高粱基因组学研究的新进展

高粱是全球第五大禾谷类作物,在干旱、半干旱地区农业生产中占有极其重要的位置.高粱基因组相对较小(750Mbp),遗传多样性丰富,被认为是禾谷类作物比较基因组学研究的模式基因组之一.近年来,综合运用AFLP等分子标记、BAC文库、EST及cDNA作图和FISH技术,加速了高粱高分辨率基因组图谱的构建.高粱基因测序、基因功能鉴定和克隆,以及遗传转化,亦取得了长足的进展.高粱特有的多种适应逆境胁迫等优异基因资源的发掘及其在作物改良中的应用前景广阔.     

基因枪转化技术及其在禾谷类作物遗传转化中的应用

基因枪转化法广泛用于禾谷类作物的遗传转化研究,是目前禾谷类作物遗传转化的有效方法。简要介绍了基困枪转化法的产生与发展、转化的特点以及影响转化频率的主要因素;系统地概述了基因枪法在禾谷类作物遗传转化的应用。     

禾谷类作物体细胞变异的研究(Ⅲ)

四、禾谷类作物体细胞变异 的分子遗传学基础 禾谷类作物体细胞变异的另一主要因素就是分子水平上发生的基因变化,这里通称为分子遗传学上的变异,包括点突变,基因扩增和丢失,转座子活化,核外基因组重排等。现分别阐述于下。     

玉米比较基因组学研究进展

玉米是世界上重要的粮食作物 ,长期以来一直是遗传学、分子生物学和基因组学研究的重点对象。近十多年来 ,涉及到玉米的基因组学研究取得了很大进展。不仅在利用比较遗传作图方法方面发现玉米和其它植物 (尤其是禾谷类作物 )的基因组存在广泛的共线性 ,在较小的DNA区域上也发现存在微共线性。尽管还存在一些共线性的例外情形 ,进一步的比较基因组学研究将深入阐明玉米基因组的结构和进化 ,并把这些研究成果应用于基因发掘中。     

水稻和其他禾本科植物基因组多倍体起源的证据

基因加倍(Gene duplication)被认为是进化的加速器。古老的基因组加倍事件已经在多个物种中被确定,包括酵母、脊椎动物以及拟南芥等。本研究发现水稻基因组同样存在全基因组加倍事件,大概发生在禾谷类作物分化之前,距今约7000万年。在水稻基因组中,共找到117个加倍区段(Duplicated block),分布在水稻的全部12条染色体,覆盖约60％的水稻基因组。在加倍区段,大约有20％的基因保留了加倍后的姊妹基因对(Duplicated pairs)。与此形成鲜明对照的是加倍区段的转录因子保留了60％的姊妹基因。禾本科植物全基因组加倍事件的确定对研究禾本科植物基因组的进化具有重要影响,暗示了多倍体化及随后的基因丢失、染色体重排等在禾谷类物种分化中扮演了重要角色。     

禾谷类作物胚乳的淀粉合成

禾谷类作物胚乳拥有独特的淀粉合成途径,需要多种特异性同工酶的参与,这些酶在禾谷类其他组织或非禾谷类作物中是不存在的。近来明确了单个淀粉同工酶的功能,这有助于我们更深入地了解禾谷类淀粉直链、支链的合成与分布。在对禾谷类淀粉合成进行遗传分析的基础上,提出了脱分支酶作用模型。以水稻全基因组序列草图为背景,本文首次全面分析了禾谷类作物的淀粉合成。     

外源基因引入玉米获得成功

随着研究人员把外源基因引入玉米植株,禾谷类作物的基因工程的实现已为期不远了。在力求把现代生物技术应用到为世界提供粮食最多的禾谷类作物(玉米、水稻、麦)方面,此项研究成果标志着一个新的里程碑。外源基因引入这些禾谷类作物的方法不能简单地与其它植物的基因转移等同起来,即采用其它植物的基因引入方法是难以实现的。     

应用于禾谷类作物转化中的报告基因

应用于禾谷类作物转化中的报告基因邵宏波,初立业（四平师范学院生物工程研究室,吉林四平１３６０００）关键词禾谷类作物,报告基因,基因转移由于基因转移技术的发展,目前已经产生了许多的转基因禾谷类作物。为了利用基因工程方法改良禾谷类作物的品质与重要的农业性...     

根癌农杆菌转化禾谷类作物及影响其转化的因素

综述了根癌农杆菌转化禾谷类作物的研究现状,根癌农杆菌与禾谷类作物间的相互作用研究,根癌农杆菌成功转化禾谷类的例子;影响根癌农杆菌转化成功的因素,如菌株类型,感受态细胞的选择,Vir基因的活化,选择合适的转化途径等。这些将为利用根癌农杆菌介导的方法,将外源基因导入禾谷类作物提供有益的帮助。     

影响根癌农杆菌转化的因素及其在单子叶作物上的应用

在植物转基因方法中,根癌农杆菌介导的遗传转化应用最为广泛,进一步提高其转化频率并扩大其宿主范围到禾谷类作物是人们所关注的问题。有多种因素影响根癌农杆菌的转化频率,包括植物的受伤反应、细菌的吸附、致病基因的诱导、植物细胞ＤＮＡ合成及修复的活力、外植体的状态等。最近的研究结果证明在适宜的条件下,根癌农杆菌还是可以有效地转化禾谷类作物。本文试就这两方面的研究进展作一论述。     

高粱(Sorghum bicolor)分子图谱的构建及寄生草(Striga asiatica)萌发诱导物基因的定位

高粱是世界上第五大主要粮食作物,也是非洲国家的主要粮食来源之一,Ｓｔｒｉｇａ ａｓｉａｔｉｃａ是一种寄生于高粱等主要农作物的野生草之一。选用两个对寄生草抗性表现差异的 高粱品系“山桂红”和“ＳＲＮ３９”作亲本,构建了一个重组近交系群体（Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔ ｉｎｂｒｅｄ, ＲＩ）,并随机筛选出９４个系用于构建分子连锁图谱和基因定位。在应用的２８６个多态性标记 中,有２５１个标记分别标定在１０条不同的连锁群上,标记间的平均图距为７．１ｃｍ,总图谱覆盖 了高粱基因组的１７７９ｃｍ,是目前国际上几个比较完整的高粱分子连锁图谱之一。群体的共 分离分析表明,与寄生草抗性有关的萌发诱导物基因（Ｇｅｒｍｉｎｉｎａｔｉｏｎ　ｓｔｉｍｕｌａｎｔ　ｇｅｎｅ－ＧｅｒｍＳｔｉｍ） 位于高粱的遗传连锁群Ｊ上,相距较近的分子标记为１３ｃｍ。进一步的精细定位分析,发现有 两个分子标记分别位于基因的两侧,距离为１．６和２．１个ｃｍ。     

高粱遗传转化研究进展

高粱是世界上仅次于小麦、水稻、玉米和大豆的重要作物之一,然而由于其高效、稳定的遗传转化体系的建立较难,限制了其转基因研究进程.近年来,随着转基因技术的不断发展和完善,高粱转基因研究也取得了飞速的发展.从高粱遗传转化再生系统中外植体的选择、转化方法、影响转化和基因表达效率的因素等几方面进行了综述,并总结转基因高粱研究进展.     

Genome-wide patterns of large-size presence/absence variants in sorghum

The presence/absence variants （PAVs） are a major source of genome structural variation and have profound effects on phenotypic and genomic variation in animals and humans. However, little is understood about PAVs in plant genomes. Our previous resequencing effort on three sorghum （Sorghum bicolour L.） genomes, each 12？ coverage, uncovered 5 364 PAVs. Here, we report a detailed characterization of 51 large-size （＆gt;30 kb） PAVs. These PAVs spanned a total size of 2.92 Mb of the sorghum genome containing 202 known and predicted genes, including 38 genes annotated to encode celldeath and stress response genes. The PAVs varied considerably for repeat sequences and mobile elements with DNA trans-posons as the major components. The frequency and distribution of these PAVs differed substantial y across 96＆amp;nbsp;sorghum inbred lines, and the low-and high frequency PAVs differed in their gene categories. This report shed new light on the occurrence and diversity of PAVs in sorghum genomes. Our research exemplifies a new perspective to explore genome structural variation for genetic improvement in plant breeding.     

Domestication to crop improvement: genetic resources for Sorghum and Saccharum (Andropogoneae)

BACKGROUND: Both sorghum (Sorghum bicolor) and sugarcane (Saccharum officinarum) are members of the Andropogoneae tribe in the Poaceae and are each other's closest relatives amongst cultivated plants. Both are relatively recent domesticates and comparatively little of the genetic potential of these taxa and their wild relatives has been captured by breeding programmes to date. This review assesses the genetic gains made by plant breeders since domestication and the progress in the characterization of genetic resources and their utilization in crop improvement for these two related species. GENETIC RESOURCES: The genome of sorghum has recently been sequenced providing a great boost to our knowledge of the evolution of grass genomes and the wealth of diversity within S. bicolor taxa. Molecular analysis of the Sorghum genus has identified close relatives of S. bicolor with novel traits, endosperm structure and composition that may be used to expand the cultivated gene pool. Mutant populations (including TILLING populations) provide a useful addition to genetic resources for this species. Sugarcane is a complex polyploid with a large and variable number of copies of each gene. The wild relatives of sugarcane represent a reservoir of genetic diversity for use in sugarcane improvement. Techniques for quantitative molecular analysis of gene or allele copy number in this genetically complex crop have been developed. SNP discovery and mapping in sugarcane has been advanced by the development of high-throughput techniques for ecoTILLING in sugarcane. Genetic linkage maps of the sugarcane genome are being improved for use in breeding selection. The improvement of both sorghum and sugarcane will be accelerated by the incorporation of more diverse germplasm into the domesticated gene pools using molecular tools and the improved knowledge of these genomes.     

Molecular genetic analysis of soriz genome (Sorghum oryzoidum)

Molecular-genetic analysis of soriz genotypes (Sorghum oryzoidum), its paternal form Sorghum bicolor (L.) Moench (grain sorghum), possible parents (Sorghum sudanense (Piper.) Stapf. (Sudan grass) and Oryza sativa L. (rice planting)) and the nearest relatives has been carried out using microsatellite (MS) loci of sorghum and rice. Based on these data genetic distances have been calculated. It was shown that soriz do not bear DNA fragments of rice, but contains in its genome DNA fragments belonging to the Sudanese grass indicating that the origin of soriz is associated with Sorghum sudanense.     

A RFLP linkage map of Sorghum bicolor (L.) Moench

A RFLP linkage map of sorghum composed principally of markers detected with sorghum low-copy-number nuclear DNA clones has been constructed. The map spans 1789 cMs and consists of 190 loci grouped into 14 linkage groups. The 10 largest linkage groups consist of from 10 to 24 markers and from 103 to 237 cMs, and the other 4 linkage groups consist of from 2 to 5 markers and from 7 to 62 cMs. The map was derived in Sorghum bicolor ssp. bicolor by analysis of a F₂ population composed of 50 plants derived from a cross of IS 3620C, a guinea line, and BTx 623, an agronomically important inbred line derived from a cross between a zera zera (a caudatum-like sorghum) and an established kafir line. The restriction fragment length polymorphism (RFLP) frequency detected in this population using polymerase chain reaction (PCR)-amplifiable low-copy-number sorghum clones and five restriction enzymes was 51%. A minimal estimate of the number of clones that detect duplicate sequences is 11 %. Null alleles occurred at 13% of the mapped RFLP loci.     

四倍体高粱与约翰逊草间的亲缘关系分析

本研究以四倍体高粱与约翰逊草为材料,利用SSR分子标记和细胞遗传学方法分析了高粱与约翰逊草间的亲缘关系,SSR分析结果表明,高粱与约翰逊草的遗传背景差异较大,SSR差异位点和相似位点在连锁群上的分布具不平衡性;按照差异引物出现频率高低,将连锁群分为两类：高度差异区和低度差异区。细胞学分析结果表明：（1）双亲及杂交种都是不规则的四倍体遗传群体。（2）花粉母细胞减数分裂中期I,双亲及杂交种染色体配对以二价体和四价体为主,杂交种平均每个细胞二价体数为17．00,四倍体高粱为15．23、约翰逊草为15．83,四价体数分别为0．95,2．15和1．60个。但杂交种减数分裂过程中也出现一定数量的单价体,减数分裂会形成一定比例的非整倍配子。SSR检测结果与细胞学分析结果具有一致性,约翰逊草与高粱的染色体组间存在一定程度的同源性。二者杂交不能形成稳定遗传的双二倍体。     

Molecular genetic analysis of the soriz genome (<Emphasis Type="Italic">Sorghum oryzoidum</Emphasis>)

A molecular genetic analysis of soriz genotypes (Sorghum oryzoidum), its parental form Sorghum bicolor (L.) Moench (grain sorghum), possible parents (Sorghum sudanense (Piper.) Stapf. (Sudan grass) and Oryza sativa L. (Rice planting), as well as its closest relatives, has been carried out with the use of microsatellite loci of sorghum and rice. Based on the obtained data, the genetic distances were calculated and the examined species were clustered. It was shown that soriz did not carry rice DNA fragments, but its genome contained DNA fragments, which belonged to Sudan grass. This confirms that the origin of soriz is associated with representatives of Sorghum sudanense.     

高粱SBP-box基因家族全基因组鉴定及表达分析

SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN box (SBP-box)基因家族编码一类绿色植物特有的转录因子,其功能涉及作物遗传改良的许多方面,如产量、株型、抗逆性等,具有重要的实际应用价值。本研究通过生物信息学方法从高粱(Sorghum bicolor L.)全基因组中鉴定出18个SBP-box基因,分布于9条染色体上,其中8个基因位于基因组重复区域。系统发育分析表明高粱SBP-box基因家族可分为6个亚家族,其中SbSBP12、SbSBP3和SbSBP15分别与玉米ZmLG1、ZmTGA1和ZmUB2/3直系同源。基于RNA-seq数据的表达分析发现高粱SBP-box基因在花序原基中表达量最高,SbSBP9和SbSBP17为花序原基特异表达基因,SbSBP5、SbSBP8和SbSBP18等基因受外源ABA和PEG胁迫上调表达,表明SBP-box基因可能参与高粱对非生物逆境的响应。本研究为高粱SBP-box家族重要基因的克隆提供了参考,相关基因可作为高粱遗传改良的候选基因。     

高粱SPL基因家族的鉴定及表达分析

Squamosa启动子结合类蛋白(SPL)基因家族编码一类植物特有的转录因子,其功能涉及作物遗传改良的许多方面,如产量、株型、抗逆性等,具有重要的实际应用价值。虽然SPL基因在很多作物中有广泛研究,但是在高粱中仍有待进一步探索。本研究通过生物信息学方法,利用同源序列法在高粱基因组水平对SPL基因家族进行分离和分析,共获得19个高粱SPL基因,并命名为SbSPL。高粱SbSPL家族基因不均匀地分布于高粱9条染色体上。通过系统进化树、保守结构域和基因结构等分析,将SbSPL基因家族成员分为5组,不同组的SbSPL基因在功能结构上具有保守性。此外,分析了SbSPL基因家族成员的启动子,发现SbSPL基因家族具有响应非生物胁迫相关信号转导的顺式作用元件。利用qRT-PCR技术,发现部分高粱SbSPL基因的表达受干旱胁迫诱导。这些结果揭示了SbSPL基因可能在高粱响应环境非生物胁迫过程中起到重要作用。