两个相关基因表达量和SNP与玉米雄穗大小相关

玉米雄穗通常较发达,散粉量大于授粉需要,过量消耗能量会影响光合产物向果穗的分配,过于发达的雄穗还会影响群体透光性、降低光合效率。生产实践和育种研究证明,由于雄穗大小与玉米籽粒产量负相关,因此成为品种选育的间接选择指标。该研究根据前人的报道,从11个雄穗大小不同的玉米自交系中扩增角蛋白相关蛋白基因KAP5-4和受体样蛋白激酶基因CLV1的基因组序列,多重比较后用以分析其开放阅读框、保守结构和单核苷酸多态性,用荧光实时定量PCR检测其在雄穗原基中的差异表达,并与雄穗分枝数和雄穗干重两个度量雄穗小的指标进行了相关分析。结果表明:KAP5-4基因的相对表达量与雄穗分枝数(r=0.77,P0.01)和雄穗干重正相关(r=0.83,P0.01)。11个自交系的CLV1基因开放框在2 104 bp存在单核苷酸多态性,其中5个自交系的2 014~2 016 bp核苷酸组成密码子GAC,编码受体样蛋白第702位酸性的天冬氨酸,另6个自交系的2 014~2 016 bp核苷酸组成密码子AAC,编码受体样蛋白第702位极性天冬氨酰胺。在前5个自交系中,CLV1基因的相对表达量与雄穗分枝数(r=-0.92,P0.01)和雄穗干重(r=-0.91,P0.05)负相关;而在后6个自交系中,仅与雄穗干重负相关(r=-0.91,P0.05)。综上所述,KAP5-4和CLV1基因的表达和单核苷酸多态性与玉米雄穗大小关系密切,可开发功能性的DNA标记用于玉米育种的分子标记辅助选择。     

垫状卷柏海藻糖-6-磷酸合成酶基因的克隆及功能分析

海藻糖-6-磷酸合成酶(Trehalose-6-phosphate synthse, TPS)是植物海藻糖合成途径的关键酶, 在旱生卷柏等复苏植物对逆境胁迫应答中起重要作用。文章以我国特有旱生植物垫状卷柏(Selaginella pulvinata)为材料, 采用同源扩增与RACE技术相结合的方法克隆了海藻糖-6-磷酸合成酶基因SpTPS1, cDNA全长3 223 bp, 包括一个2 790 bp的开放阅读框, 推导的氨基酸序列与模式物种的海藻糖-6-磷酸合成酶具有较高的序列相似性, 催化活性中心保守位点基本一致。酵母功能互补实验证明, 用SpTPS1基因开放阅读框转化的海藻糖合成酶基因突变(tps1△)酵母菌株, 可恢复在以葡萄糖作为唯一碳源培养基上的生长, 说明垫状卷柏海藻糖-6-磷酸合成酶基因SpTPS1的编码蛋白具有生物活性, 可应用于植物抗逆性的转基因改良。     

转录因子BES1/BZR1调控植物生长发育及抗逆性

油菜素内酯(brassinosteroid, BR)是植物特有的甾体激素,在植物生长发育及逆境应答过程中起重要作用。转录因子BES1/BZR1(BRI1 EMS SUPPRESSOR 1/BRASSINAZOLE RESISTANT 1)是BR信号转导的核心成员,被BR信号激活后,结合到下游靶基因启动子区的E框(CANNTG)或BRRE元件(CGTGT/CG),调节靶基因表达。除介导BR信号,BES1/BZR1还参与脱落酸、赤霉素及光等信号转导途径,协同调控植物的生长发育。最新研究发现,BES1/BZR1还参与调控植物的抗逆性。本文对转录因子BES1/BZR1通过信号转导调控植物生长发育和抗逆性分子机制的新近研究进展进行了综述,以期为相关研究提供参考。     

外源超氧化物歧化酶基因MnSOD在玉米中的过量表达及抗逆性的提高

为研究过量表达的超氧化物歧化酶基因MnSOD对玉米抗逆性的作用,构建了小麦来源MnSOD基因的单子叶植物高效表达载体,用基因枪法转化优良玉米自交系胚性愈伤组织。经潮霉素梯度浓度培养基筛选,从阳性愈伤组织再生获得9个正常结实的植株。其中5株经PCR和Southern印迹检测表现为阳性,表明外源基因己整合到玉米基因组中。提取SOD酶液,非变性聚肉烯酰胺浓度梯度凝胶电泳分离,用H2O2 5mmol／L抑制FeSOD和CU／ZnSOD活性,氯化硝基四氮唑蓝染色检测MnSOD酶活性。Southern印迹呈阳性的5个植株,MnSOD酶活性均高于未转基因的对照。甲基紫精氧化损伤处理后,用电解质渗漏率法测定阳性株系的叶片渗透液的电导率。结果表明,转基因株系的抗氧化损伤能力显著高于对照。     

玉米与四倍体多年生玉米代换种质的选育及其基因组原位杂交鉴定

通过对玉米与四倍体多年生玉米杂种F1采用遮光调节开花时期、喷施低浓度赤霉素等提高可杂交性措施 ,选育出一个含有四倍体多年生玉米遗传物质的、在形态特性与普通玉米相似的种质 ,并对供试材料的表型性状进行了调查 ,对玉米及其与四倍体多年生杂交后代材料的体细胞染色体进行多色基因组原位杂交 (Multi colorGenomeinsituHybridization ,McGISH)检测。结果表明 :玉米与四倍体多年生玉米种杂交后代F2 ×P1的许多表型性状已经回复到玉米的特征 ;F2 ×P1自交一代 (BC1F3 )染色体数目为 2 0 ,在原位杂交检测的植株中有 17条与玉米亲本显色相同 ,另外 3条染色体区别于玉米基因组 ,检出为红色荧光且形态上小于玉米染色体 ,表明其来源于四倍体多年生玉米染色体。可见 ,BC1F3 是玉米 四倍体多年生玉米异源代换种质。     

玉米microRNAs及其靶基因的生物信息学预测

microRNAs (miRNAs) 是一类非编码的小分子RNA, 通过碱基互补调控靶基因的表达。鉴定和发现新的miRNAs及其靶基因, 对揭示miRNAs在基因表达调控中的作用至关重要。玉米全基因组测序工作开展较晚, 已经鉴定登记的miRNAs很少, 对靶基因的调控作用尚待解明。文章根据miRNA进化上的保守性, 以已知的植物miRNAs为探针, 与相关数据库中玉米表达序列标签(EST)和基因组序列(GSS)中的非编码序列比对, 共发现11个新的miRNA前体。虽然在序列长度和二级结构方面各有变化, 但这11个前体均可折叠形成miRNA家族的标准二级结构。通过靶基因预测, 找到其中7条miRNAs的26个靶基因, 分别编码与新陈代谢、信号转导、转录调节、跨膜运输、生物和非生物胁迫及叶绿体组装等相关的蛋白。这些miRNAs及其靶基因的鉴定, 补充了miRNA数据库的不足。     

玉米胚胎发生后期丰富蛋白基因的启动子克隆与功能验证

该研究在生物信息学分析的基础上,克隆玉米胚胎发生后期丰富蛋白基因(MGL3)的启动子序列(pMGL3),进行非生物逆境应答元件分析以及实时定量PCR验证其非生物逆境胁迫响应特性,构建了pMGL3启动子驱动报告基因(GUS)表达载体,基因枪法转化玉米愈伤组织,通过GUS染色验证pMGL3启动子在非生物逆境胁迫下的驱动活性。再根据启动子序列分析结果,去除不同的顺式作用元件,构建不同长度pMGL3启动子驱动报告基因GUS表达载体,农杆菌介导法转化烟草叶盘,以确定pMGL3启动子的最短活性序列。结果显示:pMGL3启动子长1 554bp,存在多种与非生物逆境胁迫应答相关的调控元件,在干旱、高盐、低温胁迫及脱落酸、乙烯诱导下驱动MGL3基因增量表达,用以驱动GUS基因转化玉米愈伤组织,在高渗、高盐、低温胁迫及脱落酸诱导下具有驱动活性,且截短至325bp仍可保持驱动活性。研究表明,pMGL3启动子的确有非生物逆境诱导启动活性,进一步验证其作用机理后可运用于玉米抗逆转基因研究。     

玉米钼辅助因子硫酸化酶基因启动子的克隆与功能验证

为克服组成型启动子启动外源基因过量表达引起的诸多问题,同源克隆(Mo-molybdopterin cofactor sulfurase)基因(ABA3)的启动子(ABA3s)序列,并用PlantCARE软件分析其非生物逆境应答元件,实时定量PCR检测ABA3基因在非生物逆境诱导下的差异表达后。然后,用该启动子构建启动GUS(β-glucuronidase)基因的表达载体,基因枪法转化玉米愈伤组织。经组织化学染色法检测其表达后,在高渗、高盐、低温胁迫处理及ABA诱导下检测GUS酶荧光值与荧光素酶(内参)发光值的比值(GUS/LUC),以此评价ABA3s启动子在非生物逆境胁迫下的启动活性。结果表明,ABA3基因在模拟干旱、低温、高温、高盐胁迫及ABA、乙稀诱导下差异表达,说明该基因的启动子(ABA3s)具有非生物逆境诱导活性。序列分析表明,ABA3s启动子全长777 bp,含有ARE、HSE、MBS、TGA、Circadian等多种非生物逆境胁迫应答元件。用ABA3s启动GUS基因构建的表达载体转化的玉米愈伤组织,响应干旱、低温、高温、高盐胁迫等多种非生物逆境胁迫,及ABA和乙稀诱导,GUS检测呈阳性。在8%甘露醇高渗条件下,GUS/LUC比值比空白对照高6倍。上述结果表明,ABA3s启动子具有非生物逆境诱导特性,经进一步验证其功能后,可用于玉米抗逆转基因研究。     

高羊茅甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因FaGAPDH的克隆与分析

以高羊茅茎基部与叶基部的mRNA为模板,引用基于多年生黑麦草GAPDH基因序列设计的引物,进行RT-PCR分析,同时结合3'RACE和5'RACE方法从高羊茅中扩增出两个GAPDH基因,命名为Fa-GAPDH1(GQ480772)与FaGAPDH2(GQ480773)。两序列cDNA全长分别为1281bp和1348bp,具有完整的开放阅读框(ORF,FaGAPDH1:74～1087bp;FaGAPDH2:106～1119bp),编码蛋白都为337个氨基酸。保守结构域功能分析表明两基因编码的蛋白质都具有典型的Rossman-NAD连接折叠和C-末端结构域。FaGAPDH1和FaGAPDH2蛋白与禾本科植物的该基因蛋白产物比较发现氨基酸序列的同源性都在90%以上,说明两基因具有高度的保守性。