图位克隆小麦抗叶锈基因Lr1

图位克隆小麦抗叶锈基因Lr1@凌宏清$InstituteofPlantBiology!UniversityofZurich,Zollikerstrasse107.CH-8008Zurich,Switzerland@BeatKeller$InstituteofPlantBiology!UniversityofZurich,Zollikerstrasse107.CH-8008Zurich,Switzerland图位克隆;;抗叶锈;;小麦     

水稻小穗特征基因FZP的图位克隆

FZP是水稻中控制小穗分化的一个关键基因,先前已将它定位在第7染色体上。通过进一步对该基因进行精细定位和图位克隆,找到2个SSR标记NRM6和NRM8,将该基因锁定在一个遗传距离为1．2cM的范围内(两标记与目标基因的遗传距离分别为0．2cM和1．0cM),相应的物理距离为144kb。发现在预期的目标基因位置,存在一个具有类似AP2结构域的基因。已知AP2是一个控制植物花发育的重要基因。因此,这个基因应是FZP的一个候选基因。PCR扩增结果显示,突变体中该基因有一个大约4kb的插人片段,与向共分离。由此可以初步认为,该基因就是FZP。     

栽培稻种间杂种不育基因S1的图位克隆

水稻种间杂种不育限制了其杂种优势的有效利用,S1是其中一个最重要的杂种不育基因座。为探讨S1对杂种的雌雄配子选择性杀灭作用,本研究首先采用图位克隆法,对粳稻IRAT216及其包含非洲栽培稻S1座位的近等基因系IRAT216S1构建的BC_9F_2分离群体,进行了S1精细定位与克隆。首先在定位区间内筛选了所有网上公开的SSR标记,并结合自行测序比较,开发出了31对有多态性的分子标记,把S1锁定在P0535G04克隆上标记2180与2198之间18 kb的精细定位区段,内有ORF11、ORF12两个候选基因。对两基因基因组测序、RT-PCR、基因芯片分析,排除了ORF11,确定了ORF12是唯一候选基因,同时也排除了此座外存在辅助因子的可能性。本研究分子标记的开发将为水稻的分子标记辅助育种提供帮助,而S1基因的克隆将为杂交育种中克服杂种不育提供了可能,也为进一步杂种优势的利用打下基础。     

拟南芥叶形态建成基因ABL1的图位克隆及鉴定

前期研究表明ABL1可能在植物叶发育过程中扮演重要的角色,其突变表现为叶片生长迟缓、成熟叶片叶缘缺刻明显等生长缺陷特征。该研究利用图位克隆及其精细定位技术,将ABL1基因锁定在2个SSLP标记T23K8和T8F5之间,该区间包含44个基因。通过生物信息学成功找到ABL1突变基因为拟南芥FAS1,该基因编码染色质组装因子CAF1的一个亚基,在植物顶端分生组织生长调控中扮演重要角色。RT-PCR结果显示,该基因表达受阻,功能互补实验证实abl1突变体的确是FAS1基因的一个新等位突变。研究结果暗示,ABL1/FAS1在植物叶形态建成中也起着重要作用。     

水稻功能基因图位克隆研究进展

图位克隆是建立在植物分子标记图谱之上的一种基因克隆技术。利用分子标记技术对目的基因进行精细定位,用与目的基因紧密连锁的分子标记筛查DNA文库,构建包含目的基因区域的物理图谱,通过染色体步移等方法找到包含目的基因的克隆,再通过遗传转化试验对目的基因进行功能验证。介绍了基因图位克隆的研究技术原理与技术环节,并对近年来水稻功能基因图位克隆研究进展进行了综述。     

水稻长日照开花因子Lfm1的图位克隆

开花期是水稻最重要的农艺性状之一,水稻的花期决定着水稻的地区适应性和最终产量。人工选择使水稻从短日照向长日照、低纬度向高纬度扩张,因此水稻已逐渐进化出适应长日照条件下的开花调控机制。目前,虽然鉴定了一些影响水稻长日照的开花基因如SDG724、RFT1、EHD4、DTH2,但是挖掘水稻长日照开花基因还十分有限。本研究通过筛选水稻突变体库,获得一批在长日照下花期有显著差异的突变体材料,其中一份突变体lfm1(late-flowering mutant1),在长日照条件下开花延迟,在短日照条件下开花时间正常。通过图位克隆,将Lfm1基因初定位至第8染色体端粒附近。进一步的精细定位将Lfm1基因定位于分子标记8-0.269和与8-0.283之间,范围为12 kb,该区域包括3个候选基因。经测序分析发现,在突变体lfm1中,LOC_Os08g01420基因的第六外显子2800处缺失9个碱基,突变体lfm1等位于已报道的突变体ehd3。在适度(中日照条件下,~12 h/12 h)的光照条件下,突变体lfm1表现为穗粒数增多,生育期略延长,具有应用于生产的潜力。Lfm1基因的克隆为培育适应不同生态区域的水稻材料提供了重要的基因资源。     

水稻QTL图位克隆的特征分析

图位克隆作为基因克隆的最有效手段, 在水稻QTL克隆方面取得了很大的进展。文章通过分析近年来关于水稻QTL图位克隆的15个成功案例, 总结了水稻QTL图位克隆的几个重要特征: (1) 亲本杂交类型为种间或亚种间杂交, 双亲的目标性状差异显著; (2) 目标QTL为主效, 一般能解释大部分的表型变异; (3) 物理图距一般小于40 kb; (4)初级定位结果准确, 精细定位群体大于6 000(隐性群体不小于1 500)单株。文章还对QTL图位克隆的难点及解决方法进行了有益的探讨。     

植物基因的图位克隆

图位克隆是基因的有效方法,本文概述了植物基因图位克隆的研究进展,主要包括图位克隆的一般策略、相关技术、发展前景和其它基因组领域研究于其带来的有益借鉴。     

水稻内颖畸形或缺失基因OsAPP1的图位克隆及表达分析

在育种基地材料中发现一株内颖畸形或缺失(abnormal or absent palea)突变体,将其命名为app1。该突变体在营养生长时期发育正常,但抽穗后突变体表现出内颖畸形(比外稃短导致颖壳不闭合,或者出现两个内稃)或缺失,其花粉育性为55.52%,结实率为6.48%,千粒重为10.811 g,种子发芽率为55.21%。以突变体app1与日本晴杂交构建了F1和F2群体,F1颖壳表型正常,F2群体出现内颖畸形和正常表型分离,内颖正常和突变表型分离比例为3∶1,表明app1内颖突变表型由单隐性核基因控制。以F2为分离群体,将app1精细定位于第3染色体上,位于分子标记ID4231和ID4246之间,遗传距离1.3 cM,对应物理距离为13.2 kb。该区段内完全包含1个开放阅读框,包含两个部分开放阅读框,经过测序分析发现候选基因LOC_Os03g11614启动子区发生点突变和245 bp缺失,qRT-PCR分析证实LOC_Os03g11614为OsAPP1基因。已有报道LOC_Os03g11614编码OsMADS1,是调控水稻花器官发育的重要明星基因,其不同位置的突变可以导致叶状颖壳和不育、以及控制籽粒大小。与3000份水稻种子资源SNP/Indel变异类型对比分析发现,突变体app1启动子的突变完全不同于现已OsMADS1研究报道突变类型,且与数据库中的自然突变类型多数不同。因此,本研究发现的app1突变体,是以往报道中从未出现的OsMADS1启动子发生突变的新型突变,且该类突变导致了其降低表达量,并产生了不同于前人研究的新表型,这为深入研究OsMADS1基因在水稻花器官发育中的功能提供了新的种质资源和思路。     

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。     

拟南芥黄心突变体yh基因的图位克隆及分析

在研究光合作用相关基因的过程中,获得了一个叶片为黄心(yellow heart,yh)的突变株,与野生型拟南芥(Col 0)相比,其新生叶片发黄,突变表型由隐性单基因控制。采用图位克隆及其精细定位技术,将yh突变基因定位在1号染色体的INS1_55_342与INS1_56_34区间,物理距离约为676 kb。通过测序得知yh在At1g64790第44个内含子剪接处有4个碱基的缺失,导致内含子剪切位点的变化。RT PCR分析显示,该基因表达降低,是At1g64790基因的一个新等位突变。研究表明,yh突变体与叶绿体的发育相关,可为进一步探究植物叶绿体和叶片发育机制提供新的遗传材料。     

水稻黄绿叶调控基因YGL18的克隆与功能解析

叶色突变体往往伴随着叶绿素含量变化及叶绿体结构异常,是研究叶绿体发育与光合作用相关基因功能的重要材料。该研究通过甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼稻(Oryzasativasubsp.indica)品种华占(HZ)获得黄绿叶突变体,将其命名为ygl18 (yellow-green leaf 18)。与野生型相比,黄绿叶突变体ygl18自三叶期起叶片开始变黄且程度不断加深,同时伴随着光合速率与叶绿素含量下降,且结实率、千粒重及有效穗数均显著降低。透射电镜观察结果显示, ygl18的叶绿体结构紊乱,基质片层疏松,发育受到抑制,与叶片出现黄绿色表型一致。遗传分析表明, ygl18突变性状受1对隐性等位核基因控制,这对等位基因位于水稻第3号染色体长臂标记InDel2和InDel3之间115.2 kb范围内。进一步研究发现该突变体表型是编码铁氧还蛋白FdC2的基因LOC＿Os03g48040的5’UTR发生突变所致。通过CRISPR转基因实验验证了该基因对表型的控制作用。研究结果揭示了叶色调控网络的遗传基础,可为今后选育高光效水稻品种提供新线索。     

作物数量性状基因图位克隆研究进展

对数量性状基因(QTL)的鉴定和克隆不仅有利于从分子水平上阐明作物重要农艺性状的形成机理,而且对于有效开展这些性状的分子育种,进一步提高作物增产潜力具有重要意义.近年来作物QTL图位克隆取得了重要突破,一批QTL被成功克隆,而模式植物基因组研究的快速发展则为作物QTL图位克隆技术带来了新的策略和方法.本文就相关研究的主要进展和发展趋势进行了综述.     

水稻蛋白激酶基因Pti1的克隆与分析

植物Pti1基因编码丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,是重要的抗病相关基因。在水稻抗褐飞虱基因Qbp1所在的染色体区段存在一个与番茄Pti1基因高度同源的序列片段。从抗虫水稻B5中分离了Pti1基因的全长cDNA克隆,测定了基因组序列。分析发现,水稻中Pti1基因长度有5644bp,含有7个内含子,编码368个氨基酸的激酶蛋白。其蛋白质的C末端在不同植物之间具有高度的保守性,而N末端的变异则相对较大。对不同水稻材料Pti1基因的序列进行了比较,发现药用野生稻与栽培稻之间存在较大的差异,而栽培稻各品种之间的差异较小。讨论了Pti1基因在抗虫防卫反应中可能的作用。     

水稻Xa1基因启动子的克隆及功能分析

Xa1是一个能对日本白叶枯病优势小种(小种1号)产生专化性抗性的R基因,虽已有该基因克隆、表达和功能方面的研究,但对其表达调控分子机制还不很清楚。本研究利用Xa1启动子与GUS报告基因的转基因T1株系,研究了Xa1启动子的时空表达及对不同外源激素的应答特征。结果表明,Xa1启动子驱动的GUS基因在水稻根中的表达量明显高于茎和叶,且在根部的中柱区GUS的表达量明显高于周围组织;在外源MeJA作用下GUS的表达显著增强,在SA和ABA处理下也有一定程度的增强,这些结果暗示Xa1的抗病作用与其在根系中柱的组织特异性表达存在一定的相关性,MeJA对Xa1启动子的活性起重要的调控作用。     

水稻稻米糊化温度控制基因ALK的图位克隆及其序列分析

糊化温度是仅次于直链淀粉含量的评价水稻稻米蒸煮品质的重要指标. 许多文献报道, 糊化温度受一主效基因控制. 采用图位克隆法分离克隆了水稻糊化温度基因(ALK), 序列分析表明其编码可溶性淀粉合酶Ⅱ. 进一步比较不同品种间该基因DNA序列与碱消法分析结果, 推测出ALK基因编码区内的碱基替换可能引起了支链淀粉晶体层结构的改变, 从而导致糊化温度的变化.     

控制水稻叶绿体发育基因OsALB23的定位

叶绿体的正常发育是高等植物进行光合作用的前提条件。通过电镜观察,我们发现水稻白化突变体Osalb23的叶绿体发育缺陷,内部缺少正常类囊体片层结构。遗传学分析表明该突变体属于单位点隐性突变。利用图位克隆的方法,我们将基因定位于水稻第二条染色体分子标记R2M501和R2M502之间约280kb范围内。通过生物信息学软件预测,这段区间包括6个叶绿体蛋白基因。     

图位克隆技术在农作物基因分离中的应用与评价

图位克隆(Map-based cloning)作为分离基因的有效方法, 已在小基因组作物的基因分离中得到了广泛应用和发展, 而在具有大量重复DNA序列的大基因组作物中的应用仍存在挑战。基于图位克隆在基因分离中的重要性, 文章就图位克隆技术的基本内容及发展做简要概述, 着重对图位克隆技术在大基因组作物中的应用进行分析和评价, 同时对它今后可能的发展方向进行了讨论, 以期为大基因组作物基因的分离提供借鉴。     

控制水稻叶形基因CLF1的图位克隆

分蘖、株高、植株形态是水稻理想株型的3个主要农艺性状。目前对水稻理想株型的分子调控机制认识还非常有限。而叶片形态建成是决定植株形态特征的主要因子,鉴定控制水稻叶片形态建成的关键基因至关重要。本研究通过筛选水稻突变体库,获得一份光合效率显著提高的突变体(curly leaf 1,clf1),其形态学特征表现为叶片适度卷曲,经石蜡细胞学切片发现,突变体clf1近轴面的泡状细胞明显增多是导致叶片卷曲和光合效率提高的主要原因。利用图位克隆,将CLF1基因缩小在2个分子标记In Del51与In Del57之间,该区间包含44个基因。通过生物信息学分析,确定了LOC_OS02G45250为CLF1的候选基因。对LOC_OS02G45250基因进行测序,在clf1突变体中,LOC_OS02G45250基因的第六外显子缺失20 bp,造成编码产物提前终止。该基因与已报道的水稻卷叶基因Roc5(Rice outermost cell-specific gene5)为等位基因,Roc5编码产物为一个具有GL2类同源异型结构域的转录因子,不同于已报道的突变体oul1(对应于Roc5基因),突变体clf1农艺性状表现优良,具有较大的生产应用潜力。