水稻单C2H2型锌指基因ZOS2-01的表达与功能分析

拟南芥超雄基因(SUPERMAN,SUP)是一个单C2H2锌指基因.该基因突变后会造成雌蕊同源转化为雄蕊,正常的心皮发育受阻,因此SUP在控制花第3/4轮边界的建立和胚珠的发育中起重要作用.为了探知水稻中的SUP同源基因是否也存在类似的功能,我们根据拟南芥SUP的功能结构域,从水稻中克隆了一个与SUP类似基因,命名为ZOS2-01,并对其表达和功能进行了分析.结果表明,ZOS2-01与拟南芥的SUP和矮牵牛的PhSUP1在系统进化树上处于同一分支且与SUP的功能结构域完全相同.定量PCR和GUS表达分析表明,除胚乳外,ZOS2-01几乎在所有组织和器官中表达,但在幼穗中的表达量最高,暗示它可能参与了水稻的营养生长和花器官发育的调节.然而,采用RNA干扰和过量表达的方法减少和增加ZOS2-01的表达并没有明显影响水稻的生长发育,转基因水稻的营养生长正常,花器官发育也没有明显异常且结实正常.这些结果表明,尽管水稻ZOS2-01与拟南芥SUP具有相同的功能结构域,但它们的表达和功能可能已出现了分化,或者水稻中存在多个功能冗余的SUP类似基因.     

水稻msp1-4突变体的鉴定及其UDT1和GAMYB基因的表达分析

通过对粳稻‘9522’辐射诱变,得到一隐性雄性不育突变体msp1-4（MULTIPLE SPOROCYTE）,用遗传定位方法将该基因座位定位在分子标记WY-4和WY-8之间,相距0．8cM,物理距离247kb。测序分析证明这247kb区间中的MSP1基因的编码区在第758bp到767bp之间发生了10个碱基的缺失。形态学观察结果表明该突变体和已经报告过的msp1突变体的表型基本一致。为分析水稻其它与花药发育相关的基因在msp1-4中的表达变化,用半定量RT-PCR技术检测到影响绒毡层和花粉发育的重要基因UDT1和GAMYB的表达在突变体中比在野生型水稻中低,说明这2个基因可能位于MSP1基因的下游。     

水稻OsRab5a基因功能的初步分析

水稻OsRab5a基因在根、茎、叶、根茎结合部和颖片及愈伤组织中均有表达;OsRab5a蛋白主要参与细胞内吞过程的早期膜泡运输,GFP—OsRab5a主要存在于细胞膜上和早期内吞小体中,而GFP—OsRab5aCA则大多存在于细胞膜上。OsRab5a RNA干涉载体转化水稻愈伤组织后,导致愈伤组织在分化过程中死亡,OsRab5a基因的表达略受细胞分裂素的诱导,在分化过程中表达增强,从而推测OsRab5a可能参与激素的信号转导而在愈伤分化过程中发挥重要作用。     

水稻PKC蛋白Os07g48290与CATs的互作及表达模式分析

过氧化氢酶(catalase,CAT)能有效消除或减轻氧化损伤,其酶活性受磷酸化修饰调控。现运用PCR技术从水稻中克隆了一个与蛋白激酶Cδ(protein kinase Cδ,PKCδ)同源的Os07g48290基因。亚细胞定位分析发现Os07g48290主要定位在细胞膜上。酵母双杂交实验发现,Os07g48290能与CATs(CatA、CatB和CatC)相互作用,其中Os07g48290-CatC间的互作更强。双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation,BiFC)与共定位实验进一步证实了Os07g48290与CATs的互作,并且其互作场所均位于细胞膜上。此外,Os07g48290和CATs的表达模式分析发现,Os07g48290和CATs主要在叶片中表达,而且其转录表达受NaCl与H_2O_2胁迫处理的诱导。总之,实验结果提示Os07g48290与CATs间可能存在磷酸化的互作形式,并以这种方式参与了水稻的盐及氧化胁迫的响应。     

利用改进的MutMap方法克隆水稻雄性不育基因

通过对籼稻黄华占EMS(甲磺酸乙酯)诱变, 筛选得到一隐性核不育的水稻雄性不育突变体osms55, 遗传分析表明该突变体为单基因控制的隐性核不育, 采用高通量的Illumina Infinium iSelect SNP(50 K)芯片检测技术鉴定该突变体的遗传背景, 确认该突变体的遗传背景与黄华占一致。文章利用改进的MutMap方法成功克隆该雄性不育基因, 突变位点与突变表型的共分离分析表明LOC_Os02g40450(MER3)是控制osms55突变体雄性不育的基因, 该基因的剪切识别位点发生变异后导致剪切异常, 造成第5外显子缺失15个碱基, 从而产生雄性不育。改进的MutMap方法无需精确组装的野生型基因组序列作对照, 而是通过将定位群体中有突变表型植株的DNA pool和野生型植株DNA的重测序结果分别与日本晴参考基因组进行比对, 然后再比较突变体和野生型的差异SNP来确定候选基因, 该方法大大降低了野生型基因组测序和组装成本, 进一步扩大了MutMap方法的应用范围。     

水稻细胞质1,6-二磷酸果糖酶基因1 195 bp的上游调控序列的克隆及其在转基因水稻中的表达研究

1,6-二磷酸果糖酶(EC3.13.11)催化1,6-二磷酸果糖分解为6-磷酸葡萄糖和无机磷酸.在高等植物的光合作用细胞中,存在两种1,6-二磷酸果糖酶:即叶绿体型1,6-二磷酸果糖酶和细胞质型1,6-二磷酸果糖酶.由于细胞质型1,6-二磷酸果糖酶在植物碳水化合物代谢中起重要作用,且具有表达特异性,本试验通过Genome Walking分离了水稻细胞质型1,6-二磷酸果糖酶基因的上游序列,并将其与β-葡糖醛酸酶(GUS)报告基因构建成嵌合表达载体.采用基因枪法转化水稻,在转基因水稻中分析了GUS的表达活性和特异性.组织化学检测表明,在转基因水稻的成熟叶片中,GUS基因只在叶肉细胞中表达,在表皮细胞、泡状细胞、维管组织中均无表达;在叶鞘中的表达与叶片中相似,仅仅在叶肉细胞中表达;在根、茎所有细胞中均没有蓝色反应.为进一步研究1,6-二磷酸果糖酶基因启动子在水稻中的表达量,对12株独立来源的转基因水稻的GUS 活性进行了荧光定量分析.结果显示,水稻成熟叶片中的GUS活性平均值为7 031.5 pmol 4-MU-1*min-1*mg蛋白.在不同器官及组织中表达活性有差异,在转基因水稻的叶片、叶鞘中GUS均有较强的表达,在根、茎中未检测到GUS活性.实验结果表明,ATG上游1 195 bp调控区足以导致GUS基因在水稻中的特异性表达,因此该片段包含有使报告基因在叶肉细胞中特异性表达的所有顺式调控元件.     

水稻紫色柱头的遗传分析与基因定位

rdh是四川农业大学水稻研究所通过组织培养和连续自交得到的一个具有红色籽粒和紫色柱头,遗传上稳定的籼稻材料。抽穗期在rdh与3个无色柱头品种蜀恢527、蜀恢368和蜀恢168之间分别做正反交,结果显示F1群体在柱头颜色上正反交之间没有明显区别,全部是紫色的。F2群体发生分离成为两组,一组具有紫色柱头,另一组具有无色柱头。每一个F2群体的紫色柱头对无色柱头均适合3：1的比例,表明rdh紫色柱头性状的遗传是由一对显性核基因控制的。组合rdh／蜀恢527 F2分离群体中40个具有紫色柱头的显性单株和284个具有无色柱头的隐性单株构成定位群体。从两个亲本rdh和蜀恢527提取的基因组DNA,用涵盖水稻整个基因组的252对微卫星标记作引物扩增片段。结果发现有78对微卫星标记在两亲本之间具有多态性。然后用这78对标记作引物,扩增亲本、F1、F2显性单株和F2隐性单株、,结果显示位于水稻第6染色体的RM276、RM253以及RM111与rdh紫色柱头基因有连锁关系。再用RM276、RM253以及RM111作引物扩增剩余的全部具有无色柱头的隐性单株。结果表明：在RM276的扩增产物中,有20个单交换和2个双交换;在RM253中有2个单交换：在RM111中有3个单交换。因此,rdh紫色柱头基因被定位于水稻第6染色体。根据公式P=（h＋2b）／2n,计算得到微卫星标记RM276,RM253和RM111与rdh紫色柱头基因的遗传距离分别是4．2cM、0．35cM以及0．53cM。根据已经发表的RM276、RM253和RM111在第6染色体上的位置以及计算得到的rdh与RM276、RM253和RM111之间的遗传距离,构建了部分连锁图谱,并暂时将这个紫色柱头基因命名为Ps-4。     

水稻窄叶突变体zy17的遗传分析和候选基因鉴定

器官大小调控是一个基本的发育生物学过程,受细胞分裂和细胞扩展的影响。然而,植物器官大小调控的遗传和分子机理仍不清楚。为了进一步了解器官大小调控的分子机制,文章分离了一系列水稻叶子宽窄改变的突变体。其中,窄叶突变体zy17叶变窄,同时伴有植株矮化、穗子变小、枝梗数和穗粒数降低的表型。遗传分析表明该窄叶性状受1个隐性基因控制;细胞学分析表明该突变体叶子的细胞数目和维管束数目显著降低,表明ZY17影响了细胞分裂。基因组重测序进一步筛选出ZY17的3个候选基因：Os02g22390基因突变发生在内含子区,编码蛋白为逆转座蛋白;Os02g28280和Os02g29530基因突变都发生在外显子区,其中Os02g28280编码一个功能未知蛋白,该基因突变后,发生碱基置换,产生非同义突变;Os02g29530编码一个含糖基转移酶相关的PFAM结构域的蛋白,该基因突变后,出现两个碱基的缺失,从而导致其蛋白翻译提前终止。对候选基因的深入研究,将揭示水稻叶子大小调控的机制。     

水稻RIL群体芽期耐冷性基因的分子标记定位

水稻芽期冷害是我国长江中下游的早稻种植区和东北、西北稻区及云贵高原的一季稻区水稻生产中的重要限制因子之一。研究中利用纸卷法测定1个水稻重组自交系群体对10℃低温的芽期耐冷性,结合1张高密度分子遗传图谱,进行QTL定位分析。检测到控制水稻芽期耐冷性的4个QTL,分别位于1、3、7和11号染色体上。其中,位于11号染色体上的QTL qSCT-11的效应最大,在10℃低温处理13d时,对性状的贡献率达26％～30％,被检测到的LOD值也高达16～19,其加性效应值为正,增效等位基因存在于亲本Lemont中,RM202为与QTL qSCT-11紧密连锁的SSR标记。该主效QTL的增效基因,可作为分子标记辅助选择的操作对象用于水稻芽期耐冷性的遗传改良。     

水稻品种USSR5早熟性的遗传分析

USSR5为极早熟的前苏联品种,以抽穗期近等基因系和抽穗期QTL近等基因系为测验品种,对USSR5的抽穗期基因型进行分析,表明USSR5携带了非感光基因e1、无感光功能的Se-1e基因、感光抑制基因i-Se-1和显性早熟基因Ef-1,从而使它表现极早熟的特性。此外,本研究调查了USSR5和N22的BC1F1和F2群体的抽穗期,利用WindowsQTLCartographer1.13a软件,采用复合区间作图法,在全基因组范围内,分析了南京夏季正常日照条件下2个群体的抽穗期QTL,在USSR5/N22//USSR5BC1F1群体,共检测到2个位点,分别位于第7、8染色体上,其LOD值分别是6.11和2.91,对表型总变异的解释率分别为27.38%和11.15%,2个位点上来自USSR5的等位基因均提早抽穗。在USSR5/N22F2群体,共检测到5个位点,分别位于第1、2、7、9、10染色体上。5个位点LOD值介于3.02～8.4,对表型总变异的解释率分别为4.07%和15.41%。除qHd-9外,其余控制抽穗期的4个基因位点上提早抽穗的等位基因均来源于USSR5。比较分析发现效应较大的qHd-7即是Hd4(E1),USSR5在该位点上携带非感光基因hd4(e1)。尽管本研究定位的其它抽穗期QTL和已知抽穗期基因之间尚不能一一对应,但在早熟性水稻品种选育中,USSR5将可作为良好的基因源加以利用。