小麦(Triticum aestivum)麦芒在抵抗虫害、种子繁殖、增加小麦产量等方面具有重要的作用，是小麦重要的农艺性状，受多个基因控制。CASL4AL是以普通小麦品种'中国春' (T. aestivum cv. Chinese Spring,CS,帽状的钩芒)为背景的野生二粒小麦(T. dicoccoides,TTD) TTD140染色体臂置换系(chromosome arm substitution line,CASL)，其中4A染色体长臂被野生二粒小麦TTD140所置换，表现为长芒。本研究利用长芒的染色体臂置换系CASL4AL与帽状钩芒的442株系(CASL4AL和CS杂交后代,其与CS的芒表型一致)构建1个F2群体(134个单株)，采用SSR分子标记，利用完备区间作图(inclusive composite interval mapping,ICIM)法对小麦芒长进行QTL定位。检测到1个位于4AS染色体与芒长相关的QTL，LOD值30.71，解释82.63%的表型变异。在该定位区间，对CASL4AL重测序数据相对参考基因组的变异(SNP和InDel)进行注释，并结合转录组测序差异分析，共获得了5个差异表达且存在有义变异的基因，其中TraesCS4A02G078700翻译MADS-box转录因子(MADS-box transcription factor 1)，参与芒外稃和内稃分生组织的分化和增殖，可能参与调控麦芒的生长。本研究为精细定位材料的筛选和麦芒抑制基因Hd (Hooded)的精细定位提供了依据。

同源盒转录因子(homeobox transcription factor,HTF)是一类结构和功能均具有保守性的转录调控因子,其通过调控功能基因的表达影响真核生物的生长发育和形态发生等过程。StHTF2是玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica) HTF转录因子家族成员之一,在病菌侵染过程中起重要作用。本研究克隆得到了StHTF2基因(GenBank No. XP_008029609.1)。基因序列及编码蛋白质特征分析结果表明,StHTF2基因全长1 747 bp,开放阅读框为1 641 bp,编码546个氨基酸; 该基因编码的StHtf2蛋白含有真核生物中高度保守的同源结构域HOX,该结构域主要由3个螺旋区形成特定的空间结构,可与特定的DNA基序结合从而行使转录因子的功能。诱导StHtf2-His融合蛋白表达及鉴定结果表明,该融合蛋白可以在大肠杆菌(Escherichia coli)中表达,在诱导温度为42 ℃、pH为7、时间为6 h的情况下,表达效率较高。侵染表达分析显示,与分生孢子时期相比,侵染玉米(Zea mays)叶片24 h时,StHTF2基因在感病品种'B73'和抗病品种'B73Ht'中的表达量分别提升了4.5和2倍以上,表明StHTF2基因参与病菌的侵染过程且表达量受到寄主的影响。研究结果为制备StHtf2蛋白抗体、研究StHtf2蛋白与其他蛋白质互作提供了实验材料,为揭示StHTF2基因在参与调控病菌侵染寄主的分子机制创造了条件。

蔗糖非发酵相关的蛋白激酶2 (sucrose non-fermented related protein kinase 2,SnRK2)是植物特有的丝氨酸/苏氨酸激酶,参与植物对非生物胁迫的应答反应。为了探究SnRK2基因在燕麦(Avena sativa)生长发育和抗非生物胁迫中的生物学功能,本研究利用反转录-PCR (reverse transcription PCR,RT-PCR)技术从燕麦品种'美达(Monida)'中克隆了一个燕麦SnRK2基因AsSnRK2.10 (GenBank No. MN729578),采用生物信息学手段分析了其编码蛋白的分子特征,借助本氏烟草(Nicotiana benthamiana)瞬时表达系统对AsSnRK2.10进行亚细胞定位,通过qRT-PCR检测了AsSnRK2.10在不同组织中和胁迫表达下的表达模式。结果显示,AsSnRK2.10基因开放阅读框全长1 086 bp,编码361个氨基酸,预测分子量为40.66 kD,理论等电点为4.75。AsSnRK2.10蛋白序列中包含SnRK2家族所特有的蛋白激酶ATP结合信号区、N-肉豆蔻酰化作用位点、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性位点、激活环、跨膜螺旋位点,响应渗透胁迫所需的结构域1和响应脱落酸(abscisic acid,ABA)所需的结构域2。该蛋白的最小二级结构为β-转角,最大结构元件为无规则卷曲。系统进化分析显示,AsSnRK2.10与7种植物的SnRK2蛋白进化关系最近,聚为一支。亚细胞定位分析表明,AsSnRK2.10蛋白主要定位于细胞核中。组织特异性表达分析结果表明,AsSnRK2.10基因在燕麦的根、茎、叶、穗中均有表达,其中在根、茎、叶和穗中表达量最高值,分别出现在抽穗期、灌浆期、分蘖期和抽穗期。在非生物胁迫下,AsSnRK2.10基因参与ABA信号转导,积极应答干旱、高盐和低温胁迫。本研究结果为进一步研究AsSnRK2.10基因的生物学功能及其在燕麦抗非生物胁迫育种中的应用提供理论依据。

茉莉酸类物质作为植物体内的內源调节激素,对植物生长发育以及植物对逆境胁迫的响应起着重要作用。茉莉酸甲基转移酶(jasmonic acid carboxyl methyltransferase,JMT)是茉莉酸甲酯合成途径中最后催化茉莉酸合成茉莉酸甲酯的关键酶,控制着植物体内茉莉酸类物质的转化进而影响植物对生物胁迫和非生物胁迫的抵抗能力。本研究基于甘蔗(Saccharum spp. hybrids)转录组数据库,克隆出了甘蔗茉莉酸甲基转移酶ScJMT基因ORF全长序列(GenBank No. MK784565),对该基因进行生物信息学分析并通过qRT-PCR检测不同组织和不同胁迫处理下该基因的表达水平。生物信息学分析结果显示,ScJMT基因开放阅读框为1 110 bp,编码369个氨基酸,等电点为5.28,不稳定系数为56.76,平均疏水性值为-0.135,预测ScJMT基因编码的蛋白为不稳定酸性亲水蛋白。α-螺旋结构和无规则卷曲预测是其二级结构和三级结构主要元件,含有Methyltransf_7超家族的Methyltransf_7保守结构域。系统进化树结果显示,ScJMT与高粱(Sorghum vulgare)和玉米(Zea mays)的甲基转移酶在同一分支上。qRT-PCR结果显示,ScJMT在甘蔗根茎叶中均有表达,且差异不显著。ScJMT在脱落酸(abscisic acid,ABA)、干旱(PEG6000)、高盐(NaCl)、茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)和粘虫(Mythirnna separata)取食胁迫下表达水平均有显著上升;; 而在MeJA和燕麦食酸菌(Acidovorax avenae subsp. avenae)处理下其表达水平差异没有显著变化。本研究为进一步深入研究该基因的作用提供了基础资料,同时也为培育抗逆的甘蔗新品种提供基因资源资料。

植物碱性螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix,bHLH)转录因子是真核生物体内第二大类转录因子,在植物的生长发育、次生代谢和逆境响应中起着重要作用。本研究对马尾松(Pinus massoniana)苗期根样品进行转录组测序,筛选出bHLH家族基因序列,运用生物信息学方法对其进行亚细胞定位、保守基序(motif)、表达模式及系统进化等分析。结果显示,从马尾松转录组中共鉴定得到64个马尾松bHLH家族基因,经预测主要定位在细胞核; 保守基序中motif1和motif2出现频率最多; 在低磷胁迫条件下,PmbHLH01/09/27/29/32/39/41等基因呈显著差异表达,可能参与低磷胁迫响应。本研究结果为进一步揭示马尾松bHLH转录因子响应磷素改变的生物学功能提供参考依据。

在现代养殖业中,牛无角性状对提高动物福利、降低养殖成本有重要意义。本研究提取7头蒙古牛(Bos taurus)基因组DNA(其中3头有角,4头无角),制备基因组文库,经Illumina HiSeq^TM平台测序,利用生物信息学方法对重测序数据进行分析,对识别的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)和插入缺失(insertion/deletions,InDels)进行注释。结果共得到380.88 Gb序列数据,共确定了11 362 382个SNPs和1 150 664个InDels,大部分变异(96%的SNPs和94%的InDels)位于基因间、转录本和内含子区,注释3 768个基因。经过筛选,确定与角发育相关差异基因20个。同时利用SNPs和InDels进行群体分层分析,发现无角性状没有造成蒙古牛的遗传分化。以全基因组重测序数据结合聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)琼脂糖凝胶电泳和Sanger测序结果,确定控制蒙古牛无角形状的POLLED位点为P_219ID突变型。本研究为进一步研究蒙古牛无角性状的分子机制提供基础数据,为蒙古牛的遗传特性提供有价值的资源。

哺乳动物中肌肉生长抑制素基因(myostatin,MSTN)功能缺失会使肌肉过度发育,生产性能显著提高,同时对肉质性状也具有一定的影响。本研究以非标定量蛋白质组学技术研究MSTN基因编辑牛(Bos taurus)(简称Exp)与野生型(简称Ctr)的肌肉差异蛋白质表达谱,共鉴定到有定量值的蛋白质1 595个,其中上调表达的蛋白有28个(Exp/Ctr>1.5,P<0.05),下调表达的蛋白有132个(Exp/Ctr<0.67,P<0.05)。这些差异表达蛋白主要参与肌纤维组成、脂代谢调控、肌肉收缩、氧化呼吸电子传递等。差异表达蛋白中,已报到的肉质相关蛋白有27个,其中肌纤维相关蛋白有肌球蛋白重链 (myosin heavy chain,MYH) 1、MYH6、肌球蛋白轻链6 (myosin light polypeptide 6,MYL6)、肌球蛋白结合蛋白H (myosin binding protein H,MYBPH)和肌球蛋白2 (myomesin (M-protein) 2,MYOM2); 脂肪合成相关蛋白有脂联素(adiponectin,ADIPOQ)、钙粘蛋白13 (cadherin-13,CDH13)、烯酰辅酶A水合酶1 (enoyl coenzyme A hydratase 1,ECH1)、过氧化氢酶(catalase,CAT)和波形蛋白(vimentin,VIM),上述蛋白表达均下调; 线粒体NADH (nicotinamide adenine dinucleotide)脱氢酶的9个蛋白亚基也表达下调。通过STRING数据库进行蛋白质相互作用分析发现,上述蛋白与MSTN具有潜在的相互作用,其中MYH6、MYH1、ADIPOQ与MSTN直接互作。本研究从蛋白质组层面揭示了MSTN基因可能通过改变肌纤维组成、影响肌内脂肪合成以及肌肉供能方式而影响牛肉品质,对肉品质调控的分子机制研究具有一定的指导意义。

牛奶中的脂肪酸含量及成分决定着牛奶的品质,而miRNA能够调控哺乳动物乳腺中脂质代谢途径,进而影响脂质含量及其成分。本研究旨在通过miRNA转染技术揭示miR-206对牛(Bos taurus)乳腺上皮细胞(bovine mammary epithelial cells,BMECs)中脂质合成相关基因表达、甘油三酯含量及脂肪酸组成的影响。在牛乳腺上皮细胞中转染60 nmol/L miR-206模拟物和抑制物,应用qRT-PCR技术和生化方法分别检测脂质合成相关基因的表达和细胞内甘油三酯含量,使用气相色谱检测脂肪酸组成的变化。结果表明,miR-206模拟物抑制甘油三酯合成相关基因线粒体甘油-3-磷酸酰基转移酶(glycerol-3-phosphate acyltransferase mitochondrial,GPAM)、磷酸甘油酰基转移酶6 (1-acylglycerol-3-phosphate O-acyltransferase 6,AGPAT6)、二酰甘油酰基转移酶1 (diacylglycerol O-acyltransferase 1,DGAT1)、脂素1 (lipin 1,LPIN1)的表达(P<0.01),细胞内甘油三酯含量显著减少(P<0.05);固醇调节元件结合蛋白1 (sterol-regulatory element binding proteins 1,SREBP1)、脂肪酸合成酶(fatty acid synthase,FASN)、乙酰辅酶A羧化酶α (acetyl-CoA carboxylase α,ACACA)和长链脂肪酸延长酶6 (long chain fatty acid elongase 6,ELOVL6)的表达量也有所下调,脂肪酸成分发生改变,其中C14∶; 0 (P<0.01)和C22∶; 6n3 (P<0.05)含量显著降低,C16∶; 1含量显著增加(P<0.01)。miR-206抑制物则促进GPAM、AGPAT6、DGAT1和LPIN1表达(P<0.01),细胞内甘油三酯含量增加,SREBP1、FASN、ACACA和ELOVL6表达量显著上调(P<0.01),但脂肪酸成分未发生改变。综上所述,miR-206对牛乳腺上皮细胞脂质合成相关基因的表达具有负调控作用,导致细胞内甘油三酯含量减少以及脂肪酸组成改变,提示miR-206在牛乳腺脂代谢中可能具有重要作用,本研究为深入探讨miR-206调控牛乳腺上皮细胞脂质代谢的分子机理提供基础资料。

马匹(Equus caballus)体尺性状影响马运动性能,利用新技术研究马体尺性状为马匹运动性能的研究引入新方法。为丰富马体尺性状与运动性能的研究内容,探索间接调控运动性能的基因,本研究利用全基因组关联分析方法(genome-wide association study,GWAS)挖掘影响马体尺性状的遗传标记和功能基因。利用马670 K高密度芯片,对伊犁马、纯血马、俄罗斯速步马、奥尔洛夫马共4个品种157个个体的体尺性状(体高,体长,管围,尻高)及体尺指数(体长率,管围率,胸围率)进行全基因组关联分析。利用Plink1.9软件对SNP位点进行质控,质控后剩余494 137个SNP用于后续关联分析。利用Ensembl等数据库进行基因注释和基因功能分析,通过基因组水平的Bonferroni校正,从体高、管围、尻高、胸围率、管围率5个性状中分别检测到3、15、1、1和9个潜在显著关联的SNP (P<9.29E-06),未检测到与体长和体长率显著相关的SNP。结果发现泛素结合酶E2家族的第三亚家族(ubiquitin conjugating enzyme E2 E3,UBE2E3)、光蛋白聚糖(lumican,LUM)基因及其信号通路中下游基因调控马运动性能。本研究为分子标记辅助选择在马育种中的应用提供参考。

断奶仔猪腹泻(post-weaning diarrhea,PWD)对国内外规模猪场造成了严重的经济损失,其中F18大肠杆菌(Escherichia coli F18,E. coli F18)是引起仔猪(Sus scrofa)细菌性腹泻的主要病原,本课题组前期通过测序和验证分析确定了一个E. coli F18受体相关分子—α-1,3岩藻糖转移酶基因 (α-1,3-fucosyltransferase,FUT3)。为了探究猪FUT3基因的基本结构特征和功能,本研究以梅山猪为实验材料,利用PCR扩增克隆FUT3基因编码区,并结合生物信息学方法预测其蛋白质结构与功能,qRT-PCR检测其组织表达谱,免疫组化方法分析其组织定位与表达分布情况,同时检测E. coli F18菌体感染猪小肠上皮细胞(intestinal porcine epithelial cell line J2,IPEC-J2)前后FUT3 mRNA和蛋白质表达变化。结果显示,梅山猪FUT3基因编码区全长1 068 bp,编码361个氨基酸,为脂溶亲水性、不稳定的非分泌蛋白,其蛋白质序列中包括2个糖基化位点、29个磷酸化位点和2个不同的保守结构域(Glyco_tran_10_N和Glyco_transf_10);; 组织表达谱显示,FUT3基因在各个组织中均有一定表达,尤其在肠道组织(十二指肠,空肠和回肠)中表达水平较高; 免疫组化显示,FUT3在E. coli F18敏感型仔猪十二指肠中表达水平显著高于抗性型(P<0.05),并且FUT3主要分布在小肠上皮细胞黏膜表面; 不同E. coli F18菌体刺激IPEC-J2细胞后,FUT3 mRNA和其蛋白质表达水平均表现出极显著的上调(P<0.01); FUT3基因在E. coli F18敏感型断奶仔猪十二指肠中的表达水平极显著高于抗性组(P<0.01)。本研究成功克隆获得了梅山猪FUT3基因编码序列全长,从生物信息学层面了解其蛋白结构和功能,并在个体和细胞水平上初步证实了猪FUT3表达水平对E. coli F18抗性具有重要的调控作用,为今后深入探究猪FUT3基因功能和表达调控机制提供了一定的基础资料。

Prox1 (prospero-related homeobox protein 1)作为转录因子,在胚胎发育与癌症发生中具有重要作用。为预测和鉴定鸡(Gallus gallus) Prox1蛋白核定位信号(nuclear localization signal,NLS),首先对鸡Prox1蛋白进行截短表达,通过荧光观察和亚细胞定位分析确定其NLS所在区域。运用在线软件预测鸡Prox1蛋白截短体中假定的NLS (putative NLS,pNLS),构建鸡Prox1蛋白pNLS缺失体重组真核表达载体并转染细胞,通过观察缺失体重组蛋白的亚细胞定位确定NLS; 进一步将鉴定的鸡Prox1蛋白NLS进行保守性分析,并检测其对外源蛋白的核输入能力; 另外,利用NLS点突变鉴定鸡Prox1蛋白NLS中的关键碱性氨基酸位点。结果表明,鸡Prox1蛋白N端(1~220 aa)具有细胞核定位特征,NLS预测结果显示其N端存在2个pNLS,分别为pNLS1 (¹⁵KRRR¹⁸)和pNLS2 (¹⁶³RAKRAR¹⁶⁸)。对pNLS缺失体重组蛋白的亚细胞定位分析发现,pNLS1和pNLS2共同决定了鸡Prox1蛋白的细胞核定位。另外,鸡Prox1蛋白NLS1和NLS2基序在其他禽类、人(Homo sapiens)和不同哺乳动物间均保守,并且与SV40大T抗原NLS具有相同的核输入能力。此外,碱性氨基酸点突变实验证实,K15、R16、R18和K165、R166、R168分别是NLS1和NLS2的关键碱性氨基酸位点,这些位点共同决定了鸡Prox1蛋白的细胞核定位。本研究证实鸡Prox1蛋白存在2个高度保守的NLS,两者共同决定细胞核定位,为后续研究鸡Prox1蛋白细胞核定位的分子机制及功能提供参考依据。

骨涎蛋白(bone sialoprotein,BSP)是鸡(Gallus gallus)髓质骨的主要组成成分,在骨重建和矿化中发挥重要作用。为研究蛋鸡BSP基因表达调控机制及启动子区变异位点对基因表达的影响,本研究以海兰灰蛋鸡为受试动物,采用基因克隆和测序技术分析BSP基因启动子区序列变异; 采用JASPAR2018在线软件进行转录因子结合位点预测,并构建不同长度启动子片段的荧光素酶报告基因重组载体,转染鸡成纤维细胞系DF-1后检测双荧光素酶活性; 利用qRT-PCR技术测定BSP基因表达。结果表明,海兰灰蛋鸡BSP基因启动子(-1257~+142 bp)存在6种单倍型(Hap1~6),核心启动子区位于-202~+142 bp; 启动子区单倍型Hap1和Hap5的转录活性存在差异; Hap1在核心启动子区域的高转录活性引起BSP基因表达水平的升高。本研究成功克隆并鉴定了鸡BSP基因的核心启动子,可为研究BSP基因表达调控机制和骨骼质量遗传选育提供基础资料。

GH-IGF信号通路对鱼类的生长起到重要的调控作用。为探寻生长激素受体(growth hormone receptor,GHR)和类胰岛素生长因子Ⅰ (insulin-like growth factor-Ⅰ,IGF-Ⅰ)基因的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)分子标记与尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)优势生长性状的相关性，本研究利用Sanger测序技术从吉富品系(JF)和埃及品系(AJ)两种尼罗罗非鱼GHR1、GHR2和IGF-I基因启动子区和编码区共筛选出32个SNPs位点。以是否引起序列功能改变为条件进行SNPs的二次筛选，在JF群体中共保留9个SNPs位点，分布于GHR1基因(7个)和GHR2基因(2个)中；在AJ群体中共保留5个SNPs位点，分布于GHR1基因(4个)和GHR2基因(1个)中。通过一般线性模型(general linear model,GLM)及最小二乘分析(least-significant difference,LSD)对两种罗非鱼的子代群体进行SNPs与生长性状的相关性分析，结果显示，在JF群体GHR1和GHR2基因中共发现6个与优势生长性状显著相关的SNPs位点(P＜0.05)，而AJ群体中并未发现与优势生长性状显著相关的SNPs位点及基因型。以上结果可作为罗非鱼分子辅育过程中的候选分子标记，并为生长相关因子在鱼类中的后续功能研究提供理论依据。

温室白粉虱(Trialeurodes vaporariorum)具有多食性、寄主范围广泛等特点,是一种世界性的温室害虫,防治难度极大。触角是昆虫信息交流的重要器官,其中的嗅觉相关基因是调控昆虫取食行为的重要分子基础。然而,迄今为止对温室白粉虱触角基因数据还鲜有报道,对主要嗅觉相关基因的数量和类型还知之甚少。本研究旨在建立温室白粉虱触角转录组数据库,并调查触角中嗅觉相关蛋白编码基因数量。以温室白粉虱成虫触角为材料,利用高通量测序平台Illumina HiSeq 4000对其进行转录组测序,并进行生物信息学分析。通过测序组装得到32 890个unigenes,平均长度1 616 bp,N50为3 059 bp,其中14 206个unigenes长度大于1 000 bp。通过与基因功能数据库注释,其中17 846个unigenes获得功能注释信息。其中,与非冗余蛋白数据库(non-redundant protein sequence database,NR)数据库比对到最多的序列,占所有注释unigenes的88.77%,与烟粉虱(Bemisia tabaci)基因注释到的序列最多,占NR注释unigenes的87.12%。GO数据库比对发现,温室白粉虱触角转录组unigenes功能可分为3大类54个亚类,其中参与代谢进程以及催化活性的unigenes比例较大。KEGG数据库注释结果显示,5 964条unigenes中注释到228个代谢通路,其中包含unigenes最多的代谢通路为核糖体,为189条。进一步基于基因注释信息,鉴定到33个温室白粉虱嗅觉相关蛋白编码基因,包括气味结合蛋白(odorant-binding proteins,OBPs)编码基因21个,化学感受蛋白(chemosensory proteins,CSPs)编码基因5个,嗅觉受体(olfactory receptors,OLRs)编码基因2个,气味受体(odorant receptors,ORs)编码基因3个,离子型受体(ionotropic receptors,IRs)编码基因1个,感觉神经元膜蛋白(sensory neuron membrane proteins,SNMPs)编码基因1个。本研究获得了温室白粉虱成虫触角转录组数据,初步阐明了温室白粉虱触角转录组的特征,并挖掘了嗅觉相关蛋白编码基因,为进一步从分子水平开展温室白粉虱行为调控及防治新策略的研究提供参考,同时也丰富园艺害虫基因数据库。

多能干细胞具有自我更新能力及多向分化潜能。生殖细胞是遗传信息的携带者。将多能干细胞定向分化为生殖细胞,不仅为研究生殖发育及器官发生发育奠定坚实的基础,也可为人类(Homo sapiens)不孕不育的治疗及优良动物品种的保存提供新思路和方法。目前,小鼠(Mus musculus)多能干细胞向生殖细胞诱导分化的研究最为成熟,可在体外获得功能性的生殖细胞; 人及猪、牛、羊等家畜动物多能干细胞向生殖细胞诱导分化体系尚不成熟,仍需进一步优化。本文主要对小鼠、人及家畜动物多能干细胞向生殖细胞诱导分化的方法、诱导体系及目前所取得的进展进行综述,并对诱导分化中存在的问题及研究策略进行了展望,为实现猪、牛、羊等家畜大动物多能干细胞向生殖细胞诱导分化提供理论依据。

乳房炎是奶牛(Bos taurus)乳腺组织受致病性微生物感染、创伤或其他因素刺激而导致的一种炎症性疾病,其病因复杂、发病率高、治疗成本昂贵,严重制约奶牛产业发展。微小RNA(microRNA,miRNA)可在转录后水平调控信使RNA (messenger RNA,mRNA)的表达,从而调节包括机体免疫在内的多个生物学过程。近年来研究发现,miRNA在奶牛乳房炎发生和发展过程中起着重要的调控作用。本文主要综述了miRNA在不同类型乳房炎奶牛的乳腺组织、外周血、牛奶和病原菌诱导的乳腺上皮细胞中的表达模式及其分子调控机制等方面的研究进展,并对亟需解决的问题进行了分析和展望,以期为科研人员对相关领域的进一步了解提供参考。

病毒介导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)是一种快速、高效、便捷的基因功能验证的反向遗传学手段。烟草脆裂病毒(Tobacco rattle virus,TRV)介导的VIGS技术可以在多种植物上实现基因沉默,但其应用却因由侵染操作引起的植物损伤与沉默效率低下受到限制。本研究以大豆(Glycine max)为材料,通过对农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)侵染方法进行改良,使TRV从植物根部侵染,随病毒在植物体内的运输,实现对植物内源基因的系统性沉默。实验结果表明,将携带VIGS载体的农杆菌使用本方法从根部侵染大豆后,可以使同一处理批次内近全部植株产生有效基因沉默,基因沉默效率均在67%以上,最高达到98%; 对处理植株不同位置的叶片进行检测,发现第1至第3轮三出复叶均有较为理想的沉默效果,其中第1轮三出复叶的沉默效率最高; 本研究有效沉默的基因包括非特异性脂质转运蛋白(non-specific lipid-transfer protein,LTP)、病程相关蛋白1 (pathogenesis-related protein 1,PR1)、索马甜类蛋白(thaumatin-like protein,TLP)、脱水素类蛋白(dehydrin-like protein,DHN)、木葡聚糖内糖基转移酶(xyloglucan endotransglucosylase,XTH)和富半胱氨酸跨膜蛋白(cysteine-rich transmembrane protein,CYSTM)。本方法简单易行,可以在短时间内获得大量的基因沉默植株,为基因功能的验证建立了高效的实验操作体系。