矮小型棉花具有抗倒伏、适合密植等特点,利于塑造棉花的理想株型,优化群体结构,提高光合生产率,增加单位面积产量.本课题组在远缘杂交品系N31中发现了一个株型矮小突变体,经过连续多代自交,获得了稳定遗传的纯合体并命名为df31.表型鉴定结果 表明:突变体df31株高矮、果枝夹角小、节间距短、生育期长,与N31呈极显著差异.遗传学分析表明:df31与N31杂交,F2分离群体中突变表型与正常表型符合1∶3分离,矮小突变由隐性单基因控制.细胞学观察结果表明:与N31相比,df31叶柄、下胚轴和茎的单位面积薄壁细胞数量增加,维管束较多,形成层欠发达.随着营养生长,df31中赤霉素、油菜素类固醇呈明显下降趋势,生长素含量稳定,生长速度缓慢.本研究分析了矮小突变体的综合表型和遗传基础,并从细胞和生理水平分析了矮小突变体的变化,为进一步突变基因定位、克隆奠定基础.

对突变体的表型分析和基因型鉴定是遗传学研究的基本实验方法.在该实验中,选用油菜素甾醇受体BRI1的突变体bri1-4进行表型分析.该突变体表型明显,表现出植株矮小、叶片圆、根短的表型,有利于学生将其与野生型植株进行区分.通过该实验的学习,不仅使学生掌握对拟南芥幼苗的表型进行分析的基本方法,而且能帮助学生学习无菌操作技术、掌握数据统计和分析的能力.该教学实验设计还为该项目在本科实验课程中的推广提供了有益建议.

植物黄绿叶突变体不但在植物的光合作用、叶绿素的合成代谢途径、叶绿体的遗传分化与发育等一系列基础研究中具有重要作用,而且还可以作为标记性状应用到育种研究上.本研究以前期化学诱变得到的一个番茄黄绿叶突变体为材料,对其主要表型与光合作用特征特性进行鉴定分析,发现突变体从第1片真叶开始变黄,植株矮小,叶片叶绿素含量和净光合速率相对野生型极显著降低,叶绿体类囊体片层结构畸形.突变体和野生型进行正反交,分析其遗传方式.发现其F2群体正常叶与黄绿叶的分离比为3∶1,表明黄绿叶是由单个基因突变引起的隐性性状.本研究为后期的基因定位研究奠定了基础.

种子萌发是植物一切生命活动的基础.本文运用CRISPR-Cas9技术成功获得‘日本晴’水稻pla3-C突变体,与野生型相比,其主要表现为植株矮小、种胚增大、种子易萌发、对ABA敏感性降低等特征.本研究为初步探索PLASTOCHRON3(PLA3)基因介导ABA调控种子萌发的作用,采用液质联用法(LC-MS/MS)实时分析野生型与突变体pla3-C种子萌发过程中ABA水平差异,并通过荧光定量PCR (qPCR)对ABA合成、分解代谢以及信号转导途径相关基因进行定量分析.研究发现,萌发过程中pla3-C种子中ABA水平明显低于野生型,其含量随萌发时间而呈下降趋势;pla3-C种子中ABA降解途径基因OsA BA8 ox-J表达量上调,ABA信号途径的负调控基因OsPP2C51表达量也上调.PLA3基因不仅通过抑制OsABA8ox-1的表达正调控ABA含量,而且通过抑制OsPP2C51基因的表达正调控ABA的信号途径,负调控水稻种子萌发.

在单子叶植物尤其是禾谷类作物水稻(Oryza sativa)及玉米(Zea mays)中,对表皮发育过程及控制其发育的基因研究较少,调控表皮形态建成的分子机理仍不明朗,本研究拟为阐明单子叶植物表皮形态发育及分子机理研究提供原始材料及候选基因.本研究经1 mg·L-1的甲基磺酸乙酯(EMS)诱变水稻‘中花11’干种子,构建了水稻突变体库,并用0.5 mg·L-1的EMS诱变玉米自交系K22花粉,构建了玉米突变体库.利用牙齿树脂合成印迹技术,分离到调控水稻表皮形态建成相关突变体E202和E330.E202株型矮小,叶片卷曲,有两个气孔簇生,E330表皮细胞边缘凸出减弱,表皮平滑.分离到调控玉米叶形态建成相关突变体sep-1 (smooth epidermal pavement cell lobes-1)和dsp-1 (disturbed stomatal pattern-1),并发现sep-1突变体表现出平滑的表皮细胞形态,dsp-1气孔簇生分布.分别对这些突变体进行了表皮形态、发育鉴定及遗传学分析,构建了F2群体,将对调控表皮形态建成的候选基因进行图位克隆.植物表皮细胞是研究植物生长发育、细胞分裂与分化、形态建成的理想模型,对它们的相关研究已成为近年来的热点.水稻和玉米作为最重要的粮食作物,对其表皮发育的研究具有重要的理论意义和潜在农业应用价值.

转基因插入位点及其侧翼序列的分子特征对转基因动物新品系培育和生物安全评价至关重要.GHR(growth hormone receptor)显性抑制突变体转基因猪(T274)是本实验室前期制备的一种表型显著的矮小症模型,目前已形成了多世代群体,但该模型中外源突变体的插入位点尚未鉴定.本研究利用BGI-seq500测序平台,对T274转基因猪进行全基因组重测序,获得超过289 Gb的数据(106×).以转基因载体和猪基因组序列作为参考序列进行比对分析,获得该外源GHR突变体的插入位点,并利用PCR扩增和Sanger测序进行验证.所有的分析数据都支持外源显性抑制突变体插入在五指山猪1号染色体269,513,538～269,514,371之间.序列保守性及功能元件分析表明,该插入位点可能位于转录激活相关的基因间区域.不同世代个体的7种组织中该外源突变体的表达水平和表达一致性都较高,说明该插入位点可以作为一个潜在的转基因"友好位点".本研究表明全基因组重测序技术可以高效的鉴定转基因插入位点,该插入位点的获得为后期转基因猪新品系的培育奠定了基础,同时也为行业提供了一个可靠的基因组定点整合位点.