普通小麦不同优势杂交种及其亲本苗期根系基因的差异表达

为探讨小麦(Triticum aestivum L.)杂种优势形成的分子机理,选用普通小麦品种(系)3338、6554和2410TD及其强优势杂种A(3338×6654)和无优势杂种B(2410TD×6554),采用mRNA差异显示技术,对生长至三叶一心的根系(初生根)基因表达差异进行了比较研究.结果发现,小麦杂种一代苗期根系基因表达较亲本明显不同,表现为数量水平和质量水平上的差异,且差异表达基因的数目远高于我们以苗期叶片为材料的研究结果,表明小麦杂交种与其亲本间的基因差异表达与所研究的组织和器官有关.比较分析发现,在强优势杂种组合A中,超亲表达和偏高亲表达基因所占比例均明显高于无优势杂种组合B.以家族特异基因替代随机引物进行的差异显示结果表明,MADS-box家族基因在小麦杂交种和亲本苗期根系中存在着显著的表达差异,且差异表达类型以杂种特异表达和亲本基因在杂种一代沉默为主,说明MADS-box家族基因可能与小麦的杂种优势形成具有重要关系.对杂种和亲本基因表达差异与杂种优势的关系进行了分析和讨论.     

小麦杂交种与亲本发育早期种子的基因表达差异及其与杂种优势关系的初步研究

为深入探讨小麦杂种优势形成的分子机理,选取3个冬小麦品种(系)为一组亲本,3个为另一组亲本,配制了正反交18个杂交组合,以授粉后6d的杂交和自交种子为材料,应用mRNA差异显示技术(DDRT—PCR)研究了小麦杂交当代种子与其亲本自交种子基因的表达差异,并与杂种优势进行相关分析。为降低DDRT—PCR技术假阳性的不利影响,对每个引物组合均作了两次PCR扩增,在处理数据时,仅统计能重复出现的条带。结果发现：杂交种和亲本之间的基因表达模式有8类共15种：(1)单亲沉默型(2种),(2)单亲一致型(2种),(3)正交或反交沉默型(2种),(4)正交或反交特异型(2种),(5)正交或反交单亲一致型(4种),(6)杂交种特异型(1种),(7)双亲共沉默型(1种),(8)表达一致型(1种)。分析发现,小麦杂交种和亲本间存在显著的表达差异。在差异表达类型中,杂交种特异型和双亲共沉默型比例最低。对上述15种表达模式与杂种优势进行相关分析,结果表明,表达一致型与各产量性状杂种优势之间的相关均不显著,说明杂种优势是由某些有表达差异的基因造成。9个产量性状均能检测到一种以上与其显著或极显著相关的基因表达模式,有些性状受正负相关效应的共同影响;沉默型(包括单亲沉默型、正交或反交沉默型和双亲共沉默型)和正交或反交单亲一致型在杂种优势形成中发挥重要作用。这些研究表明,在种子发育早期,基因的差异表达与杂种优势形成之间可能存在较为复杂的关系。     

小麦杂种及其亲本苗期叶片家族基因差异表达及其与杂种优势关系的初步研究

为探讨小麦杂种优势形成的分子机理,以一套双列杂交组合的苗期叶片为材料,利用mRNA差异显示技术分析了杂种及其亲本间MADS－box、G－ box、Ser/Thr蛋白激酶、EIF－4A、ARF1基因家族共5类家族基因在杂交种和亲本之间的表达差异。并与杂种性状表现和杂种优势进行了相关分析。结果发现,除ARF1家族基因外,其余家族基因在杂种和亲本间存在显著的表达差异,差异表达类型可概括为4种：（1）双亲共沉默;（20单亲表达沉默;（3）杂种特异表达;（4）单亲表达一致。分析发现,MADS－box、G－box和EIF－4A家族基因在杂种和亲本间的差异表达模式相似,均以单亲特异表达和种特异表达类型所占比例最高。相关分析结果表明,以上所有家族基因的总体差异表达程度与所有性状的杂种表现均不相关,MADS－box家族基因中杂种特异表达类型与小穗数、单株产量和单穗产量杂种优势呈显著正相关,双亲共沉默类型与小穗数、千粒重和单穗产量杂种优势呈显著负相关,另外,EIF－4A家族基因中单亲表达一致型与单穗产量杂种优势呈显著正相,但双亲共沉默类型与小穗数和单穗产量杂种优势呈显著负相关,对于G－box基因家族而言,仅小穗数杂种优势和双亲共沉默类型成显著负相关,而蛋白激酶家族基因的各种差异类型与性状杂种优势的相关分析均不显著。这些研究表明,调控基因的差异表达与杂种优势形成有密切关系。     

水稻杂种一代与亲本幼苗基因表达差异的分析

杂种优势是一种普遍存在的生物学现象,其形成的原因十分复杂。本世纪初,Bruce和Shull相继提出的杂种优势形成的显性互补假设和超亲优势假设至今仍作为一种理论模型而缺乏实验证实。水稻杂种优势的利用自70年代三系配套技术建立得到了广泛的应用,但水稻杂种优势形成的遗传学基础目前还知之甚少。在水稻杂种优势形成机理研究中,分别从生理生化代谢、同工酶分析、DNA限制性片段多态性和DNA含量差异进行了分析,但杂种优势形成的分子机理仍未得到阐明。杂种优势的形成是与异质化相关的过程,它涉及到两个遗传背景不同的体系的相互作用。因此,在相互作用过程中,亲本基因的表达与调控就决定了杂种一代的基因表达类型和特性。因此,我们从分析基因表达与调控入手,运用mRNA差异展示技术分析了玉米杂种一代与亲本基因表达的差异,揭示了不少有意义的现象。本研究以水稻籼型杂交组合(汕优63:珍汕97A×明恢63)为材料,探讨水稻杂种一代与亲本基因表达的差异,揭示了杂种优势形成过程中的一些重要现象。     

小麦苗期冷驯化相关cDNA的克隆

以中国春小麦幼苗为材料,利用改进的mRNA差异显示方法和银染技术,对不同低温驯化诱导表达的差异基因进行分离,共得到cDNA差异片段60条.经Reverse Northern验证,检出阳性表达片段8条,克隆并测序,分别命名为TIGW1~TIGW8.其中,TIGW2和TIGW3可能与抗冻蛋白积累、低温诱导蛋白的生成或低温信号的感受与传递有关;TIGW1、TIGW6、TIGW8中具有ACGT应答元件,TIGW3含有CAACA应答元件,说明可能获得了冷诱导基因的启动子序列.     

小麦苗期水分胁迫诱导差异表达cDNA的研究

以小麦幼苗为材料 ,采用mRNA差异显示方法和银染技术 ,对经过用 16 % (- 0 .5MPa)PEG - 6 0 0 0溶液处理不同时间而诱导表达的小麦基因进行分离 ,共得到cDNA差异片段 5 2条。经ReverseNorthern验证 ,检出阳性表达片段 15个 ,克隆并测序。经GenBank查询 ,11个片段序列与已知序列有较高的同源性 ,4个片段同源性非常低 ,可能为新基因。     

红莲优6号杂交水稻与亲本三系不同发育时期幼苗叶片基因表达差异分析

运用DDRT-PCR对红莲型杂交稻组合红莲优6号及其亲本、保持系（粤泰A、粤泰B、9311）的一叶期、三叶期叶片基因表达状况进行分析。结果表明：杂种与亲本之间在同一发育时期基因表达既有质量上又有数量上的差异,但差异表达基因所占比较较小;而对于同一材料,一叶期、三叶期的叶片cDNA扩增带型相似,没有发现基因质上的差异表达,说明一叶期与三叶期幼苗叶片基因表达差异很小。实验也证明DDRT-PCR技术结合银染方法是一种简单快速分析差异表达基因的有效方法。     

NaCl 胁迫下小麦突变体和野生型叶片中一些有机溶质累积和基因表达差异

盐胁迫下突变体和野生型叶片中的脯氨酸累积量均有显著的增加,野生型的增加幅度不及突变体。至９６ ｈ ,两者含量均下降,但突变体的脯氨酸含量仍高于野生型。１００ｍ ｍｏｌ／Ｌ的ＮａＣｌ 胁迫７２ ｈ ,突变体叶片中可溶性糖的含量有显著的增加,增加量随盐浓度增加而降低。至９６ ｈ,各个盐浓度处理的突变体可溶性糖的含量基本恢复到其对照的水平;除１００ ｍｍｏｌ／Ｌ 盐胁迫处理组外,野生型叶片中可溶性糖含量均大幅度下降。盐胁迫下突变体和野生型叶片细胞可溶性蛋白组分有明显的差异。ｍＲＮＡ 差异显示结果表明,突变体有６ 个差异性的ｃＤＮＡ 片段     

快速捕获基因的方法——差异显示法

差异显示法是近年来出现的一些快速捕获基因的新方法,它的不断改进与完善,使基因表达的研究提高到一个新的水平。本对该方法的模板、引物、差异显示和鉴定等关键问题进行了论述。     

玉米杂种与亲本穗分化期功能叶基因差异表达与杂种优势

为探讨玉米杂种优势的分子机理,以10个玉米自交系及其组配的38个杂交种为材料,利用cDNA-AFLP技术,分析杂种与亲本在玉米雌穗小穗分化期功能叶片的基因差异表达类型与主要农艺性状的杂种表现及杂种优势的关系。研究表明：（1）杂种的基因相对于其双亲,存在质和量的表达差异,其中质的差异表达类型包括：单亲沉默表达,双亲沉默表达,亲本显性表达和杂种特异表达等类型。（2）在雌穗小穗分化期,同一差异表达类型中不同杂交组合间差异很大;从总体平均看,杂种特异表达类型占25.22%,亲本显性表达类型占21.46%,双亲沉默表达类型占8.27%,单亲沉默表达类型占33.49%。（3）单亲沉默表达与株高的杂种表现呈显著正相关;双亲沉默表达与穗粗的杂种优势呈显著负相关,显性表达与行粒数和单株粒重的杂种优势呈显著负相关,其余表达类型与所有农艺性状杂种表现及杂种优势均不相关,并对结果进行了讨论。     

纯种与杂种鸡之间肝脏组织基因差异表达及其与肉用性状杂种优势的关系

以白洛克肉鸡 (EE)、中国丝羽乌骨鸡 (CC)、农大褐 (DD)和白来航 (AA) 4个纯种鸡为材料 ,进行 4× 4完全双列杂交 ,共得到 16种杂交组合。应用mRNA差异显示技术 (DDRT PCR)检测了 8周龄纯种和杂种鸡之间肝脏组织基因的差异表达。结果表明 ,在纯种和杂种间共有 8种 15类基因差异表达模式 ,杂种和纯种之间基因表达存在明显的差异。对各种基因差异表达模式与 10个肉用性状的杂种优势率进行相关分析发现 ,表达一致型P8(t1111)与肉用性状的杂种优势率相关不显著 (P >0 0 5) ,这说明杂种优势的形成与某些基因的差异表达有关 ;正交或反交特异表达型P4(t0 10 0、t0 0 10 )与 8周龄个体重、腿肌重、半净膛重、全净膛重相关显著 (P <0 0 5) ,与胸肌重相关极显著 (P <0 0 1) ;单亲特异表达型P1(t10 0 0、t0 0 0 1)与腹脂重相关显著 (P <0 0 5) ,与体斜长相关极显著 (P <0 0 1) ;双亲特异表达型P7(t10 0 1)与腿肌重、翅重、半净膛重、肌间脂宽的杂种优势率相关显著 (P <0 0 5) ;正交或反交单亲表达一致型P2 (t110 0、t0 0 11、t10 10、t0 10 1)与肌间脂宽的杂种优势率相关显著 (P <0 0 5) ;单亲表达一致型P5(t1110、t0 111)胫骨长的杂种优势率相关显著 (P <0 0 5)。     

盛花期抗虫杂交棉及其亲本叶片基因表达差异与杂种优势

采用DDRT-PCR技术,以棉花盛花期项尖叶片cDNA为材料,对上海生物工程公司合成的专用于基因差异显示分析的3个锚定引物和全套26个随机引物进行筛选,最后选择了15个扩增差异带丰富的随机引物。采用3个锚定引物和这15个随机引物组成的45对引物组合对24个抗虫棉杂交组合及其10亲本盛花期叶片cDNA进行扩增和差显,2次扩增重复率达70．1％,表明在扩增过程中存在较高的假阳性,通过重复PCR扩增,统计稳定扩增的条带,可减少假阳性干扰。根据基因表达方式,将其划分5种模式：MI为双亲表达沉默,双亲出现条带而杂种没有条带;M2为单亲表达沉默,带仅出现在亲本之一,包括仅母本有带而父本和杂种无带和仅父本有带而母本和杂种无带2种表达方式：M3为杂种特异表达,带仅出现在杂种,双亲无带;M4为单亲表达一致,带在双亲之一和杂种中出现,而在另一亲本中不出现,包括母本、杂种中有带而父本无带和父本、杂种中有带而母本无带2种方式;M5为基因表达一致,带在双亲和杂种中均出现。差显表达模式比例与产量性状和杂种优势分析表明：M4与所有产量性状均呈正相关,并且与单位面积铃数相关达显著水平,其他各种模式与杂种产量性状表型值均未达到显著水平;M2与单位面积铃数杂种优势呈显著负相关,M3与皮棉产量杂种优势呈显著正相关。上述结果表明,盛花期叶片中的基因显性表达和杂种特异表达有利于产量形成和杂种优势发挥。     

Relationship Between Gene Differential Expression of Leaves in Full Opening Flower Stages of Hybrids & Their Parents and Heterosis in Pest-resistant Cotton

cDNAs of leaves of 24 pest-resistant cotton (authorization) crosses and their parents in full opening flower stages were amplified and different bands were displayed by DDRT-PCR, with 45 primer combinations. The mean percentage of bands duplicated was 70.1%, which implied that there was a high proportion of pseudopositive fragments in the amplified cDNA. These pseudopositive bands can be reduced using duplicate PCR. Correlation analysis between differential gene expression and hybrid performance and heterosis showed that M4 (bands detected in one parent and F₁) was positively correlated with all yield traits, and significantly correlated with boll number; M2 (bands observed in one parent but not in F₁ and another parent) was negatively correlated with heterosis of boll number; and M3 (bands observed only in F₁) was positively correlated with heterosis of lint yield. These results showed that genes that had dominant and specific expression in top leaves of full opening flower stages were beneficial to yield formation and heterosis occurrence.     

玉米雌穗发育期基因差异表达与杂种优势的研究

杂种优势在提高粮食作物特别是玉米的产量方面具有重要的作用。然而,杂种优势的原理却仍然是一个世界性的难题。用12个玉米自交系及其按不完全双列杂交组配的33个杂交种为材料,分4个不同发育时期取杂交种及其亲本的雌穗组织,利用差异显示技术,分析杂种与亲本的基因差异表达类型及其与7个主要农艺性状的杂种表现和杂种优势的相关关系。发现1):在5种表达类型中单态表达(基因在杂交种和双亲中同时表达的类型)的数量最大,这说明杂种优势的形成不仅与基因的表达与否相关,还与大量基因的上调或下调表达相关;2):在玉米雌幼穗的发育初期杂交种与双亲的基因表达差异最大,这可能与雌穗发育初期器官的形成和发育相关,因此这一时期差异表达(在质的方面)的基因对产量性状和杂种优势的形成具有密切关系;3):综合各种基因表达类型与产量性状和杂种优势的关系,发现某些基因在杂种中的沉默表达可以促进籽粒的发育和抑制幼穗中小花的发育。     

Nylon Filter Arrays Reveal Differential Expression of Expressed Sequence Tags in Wheat Roots Under Aluminum Stress

To enrich differentially expressed sequence tags (ESTs) for aluminum (Al) tolerance, cDNA subtraction libraries were generated from Al-stressed roots of two wheat (Triticum aestivum L.) nearisogenic lines (NILs) contrasting in Al-tolerance gene(s) from the Al-tolerant cultivar Atlas 66, using suppression subtractive hybridization (SSH). Expression patterns of the ESTs were investigated with nylon filter arrays containing 614 cDNA clones from the subtraction library. Gene expression profiles from macroarray analysis indicated that 25 ESTs were upregulated in the tolerant NIL in response to Al stress. The result from Northern analysis of selected upregulated ESTs was similar to that from macroarray analysis. These highly expressed ESTs showed high homology with genes involved in signal transduction, oxidative stress alleviation, membrane structure, Mg2 transportation, and other functions. Under Al stress, the Al-tolerant NIL may possess altered structure or function of the cell wall, plasma membrane, and mitochondrion. The wheat response to Al stress may involve complicated defense-related signaling and metabolic pathways.The present experiment did not detect any induced or activated genes involved in the synthesis of malate and other organic acids in wheat under Al-stress.     

鸡杂种与纯种间CIDH基因的差异表达及其与杂种优势的关系

运用银染mRNA差异显示技术进行鸡杂种优势分子遗传机理研究。在检测白洛克肉鸡(EE)和丝毛乌骨鸡(CC)纯种及其正反交杂种间的mRNA差异表达情况时,发现一个只在杂种表达的475bp的cDNA片段:CE15A15。经过反向Northern印记杂交和RT-PCR验证,发现该片段在杂种中表达增强。序列比对结果表明该片段与鸡部分cDNA序列(ID:AW198493)的相似程度高达97％,而这一序列又相似于墨西哥野鼠的细胞质异柠檬酸脱氢酶(CIDH)基因(ID:AF048831),说明CI15A15为鸡CIDH基因的部分cDNA。表型数据的统计分析表明,丝毛乌骨鸡(CC)和白洛克肉鸡(EE)正反交杂种(CE、EC)的活重和屠体性状与同期纯种相比都具有负优势,而脂肪性状则具有不同程度的正优势。由于CIDH直接参与了动物机体脂肪酸合成代谢,由此推断,该cDNA片段在鸡纯种和杂种中的差异表达可能与杂种优势形成有关。