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拟南芥抗除草剂基因与核不育基因连锁关系的生物信息分析

高亚梅  
【摘要】: 拟南芥,是分子生物学研究的模式植物,与油菜同属于十字花科具有较近的亲缘关系。2000年底拟南芥全基因组测序工作的完成,为生物学的研究和应用提供了大量基因资源,充分挖掘这些基因资源以寻找有利用价值的基因应用于作物遗传改良将成为今后研究的重点。作物耐除草剂性状已经广泛应用于农业生产控制杂草。另外,耐除草剂性状也被应用于解决细胞核雄性不育在杂种优势利用过程中的50%可育株问题,即采用基因工程技术,实现抗除草剂基因和雄性不育基因的连锁,这种转基因作物在生产上已经有成功利用的报道。然而由于转基因植物的安全性问题和目前可以利用的基因资源的有限性,限制了这方面的研究和实际应用。为了避免转基因作物的安全性问题和挖掘可供利用的基因资源,本研究利用生物信息学的方法,在植物自身的基因组内寻找与抗除草剂基因连锁的雄性不育基因,从而为解决核不育系在杂种优势利用过程中的难题提供了新的思路。 由于互联网上的公共数据库免费提供了拟南芥序列信息,而且拟南芥基因组的分析注释信息也得到了初步完善,所以将拟南芥基因组作为数据挖掘的数据来源。通过计算机分析拟南芥信息相关的公共数据库,对拟南芥的三个突变抗除草剂基因(ALS、EPSPs、CESA)所在的染色体区段进行扫描,寻找和突变抗除草剂基因紧密连锁的与雄性发育有关的基因。同时对拟南芥的表达分析信息进行了数据挖掘,主要是分析拟南芥的EST数据库和芯片数据库中的表达数据,寻找与雄性或花发育有关的基因。分析拟南芥的三个突变抗除草剂基因周围的基因发现,有一个雄性不育的基因DAD1与EPSPs基因紧密连锁。虽然其他两个基因周围没有发现雄性不育的基因,但是表达数据分析表明,在这些基因周围有与雄性发育有关的基因,这些基因可以作为候选基因。 利用突变体研究植物的发育过程,是认识基因功能的一种十分有效的方法。由于本实验室已经通过突变ALS基因创建了抗除草剂的油菜,所以将ALS周围的基因作为重点进行突变体的筛选工作。选取符合条件的索尔克学院创建的拟南芥T-DNA突变体,但在124个突变体植株中没有发现雄性不育株。另外利用拟南芥的雄性不育基因构建了hpRNA转录后基因沉默的载体,通过农杆菌侵染转化油菜的离体子叶法,得到了PCR鉴定呈阳性的植株。 由于基因功能的进一步研究,更多的抗除草剂基因和雄性不育基因将会被发现,由此可能找到更多的这种连锁关系,为作物育种工作提供宝贵的资源和多种选择。


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