与达乌里披碱草基因组细胞遗传学比较

采用顺序FISH-GISH技术,12个重复序列探针,包括9个三核苷酸简单重复序列、2个卫星DNA重复序列pSc119.2和pAs1以及5S rDNA,通过重复序列的物理定位对达乌里披碱草和垂穗披碱草基因组中部分重复序列的分布特征进行了比较分析,为进一步研究垂穗披碱草和达乌里披碱草的物种形成及演化提供新的分子细胞遗传学证据。结果表明:(1)所有的序列在这2个物种的染色体上都能产生可检测的杂交信号,且在2个物种中(AAC)_(10)、(ACT)_(10)、(CAT)_(10)都表现为共分布,(AAG)_(10)与(AGG)_(10)表现为近似共分布;2个物种的H基因组除5S rDNA序列外,其他序列都产生强烈且丰富的杂交位点,St与Y基因组不同重复序列探针的荧光位点数目有所差别,表现为5S rDNA、pSc119.2、(AAC)_(10)、(CAT)_(10)、(ACT)_(10)、(CAC)_(10)探针的信号位点较少或无信号,其余的探针信号位点稍多。(2)达乌里披碱草的第2对染色体上具有(AAC)_(10)、(CAT)_(10)、(ACT)_(10)的杂交位点、第6对染色体上具有(CAC)_(10)的杂交位点,而在垂穗披碱草的St基因组中未观察到上述序列杂交位点;达乌里披碱草St基因组仅有第4对染色体的端部具有pSc119.2杂交位点,而在垂穗披碱草St基因组中的pSc119.2杂交位点位于第5对染色体长臂的间隔区;相对于达乌里披碱草,垂穗披碱草St和Y基因组染色体含有更多的重复序列杂交位点。(3)达乌里披碱草的H/Y基因组间易位在不同材料间是稳定存在的,达乌里披碱草基因组相对稳定,不同材料间H基因组重复序列杂交信号多态性高于St和Y基因组;垂穗披碱草基因组的变异较大,不同材料间St和Y基因组重复序列杂交信号多态性高于H基因组。研究认为,垂穗披碱草和达乌里披碱草的H基因组均起源于布顿大麦,St基因组可能起源于不同的拟鹅观草属物种;与达乌里披碱草相比垂穗披碱草St与Y基因组可能具有更高的染色体结构变异性,而垂穗披碱草St与Y基因组变异较大的原因可能是与同区域分布的含StY基因组的物种发生了种间渗透杂交。     

利用栽培稻C0t-1DNA和基因组DNA比较分析斑点野生稻和短药野生稻基因组

通过荧光原位杂交(FISH)利用来源于A基因组栽培稻的中高度重复序列C0t-1DNA和基因组DNA作为探针,对栽培稻、斑点野生稻和短药野生稻进行了比较基因组分析。结果发现C0t-1DNA杂交信号主要分布在这3种染色体的着丝粒、近着丝粒和端粒区域,在斑点野生稻染色体上的信号多于短药野生稻,与gDNA作为探针FISH的结果相一致,说明A和B基因组间的亲缘关系明显近于A和F基因组。确定了含有中高度重复序列的C0t-1DNA用于属内种间关系研究的可行性,并根据C0t-1DNA的FISH结果进行了染色体核型分析。     

基因组原位杂交的新进展及其在植物中的应用

基因组原位杂交 ( Genomic in situ hybridization GISH)是 2 0世纪 80年代末发展起来的一种原位杂交技术。它最初应用于动物方面的研究[1 ] ,但很快被植物方面所借用 ,并且使用频率高于动物方面的研究。它采用来自一个物种的总基因组 DNA作为标记探针 ,用另一物种的总基因组 DNA以适当的浓度进行封阻 ,在靶染色体上进行原位杂交。在封阻DNA和标记 DNA探针之间 ,封阻 DNA优先与一般序列杂交 ,剩下的特异性序列主要被标记探针所杂交。在此基础上 ,人们先后发展了荧光基因组原位杂交、多色基因组原位杂交和比较基因组原位杂交等技术 ,…