CRISPR/Cas9基因编辑在三维基因组研究中的应用

CRISPR/Cas9系统在基因编辑方面具有巨大优势,能够低成本、可编程、方便快捷地用于动物、植物以及微生物的基因组靶向编辑和功能改造。三维基因组学是近年来兴起的一门研究染色质高级结构动态调控及基因组生物学功能的交叉学科。在三维基因组研究中,通常采用对DNA片段进行基因编辑以模拟基因组结构性变异,标记特定DNA片段,进而研究调控元件对于基因调控、细胞分化、组织发生、器官形成、个体发育的影响,最终阐明三维基因组的组装调控机制和生物学功能。因此,CRISPR及其衍生技术为研究三维基因组提供了极好的遗传学工具。本文主要综述了CRISPR片段编辑及其衍生技术在三维基因组调控与功能研究中的应用,以期为后续研究工作提供理论参考以及新的研究思路。     

植物基因组编辑试剂材料的导入及转化系统的研究现状及前景

目前科研人员已经研发了许多基因组编辑工具,新的基因组编辑工具也在不断地探索中,其中有一些编辑工具,如CRISPR/Cas9系统已经被广泛地应用于植物遗传学、生物技术和育种等各方面.基因组编辑技术可以对农艺性状相关基因的特异序列进行精准编辑,从而开启了作物改良的新时代.本文聚焦于植物基因组编辑试剂材料导入及转化的最新方法及进展,比较了各种导入及转化系统的优缺点,最后讨论了植物基因组编辑试剂材料导入及转化未来可能的发展方向.     

荧光原位杂交技术在植物细胞遗传学和绘制基因图谱中的应用现状与展望

荧光原位杂交是在分子水平上检测外源染色质的一种有效方法。其探针主要有染色体重复序列、总基因组DNA、寡单拷贝序列和染色体涂色集中等,该技术在研究植物细胞遗传学、基因扩增、基因作图及植物进化和亲缘关系的鉴定上已广泛应用。简要概述了荧光原位杂交技术在植物细胞遗传学和绘制基因图谱中的应用现状与展望。     

植物“果蝇”——拟南芥Arabidopsis

如果果蝇是真核细胞和分子遗传学研究的模式系统,那么拟南芥则是植物生理学、植物发育生物学和植物分子遗传学研究的最好模式系统。其原因是:该植物株小,生长期短,每株结籽1万粒,种子很小,遗传习性优良,具有开花植物的全部特征,自交亲和,能远缘杂交,能用土壤根癌农杆菌转化。基因组小而简单,染色体5条,约70兆碱基对,仅是酵母基因组的5倍,比多数植物要小得多。拟南芥基因组中重复顺序少,多数DNA为单拷贝,极大地方便基因表达和调控的研究,其遗传距离也很小,共约500个摩尔根单位,因此,几次杂交就可确定一个新的基因在遗传图谱中的位置。拟南芥的分子遗传学背景知识十分丰富,BFLP遗传图谱     

八种植物线粒体基因组结构特征分析与比较

比较来源于GenBank中发表的8种植物(烟草、拟南芥、甜菜、油菜、高粱、水稻、小麦和玉米)线粒体基因组( mtDNA).结果显示,它们共同的特点是编码30 - 40个蛋白,3个核糖体RNA,15 -30个tRNA,G+C含量在40％ -45％之间;各植物线粒体基因组的编码区约占mtDNA的10％ -20％.比较发现,虽然8种作物线粒体基因组大小存在较大差异,基因排列顺序不同,但它们都编码几乎相同的基因产物.     

基因组信息的整合与植物功能基因组学研究的策略

近年来,随着许多植物基因组测序和可利用序列的增加,相继建立了一些基于靶基因诱变的“反向”遗传学研究策略,如T—DNA诱变、基因敲除、基因沉默和超表达分析等。同时,DNA微阵列和基因芯片技术的发展使得快速、定量检测植物发育不同时期和不同组织器官的基因转录时空变化成为现实。作图技术的改进和来自不同物种基因组信息的整合也正在加速图谱克隆程序的简化和发展。因此,随着生物基因组测序工作日益增多,整合不同类群植物基因组的信息和资源,在植物功能基因组学研究中的重要性日趋显著。     

植物逆境胁迫耐受性功能基因组研究进展

为了更加高效地利用基因工程技术提高植物对逆境胁迫的耐受性,需要在全基因组水平上对植物逆境胁迫耐受性的复杂机制进行整合性研究.植物逆境胁迫耐受性功能基因组的研究可概括为：利用胁迫特异性的表达序列标签(EST)及cDNA微阵列（或基因芯片）技术筛选与胁迫相关的候选基因,然后利用反向遗传学等技术对候选基因的功能进行研究,利用酵母双杂交、正向遗传学等技术对基因及基因产物间的相互关系进行研究.通过这些研究可以全面地了解植物对胁迫（渗透、干旱、极端温度）响应的复杂机制和相互作用以及相应的信号转导途径,从而为更加高效地利用基因工程技术提高植物对逆境胁迫的耐受性奠定基础.     

植物核基因组核糖体基因间隔区序列的结构特点及其在系统发育研究中的应用

目前,在植物系统发育研究中应用较多的核基因组的核糖体DNA基因间隔区序列主要有5S rDNA基因间隔区、内转录间隔区ITS和基因间间隔区IGS.虽然这些间隔区序列在长度、结构等方面各不相同,但都具有进化速率较快的特点,在植物属及属下分类水平的系统发育关系研究中非常有用.本文重点就核基因组的5S rDNA基因间隔区以及IGS在植物中的特点以及各自在植物系统发育研究中的应用进行了综述.     

转座因子标签法

转座因子(Transposable element)是Mc-Clintock在玉米的染色体上首先发现的,以后在大肠杆菌、酵母、果蝇、线虫、蚕及金鱼草与矮牵牛等植物中也陆续发现了转座因子的存在。转座因子的发现是遗传学发展史上的重要里程碑,是本世纪遗传学领域内重大的发现之一,在理论和实际应用上都有重要的意义。近年来,由于分子遗传学研究的进步,对转座因子的结构、转座的机理等方面的研究取得了很大的成绩,转座因子的应用研究开始受到人们的重视,特别在应用转座因子作为标签来分离高等植物基因的研究中取得了令人瞩目的成绩。本文就转座因子标签法分离高等植物基因的研究进展作一大致的介绍。     

植物的光调节基因在受体细胞中的表达-植物遗传工程的一个新进展

在植物分子遗传学和遗传工程研究中,根癌农杆菌的Ti质粒是个重要的载体。实验已经证明,它可将外源的功能基因插入到植物细胞并整合到植物细胞核的基因组中。在某些情况下,这些细胞再生成植株,而插入的基因可以通过减数分裂转给种子遗传下来。     

基因组学技术大发展助力园艺植物研究取得新进展

园艺植物包括花卉、蔬菜、果树、部分瓜类(如西瓜(Citrullus lanatus)和甜瓜(Cucumis melo))和茶树(Camellia sinensis),在植物分类上涉及大量物种。园艺植物的基因组学和遗传学研究具有重要的理论价值和经济意义。基因组测序技术及相关生物信息学工具的发展为园艺植物基因组和分子生物学研究注入了新的活力。睡莲是一种重要的花卉植物,除了具有观赏价值,其进化地位也非常特殊,属于一种早期被子植物类群。最近,蓝星睡莲(N.colorata)的高质量基因组图谱绘制完成。通过系统分析和比较睡莲基因组与其它被子植物的基因组,研究者阐明了睡莲的进化位置及相关进化事件。所获得的高质量基因组序列将有助于园艺植物研究者开展深入的分子遗传学研究,鉴定到控制和调控花器官、花色花香及品质等众多性状的功能基因,从而推动基础研究的快速发展和加快新品种创制。     

玉米扩展蛋白Expansin基因家族定位及基因表达模式分析

扩展蛋白（Expansin）是一类能够使植物细胞壁松弛的活性蛋白,在植物生长发育过程中起着重要作用。利用PLAZA、NCBI、MaizeGDB、Uniprot、PLEXdb等基因组数据库,获得玉米Expansin家族的基因序列、染色体基因座位、蛋白质序列以及长度,构建玉米Expansin基因家族系统进化树,进行基因组织表达谱的分析。结果表明,玉米基因组中含有93个Expansin基因,分布于玉米的9条染色体上;多数Expansin具有250~300个氨基酸;玉米Expansin基因家族有40个Expansin A（EXPA）、47个Expansin B（EXPB）、6个Expansin-like A（EXLA）,未发现Expansin-like B（EXLB）;44个玉米Expansin基因在不同玉米组织中特异表达。该研究结果不仅为玉米扩展蛋白的深入研究奠定了基础,而且为其他研究人员对基因信息的获取提供了参考。     

基因组学技术大发展助力园艺植物研究取得新进展

园艺植物包括花卉、蔬菜、果树、部分瓜类(如西瓜(Citrulluslanatus)和甜瓜(Cucumismelo))和茶树(Camellia sinensis),在植物分类上涉及大量物种。园艺植物的基因组学和遗传学研究具有重要的理论价值和经济意义。基因组测序技术及相关生物信息学工具的发展为园艺植物基因组和分子生物学研究注入了新的活力。睡莲是一种重要的花卉植物,除了具有观赏价值,其进化地位也非常特殊,属于一种早期被子植物类群。最近,蓝星睡莲(N. colorata)的高质量基因组图谱绘制完成。通过系统分析和比较睡莲基因组与其它被子植物的基因组,研究者阐明了睡莲的进化位置及相关进化事件。所获得的高质量基因组序列将有助于园艺植物研究者开展深入的分子遗传学研究,鉴定到控制和调控花器官、花色花香及品质等众多性状的功能基因,从而推动基础研究的快速发展和加快新品种创制。     

拟南芥和水稻JMJC蛋白的研究进展

表观遗传学是研究在基因的DNA序列没有改变的情况下,但功能发生了可遗传性变化的遗传学分支学科。JMJC蛋白是表观遗传学调控中的一类关键酶,其功能是催化组蛋白赖氨酸的去甲基化,通过染色质重塑或基因组印迹等途径调控基因的表达,影响植物的生长发育。综述拟南芥和水稻JMJC蛋白家族的近期研究进展,以期探讨JMJC组蛋白去甲基化酶对拟南芥和水稻生长发育的影响及其调控的分子基础。     

利用高灵敏的TSA-FISH在玉米中定位bz1、bz2基因(英文)

植物中 ,程序性细胞死亡 (PCD)发生在植物生殖和发育的许多方面 ,已有的研究表明 ,在玉米种子的发育过程中 ,胚乳组织经历了程序性细胞死亡的过程。bz1 (bronze)和bz2是与种子的糊粉层发育相关的花青素生物合成基因 ,在玉米基因组中 ,bz1基因所在区域是重组热点 ,bz2与类黄酮的酰化、糖基化、转运、沉积等有关 ,基因的物理定位有利于基因的分离和克隆。TSA FISH (Tyramidesignalamplificationfluorescenceinsituhybridization)是一种新颖的高灵敏度的荧光原位杂交技术 ,它的主要反应原理是辣根过氧化物酶催化过氧化氢和标记的酪胺分子 (tyramide)的苯环部分反应 ,使荧光标记的酪胺分子在直接带有或间接带有HRP报告分子的探针周围沉积 ,信号因此得以极大的放大 ,从而大大提高了荧光原位杂交技术的灵敏度 ,90年代中期开始引入动物和人类组织化学和细胞遗传学研究中 ,2 0 0 1年才应用于植物细胞遗传学的研究。利用这一技术 ,我们将bz1基因定位于玉米的第 9染色体的短臂和第 1染色体的长臂上 ,其信号点距着丝粒的百分距离分别为 40 .2 ,75 .4;bz2基因定位于玉米的第 1染色体的长臂和第 5染色体的短臂上 ,其信号点距着丝粒的百分距离分别为2 1 .6,1 5 .3。本文讨论了TSA FISH技术在植物中小的、低拷贝的DNA序     

水稻Pib基因及其连锁RFLP标记在栽培稻、药用野生稻和玉米中的比较物理定位

比较遗传学研究表明 ,禾本科不同基因组之间存在着广泛的同线性和共线性。对水稻 (OryzasativaL .)这一模式植物与其他禾本科植物的原位杂交定位可以揭示禾本科植物基因组的共同特点和进化规律 ,为建立禾本科遗传大体系积累资料。实验以图位克隆法分离的水稻Pib基因 (10 .3kb)和与之连锁的RFLP标记为探针 ,研究了Pib及与其连锁的RFLP标记在供试种中的同源性和物理位置。Southern杂交结果表明 ,Pib在玉米 (ZeamaysL .)基因组中有同源序列。进一步利用单色和双色荧光原位杂交技术确定了Pib在栽培稻 (O .sativassp .indicacv .Guangluai4)、玉米和药用野生稻 (O .officinalisWallexWatt)染色体上的物理位置。定位结果表明 ,Pib基因和与之连锁的RFLP标记在这 3个供试种基因组中具有同线性。     

燕麦属细胞遗传学研究进展

整理燕麦属(Avena L.)细胞遗传学研究文献,总结相关研究进展。燕麦属有7组29种植物,分属5个基因组类型(A、C、AB、AC、ACD)。基于荧光原位杂交技术和种间杂交实验表明,A、C基因组染色体结构差异较大,A基因组二倍体物种具有等臂染色体,C基因组二倍体物种具有不等臂染色体。燕麦属植物D基因组和A基因组间分化程度较小,B基因组有可能是A基因组的变型——A′基因组。普遍观点认为A基因组二倍体物种可能是燕麦属六倍体物种母系亲本,砂燕麦(A.strigosa)为该属多倍体物种A基因组祖先的假说备受争议,有学者认为加那利燕麦(A.canariensis)可能是多倍体物种A或D基因组的供体。燕麦属多倍体物种基因组互换及染色体重排事件,增加燕麦属种间亲缘关系、多倍体物种基因组起源研究的困难。结合基因组学、分子细胞遗传学技术,有望为上述问题提供新证据。     

《自然-遗传学》：科学家首获“辣基因”

最近,一个科学家团队完成了对辣椒的首次高质量参照基因组测序。科学家通过对比辣椒和其近亲植物的基因组。在两种植物中都发现了可产生刺激性辣椒素的基因。番茄中含有该基因的4种无功能副本。辣椒中则有7种无功能副本和1种可起作用的该基因副本。研究团队将报告在线发表于1月19日的《自然-遗传学》上。     

病毒诱导的基因沉默及其在植物功能基因组研究中的应用

病毒诱导的基因沉默已成为研究植物功能基因组的重要工具. VIGS 体系因其方法简便、周期性短以及避免植物转化等诸多优点, 已在利用正向遗传学和反向遗传学寻找和鉴定基因功能方面发挥了日益重要的作用. 越来越多的植物病毒被改造成为VIGS 载体, 并已在植物发育、生物逆境、非生物逆境、细胞代谢、信号传导等基因功能研究方面得到了应用. 本文围绕VIGS的发展以及在植物功能基因鉴定中的应用及前景提出了展望.     

植物细胞质雄性不育及育性恢复研究进展

植物细胞质雄性不育是一种广泛存在于高等植物中的母性遗传性状。细胞质雄性不育不仅为研究核质互作提供了良好材料,同时也是植物杂种优势利用的重要基础,其分子机理是目前研究的重点。多种研究证据表明,线粒体基因与细胞质雄性不育密切相关。随着分子生物学和分子遗传学的不断发展,许多植物的恢复基因已经被定位和克隆,进一步阐明了植物细胞质雄性不育和育性恢复的分子机理。本文综述了近几年植物中细胞质雄性不育和育性恢复相关基因的研究进展,并探讨了细胞质雄性不育/育性恢复系统在育种方面的应用。