等位基因特异PCR技术的研究与应用

生物的单核苷酸多态性(Single-nucleotide polymorphism,SNP)具有数量多、分布广、易于分型、稳定性强等优点,很适合于用做分子标记.等位基因特异PCR(Allele-specific PCR,AS-PCR)是根据SNP位点设计3'末端与SNP位点碱基互补或错配的特异PCR引物,通过凝胶电泳等方法检测PCR扩增产物的有或无,从而检测基因型中SNP的一种技术.经过不断地改进与完善,基于SNP的等位基因特异PCR标记已逐渐成为一种快速、简便、低成本、可靠、高通量的检测基因型SNP的方法.本文应用等位基因特异PCR技术,根据小麦TaDREB1基因在旱选10和鲁麦14的120(C→A)SNP成功地开发了一个SNP分子标记,证明了该方法的有效性和可行性.     

基于珙桐SNP位点的dCAPS标记开发

本研究收集了珙桐、喜树等19份植物材料,运用分子生物学和生物信息学手段比对分析了rpoB,rpoC,matK等8个基因碱基序列上的单核苷酸多态性(SNP)位点,在atpF-atpH基因上找到了合适的SNP位点并设计了dCAPS引物,经PCR扩增和酶切验证后,将SNP转化为衍生型酶切扩增多态性序列(dCAPS)标记,可促进SNP标记在珙桐的遗传图谱构建、基因定位、种质资源鉴定、遗传多样性研究等领域的应用。     

高保真酶特异性检测大鼠SNP基因型新方法

目的应用高保真酶（Pfu）和3’末端修饰引物在单管双向等位基因特异性扩增（SB-ASA）中区分SNP基因型,建立高保真酶特异性检测SNP基因型的新方法。方法选取近交系大鼠SNP位点,以RS8149053为例,设计两个外部引物和两个等位基因特异性引物,四引物3’末端进行硫代磷酸化修饰,应用高保真聚合酶（Pfu）进行特异性扩增,扩增结果测序验证其可靠性。结果在RS8149053 SNP位点（C/T）上,等位基因型CC扩增出179 bp目的片段,基因型TT扩增出597 bp目的片段,基因型不同则扩增出分子量不同的片段,目的条带测序结果与Rat Genome Database数据库基因型结果一致,高保真酶扩增结果稳定且特异性强。结论高保真酶等位基因特异性扩增技术能有效降低假阳性率,是一种快速、特异的SNP基因分型新方法。     

四引物PCR扩增反应的单管SNP快速测定法

建立一种在单管中进行单核苷酸多型性 (SNP)快速测定的高效廉价方法 .以人ABCA1基因中的I82 3M为研究对象 ,设计 4种引物进行PCR扩增 ,其中两种引物用于扩增一段含有SNP位点的DNA片段 ,另两种引物为SNP位点特异性引物 ,4种引物在单管中同时进行PCR扩增反应 ,根据延伸产物的长度确定SNP的类型 .为提高SNP测定的特异性 ,在特异性引物的 3′端倒数第 3个碱基引入了一个人为错配碱基 ,使引物的错误延伸率显著降低 ,大大提高了SNP分析的准确性 .实验结果表明 ,所建立的方法简单 ,操作简便 ,可在单管中完成SNP的测定反应 .     

烟草种质基因分型核心SNP标记的开发

基于KASP(kompetitive allele specific PCR)技术平台，开发并验证可用于烟草核心种质基因分型的SNP(single nucleotide polymorphism)标记和对应检测引物，为烟草种质基因型鉴定评价、遗传多样性分析、核心种质筛选等提供技术和数据支持。利用Python和Perl脚本程序对覆盖烟草全基因组的1 179 154个SNP位点进行KASP引物设计和筛选，并通过试验验证其准确度和可用性。结果共有217 621个SNP位点完成了对应KASP引物设计，选择1 378个SNP位点进行试验验证，明确了732个可作为SNP标记，并确定48个SNP标记作为烟草种质资源基因分型的核心标记。这48个核心标记在烟草24条染色体上平均分布，平均PIC为0.36，平均MAF为0.39。利用确定的48个核心SNP标记，可以将各供试种质特别是将当前主栽烟草品种基因型进行区分，且标记具有极高的可靠性。     

一种基于适配器连接介导的等位基因特异性扩增法测定多重SNP

建立了一种基于DNA适配器连接介导的等位基因特异性扩增法测定多重SNP。以CYP2D6基因中的5个SNP位点（100C>T,1661G>C,1758G>T,2470T>C和2850C>T）为例,用PCR法预扩增得一段含所有待测SNP位点的长片段,然后用限制性内切酶将其消化成短片段,在连接酶的作用下与设计的DNA适配器（adapter）相连;该适配器的一端与限制性内切酶降解后留下的粘性末端相同,另一端带有一段公共序列。在两管中加入与适配器连接的片段作为PCR扩增模板,并分别加入SNP特异性引物和一种适配器特异性的通用引物进行PCR扩增,最后用凝胶电泳法分离PCR扩增产物。由于每管与SNP的两种特异性引物中的一种对应,可以根据每管中扩增片段的大小判断SNP的类型。通过凝胶电泳法可以一次分离与5种SNP类型相对应的引物特异性延伸反应产物;采用该法成功测定了20名健康中国人的CYP2D6基因中5个SNP位点的基因多态性,与限制性片段长度多态性法（RFLP）测定结果完全一致。该方法采用n+1种引物（n种SNP特异性引物和一种通用引物）进行n重PCR反应,极大提高了PCR反应的特异性,结果准确,可用于同时测定多个SNP位点。

     

ACA基因启动子的克隆及功能初探

根据已知的ACA基因的5’端序列设计三个基因特异的反向引物(GSP-1,GSP-2,GSP-3)分别与11个简并引物(AD1-AD11)配对,进行热不对称嵌套PCR(Thermal asymmetric interlaced PCR,TAIL-PCR)扩增,获得了ACA基因起始密码子上游约700bp的片段。为检测其表达特性,构建了该片段与Gus嵌合基因的表达载体pBpAG,在真空条件下通过农杆菌介导,转化了植物的叶、果实、种子三种不同组织,Gus瞬时表达染色结果显示,该DNA片段具有种子特异的启动子活性?对该启动子的一些顺式元件进行了讨论。     

ACA基因启动子的克隆及功能初探

根据已知的ACA基因的 5 '端序列设计三个基因特异的反向引物 (GSP-1,GSP-2 ,GSP-3)分别与 11个简并引物 (AD1-AD11)配对 ,进行热不对称嵌套PCR(ThermalasymmetricinterlacedPCR ,TAIL-PCR)扩增 ,获得了ACA基因起始密码子上游约700bp的片段。为检测其表达特性 ,构建了该片段与Gus嵌合基因的表达载体pBpAG ,在真空条件下通过农杆菌介导 ,转化了植物的叶、果实、种子三种不同组织 ,Gus瞬时表达染色结果显示 ,该DNA片段具有种子特异的启动子活性。对该启动子的一些顺式元件进行了讨论。     

洞庭湖日本血吸虫疫区东方田鼠生化与分子遗传学标记的初步研究

目的建立东方田鼠生化与分子遗传学标记检测法.方法参考近交系小鼠、大鼠生化遗传标记检测方法,对东方田鼠某些同功酶进行活性测定.根据东方田鼠特异DNA序列,合成引物,扩增东方田鼠基因组DNA,将PCR产物回收、序列分析并进行生物信息学分析.结果东方田鼠Trf、Es-3和Ce-2三个生化位点呈现遗传多态性,而Id1、Mod-1、Car-2、Gpd-1、Gpi-1、Hbb、Es-1七个生化位点无遗传多态性.用合成的特异引物扩增东方田鼠基因组DNA,得到了丰富的多态性资料.对其中的20只东方田鼠的扩增产物进行测序并进行多序列比较,发现10个等位基因以及16个单核苷酸多态性(SNP)位点.结论初步建立了东方田鼠生化及分子遗传学标记.分子遗传学标记与生化遗传标记相比,具有杂合率高、重复性好、易于操作等优点.这些结果为深入研究东方田鼠的遗传背景、生物进化规律积累了基础资料.     

基于引物扩增受阻突变技术开发水稻耐冷基因CTB4a特异性分子标记

水稻(Oryza sativa)作为热带与亚热带起源的作物对低温敏感.对水稻种质进行耐冷性鉴定,能筛选出耐冷性强的种质,发展耐冷基因分子标记,能够有效鉴别种质中耐冷基因的基因型.本研究使用芽期4℃低温处理10d对41份水稻材料进行芽期耐冷鉴定,对品种的芽期耐冷能力进行评价,获得了参试材料中除了'昆明小白谷'之外的芽期耐冷性最强的品种'南特号'.对已克隆的耐冷基因CTB4a开发分子标记,能够辅助选择水稻的耐冷育种.水稻孕穗期耐冷基因CTB4a来源于'昆明小白谷',能够影响水稻抵抗低温的能力.参照公布的CTB4a序列信息,从中挑选出序列中的作用位点SNP(单核苷酸多态性,single nucleotide polymorphism),结合引物扩增受阻突变技术(Penta-primer amplification refractory mutation system,PARMS),用Primer 6.0设计引物,建立CTB4a基因荧光分子标记GM-CTB4a,使用荧光分子标记GM-CTB4a对41份水稻品种进行鉴定,使用酶标仪在'昆明小白谷'中检测到利用标记扩增产物中包含'昆明小白谷'特异SNP、T碱基引物携带的FAM荧光信号,在另外40份品种的扩增产物中检测到包含作用位点的C碱基引物携带的HEX荧光信号.本研究利用设计的分子标记,鉴定了 41份水稻品种的耐冷性和基因型.比对分析耐冷性和基因型鉴定结果,说明我们开发的分子标记GM-CTB4a特异性较强,具有实际应用价值.研究结果为利用水稻孕穗期耐冷基因CTB4a培育强耐冷水稻品种奠定坚实基础.     

用单性结实基因2A11-iaaM转化罗汉果的研究

为了实现罗汉果生产中免除人工授粉和果实无籽化,该研究利用pBI121-Gus构建果实特异启动子2A11与生长素合成相关基因iaaM的嵌合基因(2A11-iaaM)过量表达载体,以罗汉果雌株叶盘为材料,采用农杆菌介导法建立罗汉果高效遗传转化体系,转化和创制单性结实罗汉果种质,通过基因特异引物对的PCR扩增,初步检测出转基因阳性植株,将之移栽大田,观察转基因植株的单性结实性的表现。结果表明:构建罗汉果单性结实性相关的pBAI-Gus植物双元表达载体获得成功;建立了农杆菌介导的罗汉果叶盘遗传转化优化体系,即农杆菌菌液OD_(600)值为0.3～0.5,侵染10 min,最优选择培养基为MS+TDZ 0.7 mg·L~(-1)+IBA 0.5 mg·L~(-1)+Kan 5 mg·L~(-1)+Cef 300 mg·L~(-1);经PCR鉴定共获得4株转基因阳性雌株;将阳性植株扩繁后移栽田间,经田间调查发现,24株阳性扩繁植株中有5株正常开花,占总植株数的20.8%,且其子房未经人工授粉发育成幼果,表现单性结实性。在载体构建和农杆菌介导的罗汉果遗传转化体系优化的基础上,将外源单性结实相关嵌合基因整合进罗汉果基因组并得到表达,为后续研究单性结实罗汉果的遗传生理,创制转基因罗汉果单性结实新种质,以及克服其产业化中需要人工授粉和无籽化提供了理论和应用基础。     

表皮葡萄球菌SarA对atlE、lipA和zinC基因表达调控的研究

表皮葡萄球菌 (Staphylococcus epidermids) 是一种条件致病菌，SarA(Staphylococcal accessory regulator A)是该菌中一个全局性调控因子，它控制着细胞中许多与毒性相关的基因表达. 报道了SarA在转录水平直接调控atlE、lipA和zinC基因的表达. RT-PCR和lacZ报告基因的分析结果显示，在表皮葡萄球菌ATCC35984中，SarA对atlE (自溶酶基因) 表达起负调控作用，而对lipA (脂肪酶基因) 和zinC (膜相关锌金属蛋白酶基因) 的表达则有正调控作用. 生物信息学分析表明，SarA控制atlE，lipA和zinC 3种基因表达可能是通过与被调控基因上游的特定DNA序列的结合来实现的，该DNA结合区保守并富含AT碱基. 根据已报道的金黄色葡萄球菌中SarA的结合位点序列，利用Omiga软件分析并推测了SarA结合atlE，lipA和zinC的可能区域. 基于SarA是一种多功能的毒素相关调控因子，结果提示，SarA能调控众多因子，可以作为防治表皮葡萄球菌感染的一个药物筛选靶点.     

藏药多刺绿绒蒿种子萌发特性研究

多刺绿绒蒿(Meconopsis horridula)为罂粟科绿绒蒿属一年生草本植物,是一种极具观赏价值和药用价值的高山植物,目前处于濒危状态,因此研究多刺绿绒蒿种子的萌发特性对其种子育苗及人工栽培具有重要意义。为了提高多刺绿绒蒿的种子发芽率,该研究以多刺绿绒蒿的种子为材料,分析了不同消毒剂、浸种时间、温度和外源植物激素对种子萌发特性的影响。结果表明:(1)最适消毒方法为75%乙醇1 min+3%H2O25 min,最适浸种时间为24 h,最适温度和光照条件为20℃/10℃(光照12 h/黑暗12 h),用无菌水浸种后的种子发芽率为49.67%。(2) GA_3100～600 mg·L~(-1)和NAA 5～30 mg·L~(-1)可以提高种子的发芽率、发芽势和发芽指数,缩短发芽启动时间和发芽持续时间,对种子的萌发有促进作用。(3) 6-BA 5 mg·L~(-1)和10 mg·L~(-1)对种子的萌发有一定的促进作用,但不显著,6-BA浓度≥15 mg·L~(-1)则抑制种子的萌发。(4)用GA3500 mg·L~(-1)浸种后的种子发芽指标最好,发芽率、发芽势和发芽指数分别为69.67%、33.00%、4.51,种子的发芽起始时间和发芽持续时间分别为10.67 d、11.67 d。     

罗布麻CesA基因家族的生物信息学分析

植物体中纤维素是细胞壁形成的主要成分,不仅参与细胞形态的建成,调控细胞发育,还参与细胞内多种细胞信号转导途径,进而影响植物体的生长发育。纤维素合酶是植物体合成纤维素的主要酶类。为了探究CesA基因家族对罗布麻生长发育及纤维素合成的调控机理,该文通过生物信息学分析方法,从基因家族鉴定、结构分析、蛋白理化性质与多级结构预测、亚细胞定位、信号肽、进化关系和顺式作用元件等方面,对罗布麻CesA基因家族进行系统鉴定和分子特征分析。结果表明:基于全基因组测序,罗布麻CesA基因家族鉴定含有15个成员,分布在罗布麻11条染色体中的8条上,其编码蛋白的氨基酸数量为730～1 158,相对分子质量81 280.81～130 123.18 kDa,理论等电点6.18～8.83。除了AvCesA3、AvCesA5、AvCesA7、AvCesA10和AvCesA11蛋白为稳定蛋白,其余成员均为不稳定蛋白;除了AvCesA12蛋白为疏水性蛋白,其余成员均为亲水性蛋白。该家族成员包含3～14个外显子,8～15个保守基序。编码蛋白主要分布于质膜与高尔基体上,无信号肽,二级结构以无规则卷曲与α-螺旋为主要构成元件。AvCesA15蛋白的跨膜结构域和三级结构与其他成员存在显著不同。罗布麻CesA基因进化时主要受纯化选择作用。对上游1 500bp区域顺式作用元件分析,结果显示罗布麻CesA基因受到光、温度、水分、氧气等环境因子及生长素、赤霉素、脱落酸、乙烯、水杨酸等植物激素调控。该研究为进一步探究罗布麻CesA基因家族的生物学功能、提高纤维品质与品种改良奠定理论基础。     

瑞香属和荛花属的数量分类研究

瑞香属和荛花属为瑞香科瑞香亚科的落叶或常绿灌木,中国西南部是瑞香属和荛花属的重要分化中心。全世界共有瑞香属95种、荛花属70种,中国分布有瑞香属52种、荛花属49种。瑞香属和荛花属的分类学研究一直存在不同程度的分歧。花盘形状和果实类型在传统分类中一直是区分瑞香属和荛花属的典型特征,而花盘形态和果实类型在2个属中存在交叉和过渡,部分植物分类学家根据这些特征将两个属进行过不同程度的归并。该研究采用数量分类法对瑞香属77种(变种)和荛花属62种(变种)植物,选取32个形态学性状进行聚类分析和主成分分析。结果表明:聚类分析和主成分分析均显示两属均未形成单系类群。在主成分分析中,前3个主成分分析的贡献值为35.56%,传统分类中用来区分两属的花盘形状、叶序及果实类型等特征对前3个主成分贡献相对较小,因此,传统分类学中对这两个属进行区分的性状并没有典型的分类学意义。同时,聚类图和主成分分析得到的散点图均不能将这两个属区分开来。数量分类研究结果显示两属植物存在明显的交叉,支持瑞香属和荛花属不是两个独立自然类群的观点。     

除虫菊TcALDH和TcGLIP基因启动子克隆及功能分析

天然除虫菊酯是从除虫菊(Tanacetum cinerariifolium)中提取的绿色植物源生物杀虫剂。醛脱氢酶(TcALDH)和GDSL脂肪酶(TcGLIP)是除虫菊酯生物合成途径中的关键限速酶。为探究TcALDH和TcGLIP基因的功能,该研究从除虫菊无性系‘W99''中克隆得到TcALDH和TcGLIP基因的启动子,并通过生物信息学分析、组织化学染色(GUS染色)、荧光素酶报告实验和外源植物激素处理实验对其启动子的调控元件、启动子活性、激素诱导特异性和组织特异性进行分析。结果表明:(1)克隆得到的TcALDH和TcGLIP启动子序列分别为2 848、1 343 bp,均含有多个与逆境应答和激素信号相关的顺式作用元件。(2)分别构建了启动子和荧光素酶融合的植物表达载体,在烟草叶片中观察荧光成像发现,TcALDH启动子具有茉莉酸甲酯(MeJA)和脱落酸(ABA)激素诱导特异性。(3)用MeJA和ABA处理除虫菊‘W99''组培苗发现,TcALDH的表达量在12 h内受ABA诱导时上调,受MeJA诱导时先升高后降低,TcGLIP的表达量受ABA和MeJA诱导下调。(4)分别构建了TcALDH和TcGLIP启动子与GUS基因融合的植物表达载体,转化烟草并对其转基因叶片进行GUS活性染色发现,TcALDH启动子在烟草叶片腺体、腺毛头部及叶肉细胞中表达,而TcGLIP启动子仅在烟草叶肉细胞中表达。综上认为,TcALDH和TcGLIP的启动子具有组织特异性,TcALDH启动子具有MeJA和ABA激素诱导特性。该研究结果为除虫菊TcALDH和TcGLIP基因参与除虫菊酯合成的调控机制提供了新见解。     

纤枝短月藓BeLEA2基因的克隆及表达分析

为探究纤枝短月藓LEA2基因的结构和表达特征,该研究以纤枝短月藓为材料,首次利用PCR克隆技术得到纤枝短月藓BeLEA2基因序列,并对该基因进行分析。结果表明:(1)该基因序列中含有2个外显子和1个内含子,其开放阅读框(ORF)为456 bp,编码151个氨基酸,预测其相对分子质量为16515.96 Da。(2)将纤枝短月藓与其他植物LEA2基因氨基酸序列进行比对,构建系统进化树,结果显示纤枝短月藓与小立碗藓的亲缘关系最近。(3)利用HiTail-PCR技术克隆获得1072 bp的BeLEA2启动子序列,用PlantCARE在线工具对该启动子的顺式作用元件进行预测,结果表明该启动子除了含有核心启动子元件TATA-box和CAAT-box外,还含有ABRE、MYB、MYC、MYB结合位点(MBS)等其他顺式元件。(4)实时荧光定量PCR分析表明,BeLEA2基因在纤枝短月藓不同发育时期和不同组织中都有表达,且对脱水胁迫有响应。以上结果为进一步探究LEA2基因在苔藓植物中的功能及作用机制奠定了基础。     

麻疯树种子发育过程中JcOle14.3和JcOle16.6基因的表达模式研究

油质蛋白基因对种子中油体的形成至关重要,该研究通过实时荧光定量PCR,对麻疯树的两个油质蛋白基因JcOle14.3和JcOle16.6在种子不同发育时期的表达模式进行了分析。结果表明:两个基因在种子发育初期(10~30 d)表达量逐渐升高,但表达水平均较低;40 d时表达量急剧增加并达到最高,而种子发育后期(50~55 d)两个基因表达水平均逐渐降低。由此可初步推测,JcOle14.3和JcOle16.6基因的表达量可能与种子油脂积累量存在正相关。该研究结果为麻疯树油体形成机理和油质蛋白的深入研究提供了理论基础。     

柠条锦鸡儿F3H基因克隆及功能分析

柠条锦鸡儿为豆科灌木,对各种环境胁迫具有较强的适应能力,类黄酮是天然的抗氧化剂,花青素属类黄酮化合物,逆境胁迫会影响植物体内花青素的合成,而黄烷酮3-羟化酶(F3H)是花青素生物合成所必需的一种关键酶。该研究成功分离克隆了柠条锦鸡儿的F3H基因,命名为CkF3H。CkF3H基因的开放阅读框(ORF)为1095 bp,编码364个氨基酸,推测的蛋白质分子量为41.3 kDa,理论等电点为5.9。生物信息学分析发现,CkF3H基因序列与其它植物F3H有较高的一致性,推测CkF3H蛋白与其它植物F3H蛋白具有相似的功能。利用染色体步移法克隆得到CkF3H起始密码子ATG上游468 bp的启动子序列,PlantCARE软件分析表明,该序列具有启动子的基本元件CAAT-box和TATA-box以及多种与逆境胁迫相关的顺式调控元件。实时荧光定量PCR分析表明,CkF3H在柠条的根、茎和叶中均有表达,没有组织特异性;CkF3H的表达受低温、高盐、干旱和高温胁迫的诱导,并且在低温胁迫下,CkF3H的表达还受到光周期的影响。综上所述,研究结果表明CkF3H基因在柠条锦鸡儿适应低温、高盐、干旱和高温胁迫的过程中发挥作用。     

马尾松细胞分裂素羟化酶基因PmCYP735A克隆与表达分析

该文首次在针叶树种马尾松(Pinus massoniana)中采用cDNA末端快速克隆(RACE)技术克隆,并鉴定出1个CYP735A基因。结果表明:马尾松CYP735A基因(PmCYP735A) cDNA全长为1 744 bp,包括1 647 bp的开放阅读框,44 bp的5'端非翻译区和53 bp的3'端非翻译区。该基因编码蛋白由548个氨基酸残基组成,其二级结构含有丰富的α-螺旋和无规则卷曲。该基因编码蛋白不含跨膜区域,且无信号肽酶切位点,在399～406个和475～484个氨基酸残基存在P450超家族保守特征序列ETLRLYP(ExxRxxP)和血红素结合区域(Heme-binding region) FSFGPRKCVG (FxxGxRxCxG)。系统进化树分析表明,马尾松PmCYP735A与水稻、玉米、拟南芥CYP735A蛋白归属于同一小的进化枝,可可、毛果杨、麻风树和橡胶树等的CYP735A同源蛋白相对集中的定位于另一进化分支。实时定量PCR检测发现,PmCYP735A基因在马尾松根和茎中的表达量显著高于叶,该基因响应外源生长素NAA诱导表达,随着诱导时间呈现先上升再下降的表达趋势。以上结果有助于深入探究CYP735A基因家族的生物学功能及其在物种间的表达调控异同,为进一步挖掘马尾松优异基因资源奠定基础。