导入酰基转移酶培养耐冷性植物

基础生物学研究所教授村田纪夫等和麒麟啤酒公司共同着手耐冷性植物的研究.已经开始把从耐冷性植物中克隆出的酰基-ACP:甘油3-磷酸酰基转移酶导人烟草的莴苣中培育耐冷性重组植物的实验.导致植物受冻害有各种原因,其中,由于细胞膜的脂质相转移障碍被认为是最重要的.细胞膜的脂质经过冷却使液晶状态中的融点高的脂质分化出融点低的脂质,结果细胞     

黄瓜的冷害及耐冷性

随着蔬菜反季节栽培面积的不断扩大,如何提高黄瓜(Cucumis sativus L.)耐冷性已成为选育新品种的研究重点。系统地综述近几年黄瓜耐冷性的鉴定、获得途径、冷害机理以及遗传和分子遗传学等方面的研究,以促进对黄瓜冷害机制的研究, 加速耐冷品种的培育。耐冷性鉴定时要从耐冷指数、低温发芽能力、MDA (丙二醛)含量和电解质渗漏率等几个方面综合鉴定。耐冷性的获得途径主要有冷驯化、激素处理、热激处理和培育耐低温品种,最重要的途径是耐冷品种选育。黄瓜冷害机理包括细胞膜的流动性降低及透性增加,光合作用被抑制,根系吸收减弱,可溶性糖含量减少,淀粉粒积累增加,微管的稳定性受到破坏等。黄瓜低温发芽能力由非加性基因决定,而幼苗时期主要由加性基因控制。黄瓜 耐冷的分子遗传学研究进展缓慢,目前已克隆出在低温锻炼中特异表达的功能未知的基因CCR18。今后还应研究黄瓜低温胁迫时的信号转导系统,以进一步揭示黄瓜的冷害机理;利用野生资源的抗逆性状,拓宽栽培黄瓜的遗传基础,选育适于保护地栽培的耐低温品种。     

黄瓜的冷害及耐冷性

随着蔬菜反季节栽培面积的不断扩大,如何提高黄瓜(Cucumis sativus L.)耐冷性已成为选育新品种的研究重点.系统地综述近几年黄瓜耐冷性的鉴定、获得途径、冷害机理以及遗传和分子遗传学等方面的研究,以促进对黄瓜冷害机制的研究,加速耐冷品种的培育.耐冷性鉴定时要从耐冷指数、低温发芽能力、MDA(丙二醛)含量和电解质渗漏率等几个方面综合鉴定.耐冷性的获得途径主要有冷驯化、激素处理、热激处理和培育耐低温品种,最重要的途径是耐冷品种选育.黄瓜冷害机理包括细胞膜的流动性降低及透性增加,光合作用被抑制,根系吸收减弱,可溶性糖含量减少,淀粉粒积累增加,微管的稳定性受到破坏等.黄瓜低温发芽能力由非加性基因决定,而幼苗时期主要由加性基因控制.黄瓜耐冷的分子遗传学研究进展缓慢,目前已克隆出在低温锻炼中特异表达的功能未知的基因CCRl8.今后还应研究黄瓜低温胁迫时的信号转导系统,以进一步揭示黄瓜的冷害机理;利用野生资源的抗逆性状,拓宽栽培黄瓜的遗传基础,选育适于保护地栽培的耐低温品种.     

中国水稻微核心种质不同生育时期耐冷性鉴定及其相关分析

以204份中国水稻微核心种质为试验材料,进行了水稻发芽期、芽期、幼苗期、孕穗期等耐冷性鉴定及其相关性分析。结果表明,水稻各生育时期耐冷性在籼粳亚种间、各种质之间存在明显的差异。粳稻种质的耐冷性明显强于籼稻种质,但籼稻种质中也存在耐冷性较强的种质。高阳淀稻大红芒、肥东塘稻、木樨球、卫国、兴国、山酒谷、中花8号等粳稻种质和包选21号、红米三担白、寸谷糯、红谷等籼稻种质在水稻各生育时期均表现较强的耐冷性,在水稻耐冷性育种及耐冷基因发掘研究中应加以利用。自然低温和冷水胁迫下水稻结实率与低温下发芽率呈显著或极显著正相关,而与死苗率呈显著负相关,即低温下发芽期耐冷性和芽期耐冷性强的水稻种质一般表现为较强的孕穗期耐冷性。认为低温下发芽率和芽期低温处理后的死苗率可以作为孕穗期耐冷性早期鉴定的间接指标。     

中国水稻微核心种质不同生育时期耐冷性鉴定及其相关分析

以204份中国水稻微核心种质为试验材料,进行了水稻发芽期、芽期、幼苗期、孕穗期等耐冷性鉴定及其相关性分析。结果表明,水稻各生育时期耐冷性在籼粳亚种间、各种质之间存在明显的差异。粳稻种质的耐冷性明显强于籼稻种质,但籼稻种质中也存在耐冷性较强的种质。高阳淀稻大红芒、肥东塘稻、木樨球、卫国、兴国、山酒谷、中花8号等粳稻种质和包选21号、红米三担白、寸谷糯、红谷等籼稻种质在水稻各生育时期均表现较强的耐冷性,在水稻耐冷性育种及耐冷基因发掘研究中应加以利用。自然低温和冷水胁迫下水稻结实率与低温下发芽率呈显著或极显著正相关,而与死苗率呈显著负相关,即低温下发芽期耐冷性和芽期耐冷性强的水稻种质一般表现为较强的孕穗期耐冷性。认为低温下发芽率和芽期低温处理后的死苗率可以作为孕穗期耐冷性早期鉴定的间接指标。     

水稻籼粳交DH群体苗期耐冷性基因的分子标记定位

水稻苗期低温冷害导致的烂秧现象是水稻生产中重要的限制因素之一。以一个水稻籼粳交(圭630／02428)DH群体为材料,在幼苗3叶1心时用10℃低温处理3d,随后恢复培养,以恢复培养5d后的秧苗成活率(％)为指标,鉴定该DH群体的苗期耐冷性。利用已构建的RFLP连锁图谱和基于混合线性模型的定位软件QTLMapper1.0对水稻苗期耐冷性进行QTL分析,检测到控制水稻苗期耐冷性的3个QTLs,分别位于第3、11、12染色体上,贡献率分别为7．9％、18．3％和24.4％,其增效等位基因均来自于亲本“02428”。同时检测到控制水稻苗期耐冷性的上位性互作位点8个,分散分布于第2、7、8、9、11染色体上,其中有2对互作的贡献率在15％左右,这2对互作的增效基因型均为来自2个亲本的重组基因型。苗期耐冷性在2个亲本间差异很大,在DH群体中呈现出连续变异,有明显的超亲分离。这些结果表明,水稻苗期耐冷性是受多基因控制的数量性状,基因的上位性互作是其重要的遗传基础之一。     

基于引物扩增受阻突变技术开发水稻耐冷基因CTB4a特异性分子标记

水稻(Oryza sativa)作为热带与亚热带起源的作物对低温敏感.对水稻种质进行耐冷性鉴定,能筛选出耐冷性强的种质,发展耐冷基因分子标记,能够有效鉴别种质中耐冷基因的基因型.本研究使用芽期4℃低温处理10d对41份水稻材料进行芽期耐冷鉴定,对品种的芽期耐冷能力进行评价,获得了参试材料中除了'昆明小白谷'之外的芽期耐冷性最强的品种'南特号'.对已克隆的耐冷基因CTB4a开发分子标记,能够辅助选择水稻的耐冷育种.水稻孕穗期耐冷基因CTB4a来源于'昆明小白谷',能够影响水稻抵抗低温的能力.参照公布的CTB4a序列信息,从中挑选出序列中的作用位点SNP(单核苷酸多态性,single nucleotide polymorphism),结合引物扩增受阻突变技术(Penta-primer amplification refractory mutation system,PARMS),用Primer 6.0设计引物,建立CTB4a基因荧光分子标记GM-CTB4a,使用荧光分子标记GM-CTB4a对41份水稻品种进行鉴定,使用酶标仪在'昆明小白谷'中检测到利用标记扩增产物中包含'昆明小白谷'特异SNP、T碱基引物携带的FAM荧光信号,在另外40份品种的扩增产物中检测到包含作用位点的C碱基引物携带的HEX荧光信号.本研究利用设计的分子标记,鉴定了 41份水稻品种的耐冷性和基因型.比对分析耐冷性和基因型鉴定结果,说明我们开发的分子标记GM-CTB4a特异性较强,具有实际应用价值.研究结果为利用水稻孕穗期耐冷基因CTB4a培育强耐冷水稻品种奠定坚实基础.     

粳稻孕穗期耐冷性NILs的形态评价和分子验证

2004年在海拔1916m昆明两种冷害（水温19.5±0.7℃,低田温冷泉水温17.8±1.1℃)、阿子营冷害(海拔2150m,水温18.2±0.22℃)条件下对5个亲本及其25个近等基因系进行耐冷性鉴定,用Statistica对17个农艺性状进行形态聚类和SSR分子标记聚类分析。结果表明：(1)已培育的穗期耐冷性NILs与轮回亲本十和田的形态极为相似,但与耐冷性相关的性状(穗颈长、实粒数、结实率、花药长和花药体积)有明显的差异;(2)从78个SSR标记筛选出了7个标记在十和田和NILs间存在多态性, 其中RM7452标记与耐冷基因连锁,各个近等基因系间遗传背景相似,但与十和田耐冷性差异大,证明了这些NILs是水稻穗期耐冷基因精细定位和克隆的理想材料。     

水稻丽粳2号近等基因系杂种后代耐冷性遗传研究

在昆明低温冷害条件下,以十和田×(十和田和丽粳2号BC4F5)配制的杂种BC5F1、BC5F2、BC5F3和BC5F4及亲本为材料,用主基因-多基因混合遗传模型对丽粳2号作耐冷基因供体培育出的近等基因系进行孕穗期耐冷性遗传研究。结果表明:(1)杂种BC5F2、BC5F3和BC5F4分离群体在同一世代每穗实粒数与总粒数、结实率呈极显著的正相关;(2)以结实率为耐冷性鉴定指标,近等基因系孕穗期耐冷性受2对主基因和多基因共同控制,其主效基因的遗传率为90.97%,微效基因遗传率为3.83%,主基因和微效基因都存在加性-显性-上位性效应。     

用基因操作开发矮性的重组花

麒麟啤酒基础技术研究所利用基因操作成功地育成矮性而且长着很多花芽的土耳其桔梗和牵牛花。这种技术有可能是适用范围广,可以随意操作矮化和花芽增加等品种特性,能开发实用品种。该公司目前集中精力进行矮性重组土耳其桔梗的商品化。这次成功的技术中心是用Ti质粒将存在于植物病原菌发根土壤杆菌(Agrobacterium rizogenesis)的Ri质粒上的rol C基因导入植物体。西德Maxplank研究所先发现的是一旦导入rol C就会矮化并增加     

miR160a与其靶基因在西瓜嫁接苗中参与抵御低温胁迫

miR160在许多研究中被报道靶向生长素响应因子(ARF)并参与植物的生长发育,但其在葫芦科作物以及嫁接西瓜耐冷性中的调控机制尚不清晰。本研究利用生物信息学技术对miR160a进行了保守性分析、候选靶基因ARF的预测及验证、结合位点分析以及ARF基因家族的进化分析。本文以西瓜(Citrullus lanatus)为接穗材料,分别以印度南瓜(Cucurbita maxima)、中国南瓜(Cucurbita moschata)和美洲南瓜(Cucurbita pepo)作为嫁接的砧木材料,以C6实生苗为对照,通过8^oC低温处理7 d后统计冷害指数,检测不同组织中miR160a和靶基因ARF的表达情况来探究嫁接西瓜miR160a与其靶基因在抵御低温胁迫中的调控作用。结果表明：嫁接显著提高了西瓜植株的抗冷性,影响了miR160a和其ARF靶基因的表达,并且miR160a与其靶基因整体上呈现负向调控的模式来参与嫁接西瓜抵御低温胁迫的过程。本文为今后深入研究嫁接耐冷体系提供了新的参考依据和研究基础。     

广西水稻地方品种耐冷性鉴定及相关分析

对419份广西水稻地方品种初级核心种质进行芽期、苗期的耐冷性鉴定及相关分析,结果表明:广西水稻地方品种芽期、苗期耐冷性主要集中在7级和9级,总体耐冷性较弱。芽期、苗期极强耐冷种质(1级)分别为24份和27份,占参试总数的5.73%和6.44%,其中10份种质芽期和苗期均表现极强耐冷(1级)。芽期、苗期耐冷性呈极显著正相关(r=0.66)。粳稻芽期、苗期耐冷性均显著高于籼稻;粘糯稻之间耐冷性差异是由籼粳稻类型的耐冷差异引起的;来自高寒山区稻作区的品种芽期和苗期平均耐冷表现最强。利用34个SSR标记与芽期、苗期耐冷性进行Pearson相关分析,在第7和第9染色体上,各鉴定出1个同时与芽期和苗期耐冷性相关联的位点。本研究为水稻芽期、苗期耐冷育种提供新的抗源材料,并为水稻耐冷基因定位及机理研究奠定基础。     

普通野生稻染色体片段代换系的孕穗期耐冷性研究

为筛选出在苗期和孕穗期都具有强耐冷性的种质以供水稻耐冷研究与育种利用,本研究利用人工低温胁迫的方法,对20份苗期耐冷的普通野生稻染色体片段代换系进行了孕穗期耐冷性鉴定评价。结果表明:(1)在20份代换系材料中,孕穗期耐冷性表现强(3级)、中(5级)和弱(7级)级别的材料为2份、15份和3份,分别占供试材料的10%、75%和15%;(2)水稻苗期和孕穗期的耐冷性呈显著正相关(p0.05),所鉴定出的2份抗性3级材料(DC907和DC866)不但可以作为苗期耐冷性抗源,同时也可以作为孕穗期耐寒性抗源;(3)可溶性蛋白、可溶性糖、游离氨基酸、脯氨酸、丙二醛和超氧化物歧化酶等各项生理指标与相对结实率之间均无显著的相关关系,因此均不适宜作为孕穗期耐冷性的鉴定评价指标。     

水稻耐冷相关基因克隆研究进展

全球约有一半的人口以稻米为主食,然而,大多数栽培水稻品种(尤其是籼稻品种)的耐冷性不强,易受冷害(冰点以上低温危害)。采用分子育种方法培育耐冷水稻新品种是提高水稻耐冷性、减轻冷害的措施之一,对水稻耐冷相关基因进行定位与克隆是水稻耐冷分子育种的重要环节。介绍了以东乡野生稻为研究对象的耐冷相关基因定位以及以栽培稻为研究对象的OsDREB1A与OSISAP1等耐冷相关基因的克隆,并指出了今后该领域研究的重点。     

基于主成分-聚类分析构建甜瓜幼苗耐冷性综合评价体系

为了构建甜瓜(Cucumis melo)种质耐冷性的评价体系并筛选耐冷种质,以19份遗传背景差异明显的甜瓜种质为实验材料,测定低温胁迫下幼苗的9个形态指标和8个生理指标,利用主成分分析、聚类分析及回归分析等多元统计方法对各指标的耐冷系数(α值)进行综合评价。结果表明,低温胁迫下甜瓜幼苗的形态和生理指标发生了明显的变化,其α值的变异系数均大于10%,生理指标的α值变化更为明显。利用主成分分析将原有的17个指标转换为7个独立的综合指标,其累计贡献率达84.64%,以此计算各种质的隶属函数值,并以主成分的贡献率进行加权,最终获得所有种质耐冷性的综合评价值(D值)。基于D值的聚类分析将所有种质按耐冷性强弱划分为3类,其中Oujin为耐冷性最强的种质,Xujin1等11份种质具有中等耐冷性,Qiuxiang等7份种质耐冷性较弱。通过逐步回归分析建立了甜瓜幼苗耐冷性评价的数学模型:D=0.048+0.048POD–0.119SOD+0.097PRO+0.042CRI+0.084RDW+0.206OFW。模型的预测精度大于93.0%。该耐冷性评价体系可广泛用于不同甜瓜种质耐冷性的快速鉴定和预测。     

粳稻地方品种孕穗期耐冷性鉴定及耐冷性状间相关分析

利用原产于中国18省的329份粳稻地方品种为试验材料,在自然低温和冷水胁迫下进行了孕穗期耐冷性鉴定和主要耐冷性状间相关分析。结果表明,自然低温和冷水胁迫下各粳稻地方品种间存在明显的耐冷性差异,共鉴定筛选出黑壳粘、红芒大足、红须贵州禾、冷水谷、须糯等31份孕穗期耐冷性强的粳稻地方品种。其中原产于贵州省的黑壳粘在自然低温和冷水胁迫下均表现出较强的孕穗期耐冷性。自然低温与冷水胁迫下孕穗期耐冷性鉴定结果呈极显著正相关。自然低温下结实率与穗颈长、穗长和秆长呈显著或极显著正相关,而与抽穗天数呈极显著负相关。在冷水胁迫下结实率与株高呈极显著正相关,而与抽穗天数呈极显著负相关;结实率的冷水反应指数(CRI)与株高CRI呈显著正相关,而与有效穗数CRI呈显著负相关。     

粳稻芽期耐冷性鉴定方法研究

利用22个粳稻品种,在不同低温胁迫、不同处理天数下进行水稻芽期耐冷性鉴定,并提出了适合于粳稻芽期耐冷性的鉴定方法.研究结果表明,在低温胁迫和不同天数的处理中,以2℃/6d低温胁迫下的22个粳稻品种死苗率的方差和变异范围表现为最大,并且死苗率的分布比较合理,据此认为该低温胁迫对于粳稻芽期耐冷性鉴定是比较合适的胁迫条件.在2℃/6d低温胁迫下,靖粳7号、辐优1号、合系15、沈农15、东农422、滇系1号等品种芽期耐冷性属3级,为强耐冷性品种;云南省粳稻品种的芽期耐冷性普遍好于东北三省的粳稻品种.     

开发用于耐冷性玉米育种的耐冷性PPDK基因导入系统

日本烟草产业(JT)公司宣布确立了在叶组织细胞叶绿体上能有效地表达从耐冷性菊科植Flaveriabrownii中获得C4光合成途径的耐冷性PPDK(丙酮酸二磷酸激酶)酶的系统。现在正在玉米的基因导入,以获得性状转化体。玉米原产于中南美,在寒冷地区栽培困难。如果能开发出低温耐性玉米,就能扩大栽培     

水稻RIL群体苗期耐冷性QTL分析

水稻苗期冷害是影响早春季节和高纬度地区水稻成苗和秧苗生长的重要限制因素之一。为了鉴定控制水稻苗期耐冷性的QTL,研究采用了1个水稻“粳籼交”重组自交系(RIL)群体,结合1张高密度分子遗传图谱,对3叶期幼苗经过10℃冷处理3d、恢复培养2d和4d时的秧苗存活率进行复合区间作图。亲本Lemont和特青的苗期耐冷性具有极显著差异,Lemont的苗期耐冷性很强,而特青对低温敏感。在重组自交系群体中,苗期耐冷性表现为连续变异,在两个方向上均出现大量超亲分离。共检测到5个水稻苗期耐冷性QTL,分别位于水稻1、3、8和11号染色体上,单个QTL对性状的贡献率为7％～21％。其中,4个QTL的增效基因来源于亲本Lemont,另1个QTL的增效基因来源于亲本特青。2个主效QTL(qSCT-3和qSCT-8)分别位于3号染色体标记区间RM282-RM156和8号染色体标记区间RM230—RM264,对性状的贡献率达到或接近20％,被检测到的LOD值显著较高,其增效基因均来自于耐冷性亲本Lemont。研究结果进一步揭示了水稻苗期耐冷性QTL具有丰富的位点多样性,表明耐冷性普遍较强的粳稻是发掘苗期耐冷性优异基因的主要稻种资源。     

植物耐冷性分子机理的研究进展

近年来对植物耐冷性分子机理的研究不断深入。主要体现在以下4个方面：植物的冷敏感性可以通过调节膜脂的不饱和脂肪酸水平得到调控,调节的途径是通过酰脂去饱和酶和甘油-3-磷酸酰基转移酶的作用;利用转基因技术在植物中超表达抗氧化酶基因,如编码SOD、APX、CAT和GR等的基因,可望提高耐冷性;植物低温逆境信号转导的研究表明,ABA不仅是重要的低温逆境信号,而且可调节冷害下基因的表达,Ca^2 是一个主要的第二信使,蛋白激酶途径也参与了植物冷害的信号转导;低温诱导的蛋白或酶类主要有脱水蛋白和热稳定蛋白。