杂交水稻种子固有细菌群落多样性探究

采用传统的分离培养方法和分子生物学技术对我国高产杂交水稻(OryzasativaL.)金优611种子固有细菌进行研究,从而了解其中可培养细菌群落的多样性。对分离得到的91株细菌进行16SrDNA扩增、ARDRA分型和16SrDNA系统发育分析,结果表明,分离得到的91株细菌分属于10个属16个种。其中γ-变形杆菌(Gammaproteobacteria)(53.85%)占据优势地位,其次为α-变形杆菌(Alphaproteobacteria)(20.88%),其它分属放线菌门Actinobacteria(15.39%)及厚壁菌门Firmicutes(9.88%)。其中的泛菌属(Pantoea sp.)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas sp.)、假单胞菌属(Pseudomonas sp.)、微杆菌属(Microbacterium sp.)为分离到的优势种群,且在种子这一特殊的生存空间中有4株潜在的新种存在。首次报道了杂交水稻金优611种子具有丰富的微生物群落多样性,为进一步探索植物种子际微生态环境中微生物群落的形成和生态功能提供了基础信息。     

优异杂交水稻亲本灌浆期种子内生细菌多样性研究

通过传统微生物培养方法,对处于灌浆期的杂交水稻亲本"深08S"、"和620S"及"16A007"种子内生细菌群落结构多样性进行研究。实验表明,处于灌浆期的杂交水稻亲本种子仍然存在内生细菌群落结构的多样性。"深08S"种子内生细菌含6个OTU,第一优势菌属为Pantoea,丰度为52.04%,第二和第三优势菌属分别为Pseudomonas和Rhizobium;"和620S"种子内生细菌含10个OTU,第一优势菌属为Pantoea,丰度为69.02%,第二优势菌属为Pseudomonas,并列第三优势菌属为Rhizobium和Sphingomonas;"16A007"种子内生细菌含11个OTU,第一优势菌属为Pseudomonas,丰度为45.12%,第二优势菌属和第三优势菌属分别为Pantoea和Sphingomonas。由研究结果可见,具有遗传相关性的水稻种子"深08S"和"和620S"内生细菌的第一和第二优势菌属相同,同时,三种水稻亲本种子优势菌属都有Pantoea和Pseudomonas,表明水稻种子基因型对其内生细菌结构多样性具有一定的影响。     

水稻种子的细菌含量和群落结构及其影响因素分析

【目的】种子是植物微生物群代际传递的重要途径，但种子携带的微生物群落尚缺乏系统的研究。本研究以水稻种子为模型，定量分析种子的细菌含量、测定种子的细菌群落结构、探究地域与品种对细菌含量及群落结构的影响和鉴定水稻种子的核心菌群。【方法】选取18个水稻品种，每个品种分别来自中国海南和天津2个地域，共36组样本。每组样本包含5或10个DNA样本，每个DNA样本由3粒种子提取的总DNA构成。使用细菌特异性16S rDNA介导的荧光定量PCR技术测定种子的细菌含量，并分析影响因素；使用16S rDNA扩增子测序技术测定种子的细菌群落结构，并用生物信息学方法分析了影响因素和核心菌群。【结果】本研究测定了1 080粒水稻种子的细菌含量，发现经过表面除菌的水稻种子内部存在共栖细菌，平均每克种子的细菌含量为1.53×10⁶。水稻品种对种子的细菌含量有显著影响，而地域无影响。测定180个扩增子文库的细菌群落结构，发现水稻种子的菌群与水稻植株有相似之处，均以变形菌门为主要的细菌门类；地域对水稻种子的细菌群落结构有重要影响，不同地域的水稻种子在主坐标分析(principal co-ordinate analysis, PCoA)中有明显分离；而粳稻和籼稻之间无显著差异。还发现水稻种子存在核心菌群，且相对丰度高达总菌群的85.56%。【结论】本研究系统地揭示了水稻种子的细菌含量、群落结构及其影响因素，为利用种传微生物促进水稻健康提供了数据和方法支持。     

垃圾填埋场渗滤液中古细菌群落16S rRNA基因的ARDRA分析

利用特异性的引物对,选择性扩增垃圾填埋场渗滤液中古细菌群落的18S rRNA基因片断,在此基础上建立16S rDNA克隆文库,经古细菌通用寡核苷酸探针的原位杂交筛选后,克隆文库内古细菌16S rDNA扩增片断的多样性通过ARDRA分析（amplified rDNA restriction analysis)而获得,利用PCR将各组重克隆子内的16S rDNA外源片断再扩增出来后,两种限制性内切酶－Hha I和HaeⅢ－被分别用于16S rDNA克隆片断的限制酶切分析,结果表明,随机选出的70个古细菌16S rDNA克隆片断被妥为21个不同的ARDRA型（组）,其中的两个优势型总共占了所有被分析克隆子的60％,而其余19个型的相对丰度均处于较低的水平,当中的14个型更仅含有1个克隆子,通过对16S rRNA基因的PCR扩增,克隆及其ARDRA分析,能快速地获得有关填埋场渗滤液中古细菌群落的结构及其多样性的初步信息。     

四川冬菜中细菌群落组成及多样性

【目的】了解腌制4年的四川南充冬菜中细菌群落组成及多样性。【方法】通过16S rDNA多样性分析样品细菌落组成;采用16S rDNA-RFLP方法分析从样品中分离出的纯培养细菌。【结果】16S rDNA多样性分析结果表明,样品中细菌主要属于变形杆菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes),分别占克隆文库的87.9%、7.1%,其中包括Virgibacillus kekensis,Marinococcus albus,Salinicoccus sp.,Lactobacillus halophilus和Halomonas等中度嗜盐菌,仅有5%属于放线菌门(Actinobacteria)。通过纯培养方法从冬菜中分离到35株菌,16S rDNA-RFLP分析结果表明,34株属于厚壁菌门(Firmicutes),包括Virgibacillus,Bacillus megaterium和Gracilibacillus saliphilus等中度嗜盐菌,1株属于放线菌门(Actinobacteria)。【结论】冬菜中细菌群落多样性较低,以中度嗜盐菌为主。     

大庆油田油藏采出水的细菌群落结构

采用ARDRA (扩增性rDNA限制性酶切片段多态性分析)技术对大庆油田聚驱、水驱和过渡带3种油藏采出水中的细菌群落的基因组总DNA的16S rDNA克隆文库进行分析,研究了细菌群落结构.结果表明：随机挑取的596个阳性克隆可分为85个操作分类单元 (OTUs),其中聚驱、水驱和过渡带文库分别含有28、41和33个.通过对优势OTUs测序,并与GenBank进行序列比对,发现油藏采出水中的优势菌群为不动杆菌属、弓形杆菌属、厚壁菌门、假单胞菌属和硫磺单胞菌属.聚驱样品中细菌群落组成最简单,优势菌群为不动杆菌属,占库容的85%,假单胞菌属占7%;水驱样品中的优势菌群也是不动杆菌属,占库容的62%,假单胞菌属和硫磺单胞菌属各占20%和6%;过渡带文库的细菌群落的优势菌群为弓形杆菌属,占库容的50%,不动杆菌属和厚壁菌门各占19%和18%.     

应用16S rDNA克隆文库技术研究长期稻草还田对水稻土细菌多样性的影响

利用中国科学院桃源农业生态试验站施肥制度长期定位试验田对照(CK)和稻草还田(OM)施肥处理的土壤样品,应用16S rDNA克隆文库技术直接提取土壤微生物总DNA,分别构建细菌16S rDNA克隆文库,并进行序列测定和分析。结果表明,与对照(CK)相比,稻草还田(OM)后土壤细菌群落结构发生了显著改变,土壤细菌多样性和均匀度均有所降低。对照(CK)和稻草还田(OM)两个施肥处理的优势种群均为变形菌,酸杆菌次之;稻草还田减少了变形菌、疣微菌、绿弯菌和绿菌的分布,而增加了硝化螺旋菌的分布。16S rDNA系统发育分析则表明,稻草还田对酸杆菌群落结构影响最大,其次是疣微菌和δ-变形菌。     

东海表层沉积物纯培养与非培养细菌多样性

于2011年7月采集了浙江舟山沿岸海底沉积物样品(122°10′41″E,29°49′7″N),通过埋片原位观察、荧光显微计数、纯培养菌分离以及非培养细菌构建克隆文库的方法,分析和研究了东海表层沉积物细菌群落结构及其多样性.埋片原位观察和荧光显微计数法的结果表明:沉积物样品中细菌的细胞数量为(9.30±3.44)×107 cells/g;通过分离纯化共获得313株细菌,分属于20个属,4种培养基对细菌的分离效果依次为RO＞M l＞Zobell 2216＞MR2A;常规形态学与生理生化鉴定结果显示芽孢杆菌属(Bacillus)和海球菌属(Marinococcus)从数量和种类上皆为优势菌属,分别占分离菌株总数的21.08％和17.25％;对73株典型海洋细菌进行16S rDNA分子鉴定发现,厚壁菌门(57.5％)、γ-变形杆菌纲(32.9％)、黄杆菌纲(4.1％)和放线菌纲(5.5％)等为主要类群.非培养细菌克隆文库序列分析发现:细菌克隆子主要属于厚壁菌门和变形杆菌门,而芽孢杆菌纲和γ-变形杆菌纲是上述两个门的优势类群.综合纯培养与非培养数据得出东海海域表层沉积物细菌多样性丰富,具有进一步开发研究的价值.     

16S rDNA克隆文库法探索转基因香石竹对土壤细菌群落的影响

【目的】通过研究转基因香石竹对土壤细菌群落的影响,为转基因香石竹的环境安全性评价提供依据。【方法】通过构建16S rDNA克隆文库,分析种植转基因和非转基因香石竹的土壤中细菌的群落结构组成。【结果】转基因和非转基因香石竹土壤中,共有的菌群有变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、酸杆菌门(Acidobacteria),其中α-变形菌门、β-变形菌门、浮霉菌门为优势菌群;而在放线菌门(Actinobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)及未培养菌(Uncultured bacterium clone)等菌群存在部分差异。【结论】通过16S rDNA克隆文库方法揭示了转基因香石竹的土壤中细菌多样性十分丰富,其栽培对土壤细菌群落结构影响有限。     

南海西沙海槽表层沉积物微生物多样性

利用非培养的分子技术研究了西沙海槽表层沉积物中的微生物群落.沉积物中扩增的古菌16S rDNA 序列分属两个大类:泉古生菌(Crenarchaeota)和广古生菌(Euryarchaeota).以Marine Crenarchaeotic GroupⅠ (古菌16S rDNA文库的49.2%)和Terrestrial Miscellaneous Euryarchaeotal Group (16.9%)为主要类群;其余为Marine Benthic Group B (9.7%)、 Marine Benthic Group A (4%)、 Marine Benthic Group D (1.6%)、Novel Euryarchaeotic Group (0.8%)和 C3(0.8%).细菌克隆子多样性明显高于古菌,16S rDNA序列分别来自变形杆菌(Proteobacteria)(细菌16S rDNA文库的30.5%)、浮霉菌(Planctomycetes)(20.3%)、放线菌(Actinobacteria)(14.4%)、厚壁菌(Firmicutes)(15.3%)、屈桡杆菌(Chloroflexi)(8.5%)、酸杆菌(Acidobacteria)(3.4%)、candidate division OP8 (2.5%)、拟杆菌/绿菌(Bacterioidetes/Chlorobi)(1.7%)和疣微菌(Verrucomicrobia)(1.7%).变形杆菌为优势类群(包括Alpha-和Delta-Proteobacteria亚群).多数克隆子为未培养细菌和古菌.结果表明南海表层沉积物中蕴含大量未知的微生物资源.     

野生稻高产QTL高效表达的光合生理基础

以携带野生稻高产QTL的晚稻新恢复系远恢611所配部分强优势组合为材料,对其部分光合生理指标进行测定的结果表明,远恢611系列组合杂种优势强,穗大粒多,库容量大,具有超高产潜力;后期上面3片功能叶宽大、直立、叶面积大,与茎秆夹角小,不披垂;比叶重大而稳定,不早衰;剑叶净光合速率高,库很大且源较足是远恢611系列组合高产的主要生理原因;也可能是野生稻高产QTL高效表达的重要生理基础。     

Improving blast resistance of Jin 23B and its hybrid rice by marker-assisted gene pyramiding

Rice blast is one of the most serious diseases in rice (Oryza sativa L.) worldwide. Jin 23B is the maintainer line, a parent for a number of hybrid rice varieties used widely in China. However, Jin 23B is highly susceptible to rice blast. In this study, Pi1, Pi2, and D12 were introgressed to improve the blast resistance of Jin 23B and its derived hybrids, Jinyou 402 and Jinyou 207, by marker-assisted selection (MAS). The improved Jin 23B, which carried single, two, and three genes, were evaluated for their resistance to rice blast using natural inoculation methods in disease nursery of Xianfeng, Hubei, China. The results showed that, the greater the number of genes contained in the improved Jin 23B and hybrids, the higher the resistance to rice blast. Pi1, Pi2, and D12 showed a strong dosage effect on the resistance to blast in the hybrid background during the entire growth duration in the field condition, being very useful for breeding blast-resistant hybrids. The result of examining agronomic traits showed that the improved Jin 23B and its derived hybrid rice were taller than or similar to controls, when there was no disease stress.     

Endophytic Bacterial Diversity in Rice (Oryza sativa L.) Roots Estimated by 16S rDNA Sequence Analysis

The endophytic bacterial diversity in the roots of rice (Oryza sativa L.) growing in the agricultural experimental station in Hebei Province, China was analyzed by 16S rDNA cloning, amplified ribosomal DNA restriction analysis (ARDRA), and sequence homology comparison. To effectively exclude the interference of chloroplast DNA and mitochondrial DNA of rice, a pair of bacterial PCR primers (799f–1492r) was selected to specifically amplify bacterial 16S rDNA sequences directly from rice root tissues. Among 192 positive clones in the 16S rDNA library of endophytes, 52 OTUs (Operational Taxonomic Units) were identified based on the similarity of the ARDRA banding profiles. Sequence analysis revealed diverse phyla of bacteria in the 16S rDNA library, which consisted of alpha, beta, gamma, delta, and epsilon subclasses of the Proteobacteria, Cytophaga/Flexibacter/Bacteroides (CFB) phylum, low G+C gram-positive bacteria, Deinococcus-Thermus, Acidobacteria, and archaea. The dominant group was Betaproteobacteria (27.08% of the total clones), and the most dominant genus was Stenotrophomonas. More than 14.58% of the total clones showed high similarity to uncultured bacteria, suggesting that nonculturable bacteria were detected in rice endophytic bacterial community. To our knowledge, this is the first report that archaea has been identified as endophytes associated with rice by the culture-independent approach. The results suggest that the diversity of endophytic bacteria is abundant in rice roots.     

不同生境下五唇兰根部可培养内生细菌多样性研究

兰科植物内生细菌与菌根真菌的协作对宿主植物的生长、抗病、抗逆及植物修复环境能力等具有重要意义,揭示其内生细菌多样性及与生境之间的关系有助于阐明兰科植物的适应与进化机制。本研究基于16SrDNA序列分析探讨了不同生境下东南亚特有种五唇兰根部可培养内生细菌多样性及其空间异质性。结果表明:从不同生境下五唇兰根部共分离出内生细菌59株,其中从土生型五唇兰根部分离出内生细菌45株(76.27%),从石生型五唇兰根部分离出内生细菌14株(23.73%);基于内生细菌16SrDNA序列同源性分析及构建的系统发育树显示,五唇兰根部内生细菌分属于7属,即芽孢杆菌属(Bacillus)、伯克氏菌属(Burkholderia)、草酸菌属(Pandoraea)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、类芽孢杆菌属(Paenibacillus)、泛菌属(Pantoea)、欧文氏菌属(Erwinia),其中优势属为芽孢杆菌属,次优势属为泛菌属和伯克氏菌属;多样性分析显示,土生型五唇兰根部内生细菌群落的Shannon多样性指数大于石生型五唇兰,不同生境下五唇兰根部内生细菌群落结构差异极显著(P0.01)。土生型五唇兰根部内生细菌群落优势属为芽孢杆菌属和泛菌属,石生型五唇兰根部内生细菌群落优势属为芽孢杆菌属和伯克氏菌属。     

中国科学家在杂种F1克隆繁殖研究领域取得突破性进展

杂种优势在提高作物产量和适应性方面已得到广泛应用。然而, 由于杂交种后代不能稳定遗传, 每年均需利用不育系和恢复系亲本配置杂交种子, 不仅制种成本高, 而且存在制种纯度问题, 限制了杂种优势利用的推广范围。近期, 中国科学家通过对减数分裂和受精过程关键基因进行编辑, 获得了杂种F₁的克隆种子, 为进一步固定杂种优势、实现“一系法”水稻杂种优势利用带来了曙光。     

Identification of a single nucleotide deletion causing frameshift mutation in OsDFR2A in a genic male sterile mutant of rice and its possible application to F1 hybrid breeding

Stable genic male sterility (GMS), which is not influenced by environmental factors, has not been used for F₁ hybrid seed production because male-sterile inbred lines cannot be developed and male-sterile plants must be selected from segregating populations every time. However, the stability of male sterility may provide a reliable system for F₁ seed production without contamination of selfed seeds. A genic male-sterile mutant in rice (Oryza sativa L.), C204, which was selected from progeny of the cultivar ‘Koshihikari’ irradiated by gamma rays, has shorter and whiter anthers than those of ‘Koshihikari’ and has no pollen grains. Segregation analysis of C204 suggested the male sterility of this mutant to be controlled by a recessive allele of a single gene. Linkage analysis of a mutated gene responsible for the male sterility revealed the gene to be in a region of ca. 75 kb on the long arm of chromosome 9. The nine genes predicted in the 75-kb region were sequenced, and compared with the published Nipponbare genome sequences. A single-base deletion was found in the first exon of a C204 allele of Os09g0493500, which encodes an NAD-dependent epimerase/dehydratase family protein, resulting in a frameshift causing a premature stop codon. A dot-blot single nucleotide polymorphism marker for detection of the single-base deletion in Os09g0493500 was developed. We herein propose an F₁ hybrid seed production system using stable GMS with a simple selection method of GMS plants.     

芽胞杆菌浸种对水稻内生细菌群落结构的影响

水稻内生细菌群落是反映植株内环境是否健康稳定的重要生物学指标,芽胞杆菌是防治水稻病害的重要生防微生物。为揭示芽胞杆菌浸种处理对水稻内生细菌群落结构的影响,采用Illumina MiSeq测序的方法对水稻内生细菌的16S rRNA基因进行测序,剖析了芽胞杆菌浸种处理对不同水稻组织内生细菌的微生态调控作用。结果表明,3种芽胞杆菌浸种处理可以提高水稻根和茎部内生细菌群落的丰富度和均匀度,降低叶部内生细菌群落的丰富度和均匀度,显著增加根部内生细菌群落多样性。变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是水稻根部和茎部共有优势菌门,厚壁菌门和芽胞杆菌属(Bacillus)是叶部共有优势菌门和属。芽胞杆菌浸种处理显著提高了叶部内生厚壁菌门和芽胞杆菌属的相对丰度,增加了根系和茎部组织内生细菌的分类单元OTU(Operational Taxonomic Units)数量,对叶部组织影响不明显;降低了茎部和叶部中参与各种代谢通路的内生细菌丰度,显著增加了根部参与代谢通路的内生细菌丰度。因此,3种芽胞杆菌浸种处理可以显著改变水稻根部、茎部和叶部内生细菌群落结构,改善水稻生长的微生态环境。