利用氮离子束和γ射线辐照处理粳稻日本晴和籼稻"9311",经过M1代损伤鉴定、M2代筛选和M3代重复鉴定,分别得到了740份和666份日本晴突变体,571份和781份"9311"突变体。获得的突变体发生了叶片、茎秆、穗部和籽粒、生理等性状的突变。在氮离子束辐照处理中,日本晴和"9311"分别在5.0×1016N+/cm2和2.5×1016N+/cm2剂量辐照时获得高突变率,为6.44%和6.38%;γ射线辐照处理中,2种材料均在150Gy剂量辐照时获得高突变率,分别为5.68%和9.44%。在本试验中,各高突变率群体均为辐照当代损伤最低的群体。新构建的突变体库将为水稻功能基因组学研究提供较好的基础材料。
以日本晴成熟种子及幼嫩种子为材料诱导形成胚性愈伤组织,经农杆菌介导将水稻隐花色素基因的4个RNAi和2个反义RNA表达载体分别转化日本晴愈伤组织,再经抗性筛选和分化培养诱导形成植株,经分子检测筛选出阳性转基因苗。对胚性愈伤诱导率、抗性愈伤率、分化出苗率及转化率进行统计分析。结果表明,成熟种子、新鲜成熟种子及幼嫩种子愈伤诱导率均大于81%,平均为86.67%,其中以新鲜成熟种子愈伤诱导率最高,达96.89%;抗性愈伤率成熟胚为22.21%~40.71%,平均为28.49%,幼胚为36.79%~43.21%,平均为40%,幼胚的抗性愈伤率高于成熟胚;分化出苗率成熟胚为59.29%~80.43%,平均为71.59%,幼胚为63.16%~72.73%,平均67.95%,幼胚与成熟胚差异不明显;转化率(Gus检测阳性率)成熟胚为43.07%~81.08%,平均61.59%,幼胚为58.33%~76.67%,平均67.50%,幼胚转化率稍高于成熟胚。
为了研究高能混合粒子场(CR)和γ射线两种不同处理方法诱变小麦产生的具有相同表型的突变体之间的分子差异,选用随机分布于小麦21对染色体上的114对微卫星(SSR)引物,对CR和γ射线处理冬小麦品种ZY9和ZH7获得的矮杆突变体M3代进行SSR分析。结果表明,CR处理产生的矮杆突变体的多态性位点主要分布在染色体2A、2B、2D、3D和5A上,而γ射线处理产生的矮杆突变体的多态性位点主要分布在染色体2A、2B、2D、4A和5A上;与γ射线处理相比,CR处理较容易产生扩增条带的增加和扩增条带长度的差异,不易产生扩增条带的缺失。序列分析表明,CR处理产生的变异主要是碱基的置换和插入,其中碱基T为易发生突变的碱基。CR诱变能够在DNA水平上导致小麦遗传物质变异,其诱变机制不同于γ射线,是一种有效的诱发突变新途径。
以小麦单核期花药为材料,比较了两种不同蛋白质提取方法TCA/丙酮法和酚提取法及不同的蛋白质裂解液组成对双向电泳的影响,并在蛋白质上样量和SDS-PAGE胶浓度等方面也进行了探索与优化。结果表明,采用TCA/丙酮提取法比用酚提取法提取的蛋白质所得的2-DE胶图谱上蛋白质点数增加,图谱背景也比较清晰;样品溶解于含有硫脲和TBP的蛋白质裂解液Ⅱ中,可显著提高蛋白质的溶解性,在2-DE图谱上可分辨出554个蛋白质点,比用蛋白质裂解液Ⅰ提取的蛋白多39个点。以TCA-丙酮法提取小麦花药组织中的蛋白,用蛋白质裂解液Ⅱ[7mol/L尿素、2mol/L硫脲、4%CHAPS、2%TBP、65mmol/L DTT、0.2%载体两性电解质(其中0.1%pH 3~10,0.1%pH4~6)]溶解蛋白,以pH4~7线性17cm的IPG胶条进行双向凝胶电泳,在上样量为800μg,13%SDS-PAGE胶浓度下,蛋白质得到了更好的分离,2-DE图谱上可分辨出631个蛋白点,图谱质量最佳。优化后的双向电泳技术体系,适合于小麦花药全蛋白质的双向电泳分析。
用EMS对小麦品种烟农15进行诱变处理,以构建突变体库、创造小麦新种质,为小麦功能基因研究和小麦遗传改良提供基础材料。经过M2代筛选和M3代鉴定,得到11个农艺性状发生明显变异的突变系,其中籽粒大小和株高2个性状的变异幅度最大。11个突变系均有复合性状突变出现,将其分为3类突变表型:8个大粒、高秆突变系;2个半矮秆突变系;1个高秆、多蘖突变系。用715个EST-SSR引物对受体烟农15和4个M3突变系进行了分析,共有14个引物对在受体和突变系间能扩增出差异条带。其中12个引物对扩增结果的差异表现为条带的有无;2个引物对表现为扩增出长度不同的差异条带。
研究了从SF8卫星搭载的4个酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)样品中筛选所得酵母突变株FL01-M、FL03-M、2.0016-M、2.1424-M的生物量、细胞壁及其多糖含量变化。结果表明,不同酿酒酵母菌株对空间环境的反应不同。与原始菌株2.0016相比,2.0016-M各项指标增加均达极显著水平(P<0.01),其中生物量增加46.7%,细胞壁占酵母干重比率增加3.8%,细胞壁厚度增加62.6%,β-葡聚糖含量增加146.8%,甘露聚糖含量增加18.8%,连续转接8次,各项指标均未出现回复突变状况。菌株FL01-M、2.1424-M生物量、细胞壁占酵母干重比率、细胞壁厚度、β-葡聚糖含量及甘露聚糖含量与源菌株相比无显著变化。FL03-M生物量变化不显著,其他各项指标都显著降低。可见不同酵母菌株对空间环境的敏感性不同,空间诱变是提高酵母菌株细胞壁多糖含量的一种有效手段。
利用离子束注入对胶质芽孢杆菌KNP414进行诱变,获得可降解植酸的突变菌株。离子束注入效应表明,菌株KNP414的存活率显著受离子束剂量及菌体荚膜的影响,但与所研究的离子种类及其能量没有相关性。经离子束N+(20keV,5×1015~5×1016ions cm-2)诱变后,筛选到14个植酸降解突变株,它们对植酸的降解率为15%~35%。其中的3个突变株(KNP414-04,KNP414-05,KNP414-12)分解矿物磷和钾的能力也明显提高,分别增加14.7%~27.5%和16.2%~26.4%。在优化培养基中,突变菌株KNP414-12对植酸的降解率达到57.3%,且在连续培养及保藏过程中保持稳定。植酸降解突变株KNP414-12的成功选育表明离子束为胶质芽孢杆菌的性状改良提供了有效途径。
提取了萝卜雄性不育系BT-18败育花蕾和正常花蕾的DNA,并且采用DD-PCR技术研究了败育花蕾与正常花蕾的mRNA差异表达。败育花蕾DNA表现有规则的Ladder,而正常花蕾只有单一DNA条带,该结果为萝卜败蕾发生了细胞程序化死亡提供了生化证据;DD-PCR得到107个差异表达片段,其中败育花蕾差异表达片段94个,正常花蕾差异表达片段13个。BLAST结果显示,与功能蛋白同源的差异序列50%以上来源于叶绿体,推测萝卜败蕾与叶绿体有很大关系;叶绿体Mat K在不同的引物组合扩增中出现3次,序列分析后发现长度为282bp和283bp的为同一片段,长度为396bp的片段与长度为282bp和283bp的片段无同源性,可能为编码Mat K的不同亚基。Mat K参与叶绿体中RNA转录本Ⅱ型内含子剪切,通过对内含子剪接的影响来调节基因的表达,推测Mat K等叶绿体基因上调表达使其蛋白质的合成发生变化,导致萝卜叶绿体代谢紊乱,最终导致败蕾;而甲基转移酶可能通过DNA甲基化调控萝卜发育,使其发育异常表现花蕾败育。对BLASTx比对分值小于80及无同源性的片段进行BLASTn分析,根据比对结果推测:细胞程序化死亡可能是萝卜败蕾、植物衰老和植物受逆境胁迫时普遍发生的一种生理生化现象。
研究了低能氮离子束、紫外线与γ射线辐照对黑松花粉萌发和花粉管生长的影响。结果表明,低能氮离子注入对黑松花粉的损伤效应与γ射线和紫外线照射的不同,主要表现在氮离子束剂量-萌发率效应曲线呈"马鞍型"和氮离子束注入诱发花粉管顶端肿胀,这说明低能离子束的作用机制可能与γ射线和紫外线的不同。认为花粉是研究离子注入生物学效应机制的理想模式系统。