高赖氨酸的高单系列玉米种子蛋白分析

对含有opaque—2和flour—2基因型的高单系列玉米进行了赖氨酸含量和种子蛋白分析。高单3号的赖氨酸含量比当地品种高出105％,产量高6％。高单系列玉米种子内含赖氨酸高的盐溶和水溶蛋白含量提高了1.6～2.0倍,不含赖氨酸的醇溶蛋白在opaque—2基因型的品种中都减少了一半以上。     

优质蛋白玉米02基因控制赖氨酸超量积累的分析

以３８个ＱＰＭ（或０２）和对照普通玉米为实验材料,进行０２基因控制赖氨酸超量积累的生化和遗传分析。主要实验结果如下：（１）ＱＰＭ玉米０２基因为隐性的单基因遗传,它控制着胚乳、雄穗和幼苗期叶片中赖氨酸的超量积累,一些修饰因子和遗传背景对胚乳物理性状产生影响;（２）ＱＰＭ玉米、普通玉米的胚较之胚乳,或者ＱＰＭ玉米胚乳较之普通玉米胚乳都含有较多的天门冬氮酸、甘氨酸、赖氨酸和精氨酸,含有较少的脯氨酸、谷氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸;（３）两种玉米之间,在胚乳蛋白质含量及胚乳可溶性蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白的赖氨酸含量方面没有什么不同;（４）已经育成一批ＱＰＭ或０２玉米自交系,并配制出几个强优势杂交组合。     

玉米O2/o2近等基因系胚乳中基因表达差异分析

对玉米Hz85(O2/O2)和 Hz85(o2/o2)以及S7913(O2/O2)和 S7913 (o2/o2)两种不同核背景下的近等基因系(NIL),采用cDNA芯片杂交技术研究玉米o2突变基因及赖氨酸形成和胚乳发生相关基因在RNA水平上的表达差异。在两套NILs中检测到共同的表达差异克隆87个,对其序列分析得到26个TUGs（tentative unique genes）、11个未命名蛋白和6个新序列。这些TUGs分别参与了生长发育、胁迫响应、物质运输、信号转导、电子传递链、细胞防御、代谢等细胞过程,以及作为细胞组分和贮存蛋白。基于O2/o2 NILs间胚乳发育中基因表达的差异,讨论了o2籽粒中的不透明粉质胚乳形成的分子机制。     

玉米自交系干旱应答基因的鉴定

为开发耐旱分子选择标记提供有用信息,用mRNA差异显示技术分离耐旱玉米自交系‘81565’在干旱胁迫与灌溉对照之间差异表达的基因,发现MD1、MD2和MD3三个在干旱胁迫下差异表达的片段。MD1和MD2为下调表达,MD3为上调表达。序列分析和同源性比对表明,MD1与编码成熟酶的玉米叶绿体基因matK有97％的相似性,MD2与极端耐旱植物Sporobolus stapfianus编码丝氨酸／苏氨酸蛋白磷酸酶的PP2C基因有99％的相似性,MD3与属精氨酸／赖氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶类的水稻metacaspase酶基因有99％的相似性。根据MD2片段序列,结合电子克隆和RT-PCR方法,克隆出一条1731bp的全长cDNA序列,它编码388个氨基酸。此氨基酸序列包含丝氨酸／苏氨酸蛋白磷酸酶2C的催化中心结构域,被认定为玉米PP2C基因族的新成员,命名为ZmPP2Ca。实时荧光定量PCR结果表明,在干旱胁迫下,ZmPP2Ca基因在3个耐旱自交系中呈下调表达,在2个不耐旱自交系中呈上调表达。     

蓝色花形成的基因工程进展与育种策略

蓝色花观赏价值高,花色成因复杂。目前,在蓝色花色形成机理和基因工程育种研究方面取得了大量的研究进展。综述了蓝色花形成的化学、生理学和分子生物学机理,利用基因工程技术培育蓝色花的育种实践:包括转入花青素苷合成途径上的关键酶基因,抑制内源竞争酶基因,转入液泡pH值调节基因和金属离子转运蛋白基因等。在此基础上总结出几种蓝色花基因工程育种的基本策略,以期为蓝色花基因工程育种提供参考。     

高赖氨酸蛋白基因在大肠埃希菌中的表达

从四棱豆中克隆高赖氨酸蛋白基因wblys,通过PCR扩增wblys片段,转入原核表达载体pGEX-4T-1,构建pGEX-4T-1/wblys大肠埃希菌工程菌,表达重组蛋白,IPTG诱导后,发现细菌全蛋白在44 ku(含GST标签)处多出1条明显条带。HPLC检测赖氨酸含量。诱导后菌体总赖氨酸含量比正常菌体提高15.84 mg/g。在大肠埃希菌中高效表达植物源高赖氨酸蛋白基因,为该基因在益生菌中表达提供研究工作基础。     

西藏近缘野生大麦主要营养品质鉴定评价

对1022份西藏近缘野生大麦种质资源的主要营养品质性状进行了测定,了解了其籽粒的蛋白质、赖氨酸、总淀粉的含量状况,筛选出一批高蛋白质、高赖氨酸的优质资源,为我国大麦优质育种提供物质基础。     

玉米逆境响应相关转录因子ZmC2H2-1基因克隆及功能验证

玉米是我国第一大作物,提高玉米的抗逆性是玉米育种的重要目标性状之一。植物C2H2型锌指蛋白广泛参与植物各个时期的生长发育及逆境应答过程。本研究从玉米中分离了转录因子ZmC2H2-1基因并对其功能进行了初步研究。结果表明,ZmC2H2-1属于C2H2锌指蛋白转录因子家族,编码蛋白主要位于细胞核中,酵母自激活实验表明ZmC2H2-1不具有自激活活性;干旱、盐和ABA等逆境可抑制ZmC2H2-1基因在玉米中的表达;过表达ZmC2H2-1基因的拟南芥叶片失水速率更快,在PEG、高盐和ABA处理条件下,与对照相比转ZmC2H2-1基因拟南芥耐逆性降低,以上结果说明ZmC2H2-1基因是作为玉米抗逆的负调控因子参与了逆境胁迫应答。本研究为深入解析玉米ZmC2H2-1的调控网络和玉米的抗逆调控机制奠定了基础。     

玉米对生基因转育对主要农艺性状影响的研究

本研究利用对生基因转育获得的对生与互生近等基因系及其杂交组合,分析了对生基因转育对玉米主要农艺性状的影响。结果表明对生自交系的产量性状一般低于互生自交系;对生系的油脂和淀粉含量高于互生系,而在蛋白质、赖氨酸和色氨酸含量上两者差异不明显;对生基因转育对玉米产量和品质性状间的相关性无不良影响。因此,对生基因的转育不影响玉米的产量和品质性状的同步改良。     

基因枪转化法对抗旱基因导入玉米的研究

全球水资源短缺,干旱已是玉米生产发展的主要限制因素。通过培育抗旱能力提高的转P5CS基因玉米株系,为玉米抗旱遗传育种提供新材料。利用基因工程策略构建植物表达载体p BPC-P5CS-F129A,用基因枪法对玉米自交系京501幼胚愈伤组织进行遗传转化,在选择培养基中加入10 mg/L的草丁膦进行筛选,对草丁膦抗性再生植株进行了PCR检测和Northern blot鉴定,对转P5CS基因玉米植株进行了抗旱性分析。结果表明,与对照相比,转基因植株的抗旱能力得到提高。干旱胁迫下,转P5CS基因玉米植株的脯氨酸含量比对照高,而丙二醛含量比对照低。     

大刍草稀有等位基因促进玉米密植高产

密植是提高作物单位面积产量、促进粮食增产的重要途径之一。叶夹角是影响玉米(Zea mays)密植的关键因子。中国农业大学田丰课题组最近克隆了2个调控玉米叶夹角的数量性状位点(QTL)——UPA1和UPA2, 揭示了这2个位点的功能基因(brd1和ZmRAVL1)通过油菜素内酯(BR)信号通路调控叶夹角。UPA2位于ZmRAVL1上游9.5 kb, 可与DRL1蛋白结合。另一个影响玉米叶夹角的蛋白LG1可以激活ZmRAVL1的表达; DRL1蛋白与LG1蛋白直接互作抑制LG1对ZmRAVL1的激活表达。玉米祖先种大刍草(teosinte)的UPA2位点序列与DRL1蛋白结合能力更强, 导致大刍草ZmRAVL1的表达受到更强的抑制, 下调表达的ZmRAVL1进一步使下游基因brd1的表达下调, 进而降低叶环区的内源BR水平, 导致叶夹角变小。将大刍草的UPA2等位基因导入到玉米中或对玉米中ZmRAVL1进行基因编辑, 在密植条件下均可显著提高玉米产量。上述发现为高产玉米品种的分子育种改良提供了重要理论基础和基因资源。     

玉米直链淀粉生物合成多基因转化载体构建

淀粉分支酶基因sbe是影响玉米直链淀粉含量的主要因素,淀粉分支酶分为3种即sbeI、sbeIIa和sbeIIb,其中sbeIIb对直链淀粉含量影响效应最大,抑制玉米淀粉分支酶sbeIIb基因的表达可减少支链淀粉的含量,从而达到提高直链淀粉的目的;ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)是直链淀粉合成的关键酶,通过提高AGP表达量同样可提高玉米直链淀粉含量。以此为目的分别克隆了sbeIIb一段375bp高度保守区,玉米SBE基因一段175bp内含子,AGP完整开放阅读框,大麦胚乳特异启动子和ADPG基因终止子。构建了sbeIIb基因正、反义的hpRNA发夹结构,将该发夹结构与上述基因分别连接到pCAM-BIA3301上;构建得到包含sbeIIb基因干扰结构与AGP基因过表达的pCAMB-RSA多基因胚乳特异表达载体。为此,pCAMB-RSA载体的成功构建将为高直链淀粉玉米的培育奠定基础。     

小麦高分子量麦谷蛋白亚基鉴定及其品质效应研究进展

高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS,high molecular weight glutenin subunits)是小麦子粒贮藏蛋白的重要组成成分,其组成、搭配、表达水平及含量决定面团弹性和面包加工品质。本文主要介绍了小麦HMW-GS编码基因的克隆、分子特征、分子标记开发及其在小麦育种中的应用,并综述了不同HMW-GS与面粉加工品质之间的关系,以及HMW-GS基因遗传转化、微量配粉和突变体培育等方面的研究进展,分析了目前研究中存在的主要问题,认为通过分子标记辅助选择和转基因技术聚合优质亚基,培育优质面包小麦品种和明确各个HMW-GS基因的品质效应是今后的研究重点。     

大刍草稀有等位基因促进玉米密植高产

密植是提高作物单位面积产量、促进粮食增产的重要途径之一。叶夹角是影响玉米(Zea mays)密植的关键因子。中国农业大学田丰课题组最近克隆了2个调控玉米叶夹角的数量性状位点(QTL)——UPA1和UPA2, 揭示了这2个位点的功能基因(brd1和ZmRAVL1)通过油菜素内酯(BR)信号通路调控叶夹角。UPA2位于ZmRAVL1上游9.5 kb, 可与DRL1蛋白结合。另一个影响玉米叶夹角的蛋白LG1可以激活ZmRAVL1的表达; DRL1蛋白与LG1蛋白直接互作抑制LG1对ZmRAVL1的激活表达。玉米祖先种大刍草(teosinte)的UPA2位点序列与DRL1蛋白结合能力更强, 导致大刍草ZmRAVL1的表达受到更强的抑制, 下调表达的ZmRAVL1进一步使下游基因brd1的表达下调, 进而降低叶环区的内源BR水平, 导致叶夹角变小。将大刍草的UPA2等位基因导入到玉米中或对玉米中ZmRAVL1进行基因编辑, 在密植条件下均可显著提高玉米产量。上述发现为高产玉米品种的分子育种改良提供了重要理论基础和基因资源。     

优质蛋白玉米胚乳贮存蛋白积累的电泳分析

玉米胚乳的２２ ｋＤ和２０ ｋＤ醇溶蛋白在授粉后１５ 天开始积累,编码２２ ｋＤ 和２０ ｋＤ醇溶蛋白的结构基因在胚乳发育过程中同时表达。优质蛋白玉米和ｏ２ 玉米的胚乳中,２２ ｋＤ和２０ ｋＤ醇溶蛋白的合成受到抑制,即ｏ２ 基因对２２ ｋＤ和２０ ｋＤ醇溶蛋白的合成有负的调节作用。Ｍｏ１７／ｏ２ 和Ｍｏ１７ 胚乳醇溶蛋白的双向电泳结果表明,Ｍｏ１７／ｏ２ 的２７ ｋＤ、２２ ｋＤ、２０ ＫＤ和１５ ｋＤ醇溶蛋白的合成均受到强烈的抑制。遗系０４１／ｏ２ 和遗系０４０／ｏ２ 胚乳醇溶蛋白的双向电泳结果表明,二者只在高分子量的蛋白质斑点区域有一些细微的差别。可溶性蛋白的ＳＤＳ－ＰＡＧＥ分析表明,Ｍｏ１７／ｏ２ 胚乳的可溶性蛋白比其同型系Ｍｏ１７ 少３８．７ ｋＤ 和２６．７ ｋＤ两条谱带,多２７．２ ｋＤ和２６．１ ｋＤ两条谱带。二者出现的可溶性蛋白的差异是ｏ２ 基因调控的结果。遗系０４１／ｏ２ 胚乳的可溶性蛋白比其同型系０４０／ｏ２ 多１８．６ ｋＤ和１７．６ ｋＤ两条谱带,少４０．２ ｋＤ 一条谱带,这与ｏ２ 基因修饰因子的作用密切关联     

玉米籽粒淀粉含量遗传基础与调控机制*

玉米是世界上种植面积最大、总产量最高的粮食作物,其籽粒重量的70%来自于淀粉。淀粉不仅是人类及其他动物的主要能量来源,同时也是化工等行业的重要原料。利用拟南芥、水稻等模式植物,淀粉合成相关基因克隆与功能研究已取得较多进展。近年来,随着玉米淀粉含量相关遗传学研究的深入开展,通过数量性状位点(quantitative trait locus mapping,QTL)定位、全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)及各种组学分析方法,发现了较多新的与淀粉含量相关的遗传位点及候选基因,但是尚缺乏归纳总结。综述了玉米籽粒淀粉合成与调控研究进展,对玉米籽粒淀粉含量相关的QTL和基因进行汇总和分析,通过构建一致性物理图谱,提炼玉米籽粒淀粉含量遗传定位热点区间,这为进一步解析玉米籽粒淀粉合成与代谢相关基因的功能提供参考,并为分子标记辅助育种提供遗传资源。     

玉米FAD2基因的克隆及序列分析

高等植物中的A12脂肪酸脱饱和酶是将油酸转化为亚油酸的酶。根据已发表的其他高等植物的FAD2基因的保守序列设计同源引物,通过RT—PCR从玉米幼胚中扩增得到一个特异的cDNA基因片段。通过生物信息学分析,从玉米幼胚cDNA和基因组中均扩增得到1164 bp FAD2基因（GenBank登陆号：DQ496227）,它编码387个氨基酸,含有完整的ORF框,在ORF框内无内含子。序列联配与树状分析结果表明,FAD2推导的氨基酸序列与其他物种的A12脱饱和酶基因具有同源性。它含有3个组氨酸保守域和2段很长的疏水区,是一个跨膜4次的膜结合蛋白。半定量RT—PCR分析显示FAD2基因在玉米幼胚中表达量最高,在叶、茎、根中亦有低水平表达。     

玉米花药培养和单倍体育种的研究新进展

利用花药培养获得单倍体,从而加速育种进程,是一项新兴的生物技术,目前在玉米育种中广泛应用。本文综合近几年来国内外玉米的花药培养、单倍体育种以及基因工程等方面的研究进展,重点对影响玉米花药培养效率的诸多因素进行了详细论述,并讨论了利用单倍体植株进行基因转导的潜力。     

水稻谷蛋白GluA-2基因在小麦胚乳中的表达

水稻(Oryza sativa L.)谷蛋白(Glutelin)约占水稻储藏蛋白总量的80%,谷蛋白赖氨酸含量较高并易于被人体消化吸收.为了提高小麦(Triticum aestivum L.)的营养品质,将水稻谷蛋白GluA-2基因的cDNA序列导人小麦栽培品种Bobwhite(T. aestivum cv.Bobwhite).共轰击了600个小麦幼胚,经PCR和Southern杂交鉴定,共获得4棵转GluA-2基因小麦;SDS-PAGE分析表明,GluA-2基因在3棵转基因植株及其后代中表达,在1棵转基因植株中未表达,但其内源的高分子量麦谷蛋白亚基Bx7和By9含量显著降低,并且可遗传至T1代.     

转C4光合固碳相关基因水稻的研究进展

近10年来, 转C4光合固碳相关基因水稻的研究取得了长足进展, 已受到国内外科学界的广泛关注。本文简要介绍并评述了有关方面的研究进展, 包括水稻的C4光合固碳基因工程、转C4固碳相关基因水稻光合和光氧化的生理特性及转C4光合固碳相关基因水稻的生理育种3个方面; 提出以常规育种和生物技术相结合, 开展转C4光合固碳相关基因水稻的生理育种, 是培育优质、高产超级稻的有效途径。