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。     

miRNA参与植物胚和胚乳发育调控的研究进展

籽粒性状是构成产量的重要基础,是粮食产量的最终体现,也是育种最复杂的性状之一。籽粒主要由胚和胚乳组成,胚乳是积累和贮藏营养物质的场所,主要为胚的萌发和生长提供营养。胚乳细胞的发育、增殖和充实情况决定了籽粒的重量和品质。籽粒发育是一个非常复杂的生物过程,涉及许多基因的时空表达以及转录水平和转录后水平的调控。微小RNA（microRNAs,miRNAs）是一类内源性的非编码小RNA（21～24 nt）,可通过靶向降解和翻译抑制在转录后水平调控植物基因表达。miRNA及其靶基因组成精密的调控网络参与籽粒的发育。基于此,概述了植物miRNAs的生成及作用机制,综述了miRNAs在植物胚和胚乳发育中的调控功能研究进展,以期为进一步鉴定与玉米籽粒发育相关的miRNAs并解析其调控功能提供更好的研究方向。     

油菜Bna miR1140基因的分离与转化及其过表达分析

为了探究油菜miR1140基因的功能,该研究利用PCR技术从油菜栽培种westar中克隆了miR1140前体基因,并与pPZP212载体连接,构建了miR1140前体基因的过表达载体,通过农杆菌介导法将其转化到甘蓝型油菜westar品种中。(1)PCR鉴定表明,共获得14株过表达Bna-miR1140基因油菜阳性株。(2)表型观察显示,阳性株的叶片形态、花器结构没有变异,株高、主花序长度、主花序结角数和千粒重均与对照相当,但其中有5株过表达Bna-miR1140基因油菜阳性株(T0代)出现双主序株型,且分枝部位较对照低,分枝数较对照明显增多,使全株有效角果数增多,单株生产力较对照提高26%,而其他9株阳性株均与野生型油菜表型一致。(3)T1代田间表型分析表明,5株过表达35S∷Bna-miR1140(T0代)的T1代转化株系全生育期较对照极显著延长9~14d,且5株T0代中有4株的株型变异符合3∶1的遗传分离规律。研究推测,油菜Bna-miR1140基因可能参与了调控油菜的分枝发育。     

叶面肥对玉米籽粒中矿物元素的影响分析

Fe、Zn、Se等矿物元素在动植物以及人体的生长和发育过程中具有重要作用,为了提高玉米籽粒中Fe、Zn、Se的含量,对叶面喷施Fe、Zn、Se肥及其不同组合,探讨其对玉米成熟籽粒中的Fe、Zn、Se以及其它矿物元素含量的影响。使用不同浓度的硫酸亚铁(Fe肥)、硫酸锌(Zn肥)和亚硒酸钠(Se肥)及其不同组合对京科糯2010(JK2010)进行了叶面喷施处理。叶面喷施不同浓度的Fe肥、Zn肥和Se肥均能显著提高JK2010籽粒中Fe、Zn、Se元素的含量;Fe与Zn能够相互促进吸收,Se能够促进Zn的吸收,Fe与Zn对Se的积累有抑制作用;叶面喷施Fe、Zn、Se肥及其组合对玉米籽粒中Ca元素的积累有促进作用;不同的Fe、Zn、Se肥组合方式对籽粒中Cu的积累有不同的影响;总体上看叶面喷施Fe、Zn、Se肥及其组合对玉米籽粒中Mn、Mg、P等元素的积累影响不大。不同的叶面喷施组合处理中,Fe肥、Zn肥和Se肥三者配合使用能极显著的提高籽粒中Fe、Zn、Se元素的含量,为Fe、Zn、Se肥的生产应用提供新的策略,同时也发现Fe、Zn、Se肥的使用对籽粒中几种不同的矿物元素有不同的影响。     

逆境诱导植物开花的研究进展

植物在长期的进化过程中形成了对环境改变的适应机制。在逆境条件下,例如干旱、高盐、低温、强光、弱光、紫外线等,植物会提前开花结实以尽早完成其生命周期,这种生物学现象被称为"逆境诱导的开花"。植物的这种避逆应激反应不但在进化上具有非常重要的生物学意义,而且对农业生产也具有重要的指导意义。逆境诱导植物开花与光周期、春化、环境温度、自主途径、赤霉素和年龄等开花途径的分子调控机制不同,有其自身的特点。文中对逆境诱导植物开花的研究历史、代谢调控以及分子机制等进行了阐述,并展望了未来的研究方向。     

油菜(Brassica napus)Bna-miR1140基因启动子miR1140Pro的克隆与表达模式研究北大核心CSCD

旨在研究Bna-miR1140的表达模式及其调控机理,依据本实验室前期的油菜miRNA芯片实验结果,从油菜栽培种Westar中克隆了Bna-miR1140前体序列上游1.5 kb的片段,并进行了顺式作用元件分析,然后构建了GUS报告基因植物表达载体,通过农杆菌介导法将miR1140 pro∷GUS转化到甘蓝型油菜Westar品种中,经PCR法鉴定获得5株阳性株。对阳性株油菜T1代各组织的GUS化学染色分析表明,miR1140前体序列上游1.5 kb区域具有启动子的功能,能够驱动GUS在油菜中表达,并且GUS基因仅在叶柄及叶腋中特异性表达,说明油菜miR1140Pro为特异性启动子。     

CRISPR/Cpf1单碱基编辑系统的构建及应用

作物的优良性状往往来自于其相应基因的单个碱基突变,而传统育种无法轻易获得此种定向单碱基变异。单碱基编辑技术是以成簇规律间隔短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR?associated proteins,CRISPR/Cas）系统为基础改良的一项基因编辑技术,该技术可在不造成DNA双链断裂的情况下对靶序列上的特定碱基进行定向替换。为拓展单碱基编辑技术在作物中的识别范围,利用来自Francisella novicida细菌的FnCpf1核酸酶及胞嘧啶脱氨酶APOBEC1对单碱基编辑系统进行改良,并针对玉米BT2基因靶位点构建相应载体,通过瞬时转化手段检测其编辑能力。检测结果发现9种碱基变化类型,其中靶位点5′端第11个碱基的胞嘧啶转化为腺嘌呤,位点编辑效率达到2.5%。结果表明该系统能够识别“TTN”作为原型间隔序列毗邻基序（protospacer?adjacent motif,PAM）并对靶位点进行单碱基编辑,为单碱基编辑识别范围的拓展提供了研究思路。