水稻根系遗传育种研究进展

根系作为水稻(Oryza sativa)植株的重要组成部分, 在水稻生长发育过程中发挥多种作用, 包括植物的固定、水分和营养物质的获取以及氨基酸和激素的生物合成等, 其形态结构和生理功能与水稻产量和稻米品质以及抗性等密切相关。目前, 通过遗传及生化等诸多手段, 已挖掘到较多水稻根系QTLs与控制基因。该文综述了水稻根系QTL和基因的研究进展, 并对未来根系研究进行展望, 以期为进一步克隆水稻根系基因和完善水稻理想株型模型提供参考。     

三裂叶薯NBS-LRR类抗病基因的筛选鉴定与结构分析

为发掘甘薯近缘野生种三裂叶薯(Ipomoea triloba)的NBS-LRR类抗病基因,从基因数据库中对三裂叶薯基因组序列进行了筛选、鉴定和分析。结果表明,从三裂叶薯的98 025个基因中,筛选到282个编码NBS-LRR类蛋白的基因,其中N型80个,NL型83个,CN型28个,CNL型57个,TN型10个,TNL型23个,RN型1个。三裂叶薯的16条染色体上均含有NBS-LRR家族基因,数量最多的染色体含有65个,最少的只有1个。三裂叶薯基因组共有55个基因簇,包含了63.5%的NBS-LRR家族基因。在NBS-LRR抗病基因家族中,CNL和TNL亚家族分别对应到7和11个保守结构域。这为三裂叶薯抗性资源的利用提供了科学参考。     

番茄转录因子基因SlWRKY6的克隆与原核表达分析

该研究基于番茄基因组数据库SGN(Sol Genomic Network)信息,利用RT PCR从栽培番茄‘M82’(Solanum lycopersicum)中成功克隆到番茄SlWRKY6基因(登录号：Solyc02g080890),通过qRT PCR方法和原核表达初步验证其生物学功能。结果表明：(1)生物信息学分析显示,番茄SlWRKY6基因ORF全长1 653 bp,编码550个氨基酸,其蛋白结构含有1个WRKYGQK保守结构域和C₂H₂锌指结构域,属于IIb类;其基因启动子上游1 500 bp含有多个激素响应元件和非生物胁迫响应元件。(2)进化树分析显示,SlWRKY6与潘那利番茄SpWRKY31 X1(NP_001352691.1)的相似性最高,且定位于细胞核内。(3)qRT PCR结果显示,SlWRKY6基因在番茄根、茎、叶中均有表达,在叶中的表达量最高,且受盐和干旱诱导表达。(4)SDS PAGE及Western blot结果显示,pET 30a SlWRKY6重组蛋白的大小约66 kDa,与预期大小一致。(5)原核表达分析显示,重组菌E. coli BL21∷pET 30a SlWRKY6在不同浓度盐(NaCl)和干旱(Mannitol)胁迫下生长速度显著低于对照菌E. coli BL21∷pET 30a,且在400 mmol/L NaCl、800 mmol/L甘露醇胁迫条件下最为显著;滴板实验初步验证SlWRKY6转录因子能提高重组菌E. coli BL21∷pET 30a SlWRKY6在ABA和pH 9(NaOH)胁迫的耐受性;在400 mmol/L NaCl、pH 5(HCl)、800 mmol/L甘露醇胁迫条件下耐受能力降低。研究表明,SlWRKY6转录因子可能通过参与ABA途径来响应非生物胁迫。     

荻草谷网蚜唾液蛋白基因Sm13498的克隆及功能分析

【目的】荻草谷网蚜Sitobion miscanthi为我国小麦Triticum aestivum主产区麦蚜优势种;Sm13498蛋白是在荻草谷网蚜唾液腺中特异表达的唾液蛋白。本研究旨在探析荻草谷网蚜功能未知的Sm13498在调节植物防御反应中的潜在作用。【方法】基于荻草谷网蚜唾液腺转录组测序数据,PCR克隆Sm13498的cDNA全长序列,并进行生物信息学分析;采用RT-qPCR测定Sm13498在取食小麦叶片不同时间的荻草谷网蚜无翅成蚜中的表达动态;通过酵母分泌系统验证Sm13498蛋白信号肽的分泌功能;利用根癌农杆菌Agrobacterium tumefaciens介导在本氏烟Nicotiana benthamiana中瞬时表达技术鉴定Sm13498蛋白功能及亚细胞定位。【结果】克隆获得了荻草谷网蚜Sm13498 cDNA全长序列(GenBank登录号：MW346655),开放阅读框(ORF)全长783 bp,编码260个氨基酸,预测蛋白分子量28.01 kD,第1-22位氨基酸为N端信号肽。系统进化树显示,Sm13498与豌豆蚜Acyrthosiphon pisum的功能未知蛋白LOC100159087precursor(GenBank登录号: NP_001313548.1)亲缘关系最近(氨基酸序列一致性为71.7%)。RT-qPCR结果表明,Sm13498在荻草谷网蚜无翅成蚜取食小麦叶片12 h时表达水平达到最高。含有Sm13498信号肽片段的酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae YTK12可在YPRAA培养基正常生长,并可将无色2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)还原为不可溶的暗红色的氯化三苯基四氮唑(TTF),证实其信号肽具有分泌活性。经根癌农杆菌介导在本氏烟瞬时表达Sm13498蛋白可抑制Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2-associated X protein, BAX)及病原菌激发子INF1诱导的程序性细胞死亡。亚细胞定位结果表明,Sm13498-GFP融合蛋白定位于本氏烟叶片细胞膜。【结论】结果说明荻草谷网蚜唾液蛋白Sm13498可抑制植物防御反应。本研究为发掘荻草谷网蚜唾液中效应子, 深入解析麦蚜对小麦品种强适应性奠定了基础。     

葡萄VvIQD10果形相关基因定位及其互作研究

以葡萄6个不同果形品种盛花期花序为材料,通过荧光定量PCR方法分析比较葡萄IQ67结构域(IQ67 domain, IQD)基因家族成员VvIQD10的表达;从椭圆形葡萄品种‘天山’中克隆出VvIQD10基因编码区序列,对其进行生物信息学分析,采用亚细胞定位瞬时表达载体转化烟草的方法研究VvIQD10蛋白在细胞中的分布情况,并通过酵母双杂交实验和双分子荧光互补试验进行蛋白互作研究。结果表明:(1)VvIQD10基因在长果形葡萄品种中的表达量高于近圆形葡萄品种。(2)VvIQD10基因开放阅读框长度为1 401 bp,编码466个氨基酸。(3)VvIQD10蛋白为不稳定亲水性蛋白,无信号肽和跨膜区,但含保守的IQ67结构域,主要结构为α螺旋和随机卷曲,与猕猴桃IQD家族成员(PSS09955.1)亲缘关系最为接近。(4)VvIQD10蛋白主要定位于微管和质膜,并且直接与细胞骨架组织相关蛋白——钙调素类蛋白(VvCML)相互作用。研究认为,VvIQD10基因可能参与葡萄果形调控,葡萄VvCML蛋白从胞质到微管的募集依赖于VvIQD10,推测VvIQD10蛋白可能通过和钙调素类蛋白相结合来调控细胞骨架运动,进而参与葡萄果实形状的变化。     

龙眼组蛋白去乙酰化酶基因DlHDT1的克隆与特性分析

组蛋白去乙酰化是植物表观遗传调控的重要组成部分,对染色体结构修饰和基因表达调控发挥着重要的作用。为深入探究组蛋白去乙酰化酶基因(histone deacetylase 1,HDT1)在龙眼体胚发生过程中的功能,该研究结合龙眼基因组数据,采用RT-PCR方法克隆得到龙眼组蛋白去乙酰化酶基因(DlHDT1),对其进行生物信息学分析及亚细胞定位观察,同时结合转录组数据分析DlHDT1在体胚发生过程中的FPKM值,并利用qRT-PCR技术检测PEG6000和NaCl处理下DlHDT1的表达模式。结果表明:(1)DlHDT1基因CDS序列全长918 bp,编码305个氨基酸,该蛋白为不稳定亲水性蛋白,不含信号肽和跨膜结构,共含43个磷酸化位点,相对分子量为32 585.54 Da,等电点为4.65;进化树分析显示龙眼DlHDT1与漾濞槭亲缘关系最近(78.76%)。(2)亚细胞定位显示,DlHDT1蛋白定位于细胞核中;顺式作用元件分析发现DlHDT1基因含有大量光响应元件和脱落酸、茉莉酸甲酯等激素及逆境胁迫响应元件;转录组数据显示,DlHDT1在龙眼体胚发生不同时期均有表达,在胚性愈伤组织(EC)阶段表达最低,在球形胚(GE)阶段表达最高。(3)qRT-PCR显示,在PEG6000和NaCl处理下DlHDT1基因,呈下调表达趋势,推测DlHDT1可能参与调控龙眼对干旱及盐胁迫的响应,并存在负调控关系。研究认为,DlHDT1为核定位基因,可能参与龙眼体胚形态建成并在龙眼响应非生物逆境胁迫过程中发挥重要作用。     

刺槐核糖体蛋白同源基因RpRPL22在共生结瘤过程中功能研究

目的: 核糖体蛋白(RPs)属于多功能蛋白,能够参与调控细胞生长和响应胁迫条件。RpRPL22是一个从豆科植物刺槐中分离得到的结瘤相关基因,通过序列比对发现其与核糖体大亚基蛋白RPL22高度同源。对其如何通过调控根瘤菌侵染而在共生结瘤过程中发挥重要作用进行了较为深入的探索。方法: 利用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)分析RpRPL22在接菌后不同时间及不同植物组织的表达变化。利用cDNA末端快速扩增技术(RACE)获得目的基因cDNA全长。通过GFP报告基因进行RpRPL22亚细胞定位分析。通过Gateway BP重组技术构建RNA干扰(RNAi)重组载体,借助电转化法将重组载体转至农杆菌K599,利用农杆菌介导植物根部,接菌后观察和测量植株表型。首先从宏观水平统计观察目的基因是否对结瘤过程有影响,其次从分子水平揭示目的基因在共生结瘤过程的重要功能。结果: 不同接菌时期、不同植物组织目的基因qRT-PCR相对表达量结果显示,几乎在所有取样的接菌时间,目的基因RpRPL22在接菌根中的相对表达量都低于未接菌对照根,只有接菌后第25天除外。在成熟的根瘤中,接菌后第25天该基因的表达量也最高。洋葱表皮和毛状根亚细胞定位结果均显示在椰菜花叶病毒(CaMV)的35S启动子控制下,RpRPL22融合绿色荧光蛋白GFP的荧光信号在细胞核和细胞质有明显的表达。RNAi转化植株的表型统计观察结果,比如植株鲜重、植株的有效结瘤数目较对照组均有明显的降低;同时RNAi转化植株在根瘤菌侵染过程形成的侵染线数目和根瘤原基数目较对照均显著降低。根瘤切片实验用于观察根瘤显微超微结构,结果显示RNAi植株根瘤中固氮区的受菌侵染细胞数目与对照相比明显减少。电镜观察根瘤单个受菌侵染细胞中类菌体形态显示,RNAi根瘤中类菌体侵染细胞胞体多呈不规则形状,皱缩变形严重,环类菌体周间隙空间增大,多共生体融合,表现出细胞凋亡的迹象。对照根瘤中的受菌侵染细胞胞体多呈圆形椭圆形,胞质饱满丰富且分布均匀,细胞发育正常,表明RNAi植株根瘤发育过程明显受阻。结论: 核糖体蛋白(RP)能够参与调控豆科植物共生结瘤过程,相关同源基因RpRPL22可能在起始根瘤菌侵染植物和阻止类菌体降解过程中起重要作用。     

食指固定定位法在桡动脉采血中的应用

目的 探讨食指固定定位法在桡动脉采血中的应用效果.方法 将250例患者随机分为观察组130例和对照组120例,对照组使用传统的食指和中指固定定位法采集桡动脉血,观察组使用食指固定定位法采集桡动脉血,比较两组采血一次穿刺成功率.结果 两组桡动脉采血一次穿刺成功率比较,差异有统计学意义(P＜0.05).结论 采用食指固定定位法采集桡动脉血可以提高一次穿刺成功率.     

水稻短根突变体Osksr5的遗传分析和基因定位

水稻根系对其生长、发育及产量等起着至关重要的作用。该研究从甲基磺酸乙酯（ethyl methane sulfonate,EMS）诱变的籼稻Kasalath突变体库中筛选到1个根系变短的突变体,命名为Osksr5（Oryza sativa kasalath short root 5）,该突变体植株具体表现为主根、不定根和侧根都明显变短,不定根的数目相对减少,株高与野生型相比也明显矮小。遗传分析结果表明,该突变性状由1对隐性核基因控制。利用图位克隆技术将OsKSR5基因定位在第1染色体的STS（sequence tagged site）分子标记33027k和33471k,物理距离约为444 kb。对OsKSR5基因的定位为进一步克隆该基因和阐明水稻根系发育的分子机理奠定了基础。