小麦光温敏雄性不育相关基因的DDRT－PCR分析及功能预测

 以小麦光温敏雄性不育系BS210为试材,分别在北京顺义（可育环境）和安徽阜阳（不育环境）两种诱导育性表现的生态环境下种植,并于雌雄蕊分化期、药隔形成期、花粉母细胞形成期、四分体期和单核期5个时期提取小穗组织的RNA,利用DDRT-PCR方法分离不育系在光、温因子诱导下的差异表达mRNA,并通过反向Northern 进行验证.对获得的20条差异表达的EST进行了测序和BLAST分析,得到了4个候选基因的片段,对其进行5′Race 扩增、序列分析及功能预测.结果表明：它们分别与水稻的DNA修复重组蛋白基因rad50、小麦穗部表达的LRR重复序列型类受体激酶基因、玉米叶片坏死斑点L1s1基因的序列相似性分别为89%、89%和88%,另外还筛选到1个未知功能的新基因片段,它和rad50分别在可育和不育环境下表达的mRNA具有相同的5′端编码区,但3′端非编码区     

小麦光温敏雄性不育系BS366铜锌超氧化物歧化酶基因的克隆及表达分析

超氧化物歧化酶(SOD,superoxide dismutase)是植物中一种主要的抗氧化酶,在植物应对逆境胁迫及抗衰老中起重要作用。本研究从基因芯片数据中筛选获得小麦Cu/Zn-SOD基因的EST序列,通过序列比对后拼接得到小麦Cu/Zn-SOD的候选基因,利用PCR技术在小麦光温敏雄性不育材料BS366中克隆并获得该基因。通过对Cu/Zn-SOD基因序列进行生物信息学分析,结果表明,该基因拥有连续且完整的开放阅读框,长495bp,编码164个氨基酸。氨基酸序列分析发现,该蛋白具有保守的Cu/Zn-SOD功能结构域与典型的Cu/Zn-SOD三维结构,且定位于细胞质中。通过同源进化分析表明,该蛋白与二穗短柄草(Brachypodium distachyon(L.)Beauv.)和大麦(Hordeum vulgare L.)的Cu/Zn-SOD蛋白亲缘关系较近,相似度分别为89%和94%。利用实时荧光定量PCR技术对其在小麦不同组织的表达特异性及不同逆境胁迫下的表达模式进行分析,结果表明,该基因在根、茎、叶、雌蕊、雄蕊、颖壳中均有表达,属于组成型表达,且在小麦的地上部含叶绿体的组织中含量较高;同时受多种胁迫诱导,可能参与了多种胁迫诱导调控途径。通过对该基因在不同育性环境中BS366育性转换期花药中的表达模式分析,发现可育环境下,在小孢子母细胞时期和减数分裂期的表达量分别约为对照的8倍与16倍;而不育环境下,该基因表达水平无明显变化。因而推测,小麦Cu/Zn-SOD基因可能参与了光温敏雄性不育系BS366的育性调控。本研究为深入研究Cu/Zn-SOD基因在小麦中的作用机理奠定了重要基础。     

植物蔗糖非发酵-1相关蛋白激酶家族研究进展

蛋白质磷酸化与去磷酸化过程在细胞的信号转导网络中起关键的作用,是生物体中普遍存在的一种调节机制。植物中的蛋白激酶通过磷酸化和去磷酸化在调节ABA信号传导、能量缺失反应和非生物胁迫反应过程中有着重要的作用。其中,植物蔗糖非发酵-1相关蛋白激酶(sucrose non-fermenting-1-related protein kinase,SnRK)是植物蛋白激酶家族中一个重要家族,它们与酵母中的SNF1(sucrose non-fermenting-1,SNF1)和哺乳动物中的AMPK(AMP-activated protein kinase,AMPK)同源,具有与它们相似和自身独特的功能,根据其氨基酸序列的同源性和表达模式的差异可分为3个亚组:SnRK1、SnRK2和SnRK3。目前,在拟南芥、水稻、豆科植物、高粱以及苔藓植物等基因组中都发现了大量的SnRK蛋白激酶,它们广泛参与了植物的生长发育、病虫害防御、ABA和非生物胁迫等各种信号的应答反应。     

光温敏核雄性不育小麦BS366花粉母细胞减数分裂的细胞学研究

要以小麦光温敏核雄性不育系BS366为材料,采用卡宝品红压片法研究花粉母细胞减数分裂的细胞学变化。结果表明:不育环境下的BS366花粉母细胞减数分裂过程中染色体和细胞形态异常现象较多。染色体异常主要表现为:染色体落后,染色体桥、染色体散乱排列,微核、染色体分离不同步。细胞形态异常表现为:二分体时期细胞质不完全分裂,细胞板不平整;四分体时期子细胞大小不一。花粉母细胞减数分裂后,异常四分体的比例为62.88%;成熟花粉粒中败育率为89.5%。推测减数分裂期间异常的染色体行为以及细胞形态可能是影响花粉育性降低的重要原因。     

长穗偃麦草EeNAC9基因功能初步研究

NAC(NAM-ATAF-CUC)转录因子在植物逆境胁迫应答反应中发挥重要作用.通过同源克隆方法从长穗偃麦草中分离到一个NAC转录因子基因EeNAC9(Elytrigia elongate NAM-ATAF-CUC 9),该基因编码274个氨基酸,等电点为9.03;对该蛋白二级结构预测发现主要存在9个螺旋区(helices)和无规则卷曲(coils).氨基酸疏水性分析表明,该蛋白存在大量的疏水性氨基酸.将该基因构建到PBI121双元植物表达载体上,通过农杆菌介导转化烟草,经PCR分子检测获得T0代35S∷EeNAC9转基因烟草阳性植株65株.胁迫培养基上初步功能研究表明,过表达EeNAC9转基因烟草表现出对ABA的敏感性,同时增强了对干旱、高盐的胁迫耐性,从而为小麦抗逆分子育种提供了优良候选基因资源.     

植物NAC转录因子的研究进展

NAC转录因子是近些年来新发现的植物特有的转录调控因子,其N端含有高度保守的NAC结构域,在植物的生长发育、器官建成、逆境胁迫以及作物的品质改良中具有重要作用.主要介绍了植物NAC转录因子结构特点、生物学功能、作用机制等方面的最新研究进展进行综述.     

TAIL-PCR技术及其在植物基因中的克隆

热不对称性PCR(thermal asymmetric interlaced PCR,TAIL-PCR)是一种用来分离与已知序列邻近的未知DNA序列的分子生物学技术.该技术利用3个根据已知序列设计的嵌套特异性引物分别和简并引物组合进行PCR反应,选择恰当退火温度对目标片段进行PCR扩增.TAIL-PCR技术作为一种使用技术简单易行,反应高效灵敏,产物特异性高,重复性好,能够在较短的时间内获得目标片段,已经在分子生物学研究领域广泛应用.本文从TAIL-PCR技术原理出发,对该技术特异性引物设计、随机引物组合选择、PCR反应条件等关键性问题进行综述,并介绍TAIL-PCR技术在植物基因克隆上的应用现状及发展前景.     

全基因组小麦PPR基因家族鉴定及表达分析

旨在筛选对二系杂交小麦杂交种具有育性恢复功能的PPR(Pentatricopeptide repeats)基因,以期进一步研究PPR基因的功能及调控机制。通过对小麦全基因组数据进行生物信息学分析,获得了1 351个小麦PPR成员,并对该基因家族进行了染色体定位与分布分析及进化树构建。通过与已报道的水稻育性恢复基因进行同源比对分析,候选了23个育性恢复相关PPR基因。进一步对高、低2种不同类型恢复系、不育系及杂交种减数分裂期幼穗取样,对23个育性恢复相关PPR基因进行实时荧光定量PCR表达模式筛选鉴定。结合结实率等重要农艺性状表型分析发现,4个PPR基因在高恢复系杂交组合中表现出了明显的超亲表达模式,相应地,这4个基因在低恢复系杂交组合中基本呈现低亲的表达模式。初步确认了4个可能参与调控二系杂交小麦杂交种的育性恢复基因。     

应用水稻基因芯片分析小麦光温敏核雄性不育系的基因差异表达

小麦光温敏雄性不育系是二系法杂交小麦应用技术体系的核心与基础,其育性严格受光周期和温度控制.了解光温敏雄性不育机理将促进二系法杂交小麦育种技术的应用和发展,而筛选控制不育的关键基因是揭示光温敏雄性不育分子机理的前提.由于小麦基因组信息有限,根据小麦与水稻有较高同源性,尝试利用水稻基因组芯片筛选小麦光温敏雄性不育系BS366冷胁迫响应基因.得到9个差异表达基因,这些基因参与基因表达调控、胁迫应答、信号转导、代谢等重要生命过程,为解析小麦光温敏雄性不育机理提供了有益信息.利用雄蕊cDNA半定量PCR法验证表明,NADH（nicotinamide adenine dinucleotide hydrate）脱氢酶亚基4L、锌指富含DHHC（deaf/hard of hearing connection）结构、线粒体物质运输蛋白、外被体蛋白COPⅠδ（coat proteinⅠδ）亚基和ABC（ATP-binding cassette）转运蛋白5个基因,在低温和对照温度下表达存在明显差异,可作为育性相关候选基因开展下一步研究.