植物同源多倍体耐盐性研究进展

多倍化是高等植物进化最重要的动力之一,多倍体植物由于基因组组成以及基因表达方面的变化,通常会表现出不同的生理现象,多倍体的抗性优于其同源二倍体祖先。土壤盐碱化和次生盐渍化是影响农作物生产的重要因素,严重制约着我国农业的可持续发展。同源多倍体植物耐盐能力较强,是作物遗传改良的重要种质资源,了解其耐盐机理对培育耐盐品种具有重要意义。本文从与盐胁迫相关的耐盐性进化、生理生化水平、细胞结构和分子层面等多角度总结了植物同源多倍体盐胁迫研究进展,并以作者所在研究团队培育出的多倍体西瓜为例讨论了多倍体抗逆性研究存在的问题及未来的发展方向,以期为多倍体抗逆优势机理研究提供参考。     

基于CRISPR/Cas系统的噬菌体基因组编辑

对原核生物获得性免疫系统CRISPR/Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR- associated genes)的研究促进了新一代基因组编辑工具的产生和发展。噬菌体既是原核生物CRISPR阵列(CRISPR array)进化的原动力,又是CRISPR/Cas系统防御的对象。噬菌体功能基因组学研究的速率却落后于发现新噬菌体和测定基因组序列的速率。基于CRISPR/Cas系统的噬菌体基因组编辑,可为噬菌体功能基因组学研究提供新手段。本文评述了基于CRISPR/Cas系统编辑噬菌体基因组的几例开创性研究,并且比较了多种操作程序的异同点和优缺点。同时,进一步构建了联合使用CRISPR/Cas系统与噬菌体重组系统开展噬菌体基因组编辑的新方案,讨论了新方案的潜在局限性,并对如何选择不同方案给予了建议。     

RAD51调控REV1参与DNA双链断裂修复

REV1是跨损伤聚合酶Y家族的重要成员之一,它不仅作为支架蛋白介导Y家族聚合酶招募至损伤位点完成跨损伤DNA合成(translesion DNA synthesis, TLS),还可利用自身的dCMP转移酶活性在一些损伤位点对侧整合dCMP参与TLS。此外,REV1也被报导参与调控同源重组修复。为进一步探讨REV1互作蛋白RAD51和RAD51C在其参与的同源重组修复通路中的调控作用,本研究采用脉冲氮激光微辐射实验,发现RAD51可调控REV1到双链断裂位点的募集。同时,免疫荧光实验结果证明REV1也反过来影响RAD51应答CPT损伤。然而敲低RAD51C并不影响REV1到DNA双链断裂位点的招募。结果表明,REV1和RAD51在HR通路中存在彼此相互调控的关系。     

拟南芥组蛋白分子伴侣AtHIRA参与体细胞同源重组及盐胁迫响应

HIRA是组蛋白H3.3的特异分子伴侣, 在组蛋白H3.3掺入染色质的过程中发挥重要作用。研究表明, HIRA在哺乳动物胚胎发育和DNA损伤修复过程中不可或缺。而目前人们对于植物中HIRA同源基因功能的研究相对较少。该研究主要关注拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtHIRA基因在植物体细胞同源重组以及减数分裂同源重组过程中的功能。将体细胞同源重组和减数分裂同源重组报告系统分别导入野生型和hira-1突变体后统计同源重组频率, 结果表明在正常生长条件下及在伯莱霉素(bleomycin)或UV-C处理条件下, hira-1突变体体细胞的分子内和分子间同源重组频率均低于野生型。而在正常生长条件下, 野生型与hira-1突变体花粉母细胞间的减数分裂同源重组频率没有明显差异, hira-1突变体的DNA损伤水平与野生型接近。qRT-PCR结果表明, DNA损伤修复相关基因RAD51和RAD54在hira-1突变体中的表达水平均高于野生型。此外, 盐胁迫处理实验表明, hira-1突变体对于高盐胁迫更加敏感。综上, AtHIRA在拟南芥体细胞同源重组及盐胁迫响应过程中发挥了一定作用。     

糙皮侧耳脲酶基因的克隆和原核表达分析

尿素是现代农业生产中应用较为广泛的一种氮素化肥,而脲酶（EC 3.5.1.5）是尿素分解利用的关键酶。本文以糙皮侧耳Pleurotus ostreatus栽培菌株New 831为试验材料,探究了糙皮侧耳对尿素的利用情况,结果表明：糙皮侧耳可利用尿素作为唯一氮源,平板培养时尿素最适添加量为20mmol/L;在液体摇瓶培养过程中,培养液中的铵根浓度表现为先急剧升高后缓慢降低。通过对P. ostreatus PC15菌株基因组分析,获得了一个功能注释为脲酶的基因,并克隆获得了其全长基因组DNA（gDNA）和编码区（CDS）片段,命名为Pourease。结果表明：Pourease基因的gDNA和CDS长度分别为3 003bp和2 517bp,由10个外显子和9个内含子组成;Pourease蛋白由838个氨基酸组成,预测分子量为90.03kDa,与SDS-PAGE分析结果相符;Pourease蛋白与细菌、真菌和植物来源的脲酶具有52%-82%的一致性,且含有脲酶保守的镍离子结合位点;与洋刀豆脲酶空间结构类似,Pourease蛋白也以同源三聚体的形式存在。     

炭疽芽胞杆菌A16D2株BA2380基因缺失突变株的构建

本课题组早期研究结果表明,炭疽芽胞杆菌BA2380蛋白可能与炭疽芽胞杆菌毒力有关,因而有必要对其功能进行深入研究。选取炭疽芽胞杆菌A16D2株为出发菌株,以其BA2380基因为目的缺失基因,参照A16D2株基因组序列及质粒pSET4s序列,利用软件设计上下游同源臂及抗性基因引物,用本实验室改造的“Golden Gate”克隆方法将3个片段同时连入温敏型穿梭载体pKMBK中(本实验室构建的受体质粒),从而构建基因打靶质粒。将该基因打靶质粒导入炭疽芽胞杆菌A16D2感受态细胞中,利用同源重组原理,筛选获得炭疽芽胞杆菌A16D2 BA2380基因缺失突变株,并对其进行验证。结果验证了本课题组构建的“Golden Gate”克隆体系进行多片段克隆的高效性,也为后续探索其基因功能奠定了基础。     

柑橘体细胞杂种有性后代的创造及杂种鉴定

以异源四倍体柑橘体细胞杂种[哈姆林甜橙(Citrus sinensis Osbeck) 粗柠檬(C.jambhiri Luss)]为父本与二倍体单胚类型宜本杂4号[华农本地早橘(C.reticulata Blanco)×宜昌橙(C.ichangen- sis Swingle)]杂交,采用胚抢救技术获得了110株有性后代植株,通过染色体计数及倍性分析仪鉴定,其中93株植株为3倍体,余下的17林植株为2倍体。RAPD分析表明:获得的有性后代植株均为杂种。     

小麦中雄性不育同源序列的分离、鉴定及表达分析

利用拟南芥中已克隆的雄性核不育基因MS2和水稻中假定雄性不育蛋白的保守区域,设计一对简并引物,并在太谷核不育小麦可育株及不育株花药中进行扩增,得到了一条134bp的片段。以该片段为基础,通过电子延伸得到一个长为1604bp的序列,该序列编码的氨基酸包含一段由200个氨基酸组成的雄性不育保守区。RT-PCR结果表明,该雄性不育同源序列只在小麦可育花药中表达,而在小麦败育花药、叶片和根中不表达,说明该雄性不育同源序列为花药发育特异基因。     

二倍体雌核发育鱼产生二倍体卵子的证据

二倍体雌核发育第 1代 (G1)产生的二倍体卵子经紫外线灭活的散鳞镜鲤精子诱导 ,无需染色体加倍处理 ,发育成二倍体雌核发育第 2代 (G2 ) ;G1 产生的二倍体卵子与雄性异源四倍体鲫鲤 (AT)产生的二倍体精子结合 ,形成新型两性可育的异源四倍体鲫鲤 (G1 ×AT)。对G2 和新四倍体 (G1 ×AT)的体细胞染色体数目、生殖细胞染色体行为及性腺结构、外形、生长速度等生物学特征进行了研究。结果表明 :G2 体细胞染色体数目为 2n =1 0 0。在 6～ 1 2月龄G2 中 ,没有发现性成熟的个体 ,组织学切片结果表明 ,G2 性腺处于卵原细胞增殖阶段 ,与 1龄G1 的性腺发育相似 ,性腺发育迟缓。对 6～ 8个月龄G2 性腺染色体制片进行观察 ,结果表明 ,G2 生殖细胞的染色体没有二价体的形成 ,只有有丝分裂的迹象 ,其有丝分裂中期不但有 2n =1 0 0的染色体分裂相 ,还有 4n =2 0 0的染色体分裂相 ,甚至有接近 8n(380 )的分裂相 ,说明 1龄G2 的性腺中存在 2n、4n等多种类型的生殖细胞 ,其中 4n的生殖细胞经正常的减数分裂后可产生二倍体卵子。核内复制 (pre meioticendoreduplication)学说可以较好地解释这种不减半配子产生的现象。新四倍体 (G1 ×AT)体细胞染色体数目为 4n =2 0 0 ,雌雄新四倍体 (G1 ×AT)具有正常的性腺发育 ,在繁殖季     

DNA双链断裂与同源重组修复机理研究进展

双链断裂（double strand breaks,DSBs)是细胞染色体复制过程中经常出现的DNA损伤,它的修复过程顺真核生物中以同源重组（homology recombination,HR)修复为主。正常机体中有着一系列的基因和蛋白及时修复复这些损伤,这些蛋白归属于RAD52上位性集团（RAD52epistasis group)。它们对细胞发挥功能和维持生存意义重大,近来国外研究十分活跃。