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。     

基因差异表达与杂种优势形成机制探讨

对杂种优势这一普遍而重要的生物学现象研究虽有百余年的历史, 但其根本机理尚未阐述清楚。继基因组组成差异及基因效应研究之后, 基因表达差异成为探寻杂种优势分子机理新的切入点。旨在通过揭示杂种中等位基因差异表达、杂种与亲本间基因差异表达的调控机制, 来认识杂种优势形成的分子机理, 从而达到指导育种实践的目的。文章概述了杂种等位基因差异表达现象及其产生机理, 总结了杂种与亲本相比所呈现出的加性、显性和超显性等多种差异基因表达模式, 归纳了表达谱研究筛选出的与杂种优势形成有关的基因, 以及某些关键生化代谢途径对杂种优势形成的贡献。但由于杂种优势机理的复杂性, 基因表达研究并没有得出统一的表达模式, 大多数杂种优势基因也不能被归属为同一类别。尽管如此, 基因表达谱研究毕竟迈出了解析杂种优势形成复杂基因表达网络的第一步, 随着表达谱技术和生物信息学的不断更新和发展, 杂种优势形成的分子机理有望在基因表达层面上取得突破。     

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)。     

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。     

基因差异表达分析技术进展

比较了目前几种主要的基因差异表达分析技术并简要地归纳了各种基因差异表达分析方法的特点,重点介绍了经典的基因差异表达分析技术———差异显示技术及其改进与完善,最后根据差异显示技术在高等植物方面已取得的成就乐观地展现了该技术在园艺植物研究上的应用前景.     

玉米不同杂种优势近等基因系及其杂交种的基因表达分析

以自发突变产生的籽粒大小和穗位叶片不同的 3对近等基因系及其杂交种为材料 ,研究了 6个基因在其叶片组织中的表达情况 ,以评价这些基因在杂种优势形成中可否作为“限率性基因”模式存在。结果表明 ,有些基因通过增强或减弱表达在杂种优势现象中起一定作用。将被测基因视为整体时会发现它们依次增强表达趋势为 :近等基因系 4 88 1>4 88 2 >4 78;相应杂交种 4 88 1× 340 >4 88 2× 340 >4 78× 340。对近等基因系及其杂交种个体千粒重和穗粒重的相关分析表明 ,Sus1、Sh1和ZmSps34 3′基因亦可作为适合的限率性候选基因以研究杂种优势分子机理。     

玉米杂种优势与几种酶活性关系

对８个杂交优势明显的玉米单交种进行过氧化物酶、过氧化氢酶活性的比较研究,结果表明：８个组合的杂种胚中过氧化物酶活性介于双亲之间,６个组合的杂种胚过氧化氨酶活性介于双亲之间,这可能与杂种中互补酶的存在有关。并测定了酸性磷酸脂酸的活性,４个组合杂种胚酶活性高于双亲,另外４个组合杂种胚活性介于双亲之间,表明酸性磷酸酯酶活性与杂种优势有一定相关性。     

AFLP标记与玉米杂种产量,产量杂种优势的预测

以１７个玉米（Ｚｅａ ｍａｙｓ Ｌ．）自交系及其按双列杂效配制的１３６个单交种为材料,研究ＡＦＬＰ分子标记与玉米杂效种产量、产量杂种优势的关系。结果表明,基于ＡＦＬＰ数据计算的遗传距离与１９９７年杂种产量、产量中优势的相关系数（ｒ）分别为０．４５０３、０．３７１４,与１９９８年杂种产量、产量杂种优势的相关系数分别为０．４３５２、０．３２５３,均达到显水平,但决定系数（ｒ＾２）都很小。当亲本材料改     

玉米自交系间遗传距离与产量杂种优势,杂种产量的关系

以13个玉米自交系及其按双列杂交配制的78个单交种为材料,研究性状选择、亲本选择对遗传距离与产量杂种优势、杂种产量关系的影响,结果表明:(1)当性状数较少时,遗传距离与产量杂种优势、杂种产量的关系因性状的不同而异;当性状数较多时,遗传距离与产量杂种优势、杂种产量的关系为抛物线,受性状影响较小;(2)当所选亲本材料的遗传差异较大时,遗传距离与产量杂种优势的关系为抛物线;当所选亲本材料的遗传差异较小时,遗传距离与产量杂种优势的关系为直线或不相关。     

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.     

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 (TriticumaestivumL .)杂种优势形成的分子机理 ,选用普通小麦品种 (系 ) 3338、6 5 5 4和 2 410TD及其强优势杂种A(3338× 6 6 5 4)和无优势杂种B(2 410TD× 6 5 5 4) ,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     

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.     

中国红豆杉细胞紫杉醇合成期与非紫杉醇合成期基因表达差异初步分析

紫杉醇 (Ｐａｃｌｉｔａｘｅｌ,商品名为Ｔａｘｏｌ)是存在于红豆杉属(Ｔａｘｕｓｓｐ .)植物中的一种四环二萜酰胺类化合物 ,因其具有广谱强效的抗癌活性和独特的抗癌机理而倍受人们关注。然而 ,紫杉醇天然资源十分有限 ,自 1992年美国食品与药物管理局 (ＦＤＡ)批准紫杉醇用于癌症的临床治疗以来 ,其供需矛盾日益尖锐[1 ] 。目前 ,普遍认为采用红豆杉细胞悬浮培养生产紫杉醇是解决其药源紧缺问题的最佳途径之一。迄今为止 ,在红豆杉细胞的代谢规律和培养方面均取得一定成果 ,但前景仍不容乐观 ,离工业化大规模生产还有相当大的距离 ,主要…     

MYB基因在玉米雌穗发育中差异表达的研究

目的:研究MYB基因在玉米雌穗不同发育阶段的表达情况,为探讨其生物学功能提供相关线索。方法:用芯片杂交的方法检测玉米雌穗早期发育过程中差异表达的MYB基因,定量PCR验证差异基因的表达情况,原位杂交分析差异基因的组织器官表达。结果:一个MYB基因在雌穗发育到小花分化期时上调表达(芯片分析其表达差异倍数为1.8)。其表达的差异性得到了定量PCR的验证(定量PCR分析其差异表达倍数为4.3)。原位杂交分析发现该基因主要表达于小穗的生长锥顶部和小花雌雄蕊原基部位。结论:MYB基因对玉米雌穗早期发育起到一定作用。