序列比较分析揭示水稻Pms1区段的基因组快速进化

前人研究将水稻光敏核不育位点Pms1定位在第七染色体上. 本研究对来源于定位亲本(明恢63和农垦58)的两个BAC克隆进行比较测序来鉴定Pms1的候选基因, 通过对两个克隆的注释和比较分析我们得到五个候选基因以进行进一步的功能检验. 我们还将这两个亲本的基因组序列与公共数据库里的日本晴和93-11的进行了比较分析. 分析表明, 该区段四个亲本在序列组成上存在巨大差异, 这种差异主要归咎于活性反转座成分造成的基因组新近增长和变异; 亚种内和亚种间以Indel或者SNP的形式存在高度的多态性. 利用反转座成分的两个长末端重复进行分析发现它们的替换速率比已有文献报道要高得多. 该结果证明在自然和人工选择的共同作用下, Pms1区段正处于快速的基因组进化过程中.     

水稻全基因组R基因鉴定及候选RGA标记开发

用45个已知功能的植物抗病(R)基因序列对粳稻全基因组序列进行搜索, 共找出2119个R基因同源序列或类似物(RGA), 表明RGA在水稻基因组中成簇存在, 呈非随机分布. 采用隐马尔柯夫模型(HMM), 将这些RGA按其功能域分成了21类. 将粳稻的RGA与籼稻的基因组序列进行比较, 共找到702个两亚种间等位的RGA, 并发现其中有671个(占95.6%)RGA的基因组序列(包括编码区和非编码区)在两亚种间存在长度差异(InDel), 表明水稻RGA在两亚种间存在很高的多态性. 通过在InDel两侧设计引物并进行e-PCR验证, 共开发出402个基于PCR的、表现为共显性的候选RGA标记. 这些候选标记在两亚种间的长度差异在1~742 bp之间, 平均为10.26 bp. 有关数据均可从我们的网站(http://ibi.zju.edu.cn/RGAs/index.html)上获得.     

水稻籼粳杂种不育基因座Sc的遗传图和物理图精细定位

杂种不育是水稻籼粳亚种间杂种优势利用的主要障碍.为了克隆1个籼粳杂种不育基因Sc,利用分子标记和近等基因系杂交产生的F2群体对Sc座位进行了精细定位.初步的连锁分析结果表明,Sc座位与第3染色体的4个分子标记以RM218-RG369-Sc-RG227-RG391的关系连锁,其中RG227与Sc座位之间的遗传距离为0.07 cM.用RG227为起始探针筛选籼稻的TAC基因组文库,并通过染色体步移构建了一个覆盖Sc座位的跨度约320kb的克隆重叠群.对可能覆盖Sc的2个TAC克隆M45E14和M90J01进行了部分测序.用TAC克隆序列和RG227序列搜索水稻基因组序列数据库,锚定了粳稻BAC克隆OSJNBb0078P24(148kb)序列.通过比较TAC和BAC克隆的序列,在Sc座位区域发展了6个新的基于PCR的标记.用这些标记进一步把Sc座位定位在一个约46kb的区域内.从定位结果推测该BAC克隆和TAC克隆M45E14包含Sc基因.基因预测分析显示,在此46 kb区域内有6个预测的ORF.     

水稻籼粳杂种不育基因座Sc的遗传图

杂种不育是水稻籼粳亚种间杂种优势利用的主要障碍. 为了克隆1个籼粳杂种不育基因Sc, 利用分子标记和近等基因系杂交产生的F2群体对Sc座位进行了精细定位. 初步的连锁分析结果表明, Sc座位与第3染色体的4个分子标记以RM218-RG369-Sc-RG227-RG391的关系连锁, 其中RG227与Sc座位之间的遗传距离为0.07 cM. 用RG227为起始探针筛选籼稻的TAC基因组文库, 并通过染色体步移构建了一个覆盖Sc座位的跨度约320 kb的克隆重叠群. 对可能覆盖Sc的2个TAC克隆M45E14和M90J01进行了部分测序. 用TAC克隆序列和RG227序列搜索水稻基因组序列数据库, 锚定了粳稻BAC克隆OSJNBb0078P24(148 kb)序列. 通过比较TAC和BAC克隆的序列, 在Sc座位区域发展了6个新的基于PCR的标记. 用这些标记进一步把Sc座位定位在一个约46 kb的区域内. 从定位结果推测该BAC克隆和TAC克隆M45E14包含Sc基因. 基因预测分析显示, 在此46 kb区域内有6个预测的ORF.     

水稻阶段性返白突变体的鉴定和候选基因分析

从粳稻品种中花11 的后代中发现了一个叶色突变体sgra, 该突变体幼苗期叶色正常, 而6~8 叶期以后新生叶白化, 随后白化叶转绿. 突变体的遗传分析表明, 该突变体表型受1 对隐性核基因控制. 利用籼粳杂交F2群体对突变位点进行了基因定位, 将其定位于水稻第11 染色体的2 个标记ID343-11 和PSM415 之间, 遗传距离分别为0.9 和1.0 cM. 随后, 利用已公布的水稻序列和SSR标记, 在两标记间发展了9 对新的标记, 进一步将SGRA基因定位在IDM-2 和RM26739 之间, 物理距离约为17.6 kb. 对野生型和突变体候选区段基因组DNA 测序分析表明, 候选基因编码一个ABC 转运蛋白.     

水稻含隐性抗白叶枯病基因xa5的24kb片段的鉴定与基因预测

水稻xa5基因是具有重要研究和育种价值的隐性广谱抗白叶枯病基因.利用水稻品系IR24及其近等基因系IRBB5(含xa5基因)杂交组合,构建了含4892个单株的F2定位群体.同时,利用与xa5连锁的RFLP标记筛查含xa5基因的水稻抗性品系IRBB56的BAC文库,构建了一个覆盖目标基因位点的长约213kb的跨叠克隆群.根据国际水稻基因组和中国超级杂交稻基因组序列,以及跨叠克隆群的部分亚克隆测序,设计了一系列SSLP和CAPS标记对目标基因进行精细遗传定位.xa5基因定位在2个CAPS标记K5和T4之间且与T2共分离,标记K5和T4之间的遗传距离为0.3 cM,物理距离约为24 kb.对xa5基因所在的24 kb片段DNA序列进行基因预测,揭示出可能编码ABC转运蛋白和转录因子TFIIA小亚基的2个基因.对这一区段及其编码基因的功能研究将阐明xa5抗白叶枯病的分子机制.     

水稻F1花粉不育基因座S-b的精细定位

杂种不育是水稻籼粳亚种间杂种优势利用的主要障碍, 开展杂种不育基因的克隆和功能分析对于克服和缓解亚种间杂种的不育性具有重要的意义. 本研究在S-b座位初定位的基础上, 根据水稻基因组的序列发展微卫星标记, 将S-b座位定位在微卫星标记PSM8和PSM202之间. 为了精细定位S-b座位, 以S-b座位的近等基因系为材料培育了包含有3910株的F2作图群体, 同时根据PSM8和PSM202界定范围内的基因组序列发展了2个微卫星标记, 2个插入缺失多态性标记和4个CAPS标记. 利用作图群体中的重组株进行花粉育性表型与新发展标记基因型的连锁分析, 结果表明标记W4与S-b座位完全连锁, 而标记A8和A14位于S-b座位的两侧, 与S-b座位的遗传距离分别为0.026和0.038 cM. 将多态性标记与该区域克隆的序列进行整合, 结果表明, 新发展的多态性标记锚定在了AC093089, AC079021和AC134931三个首尾相连的克隆上. 根据各标记在物理图谱上的位置, 最终将S-b座位界定在了A8与A14之间27 kb的物理距离内. RiceGAAS注释表明该区域有7个预测ORF. 该结果为S-b座位进一步的功能分析奠定了基础.     

人核受体nr5a2(hb1f)基因组序列的生物信息学分析

在克隆了人核受体基因nr5a2(hb1f )的cDNA的基础上, 测定了该基因的全基因组序列. 采用生物信息学手段对nr5a2(hb1f )基因组序列进行了深入分析. 序列同源性比较及编码序列预测结果提示, 在测定的210 kb基因组序列中,特别是人nr5a2(hb1f )基因的内含子中可能还存在其他的编码信息. 通过比较基因组方法分析不同生物nr5a基因的结构, 发现各种生物nr5a基因的结构具有保守性, 并且在进化过程中有明显的基因重复现象. 对斑马鱼、小鼠和人nr5a2基因上游序列的比较, 显示这些生物nr5a2基因的启动子区域相当保守, 提示不同生物的nr5a2基因可能受到同一类转录因子的调控.     

水稻包穗突变体esp2 的遗传分析与基因精细定位

水稻的包穗现象主要是由倒一节间缩短造成的. 阐明包穗形成的分子机制, 对解决水稻不育系的包穗问题, 创造水稻新种质具有重要意义. 我们在籼稻品种明恢86 的组织培养后代中获得了1 个包穗突变体, 命名为esp2(enclosed shorter panicle 2), 其穗部被剑叶叶鞘完全包裹, 倒一节间几乎完全退化, 而其余各节间长度则没有明显改变. 遗传分析表明, esp2 受一对隐性基因控制, 能稳定遗传且不受遗传背景的影响. 显然, ESP2 是控制水稻倒一节间发育的一个关键基因. 利用esp2 与粳稻品种秀水13 杂交的F₂ 群体以及SSR 和InDel 标记, 将ESP2 精细定位在1 号染色体短臂末端一个14 kb 的区域内. 根据水稻基因组序列的注释, 该区域内只存在1 个完整的基因, 亦即一个假定的磷脂酰丝氨酸合成酶(putative phosphatidylserine synthase)基因. 对野生型和突变体的测序分析结果表明, 该基因内部插入了一个5287 bp 的反转座子序列. 因此, 我们将该基因作为ESP2 的候选基因. 本研究结果为ESP2 基因的克隆和功能分析奠定了基础.     

籼稻(Oryza Sativa ssp. indica)全基因组框架序列

水稻基因组序列中蕴藏着生理、遗传、发育、进化和与重要经济性状相关的许多生物学信息. 籼稻亚种Oryza Sativa ssp. indica在中国和亚洲其他地方广泛种植. 通过全基因组霰弹法, 得到了这一亚种的基因组框架序列. 共完成430万个成功反应, 总读长为2214.9 Mb, 其中籼稻亚种93-11的成功反应有330万个, 总读长1797.4 Mb, 初步拼接得到了409.76 Mb的非冗余序列, 大约覆盖了水稻全基因组的95.29%, 碱基准确率大于99%. 通过与公共数据库中籼稻indica和粳稻japonica亚种的BAC克隆比较, 证实了基因组框架图的覆盖率、序列分布的随机性和拼接软件BIG-ASSEMBLER的准确性. 在框架图中, 鉴定了96.3%的全长cDNA, 96.4%的遗传标记(STS, STR, RFLP), 94.0%的EST和94.9%的单基因簇(unigene). 初步分析表明, 该框架序列已经达到了国际同行所认同的标准. 框架图的公布无疑为水稻生物学研究提供了基因组学和遗传学方面的基本信息.     

水稻含隐性抗白叶枯病基因xa5的24 kb片段的鉴定与基因预测

水稻xa5基因是具有重要研究和育种价值的隐性广谱抗白叶枯病基因. 利用水稻品系IR24及其近等基因系IRBB5(含xa5基因)杂交组合, 构建了含4892个单株的F₂定位群体. 同时, 利用与xa5连锁的RFLP标记筛查含xa5基因的水稻抗性品系IRBB56的BAC文库, 构建了一个覆盖目标基因位点的长约213 kb的跨叠克隆群. 根据国际水稻基因组和中国超级杂交稻基因组序列, 以及跨叠克隆群的部分亚克隆测序, 设计了一系列SSLP和CAPS标记对目标基因进行精细遗传定位. xa5基因定位在2个CAPS标记K5和T4之间且与T2共分离, 标记K5和T4之间的遗传距离为0.3 cM, 物理距离约为24 kb. 对xa5基因所在的24 kb片段DNA序列进行基因预测, 揭示出可能编码ABC转运蛋白和转录因子TFIIA小亚基的2个基因. 对这一区段及其编码基因的功能研究将阐明xa5抗白叶枯病的分子机制.     

水稻早衰叶突变体基因psll的遗传分析和精细定位

植物叶片是最主要的光合作用器官．作物叶片生长、发育和衰老的分子机理研究与提高作物产量形成密切相关．利用水稻中花11号经C0^60辐射产生的早衰叶突变体分别与南京6号和南京11号杂交的F1及其衍生的F2群体，对早衰叶突变体进行了遗传分析和基因定位．结果表明，该早衰叶突变体是由一隐性核基因psll控制，利用SSR标记把psll定位在水稻第2染色体上．利用已经公布的水稻基因组序列，在该基因附近区域发展了34对新的STS标记，对psll进行了精细定位．以此为基础，构建了覆盖psll区域的BAC重叠群，并把目标基因定位在一个约48kb的区段上，为最终克隆目标基因奠定了基础．     

水稻早衰叶突变体基因psl1的遗传分析和精细定位

植物叶片是最主要的光合作用器官. 作物叶片生长、发育和衰老的分子机理研究与提高作物产量形成密切相关. 利用水稻中花11号经Co⁶⁰辐射产生的早衰叶突变体分别与南京6号和南京11号杂交的F₁及其衍生的F₂群体, 对早衰叶突变体进行了遗传分析和基因定位. 结果表明, 该早衰叶突变体是由一隐性核基因psl1控制, 利用SSR标记把psl1定位在水稻第2染色体上. 利用已经公布的水稻基因组序列, 在该基因附近区域发展了34对新的STS标记, 对psl1进行了精细定位. 以此为基础, 构建了覆盖psl1区域的BAC重叠群, 并把目标基因定位在一个约48 kb 的区段上, 为最终克隆目标基因奠定了基础.     

一个编码玉米转译起始因子新基因的克隆

采用DD PCR方法比较玉米杂种一代及其亲本苗期基因表达产物mRNA的差异 ,分离并鉴定出一个玉米杂种一代超亲表达的cDNA .以该cDNA为探针从cDNA文库中筛选到一个全长的cDNA克隆 (ZH0 1) .ZH0 1长 1780bp ,5′端非编码区 112bp ,3′端非编码区 395bp ,开放阅读框共编码 4 14个氨基酸 .序列同源比较表明 ,ZH0 1为一个亲的玉米转译起始因子eIF4A基因家族成员 .     

基于ISSR, AFLP分子标记和cyclins基因克隆的异源四倍体鲫鲤进化分析

为了解两性可育、遗传性状稳定的异源四倍体鲫鲤基因组的进化情况, 用ISSR, AFLP分子标记及cyclin A1和B1基因克隆的方法, 从多倍体基因组和单个基因在多倍体形成前后的变化两个角度对上述问题进行了探讨分析. 研究结果表明, 异源四倍体鲫鲤经过连续15代培育, 仍然保持了原始亲本遗传性状的稳定性, 但基因组的遗传相似性及cyclins基因的碱基变异水平都说明异源四倍体鲫鲤具有明显的偏母性遗传特性. ISSR和AFLP分析表明, 在异源四倍体鲫鲤基因组中, 除了新产生的、原始亲本中没有的DNA条带外, 还发生了原始亲本的DNA带纹消失, 而且消失的带纹倾向于父本基因组. cyclins基因序列分析表明, 在异源四倍体鲫鲤不同于原始亲本的核苷酸变异位点中, 由于存在密码子单个碱基的非同义突变导致了异源四倍体鲫鲤新的氨基酸位点的产生. 异源四倍体鲫鲤上述基因组的非加性变化, 可能是应对杂交和多倍化冲击而使其趋于遗传稳定的一种适应性变化.     

稻瘟病菌新无毒基因AvrPi7的遗传及物理作图

稻瘟病是目前最具毁灭性的作物病害之一. 本研究通过由田间菌株CHL346和CHL42杂交得到的189个子囊孢子菌株构建的分离群体, 在亲本菌株CHL346中鉴定到了与水稻稻瘟病抗性基因Pi7对应的无毒基因AvrPi7. 为了确定AvrPi7位点的染色体位置, 本研究开发了一套基于稻瘟病菌测序菌株70-15全基因组序列的121个微卫星(simple sequence repeat, SSR)标记. 利用这些SSR标记对AvrPi7位点进行了连锁分析. 结果表明, 位于第1染色体的8个SSR标记与该无毒基因连锁, 其中2个最近的侧翼标记MS1-9和MS1-15分别距离AvrPi7位点3.2和16.4 cM. 为了进一步完成该位点的精细作图, 在MS1-9和MS1-15的侧翼区域进一步开发了8个SSR标记和3个候选无毒基因(candidate avirulence gene, CAG)标记. 通过对这些标记的连锁分析, AvrPi7位点被界定于标记MS1-21和MS1-22之间1.6 cM的区域内, 并与标记CAG2共分离. 为了构建该无毒位点的物理图谱, 通过生物信息学分析(bioinformation analysis, BIA), 将与该基因连锁的分子标记分别着陆于参考菌株70-15的超重叠群(supcontig)上. AvrPi7位点最终被界定在标记MS1-21和MS1-22之间的75 kb区段内. 本研究的结果对于进一步了解真菌中普遍存在的重组不平衡和部分二倍体等现象, 以及对该基因进行克隆及其功能研究具有重要意义.     

代谢型谷氨酸受体mGluR7的基因组结构及其家族蛋白胞外区的基因组结构比较

L-谷氨酸是哺乳动物中枢神经系统中的神经递质, 其代谢型谷氨酸受体mGluR7在正常中枢神经功能和多种神经退行性疾病的病理发生中起着重要作用. 为了研究mGluR7基因相关疾病的生物和遗传基础, 通过从BAC文库中筛选种子克隆和对酶切指纹图谱数据库查询等方法, 构建了覆盖mGluR7全长基因的基因组物理图谱, 并采用鸟枪法策略对图中BAC克隆进行测序与拼接组装, 最终得到准确度为万分之一的完整的基因组序列. 序列分析表明: mGluR7基因是长达880 kb的超大基因; 其基因组GC含量为38%, 重复序列含量为37.5%; 由11个外显子和10个内含子组成, 其中5个内含子长度超过100 kb, 内含子1长达285 kb; 存在2个替换剪接转录本mGluR7a和mGluR7b. 通过比较mGluR基因家族3组8个亚型受体蛋白胞外区的基因组结构, 发现它们对应的基因组结构分为3组, 组内各成员的基因组结构较为保守, 而组间各成员的基因组结构保守性较差. 这种基因组水平的组内保守和组间差异是和蛋白质水平上的保守和差异一致的, 提示这些受体的基本功能在进化的过程中有明显的分化. 在含mGluR7的组内, 尽管组内各成员的基因组结构趋于保守, 但大部分内含子长度变化幅度很大, 揭示基因组结构变化的程度高于蛋白质水平的变化, 这种变化预期是在基因表达的调控上体现其生物属性的.     

籼稻(Oryza Sativa ssp. indica)

水稻基因组序列中蕴藏着生理、遗传、发育、进化和与重要经济性状相关的许多生物学信息，籼稻亚种Oryza Sativea ssp.indica在中国和亚洲其他地方广泛种植，通过全基因组霰弹法，得到了这一亚种的基因组框架序列，共完成430万个成功反应，总读长为2214．9Mb，其中灿稻亚种93－11的成功反应有330个，总长1797．4Mb，初步接接得到了409．76Mb的非冗余序列，大约覆盖了水稻全基因组的95．29％，碱基准确率大于99％。通过与公共数据库中籼稻indica和粳稻japonica亚种的BAC克隆比较，证实了基因组框图的覆盖率、序列分布的随机性和拼接软件BIG－ASSEMBLER的准确性，在框架图中，鉴定了96．3％的全长cDNA，96．4％的遗传标记（STS，STR，RFLP），94．0％的EST和94．9％的单基因簇（unigene），初步分析表明，该框架序列已经达到了国际同行所认同的标准，框架图的公布无疑为水稻生物学研究提供了基因组学和遗传学方面的基本信息。     

水稻全生育期均一化cDNA文库的构建和鉴定

以优良杂交水稻的恢复系明恢63为材料，构建覆盖水稻基因组的cDNA文库，用于功能基因组的研究。选择水稻全生育期过程的9个时期的不同组织和病原诱导的组织分别构建了15个定向cDNA文库。依据基因组DNA饱和杂交的原理，将从15个独立的cDNA文库中提取的质粒混合，并与固定有磁珠上具有互补性的2份基因组DNA亲和体系饱和杂交，收集杂交组分中的质粒并重新转化大肠杆菌，获得全生育期均一化cDNA文库。该文库平均插入片段1.4kb，含62000个克隆子。反向Northem杂交显示，该文库收集了众多表达丰度极低的基因以及特异表达的基因。对文库中随机的10750个克隆进行了测序，序列分析比较后获得6399条非重复的EST(expressed sequence tag)序列，非重复序列占59.5％。目前，用该文库制作的cDNA芯片已被用于功能基因组的研究。     

植物反转录转座子功能研究进展

反转录转座子(retrotransposon),是一类以RNA为中介,在反转录酶的参与下,进行自我复制并整合到基因组其他位点中的转座元件(transposableelements,TEs).反转录转座子是许多真核生物基因组的主要组成部分,在高等植物如玉米、小麦等作物中含量丰富.这些反转座子的功能及生物学意义一直以来都存在争议,但越来越多研究表明,它们对于邻近基因的表达调控以及整个生物体基因组的进化有着深远的影响.本文主要从反转座子与非编码RNA的联系及其转座过程所产生的基因结构变异、反转座基因等方面,概述了植物中反转座子功能的相关研究进展.