张富[1]2004年在《玉米苗期根系杂种优势及根系基因表达谱分析》文中研究表明在生物学进入功能基因组的时代，从基因表达的水平研究农作物杂种优势是作物遗传育种的重要方向，新发展的cDNA芯片技术为在表达水平研究杂种优势提供了有力的工具。本实验的目的是利用cDNA芯片技术研究杂交种及其亲本的基因表达谱，试图从基因表达角度探讨杂种优势的分子机理。 本实验以优良玉米杂交种豫玉22及其亲本，综3和87-1，为对象，选取表现出强杂种优势的苗龄期根系为材料，采用WINRhizo根系图像分析系统比较杂交种及其亲本根系形态学的差异，利用含有9196条水稻unigenes片段的芯片研究杂交种及其亲本根系的基因表达谱，分析它们的基因差异表达模式，用Blastx比对等生物信息学的方法预测差异表达基因的生物学功能，并对个别差异表达的基因进行了RT-PCR的验证和序列分析。本研究获得以下有意义的结果： 1、在水培8天后，杂交种幼苗的总根长、根表面积、根体积和侧根数均表现出了显着的杂种优势。它们的超亲优势值：分别达到55.9％，63.6％，80％和49.3％。杂交种的根干重也表现了较强的杂种优势，超亲优势值为58.3％，表明根系可能是研究作物杂种优势的理想模式性状之一。 2、对水稻cDNA芯片的杂交结果分析发现，在7954个有效杂交点中，共检测出137个基因在杂交种和亲本间表达差异显着，占总点数的1.49％，表明对于玉米根系杂种优势，差异表达的基因是有限的。在发生差异表达的基因中，上调表达的基因30个，占差异表达基因的21.9％。下调表达的基因107个，占78.1％，说明基因的下调表达对根系杂种优势起到重要作用。 3、在五种基因差异表达模式中(Ⅰ 杂交种超亲表达；Ⅱ 杂交种抑制表达；Ⅲ 杂交种中亲表达；Ⅳ 杂交种偏低亲表达；Ⅴ 杂交种偏高亲表达)，Ⅳ型所占比例最多，达70.6％，Ⅱ型占7.4％，而其他的叁种表达模式共占22％，表明杂交种豫玉22苗期根系的杂种优势与基因在F1中的抑制表达有关。对基因表达量分析发现，杂交种和亲本的基因差异表达在5倍范围内变化。 4、对137个差异表达基因生物信息学分析发现，它们可能编码的蛋白有结构蛋白、酶、转运蛋白、转录因子、信号传导蛋白等。其中，参与核酸复制转录及修饰过程的基因有12个，占总差异基因数目的8.8％；与物质运输有关的11个，占8.1％；参与有机物质代谢的11个，占8.1％；信号传导的4个，占2.9％。可能与细胞分裂和伸长的相关的蛋白4个，占2.9％；参与光合作用的蛋白20个，占14.6％；抗逆蛋白10个，占7.3％；另外有48个功能未知的蛋白和11个在蛋白质数据库中没有同源序列的新蛋白，分别占35.0％和8.1％。对编码germin蛋白的基因的RT-PCR结果表明，该基因在杂交种中表达量下降。
黄毅[2]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》文中指出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组合叁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显着水平进行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％)条序列在叁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着的(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。
张银红, 倪中福, 姚颖垠, 赵军, 孙其信[3]2006年在《利用大麦寡核苷酸芯片分析小麦种间杂交种与亲本之间根系基因表达谱》文中提出大量报道表明,杂种优势的形成与杂种一代中亲本基因的表达方式改变有关．为了深入研究小麦杂种优势形成机理,分析了小麦种间杂交种3338/2463在分蘖盛期地上部以及9个根系性状的杂种优势．结果表明总根长、根表面积、根体积、根干重和叶干重等5个性状表现明显的杂种优势．在测定小麦种问杂交种3338/2463根系性状杂种优势基础上,利用大麦寡聚核苷酸芯片,研究了上述杂交种与其亲本之间根系基因差异表达．结果发现,有1187个基因在杂种与亲本之间存在表达差异．差异表达模式可以分为8种类型,即杂种特异型、杂种沉默型、亲本特异型、亲本沉默型、杂种上调型、杂种下调型、杂种偏高亲和杂种偏低亲．利用半定量RT-PCR技术对 14个差异表达基因的表达模式进行验证,发现9(64．29％)个基因与芯片的表达类型完全一致．利用GeneOntology分析对差异表达的基因进行分类,表明差异表达基因涉及植物生长代谢的各个过程．将差异表达基因进行电子定位分析,发现差异表达基因散布在小麦的各条染色体的Bin上, 分布在第一到第七部分同源群上的差异表达ESTs分别为158,148,121,140,132,94,127个．
参考文献：
[1]. 玉米苗期根系杂种优势及根系基因表达谱分析[D]. 张富. 中国农业大学. 2004
[2]. 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[D]. 黄毅. 华中农业大学. 2006
[3]. 利用大麦寡核苷酸芯片分析小麦种间杂交种与亲本之间根系基因表达谱[J]. 张银红, 倪中福, 姚颖垠, 赵军, 孙其信. 自然科学进展. 2006
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