熊立仲[1]1999年在《基因表达水平上水稻杂种优势的分子生物学基础研究》文中进行了进一步梳理杂种优势是生物界普遍存在的十分重要的生物学现象，而且在多种动植物中得到成功地利用。对杂种优势机理的研究已将近一个世纪，然而在许多方面仍是一个谜。水稻是杂种优势利用最成功的作物之一，近几年对水稻杂种优势的遗传学基础也有很深入地认识。本研究以杂种优势遗传基础研究较深入的水稻杂交组合为材料，通过检测亲本和杂种间基因表达差异以及DNA甲基化的差异，并结合所用材料的一些农艺性状杂种优势数据，从基因表达水平上探讨了基因差异表达或差异甲基化与杂种优势的关系。获得的主要结果如下： 1．首先以强优势组合油优63的剑叶为材料，用差异显示方法检测了亲本和F_1之间基因表达差异。表达差异主要分为：在亲本之一和杂种中表达(DMP_1或DMP_2)，仅在两个亲本中表达(ABF_1)和仅在一个亲本或F_1中表达(UNP_1、UNP_2或UNF_1)。 2．以一套双列杂交组合(28个F_1，8个亲本)的剑叶为材料，用差异显示方法进一步分析了有表达差异的135条带在不同组合中上述6种差异带的数量。以差异带的数量为变量，与6个农艺性状(抽穗期、株高、生物学产量、穗粒数、千粒重和产量)的杂种表现、杂种优势和杂合性(数据为本课题组以前的研究结果)进行相关分析的结果表明：类似显性的差异表达的数量(DMP_1和DMP_2)与6个性状的所有数据都无关：亲本中特异表达(UNP_1和UNP_2)的数量与杂种优势或杂合性呈显著的正相关，而杂种中特异表达(UNF_1)的数量与杂种优势或杂合性呈显著的负相关。 3．分别以每条差异带对双列杂交组合中杂种的6个性状的杂种表现、杂种优势和杂合性进行显著性检验。有一关以上的差异带检测到对至少一个性状的一种或多种数据显著。其中在杂种优势和杂合性数据中显著的差异带占绝大部分，而且这些差异带绝大部分(70％)以带的缺失(表达受到抑制)一组为正效应。 4．进一步用65对引物，以油优63组合的剑叶为材料进行大量差异显示，共检测到1000多条差异表达的cDNA带，并回收了其中的326个(包括了各种差异表达类型)。回收这些cDNA带并克隆，一共获得384个克隆。 5．用高密度cDNA点杂交对上述方法获得的384个cDNA克隆进行了亲本和杂种间差异表达的鉴定。结果表明：40％的基因在亲本和杂种间存在明显的量上的表达差异。在每个时期，杂种相对于亲本既有表达增强的基因，也有减弱的基因。34％的基因在苗期叶片和剑叶之间存在明显表达差异，苗期具有表达优势的基因数目要多于抽穗期。 6．选用三个不同优势的杂交组合，对48个在油优63组合有显著表达差异cDNA克隆进行基因表达量的分析，结果表明，不同优势组合中一些基因的表达差异非常显著。 7.进一步选取存在显著的表达差异的。DNA克隆进行测序和染色体定位，己测序的34个克隆在数据库中既有高度同源的序列，但也有相当一部分没有找到同源序列;同源序列中，既有发育过程中十分重要的功能基因，也有一些调节基因。其中12个克隆被定位在染色体上。 8.普遍认为DNA甲基化与基因表达调控有关。为探讨DNA甲基化与杂种优势的关系，本研究使用了一种新的方法(甲基化敏感性扩增多态性，MSAP)去检测胞嗜陡甲基化(DNA甲基化的主要类型)。结果表明这种方法不仅效率很高，而且甲基化差异可以通过分子杂交加以证实。 9.基于这种方法检测到水稻基因组至少16.5%的CCGG位点存在胞嗜咙甲基化。甲基化位点具有明显的发育时期特异性。相对于亲本，杂种(汕优63)在某些位点上甲基化程度增强，而在某些位点上甲些化程度减弱。 10.用1司样的一套双列杂交组合的剑叶为材料，分析了杂种中甲荃化程度的变化和杂种优势的关系，结果表明:总体上甲荃化程度与杂种优势无关，而特异位点上甲荃化的改变对杂种优势有援河效应。而且还发现，不同位点处甲J否化减弱时，有的对杂种优势有正效应，而有的为负效应;在剑叶中，绝人部分有效应的位点上甲毯化增强(通常与丛因抑制有关)具有正效应。 11.部分搜异甲毯化片段的序列分析表明:这些序列可能来白墓因调控区域。 12.在同一套材料中，分别用差异表达和差异甲琏化去分析与杂种优势的关系所获得的结果能非常好地相互印证。 最后，基于控制特定农艺性状的功能基因在杂种和亲本之间不存在功能差异的认识，并结合本研究的一些结果，提出了一种调节因子互作假说，从表达调控水平上对杂种优势的产生机理进行了推理，并对深入开展杂种优势的生物学基础研究进行了讨论。
邢俊杰[2]2005年在《功能基因组技术平台上水稻杂种优势分子机理的研究》文中指出杂种优势在农业中得到了广泛的应用,其分子机理的解析一直是热点问题。本研究以超级杂交稻先锋组合两优培九(F_1)的两个亲本培矮64S,9311及其F_2代群体为研究材料,采用功能基因组技术与遗传分析相结合的方法,对水稻杂种优势的分子机理以及杂种优势利用中涉及到的重要基因——光温敏核不育(Photo-thermo-Sensitive Genic Male-sterile,P/TGMS)基因进行了研究。研究结果如下: 1 运用基因芯片对水稻杂种优势分子机理的解析: 1.1 5张基因芯片检测出845个差异表达基因,涉及多种植物功能,表明杂种优势的表现与多种代谢途径相关。 1.2 各张芯片差异表达基因数量表明遗传差异与表达谱差异不尽一致,可能较小的遗传差异可以造成表达谱的巨大改变,而有些遗传变异可能没有在表达谱上表现出来。 1.3 从优势集团和负优势集团中分别找到9个和8个具显性表达水平的差异表达基因,研究表明显性表达水平的差异表达基因的聚合与杂种优势的表现没有相关性。 2 光温敏核不育基因功能基因组分析 2.1 利用基因芯片,在不育亲本、可育亲本之间与F_2代不育群体、可育群体之间共发现24个相同的差异表达基因。 2.2 利用蛋白质组技术,在不育亲本、可育亲本之间与F_2代不育群体、可育群体之间发现了5个相同的差异表达蛋白。
吴才君[3]2005年在《芸薹作物杂种优势形成在基因表达水平上的分子生物学基础研究》文中研究说明杂种优势是生物界普遍存在的十分重要的生物学现象,并在多种动植物中得到成功地利用。芸薹属(Brassica)作物是杂种优势利用最为普遍的一类作物。为了更有效地利用杂种优势现象为人类服务,人们十分重视杂种优势产生机理的研究。国内外学者在近一个世纪对杂种优势机理的研究中做了大量的理论和实验探讨,在方法和指导思想上都有了明显的进步,不仅取得了一些进展,还提出了许多的学说。但是,杂种优势产生的机理仍然是一个末解之谜,还有许多问题需要深入研究。本研究以芸薹种(Brassica campestris L. , syn. B. rapa L.)的三个亚种,即白菜(B. campestris L. ssp. chinensis Makino)、大白菜(B. campestris ssp. pekinensis Olsson)和芜菁(B. campestris ssp. rapifera (Matzg.) Sinsk)等芸薹作物为研究对象,从基因表达差异入手,采用cDNA-AFLP技术,结合生理生化表现,对其杂种优势形成的分子生物学基础进行研究,获得的主要结果如下: (1) 从产量、品质、抗逆性,生理生化表现和分子生物学研究结果看,莲座期为芸薹蔬菜杂种优势表现最佳期,大部分产量性状、品质性状、抗逆性和生理生化指标在这一时期显示出最高的杂种优势。 (2) 以‘矮脚黄’白菜自交系(97-3-2)、‘黄心乌’自交系(003-27)、‘上海青’自交系(98-4-2)、‘黄芽菜’自交系(97-8-6)和‘白蔓菁’芜菁自交系(001-24)为亲本及其杂交所得6个F_1代为材料,利用cDNA-AFLP技术,分析杂种与亲本莲座期叶片的基因差异表达类型与构成主要生物学产量性状的杂种优势关系。结果表明,基因的差异表达与杂种优势的形成有密切关系,相关分析发现双亲共沉默(ABF_1)与叶片数杂种优势呈显著正相关;单亲表达沉默(UNP)与株高杂种优势呈显著正相关。 (3) 利用芸薹种的两个亚种‘矮脚黄’白菜自交系(97-3-2)ב白蔓菁’芜菁自交系(001-24)杂交建立了F_2分离群体。并从256对cDNA-AFLP引物中筛选获得42对多态性引物,通过分析F_2群体cDNA-AFLPs的分离以及连锁关系,构建了一个包括113个cDNA-AFLPs分子标记的分子转录图谱。该图谱由16个连锁群组成,图谱总长度为3045.2cM,标记间平均图距29.7cM。这是第一份利用cDNA-AFLP标记构建的白菜(B. campestris L. ssp. Chinensis)分子转录图谱。 (4) 首次利用白菜×芜菁转录图谱对F_2群体地上部主要农艺性状进行了QTL定位和QTL效应分析。控制株高的QTL共14个,分别位于连锁群1、2、3、5、6、9和15上,其中遗传效应最大的是qPH-3-5和qPH-5-1的加显上位性效应,可增加株高9.9cm。控制叶片数的QTL共11个,分别位于连锁群1、2、6、11和15上,其中遗传效应最大的是qNL-11-1和qNL-1-31的
余传源[4]2005年在《水稻籼粳亚种间杂种优势利用的遗传基础研究》文中研究指明本研究利用粳稻品种Asominori和籼稻品种IR24构建的重组自交系群体(RIL)和在Asominori遗传背景中构建的IR24染色体片段置换系群体(CSSL)，在2个年份中对水稻的单株产量(YPP)、单株库容(SCP)、单穗粒数(SPP)、结实率(SSR)、千粒重(TGW)、单株有效穗数(PPP)、株高(PH)、抽穗期(DTH)和分蘖角度(TA)等9个产量、生育、形态等性状进行了QTL定位及遗传参数分析，在此基础上，利用CSSL群体与Asominori、IR24、02428等亲本构建的杂种F_1群体，研究了2个水稻亚种间组合Asominori×IR24和02428×IR24产量性状杂种优势形成的遗传基础及亚种间杂种不育、抽穗期超亲等的遗传机制。主要研究结论如下： 1、利用RIL群体在两年中共定位了YPP、SCP、SPP、SSR、TGW、PPP、PH等7个性状的47个QTLs，其中两年相同的QTLs有9个；利用CSSL群体共定位了64个标记基因座，其中两年相同的标记基因座有14个。在Chr.1、Chr.2、Chr.5、Chr.6、Chr.7、Chr.10和Chr.11上的重要标记区域中，两种群体均定位了相同性状的QTL。相关性状的QTLs具有成簇分布特性，与产量构成性状间普遍存在显著的相关性一致。 2、在2个长日照和1个短日照自然环境下定位了12个与抽穗期相关的QTLs。在Chr.2、Chr.6、Chr.8和Chr.12上各存在1个能重复检测且效应较大的QTL，其中qDTH-2和qDTH-12a/b来自籼稻IR24的等位基因是隐性感光基因，qDTH-6和qDTH-8上来自籼稻IR24的等位基因分别为显性和隐性感光抑制基因。本研究将这2个感光抑制基因分别定名为Su-PS-6(t)和i-Se-8(t)。Su-PS-6(t)和i-Se-8(t)基因在粳稻背景中具有明显的早熟效应，在纯合状态下能有效抑制水稻亚种间组合的超亲迟熟效应，缩短籼粳杂交稻抽穗期。 3、利用CSSL群体为工具材料，在2个籼粳亚种间组合中检测到3个育性位点。组合Asominori／IR24的低育性主要受Chr.5上的2个育性位点S-24(t)和S-31(t)及Chr.6上的S-5位点的等位基因互作效应的影响，其中S-31(t)为本研究发现的新育性位点，粳稻品种02428带有该位点的亲和性基因；02428／IR24组合的低育性主要受S-24(t)花粉育性位点的影响。遗传背景对育性基因的表达产生影响，在粳稻遗传背景中，S-24(t)位点处在S~i/S~j杂合基因型时可使杂种小穗育性下降70％左右，而S-31(t)和S-5为杂种半不育位点。在籼粳全基因组杂合遗传背景中，当S-5~i/S-5~j基因型置换成S-5~i/S-5~i基因型后，亚种间杂种小穗育性可平均提高22.5％，接近正常育性水平，而S-24(t)和S-31(f)均受S-5育性位点S-5~i／S-5~j基因型的上位性作用，S~i/S~j纯合基因型不能
兰进好[5]2005年在《玉米强优势组合重要性状杂种优势遗传基础研究》文中指出玉米是重要的粮、经、饲兼用作物,在我国农业国民经济中占有重要地位。玉米是世界上最早利用杂种优势的作物之一,利用杂种优势大幅度提高玉米单产已经成为一种行之有效的育种方法。近百年来,杂种优势遗传机理的研究水平一直落后于对其在生产上的利用程度,这种杂种优势理论研究滞后于生产实践的局面势必影响杂种优势在现实中的进一步大规模利用,因此,广泛开展玉米杂种优势遗传基础的研究和探讨具有十分重要的理论价值和现实意义。传统数量遗传学的研究方法存在种种弊端,如,它只能研究基因的总体效应,而无法知道控制目标性状的基因数目、基因在染色体上的分布、单个基因的遗传效应以及基因的作用方式等遗传信息。20世纪80年代以来,分子标记技术的诞生及发展为杂种优势遗传基础的深入研究提供了有力工具,并为全面剖析数量性状遗传基础的各种遗传效应提供了可能。 本研究的目的在于:1)在DNA水平上,以玉米强优势组合(黄早四×Mol7)的191个F_2单株为构图群体,用以获得QTL分析所需要的室内分子标记数据;相应184个F_(2:3)家系的两年3点数据,用以获得QTL分析所需要的的重要性状的田间表型数据,利用两部分数据结合QTL分析软件,综合剖析影响玉米重要农艺性状和产量性状的各种遗传组分及其相对贡献的大小,进而探讨玉米产量性状杂种优势的遗传基础。2)在RNA水平上,研究亲本和F_1基因差异表达模式,探讨表达水平上,基因差异表达与杂种优势形成的关系。本研究获得了许多有意义的研究结果,概述如下: 1.以黄早四×Mol7自交形成的191个F_2单株为作图群体,利用240对SSR引物和280对AFLP选扩引物在亲本黄早四和Mol7之间进行多态性的检测,筛选出91对SSR引物和20对AFLP选扩引物用于F_2群体分析,利用上述引物组合共检测到248个多态性标记位点,其中的218个标记参与构建了玉米分子连锁图谱,该图谱覆盖基因组全长2015.5cM,标记间平均间距9.69cM。发现了多个分子标记的偏分离热点区域,探讨了标记偏分离的原因及其对QTL定位的影响。同时,对准确判别标记基因型的技术策略提出了一些有意义的个人见解,阐述了利用SSR和AFLP标记在基因组扩增区域和技术原理上的互补特点构建高密度分子标记连锁图谱的的高效性。 2.以玉米成株期的株高和穗位高为模式性状,采用基于混合线性模型的复合区间作图法和相应的作图软件QTLmapper/V2.0,在顺义和昌平点共定位了7个株高和6个穗位高QTL;检测到18对控制株高和13对控制穗位高的上位性互作位点;同时发现了与环境存在显著互作的6个株高和8个穗位高单位点标记区域以及4对株高和4对穗位高上位性区域。分析了各种遗传因素在株高和穗位高遗传基础中的相对作用大小,指出了加性、显性和上位性
李阳生, 李达模, 朱英国[6]2001年在《水稻超高产育种的分子生物学研究进展》文中研究指明水稻超高产育种是杂种优势的有效利用、目标性状的选择和评价过程。水稻超高产育种理论落后于实践 ,这种局面长期制约了水稻更大范围内有效利用杂种优势。本文简要地分析水稻超高产育种现状和存在的主要问题 ,评述了水稻超高产育种的分子生物学基础研究进展
申国境[7]2014年在《染色体片段代换系的构建及产量相关性状杂种优势的遗传基础研究》文中提出水稻是我国目前第二大粮食作物,全世界有50%以上的人口吃饭问题需要它来满足。因此提高水稻产量是我国乃至全世界的粮食安全重要战略,而水稻高产是主要目标之一。杂种优势是指杂种F1代在性状表现上优于双亲。过去几十年来,人们利用杂种优势进行了多种作物的育种和遗传改良,在生产和实践中取得了巨大的成功。尽管人们针对杂种优势现象做了很多研究工作,但杂种优势形成的遗传机理仍有很多未知的地方。汕优63是一个非常优良的杂交稻,本研究以汕优63的两个原始亲本珍汕97和明恢63为亲本,通过连续回交策略,构建了一套以珍汕97为背景、明恢63为供体的染色体片段代换系,分析染色体片段代换系对产量及其相关性状的遗传效应。同时利用染色体代换系与轮回亲本珍汕97配置的杂交组合剖析了单片段代换系的杂种优势效应,通过杂种优势组装分析上位性对杂种优势的贡献。另外,我们构建了三套正反交材料,探索了生物钟调控途径在杂种优势形成中的作用。主要结果如下：1、通过珍汕97和明恢63连续回交,结合分子标记辅助选择,构建了一套202份染色体代换系。202份代换系背景回复率为95.2%,最高为99.0%,最低为91.8%。所有目标片段总长度为2367.5cM,相当于水稻基因组的1.5倍,而目标片段覆盖基因组的长度为1420.3cM,约为水稻基因组的93.2%；导入片段长度在1.2-30.7cM之间,平均长度为11.2cM,其中片段长度小于10cM代换系数目约占20%,介于10～20cM的代换系数目约占70%,而大于20cM的代换系数目约占10%。代换系基本覆盖了珍汕97为背景的全基因组。2、两年重复实验考察了染色体代换系群体抽穗期、株高、每穗颖花数、单株产量、单株有效分蘖数、穗长、千粒重和每穗实粒数,研究染色体代换系的遗传效应。结果显示,所有考察性状均有很大的变异范围,明恢63染色体片段的导入影响了珍汕97重要农艺性状的表型变异。3、在回交种和染色体代换系群体中,发现不同导入片段位点的遗传效应不同,分别表现为加性效应和显性效应,本研究中没有检测到超显性效应。通过互作分析结果发现,上位性互作对表型变异具有非常大的影响。说明导入片段位点的加性效应和显性效应以及位点与位点之间的互作对表型变异起到非常重要的作用。4、以202份染色体代换系为母本,珍汕97为父本,配置了CSSL/珍汕97杂交种,分别考察抽穗期、株高、单株产量等8项性状指标,研究导入明恢63染色体片段的杂种优势。针对所有考察性状,平均有17.8%的杂交组合与对照珍汕97呈现显著差异,所有杂种优势位点均表现出部分显性。2010年分别有4.5%、5.8%、5.9%和5.1%的杂交组合在单株产量、每穗颖花数、株高和每穗实粒数上与ZS97和染色体代换系之间具有显著差异。5、在染色体代换系中,我们共检测到12个抽穗期QTL,单个片段对抽穗期变异的贡献率从5.2%到83.5%。其中有5个QTL在F2和RIL群体中没有检测到。通过比较测序结果显示,抽穗期3个主效QTL QHD6, QHD7.2和QHD7.3分别是已经克隆的Hdl, Ghd7和Ghd7.1。其中QHD7.1和QHD2是新的QTL。另外,QHD2,QHD4和QHD8这3个QTL的加性效应大约为4.5天,非常有利于QTL的克隆。两位点互作分析结果显示,QHD7.2和QHD7.3通过遗传互作来调控水稻开花。6、本研究中,我们共检测到15个株高杂种优势位点。它们对杂种优势的贡献为显性效应,每个杂种优势位点的中亲优势(MPH)从-7.4%到14.4%。4位点互作分析显示,4位点主效QTL之间存在显著的上位性互作,它们的互作形式主要是加性效应与加性效应(AA),加性效应与显性效应(AD)。其中两个主效株高QTL qPH7.2和qPH7.3的加加互作效应为负值来增加水稻株高。7、202个染色体代换系中,我们检测到13个每穗颖花数杂种优势位点和9个单株产量杂种优势位点.其中9个产量杂种优势位点的CSSLs/珍汕97F1的单株产量处于回交亲本珍汕97和染色体代换系的产量之间,也就是说这9个产量杂种优势位点为显性效应杂种优势位点。我们将其中8个单株产量主效位点进行杂种优势组装,产生了2个4位点F1和一个8位点F1。其中8位点的产量杂种优势能够达到汕优63的75.4%。在4位点F2群体中,就每穗颖花数和单株产量而言,上位性互作效应对杂种优势的贡献非常显著,我们检测到加性效应与加性效应,加性效应与显性效应和显性效应与显性效应的互作形式,其中HYD7.1和HYD7.2两位点的加性效应与加性效应的遗传互作效应为负值而提高产量。8、我们构建三套正反交材料,分析了生物钟调控的基因网络与产量杂种优势形成的关系。通过表型考察,我们发现正反交之间的表型或杂种优势没有显著差异,也就是说母性遗传对杂种优势没有影响；籼稻亚种内和籼粳亚种间的杂种优势非常明显,生物钟基因及其调控的下游基因(叶绿素合成和淀粉合成基因)的相对表达量也具有非常显著的杂种优势。同时我们检测了叶绿素和淀粉含量,结果显示在正反交F1中含有较多的叶绿素和淀粉。相比较而言,粳稻亚种内的杂种优势不是很明显,生物钟调控网络的基因相对表达量杂种优势也比较低。
姚文[8]2016年在《优良杂交稻汕优63杂种优势的遗传与基因组基础研究》文中指出水稻不仅是世界上一半人口的主粮,而且也是农作物功能基因组研究中的重要模式生物。尽管杂种优势的利用对世界粮食产量的提高做出了重要贡献,其分子生物学机理在一个多世纪的研究之后仍然不是十分清楚。在过去四十年中,杂种优势的利用极大地提高了我国水稻的产量。水稻的基因组是农作物中最简单的,水稻功能基因组的研究进展很快,水稻为杂种优势的研究提供了很好的模型。汕优63是上世纪八九十年代在我国种植面积最大的杂交水稻,在近些年仍然有一些播种面积。我们基于高覆盖度的基因组测序数据,比较了汕优63的两个亲本,即珍汕97和明恢63基因组序列之间的差异。我们一共鉴定了971,883个SNP和198,152个插入缺失。一共有13,147个编码蛋白质的基因在基因区含有SNP或者插入缺失。GO富集分析的结果显示,和“细胞蛋白质修饰过程”,“蛋白质修饰过程”、“大分子修饰”等生物学过程有关的基因在这13,147个基因中显著富集。此外,我们还鉴定了686个只在珍汕97的基因组中存在的基因和762个只在明恢63的基因组中存在的基因。这些结果说明,和亲本相比,杂种的基因组中包含更多的基因和序列多态性。通过比较杂种和其两个亲本在18个组织中的基因表达谱数据,我们鉴定了379个只在珍汕97的基因组中表达的基因和330个只在明恢63的基因组中表达的基因。这些基因中的大多数在杂种的基因组中也是表达的,说明杂种的基因组中有更多的基因表达。在18个组织中,我们一共鉴定了7,450个在杂种中非加性表达的基因。其中,和“光合作用”相关的基因在叶片组织中鉴定的非加性表达的基因中富集,和“生物合成过程”相关的基因在根中鉴定的非加性表达的基因中富集,和“细胞生长”、“生长”等相关的基因在茎干组织中鉴定的非加性表达的基因中富集。此外,我们还鉴定了一些非加性表达的基因,包括OsMPS、OsEXPA8和OsFOR1等。这些基因在杂种中的非加性表达对杂种的生长是有利的。我们找到了不同座位的基因之间的互补对杂种优势有贡献的证据。在Bin1006处,明恢63基因型的永久F2材料比珍汕97基因型的永久F2材料的单株产量高。在Bin1087处,珍汕97基因型的永久F2材料比明恢63基因型的永久F2材料的单株产量高。在这两个重组区块处都是杂合基因型的永久F2材料的单株产量,比在这两个重组区块处都是纯合基因型的永久F2材料的单株产量高。等位基因特异表达是在杂种的基因组中优势表达来自其中一个亲本的等位基因的现象。杂种中的等位基因特异表达为杂种提供了优于其亲本的可能性。尽管普遍认为等位基因特异表达很可能参与了杂种优势的形成,其中的机理一直是不清楚的。我们鉴定了基于汕优63构建的一个永久F2群体中的等位基因特异表达。杂种中一共有284个基因发生了等位基因特异表达。平均一个永久F2中有153个基因发生了等位基因特异表达。一共有2,351个基因在至少一个永久F2中发生了等位基因特异表达。总之,一共有2,369个基因在所有97个永久F2和F_1杂种中的至少一个中发生了等位基因特异表达。大多数基因在永久F2群体和F_1中的等位基因特异表达的发生和方向是一致的。通过把永久F2群体的mRNA测序数据比对到明恢63的基因组上,我们鉴定了调控3,807个基因表达量的1,656个近程eQTL和2,303个远程eQTL。比较等位基因特异表达和eQTL的结果表明,等位基因特异表达是近程e QTL的一个比较好的标志。我们进一步鉴定了126个调控123个基因的等位基因特异表达水平的QTL,记为aseQTL。aseQTL和eQTL的比较表明基因表达量和等位基因特异表达水平的遗传调控机制很可能是不同的。如果一个基因在F_1杂种中的表达量和中亲值有显著的差异,则认为这个基因在F_1杂种中是非加性或者显性表达。在IMF2群体中,基因表达量的显性效应被定义为杂合材料表达量的平均值减去纯合材料表达量的平均值。通过比较所有基因在F_1杂种的表达量和中亲值,我们鉴定了1,672个非加性表达的基因。在永久F2群体中,我们使用h测验鉴定了3,544个显性效应显著偏离0的基因。我们对16,852个基因的显性效应值进行了QTL分析。一共鉴定了调控1,340个基因的显性效应的1,349个QTL。八号染色体上的一个QTL调控了一号染色体上Gn1a的表达量的显性效应,而九号染色体上的另一个QTL则调控了一号染色体上的基因SNAC2的显性效应。进一步比较了这些QTL和eQTL的结果显示,基因表达量和基因表达量的显性效应的遗传调控机理很可能是不一样的。我们进一步对一个由珍汕97、明恢63这一杂交组合构建的永久F2群体剑叶中sRNA的表达量进行了遗传分析。我们鉴定了53,613,739条不同的sRNA和165,797个sRNA表达性状。一共有66,649个sRNA表达性状扫描到了40,049个近程sQTL和30,809个远程sQTL。通过定义80,362个sRNA簇,我们鉴定了50,139个sRNA簇表达性状,其中20,249个sRNA簇表达性状扫描到了22,263个QTL。来自同一个基因或者sRNA簇的sRNA的表达量之间有一定的正相关。我们在其中一些远程sQTL热点中发现了一些参与sRNA生物合成的基因,这些热点所调控的sRNA的长度的特征和这些基因有一定的对应关系,说明这些基因在sRNA的合成和表达量的调控方面有重要的作用。总之,基于基因组测序、转录组测序、sRNA测序和全生育期表达谱等数据,我们对珍汕97、明恢63这一杂交组合进行了深入的分析。我们系统地比较了杂种和其亲本在基因组序列和基因表达上的差异。我们发现杂种的基因组中包含更多的基因,杂种的基因组中有更多的基因表达。我们找到了基因的非加性表达对杂种生长优势有贡献的证据。此外,我们解析了由珍汕97、明恢63这一杂交组合构建的永久F2群体中等位基因特异表达和sRNA表达的遗传调控基础。永久F2群体中等位基因特异表达的发生和方向与F_1杂种中是比较一致的。等位基因特异表达和基因表达的遗传调控基础很可能是不一样的。sRNA表达量的遗传解析表明调控sRNA表达量变异的DNA序列是存在的。参与sRNA生物合成的基因对sRNA表达量的遗传调控是有贡献的。希望这些结果对将来进一步解析珍汕97、明恢63这一杂交组合杂种优势的成因有一定的帮助。
黄毅[9]2006年在《应用cDNA芯片研究水稻杂种与亲本基因表达谱及杂种优势分子生物学基础》文中研究指明杂种优势利用是提高动植物产量和节约土地资源的主要措施之一，在玉米和水稻等多个物种上取得了辉煌的成就。尽管对杂种优势进行了大量遗传研究，但杂种优势的生物学机理仍阐释不全面，因此，深入探索杂种优势的分子机理对于作物遗传改良和育种实践具有重要意义。杂种优势现象是杂合子基因表达调控的一种外在表现形式，已有研究证实从基因表达调控水平研究基因表达差异与杂种优势的关系是探索杂种优势生物学机理的重要途径。基因芯片是一种能从基因组水平上研究基因表达的高通量技术，它被广泛用于重要物种的基因表达谱研究。水稻苗期是茂盛营养体建成的基础阶段，幼穗分化期是稻穗分化大小的关键时期，研究水稻苗期和穗分化期杂种与亲本间基因表达差异很有代表性，能为基因表达水平上阐释杂种优势的分子机理提供重要信息。本研究采用本实验室自制的包含9198条非重复EST序列的芯片，研究生产上大面积种植的优良水稻杂交组合汕优63和两优培9的杂种与亲本发芽后72h、四叶期的根和幼苗以及汕优63组合幼穗分化期(二次枝梗原基分化期期、雌雄蕊原基分化期和花粉母细胞形成期)幼穗中基因表达情况，建立基因表达谱，筛选出杂种与亲本间差异表达的基因，分析基因表达模式，结合本实验室已有的实验数据，鉴别杂种中可能与幼苗和穗分化以及杂种优势有关的代谢途径中潜在的候选基因，从转录水平上揭示杂种与亲本间基因差异表达与杂种优势的关系，为揭示作物杂种优势形成机理提供分子生物学证据。采用Quantile和Loess平衡化方法处理原始数据。两优培9和汕优63组合三个基因型苗期根和幼苗中共有9048条和8652条序列、汕优63幼穗分化期有8422条序列至少在一种组织中检测到杂交信号。在p＜0.05显著水平进行ANONA和LSD测验并结合100次随机抽样验证，鉴别出两优培9和汕优63组合分别有1139(12.6％)条和1283(14.8％)条序列在三个基因型的根和幼苗、438(5.2％)条序列在汕优63组合幼穗分化期存在表达多态性(p＜0.05)。苗期根和幼苗中，两优培9和汕优63组合分别有921(80.8％)条和1205(93.9％)条序列、幼穗中有340条序列在杂种和亲本之一或双亲间存在表达多态性；174条序列在两优培9和汕优63苗期幼苗和根中、75条序列在汕优63苗期和幼穗中存在表达多态性。从两个杂交组合苗期多态性表达序列中选取7条序列进行Northern验证，基因表达丰度变化与芯片检测结果有较好的一致性。采用中亲优势数值对多态性表达序列进行h统计测验表明：两优培9和汕优63组合苗期分别有78(8.5％)条和51(4.2％)条、汕优63组合幼穗中有141(32.2％)条多态性表达序列存在显著的(p＜0.05)杂种优势。两优培9和汕优63组合苗期根中正向优势表达序列多于负向优势表达序列，而幼苗中负向优势表达序列多于正向优势表达序列，汕优63组合幼穗中负向优势表达序列多于正向优势表达序列。经过同源性比较，幼穗分化期438条差异表达序列中，436条序列定位在12条染色体上，覆盖了282.0 cM水稻基因组，其中64条差异表达序列定位在26个QTL区间，这些OTLs与一次枝梗数、一次枝梗着生小穗数、二次枝梗数、二次枝梗着生小穗数和每穗小穗数5个穗部性状相关。功能分析表明：cDNA芯片上～50％序列功能已知，苗期差异表达的功能己知序列中，代谢相关基因最多，其次是遗传信息处理相关基因，而幼穗分化期差异表达的功能己知序列中遗传信息处理相关基因最多，其次是代谢相关基因；两个发育阶段的差异表达序列中，环境信息处理相关基因较前两类基因少，细胞生长发育相关基因最少。x~2测验表明：汕优63组合苗期和幼穗分化期差异表达基因与功能类型没有明显相关性，而两优培9组合苗期差异表达基因与功能类型存在明显相关，其中碳水化合物代谢和逆境应答相关基因观测数量明显高于期望数量，而次生代谢和转录调节相关基因的观测值明显低于期望值，意味着差异表达序列分布与这些功能类别密切相关。
宋高远[10]2014年在《水稻一般配合力与杂种优势分子机理初探》文中指出优良亲本的选择在传统育种与杂交水稻育种过程中均起到至关重要的作用。但亲本选择是一个需要耗费大量时间并且效率低下的繁重工作,更为复杂的是并非所有亲本的优良性状均能在其后代得到表现,不同亲本对杂种后代表现出不同的遗传效应,为了解释这一现象和评价亲本的优劣,Sprague与Tatum于1942年提出了一般配合力(general combining ability, GCA)的概念用于评价育种亲本的优劣,并同时提出了特殊配合力的概念(specific combining ability, SCA)用于评估杂交配组的好坏。从那时起,一般配合力便被广泛应用于传统遗传育种与杂种优势利用的亲本选择与评估。但一般配合力的遗传学与分子生物学基础至今仍不明确。为了探讨和揭示一般配合力的遗传学基础,我们构建了包含我国不同历史阶段的六个优良籼稻品种：珍汕97B、矮脚南特、广陆矮四号、93-11、特青、矮仔占,按照双列杂交设计由这些亲本杂交得到的15个F1代的双列杂交群体来评价水稻的株高、生育期与每穗粒数等三个与产量相关农艺性状的一般配合力。在此基础上,我们构建了高配合力亲本特青与低配合力亲本广陆矮4号的F2群体,对140个分离单株与五个亲本进行测交,根据测交亲本的表型计算一般配合力,以GCA值作为表型进行遗传作图,研究GCA的遗传基础；同时,对广陆矮四号、特青和93-11三个亲本和相互配组的三个F1代的叶片的转录组进行RNA测序分析,试图揭示GCA的分子基础。主要结果如下：1、一般配合力分析结果显示：亲本93-11与特青的株高、生育期和穗粒数三个与产量相关农艺性状的一般配合力均表现为正值,而其余亲本则表现为负值。2、各个亲本的一般配合力在武汉与海南省不同生态环境下基本保持稳定,受环境影响较小。3、我们构建了高配合力亲本特青与低配合力亲本广陆矮4号的140个单株的F2群体,对140个单株与五个亲本进行测交,通过F1代的生育期、株高及穗粒数表型计算出GCA,利用1,136个SSR标记对亲本特青与广陆矮4号进行全基因组扫描,并得到121个多态性标记；利用这些多态性标记,我们构建了平均遗传间隔13.1cM的遗传连锁图。随后对株高、生育期、穗粒数等三个与产量相关性状的一般配合力进行遗传作图分析,检测到控制一般配合力的两个主效位点。其中一个位点位于一号染色体SSR标记RM3148与RM462之间,控制穗粒数的一般配合力,Lod值5.7；另一个位点位于七号染色体SSR引物RM1306附近,同时控制生育期、株高、穗粒数等三个性状的一般配合力,对三个性状的Lod值分别为35.5、129、12.5。结果显示由统计分析所得出的一般配合力概念具有遗传学基础,受QTL遗传位点控制。4、对双列杂交群体中各样本的表型进一步分析发现：以93-11或特青作为亲本的杂种F1代的生育期、株高及穗粒数等三个农艺性状表型明显偏向于93-11或特青,与另一个亲本(广陆矮四号、矮脚南特或珍汕97)的表型具有较大差异。针对这一现象,我们对各亲本及其对应的杂种F1代生育期、株高、穗粒数等性状进行了相关性分析,结果显示：亲本93-11及特青与其杂种F1代的表型之间具有较高的相关性(r>0.97,P<3.80E-07),而亲本广陆矮四号、矮脚南特、珍汕97与其杂种F1代的表型之间相关性较低(r=0.81,P<1.33E-03)。这一结果显示具有高一般配合力的亲本对其杂种F1代表型的影响大于一般配合力低的亲本。5、为了揭示F1代表型偏向高一般配合力亲本的原因,对特青、93-11和广陆矮4号和相互配组的三个F1代的二次枝梗分化期叶片的转录组进行了测序分析,三个亲本和F1代的转录组测序深度为89.5到114.1兆reads,对转录组数据的分析结果显示F1代转录组偏向于高一般配合力的亲本。6、对水稻开花及GA调控相关的基因表达量的分析,证实了转录组数据与表型具有对应关系,结果揭示了F1代农艺性状表型偏向高一般配合力亲本,并与转录组的亲本偏向性相关。对开花和GA代谢的通路的相关基因的表达模式进行了分析,Ehd1、Ehd2、 Hd3a、RFT1基因在三个F1代及亲本93-11、特青中表达量显著低于亲本广陆矮四号；Hd1、OsPRR1与Ghd7基因的表达量则在亲本广陆矮四号中显著下调。在GA调控通路中,促进GA合成的基因OsCPS1与OsKAO以及受高GA含量刺激表达的基因GA2ox在三个F1代和93-11、特青中的表达量显著上调；而受高GA含量抑制的基因GA3ox与GA20ox的表达量则在上述材料中显著下调,这些结果与表型一致。7、为了探索在水稻杂种优势的产生机制及水稻F1中等位基因表达模式与杂种优势的关系,我们对上述三个F1代的杂种优势进行了分析,亲本差异较大亲本杂交产生的广陆矮4号×93-11、广陆矮4号×特青的杂种优势水平较高,反之,93-11×特青的杂种优势水平较低。随后对广陆矮4号×93-11、广陆矮4号×特青和低杂种优势水平的93-11×特青及其亲本广陆矮4号、93-11、特青进行了转录组测序及全基因组等位特异性表达分析。为了完成全基因组等位特异性表达分析,我们对三个亲本基因组进行了17.7-27.7倍于水稻基因组大小的重测序以保证亲本中至少90%的SNP位点被检出,为等位基因特异性表达分析奠定了基础。为了保证等位特异性分析的准确性,我们对三个F1代样本转录组进行了高深度的测序,得到89.5到114.1兆的reads,并使三个杂种F1代中SNP的平均reads覆盖深度分别达到8.6到10.9。8、全基因组的等位基因表达模式分析,在三个杂种F1代中,有3.4%到3.9%的基因呈现单等位表达模式,23.5%到24.2%的基因显示偏等位表达,而72.0%到73.0%的表达基因可归为共表达基因。进一步对F1代中等位基因的表达模式与其亲本之中对应基因的表达量的相关性分析,我们发现F1代中等位基因的表达模式与其亲本之中对应基因的表达量比值具有显著的正相关性；等位特异性表达基因(包括单等位表达基因与偏等位表达基因)与其亲本表达量具有更显著的正相关性；等位特异性表达在F1代种发挥重要作用。9、通过对单等位表达和偏等位表达基因的正反交的表达模式分析,发现所有分析的基因均表现为偏向单一亲本,与目前在动物中被深入研究的三种单等位基因表达模式不同,我们将这类新发现的单等位表达类型称为基因型依赖性(genotype—dependent)单等位表达基因。10、发现在杂种一代的转录组中,80.7-94.6%基因表现以顺式调控机制(cis-regulated mechanism),只有5.4-19.3%基因表现为反式调控,在水稻杂种F1代转录组以顺式调节为主；结果显示平均79.7%的基因表达具有互补效应的基因由等位特异性表达造成；对F1代等位特异性表达及亲本间基因表达量的分析显示在F1代中激活及表达量升高的基因主要由亲本之间的互补效应造成。11、对亲本与F1代的差异基因表达进行分析结果表明：等位特异性表达基因造成了F1代与亲本之间平均42.4%的差异表达基因。更重要的是等位特异性表达基因造成了79.8%的F1代与亲本之间表达量差异大于10倍的差异表达基因；这类基因的在F1代表达而在亲本之一不表达的基因占97.3%。多数F1代与亲本之间的差异表达基因的表达量偏向高一般配合力的亲本；进一步证明杂种F1代的互补效应主要由单等位表达及偏等位表达基因贡献的结果。
参考文献：
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[8]. 优良杂交稻汕优63杂种优势的遗传与基因组基础研究[D]. 姚文. 华中农业大学. 2016
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[10]. 水稻一般配合力与杂种优势分子机理初探[D]. 宋高远. 武汉大学. 2014
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