小麦的比较基因组学和功能基因组学

小麦是异源多倍体植物,具有大的染色体组,并且基因组中重复序列所占比例较高,这些特征限制了小麦基因组研究的进展。比较基因组学方法为运用模式植物进行小麦基因组学研究提供了一个操作平台。功能基因组学的研究集中于基因组中转录表达的部分,基因功能的确定是功能基因组学研究的主要内容。对比较基因组学在小麦基因组研究中的应用和小麦功能基因组学的研究内容和方法进行了综述。     

野生一粒小麦BAC文库的构建和鉴定

以细菌人工染色体pECBAC1为载体,构建了野生一粒小麦(Triticum boeoticum B oiss)的基因组BAC文库.该文库共包含约17万个克隆,平均插入片段长度为104 kb,按野生一粒小麦基因组为5 600 Mb计算,文库覆盖了约3倍的该物种基因组.用大麦叶绿体psb A基因和玉米线粒体atp6基因作混合探针,检测发现该文库中含细胞器基因组同源序列的克隆数小于1% .该文库的建成,为小麦基因的克隆及基因组学研究提供了技术平台.     

野生一粒小麦BAC文库的构建和鉴定

以细菌人工染色体pECBAC1为载体 ,构建了野生一粒小麦 (TriticumboeoticumBoiss)的基因组BAC文库。该文库共包含约 17万个克隆 ,平均插入片段长度为 10 4kb ,按野生一粒小麦基因组为 5 6 0 0Mb计算 ,文库覆盖了约 3倍的该物种基因组。用大麦叶绿体psbA基因和玉米线粒体atp6基因作混合探针 ,检测发现该文库中含细胞器基因组同源序列的克隆数小于 1%。该文库的建成 ,为小麦基因的克隆及基因组学研究提供了技术平台     

CRISPR/Cas9技术在小麦育种中的应用进展

小麦（Triticum aestivum L.）是世界上主要的农作物之一,在粮食安全供应中发挥重要作用。在过去的几十年,由于小麦基因组复杂和遗传转化困难,导致小麦的基础和应用研究落后于其他谷类作物。2014年小麦基因组编辑取得了显著进展,进而促进了小麦生物技术的发展。综述了CRISPR/Cas9技术在小麦育种中的研究进展,简单介绍了CRISPR/Cas9基因编辑技术的发现、原理和优缺点,指出小麦基因编辑过程中农杆菌介导的遗传转化较粒子轰击法可降低转基因沉默频率,未来将成为基因编辑过程中主流的遗传转化方式;优化sgRNA的启动子、选择同源保守序列做为靶点可以提高基因编辑效率;新开发的碱基编辑器和prime editor需引入更多突变类型。展望了进一步提高小麦基因编辑效率和安全性的可行性,以期为未来小麦育种工作提供参考。     

TILLING技术及其应用

定向诱导基因组局部突变(targetinginducedlocallesionsingenomes,TILLING)可快速、有效地鉴定和定向筛选突变,是一种全新的反向遗传学技术。现对TILLING的技术流程、核心与特点,及其在突变研究、反向遗传学及功能基因组学、SNP检测、资源创新与分析以及作物遗传改良等方面的应用进行了综述。     

农杆菌介导的大麦Mlo反义基因转化小麦获得抗白粉病后代

从大麦‘斯特林’幼叶总RNA中分离Mlo基因cDNA完整编码区,反向连接到植物双元载体（pBI-121.2）35S启动子下游,通过农杆菌介导的苗端转化法获得两种小麦基因型（‘烟优2801’和‘烟优361’）的转基因小麦。T0代405株中有55株PCR检测阳性,平均转化率达到13.58%,T0和T1基因组DNA Southern杂交可以证明大麦Mlo基因片段已整合到小麦基因组中并可传递到后代。两种基因型的转基因小麦T0和T1植株在温室及大田中均表现出对白粉病抗性的提高。农杆菌介导的苗端转化法可以简单、快速、高效地获得转基因株系;排除体细胞变异对转基因植株的影响;克服基因型对农杆菌转化的限制,是小麦遗传转化的一种实用方法。     

小麦WOX转录因子基因的全基因组鉴定与分析

小麦是全球主要粮食作物之一.本研究运用生物信息学技术手段对普通小麦(Triticum aestivum L.)的WOX基因进行了全基因组鉴定、系统发育树构建、序列分析.结果显示:小麦基因组一共包含了26个WOX基因,其中在Phytozome数据库中收录有序列信息的有20个,可分为3个亚族,各亚族内的WOX基因具有相似的...     

CRISPR/Cas9技术在非模式植物中的应用进展

基因组编辑技术的出现对植物遗传育种及作物性状的改良产生了深远意义。CRISPR/Cas(clustered regularly interspaced short palindromic repeat)是由成簇规律间隔短回文重复序列及其关联蛋白组成的免疫系统,其作用是原核生物(40%细菌和90%古细菌)用来抵抗外源遗传物质(噬菌体和病毒)的入侵。该技术实现了对基因组中多个靶基因同时进行编辑,与前两代基因编辑技术:锌指核酶(ZFNs)和转录激活因子样效应物核酶(TALENs)相比更加简单、廉价、高效。目前CRISPR/Cas9基因编辑技术已在拟南芥(Arabidopsis thaliana)、烟草(Nicotiana benthamiana)、水稻(Oryza sativa)、小麦(Triticum aestivum)、玉米(Zea mays)、番茄(tomato)等模式植物和多数大作物中实现了定点基因组编辑,其应用范围不断地向各类植物扩展。但与模式植物和一些大作物相比,CRISPR/Cas9基因编辑技术在非模式植物,尤其在一些小作物的应用中存在如载体构建、靶点设计、脱靶检测、同源重组等问题有待进一步完善。该文对CRISPR/Cas9技术在非模式植物与小作物研究的最新研究进展进行了总结,讨论了该技术目前在非模式植物、小作物应用的局限性,在此基础上提出了相关改进策略,并对CRISPR/Cas9系统在非模式植物中的研究前景进行了展望。     

大豆耐盐相关QTLs鉴定和功能基因研究进展

大豆(Glycine max (L.) Merill)是重要的粮食作物和经济作物,盐胁迫能造成大豆产量的大幅度降低。本文综述了通过正向遗传学手段获得的大豆耐盐数量性状位点(Quantitative trait locus, QTL)以及通过反向遗传学方法获得的大豆耐盐功能基因方面的研究进展。目前,正向遗传学发掘基因主要有图位克隆(Map-based cloning)和全基因组关联分析(Genome-wide association study, GWAS)两种方案,其中通过图位克隆在大豆中已经获得了6个耐盐QTL位点并且定位了1个重要的耐盐基因;利用GWAS在大豆中获得了1个耐盐功能基因。利用反向遗传学在大豆中获得了大量的耐盐相关功能基因并在模式植物中验证了其功能,主要包括离子转运蛋白基因和转录因子基因。这些研究为揭示大豆耐盐分子机制以及通过分子标记辅助育种或转基因技术创制耐盐大豆奠定了基础。     

组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDACi)对小麦基因编辑效率的影响及转录组学分析

主要研究组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDACi)与染色质状态以及CRISPR/Cas9的编辑效率之间的关系。利用不同浓度的尼克酰胺(0,2.5和5 mmol/L)和丁酸钠(0,5和10 mmol/L)对小麦幼苗处理7 d和14 d,结果显示丁酸钠处理会抑制幼苗的生长,而尼克酰胺对幼苗影响较小。对尼克酰胺处理的小麦幼苗进行转录组测序,发现了一些有利于促进染色质状态开放的基因:6个甲基转移酶合成通路基因。此外对未发生编辑的TaAGO4a基因编辑转基因小麦材料的T2代进行尼克酰胺处理,结果显示5 mmol/L处理14 d时检测到1株3A和3B基因组均杂合编辑的植株,编辑效率从0提高到8.3%,其它处理组和对照组均没有检测到编辑。本研究证明尼克酰胺确实可以提高小麦基因编辑效率,为提高小麦基因编辑效率提供了一种新策略。     

小麦-簇毛麦6VS/6AL易位系可转化人工染色体(TAC)文库的构建

可转化人工染色体(Transformation\|competent Artificial Chromosome,TAC)是具有克隆和转移大片段基因能力的新型载体,是植物基因克隆和转化的有效工具。为了克隆小麦抗白粉病基因和其它基因,本研究用TAC载体pYLTAC17构建了带有抗白粉病基因Pm21的小麦簇毛麦6VS/6AL易位系的基因组DNA文库。该文库包含210万个克隆,平均插入片段35kb,库容相当于普通小麦基因组的49倍。本文库以约1000个克隆组成1个混合池的方式保存在22块96孔平板,可用PCR方法进行文库的筛选。     

麦类作物小孢子培养与遗传转化研究进展

小孢子作为单个单倍体细胞,通过诱导培养能再生成纯合的二倍体植株,不仅为分子生物学、遗传学、形态发生学研究提供稳定的材料,也对小麦等作物的转基因研究提供新方向和新思路。本文主要介绍麦类作物小孢子培养的基本步骤及关键因素,简要介绍了以小孢子为材料进行小麦基因遗传转化的方法。     

基因编辑技术的发展及其在农业生产中的应用

对动植物和人类基因组的测序为功能基因组研究提供了基础数据。然而,核苷酸序列信息并不足以帮助我们了解特定的基因组元件的功能及其在表型形成中的作用。基因编辑技术能够在很大程度上解决这一问题,帮助人们快速获得新的基因组突变模式,从而以更便捷高效的方式进行功能基因组研究。对基因编辑的基本原理及常见的锌指核酸酶(ZFN)、转录激活因子样效应因子核酸酶(TALEN)和2013年出现的CRISPR/Cas9系统进行了回顾,讨论了基因编辑技术的应用历史,特别在农业应用方面,重点关注了CRISPR/Cas9系统在水稻基因编辑中的应用,阐述了CRISPR/Cas9在基因组编辑领域的问题和其他应用方面的困难,探讨了基因编辑工具在作物改良方面所面临的主要挑战和未来发展趋势。     

TILLING技术在植物功能基因组及育种中的应用

随着拟南芥、水稻等模式植物基因组测序计划的全面完成,数据库中大量的DNA序列需要进行功能注释,而用传统的正向遗传学进行基因克隆和近年来发展的反向遗传学（如插入突变、反义RNA、RNAi等技术）方法已不能适应基因组学的发展需求,因此,研发大规模、高通量的基因功能分析方法成为当务之急。TILLING技术（Targeting induced local lesions in genomes）就是在基因组生物学大背景下出现的一种全新的反向遗传学技术。TILLING技术的基本步骤是通过化学诱变方法产生一系列点突变,经过PCR扩增放大和变性复性过程产生异源双链DNA分子,再通过特异性酶切和双色电泳分析识别异源双链中错配碱基,从而检测出突变发生的准确位置。由于具有高通量、大规模、高灵敏度和自动化等特点,能够适应植物功能基因组学研究的要求,TILLING技术已经和即将在功能基因组领域发挥越来越重要的作用。TILLING技术应用于已测序完成的拟南芥和水稻中的突变位点检测并取得了巨大成功;TILLING技术应用于农作物的品种改良,可以帮助实现快速、定向改良作物的品种,同时由于TILLING采用的化学诱变技术与传统诱变育种并无二致,因此在作物改良中采用TILLING技术不存在外源基因转入引发的转基因作物（GMO）争论;由TILLING技术发展来的EcoTILLING技术,具有通量高、成本低、定位准确等优点,可以很好地进行多态性检测和研究基因的功能,已成为开展物种DNA多态性检测和不同物种演替进化研究的有力工具。本文简要介绍了TILLING的原理及操作步骤,讨论了TILLING技术的特点和优点及TILLING技术的应用前景。     

基因编辑技术研究进展及其在苜蓿等豆科饲草作物中的应用

基因编辑是对生物基因组进行靶向修饰的一项新型生物技术,可以在不同物种中实现对目标基因的定点敲除、基因片段置换以及基因定点插入等基因定向编辑,目前基因编辑技术已在植物基因功能解析和作物遗传改良研究中得到广泛应用。本文简要回顾基因编辑技术的发展历程,重点介绍新近发展的CRISPR/Cas9技术在植物中的研究进展,并对CRISPR/Cas基因编辑技术在苜蓿等饲草作物中的应用进行探讨和展望。     

小麦吸收土壤磷转运子在酵母突变体中的功能互补分析

以小麦磷转运子全长编码cDMA(TaPT2)为探针与小麦基因组DNA进行Southern杂交,结果表明,在小麦基因组中存在该基因的不同家族成员,另外,将TaPT2基因转入酵母突变体MB192中,以野生型菌株YPH084为对照,分别检测YTaPT2,YPH084和MB192酸性磷酸酶分泌情况,生长情况以及对培养基的磷吸收情况,得到结论：TaPT2的功能与酵母磷转运子编码基因PHO84相似,具有增强酵母吸收磷的作用。     

抗除草剂草甘膦EPSPs基因在小麦中的转化

通过基因枪法,用抗除草剂草甘膦的ＥＰＳＰｓ基因转化小麦京花１号的幼穗约１０００个,及幼胚约８００个,经草甘膦选择后分别获得３８株和４株再生植株。这些再生植株经ＰＣＲ和（或）Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交证明,其中有部分再生植株的基因组中稳定整合了外源ＥＰＳＰｓ基因,并且转化体中部分是可育的。首次用实验证明,抗除草剂草甘膦的ＥＰＳＰｓ基因作为单子叶禾谷类作物小麦基因转化的选择标记是行之有效的。     

小麦内源特异参照基因的查找与定性PCR和实时荧光PCR验证

目的:先从理论上查找和比对了小麦属(Triticum)γ-醇溶蛋白基因(GAG56D)为小麦特异的内源基因,并用定性PCR和实时荧光PCR方法从实验特异性上进行了验证。方法:选择小麦基因组中部分基因序列在NCBI中进行同源性分析,查找在小麦中存在的内源特异参照基因,找到小麦属(Triticum)特异的γ-醇溶蛋白基因(GAG56D),设计并合成该基因的引物和探针序列,同时用定性PCR和实时荧光PCR方法进行检测,并优化了实验条件。结果:不仅在理论上查找和比对了γ-醇溶蛋白基因为小麦特异的内源基因,并用定性PCR和实时荧光PCR方法进行了实验特异性的验证。定性PCR产物经过琼脂糖凝胶电泳分析后,只在小麦属中可以检测到328bp的目的片段,而在其它作物中未扩增出目的片断。同样实时荧光PCR验证的结果小麦属内各个种均有扩增曲线出现,而在其它作物没有扩增曲线出现中。结论:该基因与方法可用作检测小麦属(唯一小麦种是栽培作物)内源特异参照基因。     

美、瑞科学家首次绘制出水稻基因组图谱

美国和瑞士两家生物技术公司于 1月 2 6日宣布 ,他们已测定出水稻基因组的所有碱基对序列。这是科学家第一次绘制出在农业上具有重要意义的粮食作物的基因组图谱。美国无究遗传学公司和瑞士“新基达”(Ｓｙｎｇｅｎｔａ)公司的科学家说 ,这一工作的完成对培育品质更好的水稻品种具有重要意义 ,也将加快对更加复杂的粮食作物如玉米和小麦基因组的研究。水稻共有 12对染色体 ,约有 5万多个基因。在破译水稻基因的过程中 ,研究人员发现水稻的有些基因结构与其它谷类作物的基因结构非常相似 ,有些则是独特的。因此可以利用这些相似基因来识别其…