植物类病变坏死突变体及其基因的研究进展

在植物中类病变坏死突变现象广泛存在,突变体植株在无病害侵染也未受逆境或损伤的条件下自发形成与病原物侵染后坏死类似的症状,它们与植物抗病及细胞程序化死亡相关,并可能增强系统抗病性。综述了几种植物的典型类病变坏死突变体及其基因的研究情况,探讨了其发生的机制并对今后的应用前景进行了展望。     

赤霉素信号转导与植物的矮化

论述近年来在拟南芥、水稻等模式植物中赤霉素信号转导的研究进展。通过对赤霉素相关突变体的生理研究 ,鉴定出几个介入赤霉素信号转导过程的重要基因 ,并对这些基因的产物进行分析 ,根据相应的蛋白特征结构域 ,推导了它们可能具有的功能。利用双突变体 ,分析了这些基因的上下游关系 ,确定了在植物中 ,GA信号转导的几个途径。在此基础上提出了赤霉素信号转导的基本模式 :阻遏是GA信号转导过程中最基本的方式 ,GA信号通过去除阻遏作用来激活转导途径 ,从而调节GA相关的生长与发育。     

一个新的水稻D17/HTD1基因等位突变体的分子鉴定

株高和分蘖是水稻重要的农艺性状,直接影响到产量。本研究从粳稻品种日本晴的组培苗后代中分离出一个可稳定遗传的半矮化多分蘖突变体t489,相比野生型,突变体株高明显下降、分蘖能力明显增强。遗传分析表明该性状受1对隐性基因控制。进一步基因鉴定发现,突变体中编码植物激素独脚金内酯(SLs,Strigolactones)合成途径中的类胡萝卜素裂解双加氧酶7即D17/HTD1基因编码区第916 bp位置的碱基由G突变为T,导致蛋白翻译提前终止,仅编码305个氨基酸组成的蛋白,但此突变并未造成该基因转录水平的改变。基于此突变位点开发的dCAPS-D17标记与突变体和日本晴构建的BC1F2群体中的矮化多分蘖植株共分离,这表明G916T突变与表型相关,t489可能是一个新的D17/HTD1等位突变体。     

植物抗病基因及其作用机理

综合近年国内外对植物抗病基因的研究和我们对水稻抗病基因的研究成果,对植物抗病基因进行归纳分类,并就其结构、功能、作用机理和信号传导进行分析和讨论。根据植物抗病基因编码蛋白的保守结构,将植物抗病基因分成NBS-LRR、eLRR-TM、eLRR-TM-pkinase、STK和其他五大类。不同类型的基因在细胞水平上的分布不一样,NBS、激酶和LRR在不同类型的基因之间结构差异也较大,但是它们通过各不相同的作用机理参与细胞对病原体的防御。     

植物抗病基因及其作用机理

综合近年国内外对植物抗病基因的研究和我们对水稻抗病基因的研究成果,对植物抗病基因进行归纳分类,并就其结构、功能、作用机理和信号传导进行分析和讨论.根据植物抗病基因编码蛋白的保守结构,将植物抗病基因分成NBS-LRR、eLRR-TM、eLRR-TM-pkinase、STK和其他五大类.不同类型的基因在细胞水平上的分布不一样,NBS、激酶和LRR在不同类型的基因之间结构差异也较大,但是它们通过各不相同的作用机理参与细胞对病原体的防御.     

拟南芥抗凋亡突变体fbr136的分离鉴定与分析

植物细胞程序性死亡(programmed cell death,PCD)在植物的生长发育进程以及防御生物与非生物胁迫的过程中具有重要的作用.Fumonisin B1(FB1)是一种真菌毒素,是鞘脂生物合成途径中关键酶神经酰胺合酶(ceramide synthase)的竞争性抑制剂.FB1在动植物细胞中均能够诱导PCD.为了探索植物PCD的机制,通过筛选拟南芥抗FB1的突变体,分离鉴定了11个,fumonisin B1 resistant (fbr)突变体.遗传分析表明,这些突变体分别是由9个相同或者不同的遗传座位突变造成的.对其中一个代表性的突变体fbr136进行了详细的表型分析和初步遗传定位.fbr136对其他PCD诱导剂,例如H2O2或paraquat也表现出一定的抗性或耐受性,而且在fbr136突变体中FB1不能正常诱导PR1基因的表达,说明fbr136突变体PCD的发生可能受到阻碍.硝基四唑(Nitroblue tetrazolium,NBY)染色表明,FBl处理fbr136突变体后产生和积累活性氧(reactive oxygenspecies)比野生型植物显著降低,暗示其抗凋亡表型可能与活性氧的产生有关.推测FBR136可能是FB1在诱导PCD过程中,从鞘脂含量变化到活性氧积累变化这一途径的一个重要的调控因子.fbr136被定位于染色体Ⅲ上,与以往鉴定的抗FB1突变基因的定位都不同,因此,FBR136可能是FB1诱导PCD信号途径中的一个新基因.     

赤霉素信号转导的分子生物学研究进展

近年来在拟南芥、水稻等模式植物中对赤霉素信号转导途径进行了广泛的研究,主要是通过对赤霉素相关突变体的生理及分子生物学研究,鉴定出一些介入赤霉素信号转导途径的重要基因,并根据相应蛋白的特征结构域,推导了它们的功能．利用双突变体分析相关基因,提出了赤霉素信号转导途径的基本机理,但植物激素的网状交互调控机制仍需进一步研究．     

水稻中一个油菜素内酯不敏感突变体的图位克隆

油菜素内酯(brassinosteroid, BRs)是一类重要的植物激素,在植物的生长发育过程中发挥重要的调节作用。BRs的信号转导研究在双子叶植物拟南芥中已取得重大进展,但在单子叶植物水稻中,BRs的信号转导途径尚不很清楚。本研究从水稻T-DNA插入突变体库中筛选出一个叶片直立突变体el(erect leave mutant)。该突变体与野生型植株相比,叶夹角减小。遗传分析显示,el的突变性状由一对显性基因控制。该基因经图位克隆定位于水稻第5染色体引物InDel3和InDel4之间,物理距离为700 kb。本研究明确了一个水稻BRs不敏感突变体的表型特征及遗传规律,为进一步研究水稻BRs信号转导调控机制奠定基础。     

植物MLO蛋白研究进展

Mildew resistance locus O(MLO)蛋白是植物特有的一类蛋白家族,其中的部分成员是白粉病菌成功侵染寄主植物的必要因子。一个或多个MLO基因的功能缺失突变可赋予植物对白粉病菌广谱且持久的抗性,mlo介导的白粉病抗性在抗病育种中发挥了重要作用。植物中的MLO蛋白可以分为7个亚家族,除了参与植物与白粉病菌的互作外,不同亚家族的MLO蛋白还有很多其他功能。本文对MLO蛋白的特征、分类、功能进行了归纳,介绍了植物与白粉病抗性相关的mlo突变体特征及抗病机制,并对MLO基因的功能、作用机理研究及其在植物抗病育种中利用应注意的问题进行了讨论。     

水稻矮杆突变体D814基因图位克隆与功能分析

水稻株高对作物产量有着重要的影响,在水稻整个生长发育过程中,株高受到多因素的调控,而植物激素乙烯就是重要的影响因素之一。用10 mg/m3乙烯处理水稻幼苗,对水稻突变体库进行筛选,获得了3个根伸长生长对乙烯敏感性降低的突变体,其中1个突变体D814表现出植株矮化、分蘖数减少、千粒重下降等特征。图位克隆将其定位在1号染色体上1 c M的区间内,该区间有6个已报道的矮杆突变基因,通过对这6个基因测序,发现其中1个基因Os BRI1(LOC_Os01g52050)发生了点突变(编码区第1 837位G突变为T)。并在D814中分别对Os BRI1的2个同源基因(Os BRL1和Os BRL3)进行测序,发现这2个基因均无突变。利用已报道的Os BRI1等位突变体gsor300084进行乙烯处理,发现gsor300084与D814一样,表现出根对乙烯敏感性降低。Os BRI1是植物激素油菜素内酯(brassinosteroid,BR)的信号受体,经检测,BR信号途径响应基因在D814突变体中的表达也有变化,说明D814是Os BRI1的1个等位突变体。功能分析发现,D814参与乙烯信号转导调控途径和植物盐胁迫应答途径。研究结果为探究乙烯调控水稻生长发育及耐逆性的分子机理提供了研究材料,也为进一步探讨油菜素内酯与乙烯协同调控水稻生长发育机制奠定了理论基础。     

CRISPR/Cas9技术在水稻类受体激酶基因OsBAK1L突变体制备中的应用

植物类受体激酶在植物生长发育及响应外界环境信号刺激中具有重要作用,为了进一步研究水稻类受体激酶OsBAK1L的功能,我们利用CRISPR/Cas9技术对该基因进行定点编辑。OsBAK1L定位在细胞膜上且该基因预测编码蛋白包含三个功能结构域:胞外LRR结构域、跨膜结构域及胞内激酶域。为了进一步理解该蛋白不同结构域上的功能,我们分别在胞外LRR结构域(Target 1)和胞内激酶域(Target 2)上设计该基因定点编辑靶点。将合成的靶位点序列插入入门载体CH,然后与表达载体Cas9进行重组。重组载体通过农杆菌介导方法转入野生型水稻9522中,2个构建分别获得26棵和12棵潮霉素抗性植株。通过对转基因植株的测序分析,找到了3棵和2棵序列发生变化的杂合T_0代植株。T_0代杂合植株自交分离分别获得T_1代两靶位点处纯合子突变体,靶位点1处纯合子突变体株系缺失5个碱基,靶位点2处纯合子突变体株系插入1个碱基,均可造成该基因转录本翻译提前终止。该基因不同结构域上突变体的获得为进一步研究该基因功能提供了重要且稳定的遗传材料。     

水稻斑点叶突变体spl101和spl102的筛选及候选基因鉴定

斑点叶突变体是指植物在正常生长条件下叶片或叶鞘上自发形成、且与病原菌侵染产生的病斑类似的一类突变体,筛选并研究斑点叶突变体对揭示植物抗病反应机理具有重要意义。为了进一步研究斑点叶的形成机制,本文通过EMS诱变品种宽叶粳(KYJ),筛选得到两个斑点叶突变体spl101和spl102。这两个突变体在生长发育晚期(抽穗期以后)形成严重的类病斑。遗传分析表明,spl101和spl102均受隐性单基因控制。利用Mutmap方法对候选基因进行克隆,结果显示,spl101和spl102的候选基因均为OsEDR1,该基因与类病斑发生有关。在spl101中,OsEDR1基因突变发生在第6外显子和第6内含子的交接处,该突变导致第6内含子的错误识别,最终造成移码突变。在spl102中,OsEDR1基因突变发生在第10外显子上,导致一个苯丙氨酸(F)变成半胖氨酸(C)。因此,本研究鉴定了两个新的OsEDR1等位突变,对OsEDR1抗病反应机理的进一步研究及丰富水稻种质资源具有积极意义。同时验证了利用Mutmap方法克隆水稻突变基因的有效性。     

激发标签技术在植物功能基因组研究中的应用

获得突变体是研究植物功能基因组的有效方法。与传统的T-DNA插入功能缺失突变相比, 建立在功能获得突变基础之上的激发标签技术具有独特的优势, 主要表现为可以获得功能冗余基因的显性突变体并方便地克隆相关基因。文章对激发标签技术的原理, 及其在拟南芥、水稻等植物功能基因组研究中的进展进行了综述, 并介绍了激发标签技术在植物抗逆、抗病和生长发育机理研究方面的新进展。文章最后探讨了激发标签技术的发展前景。     

水稻体细胞无性系变异

水稻体细胞无性系变异研究取得了很大进展,获得了大量抗病、抗逆、优质、矮杆等突变体。对这些突变体遗传分析表明,大多数突变性状由1对或2对基因控制。水稻体细胞无性系变异的发生与基因型、性状、继代时间、培养方式等有关,并具有内在的机制,点突变和反转录转座子插入可能是引起水稻无性系变异的两个重要原因。     

水稻体细胞无性系变异

水稻体细胞无性系变异研究取得了很大进展 ,获得了大量抗病、抗逆、优质、矮杆等突变体。对这些突变体遗传分析表明 ,大多数突变性状由 1对或 2对基因控制。水稻体细胞无性系变异的发生与基因型、性状、继代时间、培养方式等有关 ,并具有内在的机制 ,点突变和反转录转座子插入可能是引起水稻无性系变异的两个重要原因。     

一份水稻矮杆小粒突变体的形态特征和基因定位

从水稻T-DNA插入突变体库中鉴定出一个矮杆小粒突变体t129,该突变体与野生型植株相比,植株明显矮化,籽粒粒长明显缩短,千粒重下降。遗传分析表明,t129的突变性状由一对隐性核基因控制,该基因(T129)经图位克隆定位于水稻第5染色体长臂上,引物InDel43和InDel57之间,物理距离为430 kb,并与标记InDel51共分离。本研究明确了该矮杆小粒突变体的表型特征及遗传规律,为进一步研究调控水稻株高和粒型基因奠定基础。     

水稻免疫机制研究进展

植物先天免疫主要由两部分组成：一类是通过细胞膜上的病原菌分子模式识别受体识别病原微生物表面存在的分子特征激发的免疫反应（PTI）;另一类是专化性的抗病R蛋白识别病原微生物的效应蛋白,从而激发下游的病原菌小种特异性的防卫反应过程（ETI）．随着水稻抗病信号途径中越来越多的抗病基因以及关键的调控基因被克隆和功能鉴定,同时多种水稻病原菌效应蛋白的发现,水稻抗病机理的研究也越来越深入．本文阐述了水稻的PTI,ETI及其下游参与免疫信号转导的关键性组分,从而形成一个初步的水稻免疫调控网络．     

采用CELⅠ酶粗提物高效鉴定CRISPR/Cas9介导的基因突变

CRISPR/Cas9是新兴的基因组编辑技术,该技术操作简单、效率高,已成为目前最主流的基因组编辑技术。利用该技术进行突变体创制,对基因功能研究和育种应用具有重要的意义,而快速、高效、低成本的基因编辑个体鉴定是其中的重要环节。本研究对影响CELⅠ粗提物鉴定CRISPR/Cas9介导的水稻基因编辑个体的条件,包括蛋白用量及作用时间、PCR反应缓冲液等条件进行了探索,并将整个检测体系集成于一管操作。同时,采用CELⅠ粗提物检测了CRISPR/Cas9介导水稻stn1突变的T_0代植株及后代,对杂合突变、纯合突变及双等位突变的鉴定策略进行了探讨;该方法检测正确率经测序验证达100%。上述结果表明,采用CELⅠ粗提物检测突变体与已有方法比较具有廉价、快速和高效的特点。     

植物抗病基因的研究进展

近年来,已有１０多个植物抗病基因被克隆并定序。植物抗病基因编码的蛋白,大多含有富氨酸重复单位（ＬＲＲ）和核苷酸结合位点（ＮＢＳ）等结构。在植物与病原物的互作中,这些蛋白可作为受体识别由病原物无毒基因编码的激发子,从而激发一系列防卫反应,使植物表现出抗病性。克隆的植物抗病基因可用于培育基因工程植株而大大加快育种速度。本文对目前植物抗病基因研究中存在的问题及发展前景也进行了探讨。     

水稻T-DNA插入突变体库的筛选及遗传分析

T-DNA标签技术是分离和研究植物功能基因的有效方法,寻找T-DNA插入表型突变体是进一步开展研究的关键所在。文章对以ZH11、ZH15为受体亲本构建的4416份T,代标签系进行了表型鉴定,发现存在拟纯合突变和系内分离突变两种类型,突变表型涉及株高、生育期、叶形、叶色、分蘖力、植株松紧度、穗颈节、穗形、颖花、粒形、类病变、雄性不育、生长极性等14类性状。其中,株高、生育期、叶色、雄性不育有着相对较高的突变频率（超过1％）,株高和叶色的突变频率在品种及年度间表现稳定,而生育期、雄性不育波动较大,表明这类性状的表型易受到环境的影响。通过T1、T2连续世代的共分离分析,筛选出3个与穗部或颖花发育相关的T-DNA插入突变体,为分离相关功能基因奠定基础。随机选择42份有表型突变的标签系,通过质粒拯救和TAIL-PCR的方法分离其侧翼序列,从39个标签系中获得40条序列,其中25条为载体序列,14条与水稻基因组有很好的同源性,BlastN分析结果表明T-DNA有优先整合进植物功能基因内部的特性。