基因修饰技术研究进展

基因修饰技术是用于基因组定点改造的分子工具,目前主要有锌指核酸酶(ZFN)技术、转录激活子样效应物核酸酶(TALEN)技术和CRISPR-Cas核酸酶(CRISPR-Cas)技术。这些核酸酶都可以在DNA靶位点产生双链断裂(DSB),诱发细胞内源性的修复机制,激活体内非同源末端连接(NHEJ)或同源重组(HR)两种不同的修复机制,从而实现内源基因的敲除或外源基因的定点敲入。近年来,基因修饰技术已成功应用到细菌、酵母、人类细胞、果蝇、斑马鱼、小鼠、大鼠、家畜、食蟹猴、拟南芥、水稻、烟草、玉米、高粱、小麦和大麦等多种生物,显示了其强大的基因编辑优势。特别是新近出现的CRISPR-Cas9技术,降低了成本,使基因编辑变得简洁、高效和易于操作,得到了很多研究人员的关注。本文系统介绍了以上3种技术的原理及最新研究进展,并对未来的研究和应用做出了展望。     

栽培小麦Brock中与新抗白粉病基因紧密连锁的AFLP分子标记筛选与分析

本研究用225对引物对农艺性状优良但对白粉菌敏感的栽培小麦京411、抗白粉病栽培小麦Brock以及京411与Brock配制的近等基因系进行AFLP分子标记筛选,结果发现只有2对引物组合Pst GAC/Mse TCT(P1)和Pst AGC/Mse ACC(P2)在上述抗感材料中表现出多态性,分别扩增到2个特异片段,将特异片段克隆并测序发现,P1扩增的特异片段长268bp,P2扩增的特异片段长227bp,命名为AFLP标记P1268和P227.用106个京411×Brock的F2单株进行连锁性分析表明,P1268和P2227与抗白粉病基因的遗传距离分别为3.6和1.9cM,与Brock中的抗白粉病基因呈紧密连锁.该两个AFLP标记对小麦抗白粉病基因的积累和分子标记辅助选择育种有重要意义.     

小麦中编码未知蛋白的热胁迫响应基因TaWTF1的克隆和功能分析

WTF1 (What’s this factor 1)是包含“Domain of Unknown Function 860”(DUF860)的一类蛋白, 特异定位于植物细胞叶绿体或线粒体中, 在内含子的剪切中发挥作用。在研究小麦(Triticum aestivum)热胁迫转录谱时发现一个包含该结构域的探针受高温诱导表达。通过对其所编码的基因TaWTF1进行克隆并详细分析, 发现该基因的启动子区包含HSE、干旱、GA及SA等胁迫和激素响应元件, 且该基因在苗期和开花期均受热胁迫诱导表达。在开花期, TaWTF1在普通叶中的表达显著高于包括旗叶在内的其它组织器官。进一步将该基因在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中超表达, 显著提高了转基因植株在热胁迫下的成活率, 说明TaWTF1参与了植物耐热性。该研究为解析植物耐热性分子机理开辟了新的领域, 并为作物耐热性分子育种提供了候选基因。     

栽培一粒小麦3AA30中抗白粉病基因的鉴定及分子标记定位

栽培一粒小麦是普通小麦的近缘种,遗传多样性丰富,蕴含丰富的抗病基因,是小麦抗病性改良的重要资源。本文对栽培一粒小麦抗白粉病材料3AA30的抗白粉病基因进行了遗传分析和分子标记定位。结果表明,3AA30中含有一个隐性抗白粉病基因,暂命名为ml3AA30,找到了5个与该基因连锁的SSR分子标记Xgwm6、Xcfd39、Xcfa2185、Xcfa2141、Xcfa2155及2个STS标记Xmag2170、Xmag1491,并构建了ml3AA30的遗传连锁图,将该基因定位在小麦5A染色体长臂上。本研究为小麦抗病育种提供了新的抗源材料。     

植物无融合生殖研究进展

本文综述了植物无融合生殖研究进展。无融合生殖能固定杂种优势,是新的研究热点。无融合合生殖转育研究取得长足进展。胚胎发生研究手段由切片技术逐渐发展为整体透明、组化荧光技术。大孢子母细胞(MMC)细胞壁无胼胝质(callose)及MMC哑铃状核是二倍性孢子形成区别于有性生殖的特征。DNA分子标记是无融合生殖研究的新的有效工具,狼尾草属、摩擦禾属的无融合生殖分子标记已被找到,并且后者已定位到玉米第6染色体长臂末端。     

普通小麦品种Hope细胞膜热稳定性基因的染色体定位

利用全部 21个“中国春”的“Hope”染色体代换系及其亲本品种“中国春” (受体)和“Hope”(供体)对六倍体普通小麦的细胞膜热稳定性基因进行了染色体定位研究。结果表明:普通小麦品种“Hope”的1A、2A、2B、 2D、3A、3B、3D、5D和6B等9条染色体上具有耐热性基因,而其余染色体与“Hope”的耐热性无关。 Abstract:All 21 substitutions of common wheat(T.aestivum L.)and their parental cultivars“Chinese Spring”(recipient)and “Hope”(donor)were evaluated for their relative heat tolerance as measured by membrane thermostability to determine the chromosomal locations of genes controlling this trait.Results indicate that chromosomes 1A,2A,2B,2D,3A,3B,3D,5D and 6B were associated with heat tolerance of cv.Hope,while the others were not related to heat tolerance.     

小麦抗白粉病基因

到目前为止,小麦中已经鉴定出31个主效抗白杨病基因位点(Pm1-Pm31),对这些小麦抗白粉病基因位点的来源、染色体定位、遗传特点以及载体品种等方面进行了概括性综述。     

K型小麦细胞质雄性不育保持系T911289中外源遗传物质的初步鉴定

利用荧光基因组原位杂交(GISH)、生化标记和DNA分子标记技术对普通小麦(Triticum aestivum L.)K型细胞质雄性不育保持系T911289的染色体组成进行了鉴定与分析.GISH鉴定和黑麦特异散布重复序列的检测结果表明, T911289的外源遗传物质来源于黑麦,黑麦1RS上的微卫星引物SCM9扩增结果和醇溶蛋白酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)分析、低分子量谷蛋白的SDS-PAGE分析均表明,T911289所含的黑麦遗传物质来源于1RS;A-PAGE和SDS-PAGE分析及小麦1BS上的微卫星引物的扩增结果则表明,T911289缺少1BS染色体臂或1BS末端片段.GISH鉴定结果还表明,T911289中有罗泊逊易位和小片段易位两种类型的杂交信号,说明T911289是一个异质群体,但其罗泊逊易位又不同于生产上大面积应用的1BL/1RS易位,它可能是一种新的复杂易位形式.虽然T911289的小片段易位未能打破优异农艺性状与劣质蛋白基因的连锁,但这种小片段易位的获得将有利于小麦和黑麦的遗传研究,这种种质材料在育种上的应用价值也应优于罗泊逊易位.     

作物耐热性的评价

对作物耐热性进行评价,是耐热性机制研究和耐热性品种选育的基础.在综述了作物耐热性评价的基础、评价方法以及评价指标的基础上,展望了作物耐热性评价的研究方向.     

小麦杂种及其亲本苗期叶片家族基因差异表达及其与杂种优势关系的初步研究

为探讨小麦杂种优势形成的分子机理,以一套双列杂交组合的苗期叶片为材料,利用mRNA差异显示技术分析了杂种及其亲本间MADS－box、G－ box、Ser/Thr蛋白激酶、EIF－4A、ARF1基因家族共5类家族基因在杂交种和亲本之间的表达差异。并与杂种性状表现和杂种优势进行了相关分析。结果发现,除ARF1家族基因外,其余家族基因在杂种和亲本间存在显著的表达差异,差异表达类型可概括为4种：（1）双亲共沉默;（20单亲表达沉默;（3）杂种特异表达;（4）单亲表达一致。分析发现,MADS－box、G－box和EIF－4A家族基因在杂种和亲本间的差异表达模式相似,均以单亲特异表达和种特异表达类型所占比例最高。相关分析结果表明,以上所有家族基因的总体差异表达程度与所有性状的杂种表现均不相关,MADS－box家族基因中杂种特异表达类型与小穗数、单株产量和单穗产量杂种优势呈显著正相关,双亲共沉默类型与小穗数、千粒重和单穗产量杂种优势呈显著负相关,另外,EIF－4A家族基因中单亲表达一致型与单穗产量杂种优势呈显著正相,但双亲共沉默类型与小穗数和单穗产量杂种优势呈显著负相关,对于G－box基因家族而言,仅小穗数杂种优势和双亲共沉默类型成显著负相关,而蛋白激酶家族基因的各种差异类型与性状杂种优势的相关分析均不显著。这些研究表明,调控基因的差异表达与杂种优势形成有密切关系。