簸箕柳体细胞突变的研究

能源作物柳枝稷体外花器官逆转鉴定分析及相关基因功能研究植物发育到一定的时期时,在合适的内部及外界因素的共同作用下,其个体将由营养生长转变为生殖生长。

农业生产中,正常开花是以种子和果实为收获对象的农作物获得高产的重要前提。

一般情况下,植物花器官发育是一个不可逆的过程,然而一些植物在特殊的自身条件和环境条件影响下,已形成的花器官会再次进入营养生长状态,从而发生花器官逆转。

柳枝稷（Panicum virgatum L.）是一种高大型禾草植物,具有耐旱、耐瘠薄、易于管理、生物质产量高等特点,在国际上被认定为模式能源作物。

本研究发现,伸长期第4期的柳枝稷材料‘Alamo’的茎端已发育出长为1 cm左右的幼穗,以该时期茎端为外植体进行体外培养发生了花器官逆转,通过解剖学、组织学及细胞学分析对此进行了证实,之后通过转录组技术获得了可能参与到花器官逆转中的基因,并对其中部分基因的功能进行了生物学验证。

主要研究结果如下:1.柳枝稷茎端在穗芽诱导培养基(MS+3mg.L^-1 6-BA)上形成了不同类型的再生芽。

通过对再生芽形态及分布特征分析发现,第一类再生芽由外植体节上所携带的腋芽发育而来,第二类再生芽由外植体节上诱导出的愈伤组织分化而来,第三类再生芽由柳枝稷幼穗上的小花原基发育而来。

通过对第三类再生芽及其相邻的未完全逆转小花和正常小花进行组织切片观察发现,第三类再生芽中原本应发育成花器官的组织已退化,其生长点处形成凸起,重新进入了营养生长,而与其相邻的未完全逆转小花中虽有内外稃及雄蕊存在,但中心位置无胚珠结构,而是形成了球状营养器官。

这些结果表明第三类再生芽是由小花生长点发育模式转变而来,而非小花中形成的不定芽,即柳枝稷幼穗诱导产生的再生芽来自花器官逆转。

2.对穗芽诱导培养基上诱导出的柳枝稷花逆转材料和MS培养基上诱导出的体外花发育材料以及未培养的幼穗进行转录组分析,根据不同材料所处的发育时期及不同的发育方向推测认为,花逆转材料与另两组材料相比均存在表达量差异而另两组材料相比无表达量差异的基因可能参与到花器官逆转。

杨柳分化及其性别决定的基因组学基础杨属和柳属是杨柳科的姐妹属,一般以二倍体形式存在。

以前基因组的研究表明杨属和柳属起源于同一个古四倍体祖先。

在本研究中,我们首次对簸箕柳的染色体进行了组装。

在染色体的水平上,分别对毛果杨和簸箕柳进行基因组内的比较分析,结果显示在两个基因组中,每条染色体在基因组的其它位置上都有同源片段的存在,而且同源片段的分布情况非常相似,这一结果不仅证实了同一起源的说法,还表明两个物种的分化发生在古四倍体祖先重新二倍化之后。

除此之外,1号和16号染色体同源片段的分布在两个基因组间差异较大。

经过杨树和柳树基因组间的比较分析,发现在1号和16号染色体间出现了两个大的染色体重排。

杨树1号染色体的上半部分与柳树的16号染色体同源,而杨树的16号染色体与柳树的1号染色体的上半部分同源。

这说明在杨树和柳树这两个物种形成过程中,1号和16号染色体间发生了断裂融合。

以前通过杨、柳形态学上的研究认为杨树较柳树原始,柳树是由杨树进化形成的。

在此基础上,我们提出了杨柳科植物进化的模型:杨柳科植物的祖先基因组在距今约5,800万年前发生了一次杨柳科植物特有的全基因组复制事件(“salicoid”duplication)。

全基因组复制以后,古四倍体基因组又发生了染色体的断裂与融合,基因组进行了重新二倍化,首先形成了现代杨树的祖先。

在随后的进化过程中,杨树的1号染色体发生了着丝粒断裂,其下半部分与16号染色体的端粒进行融合形成了柳树的1号染色体,而其上半部分进化形成了柳树的16号染色体。

经过这一染色体重排事件,诞生了现代柳树的祖先。

本研究为揭示高等植物在全基因组复制之后近缘物种的分化机制的研究奠定了基础。

另外,杨属和柳属是雌雄异株植物,是研究植物性染色体进化的理想材料。

以前的研究证明:在杨属中,19号染色体进化成了性染色体。

而本研究通过对性别基因的定位发现柳属植物的性染色体是由15号染色体进化形成的。

杨属植物中存在ZZ/ZW和XX/XY两种性别决定系统。

突变体筛选与对基因功能的探究
筛选突变体的方法有很多种，其中一种常用的方法是自然突变体筛选。

自然突变体是在自然界中自发产生的突变体，通过选择适应性强的突变体，可以发现一些对于生物体生存和繁殖有重要作用的基因。

另一种常用的筛选突变体的方法是化学诱变。

化学诱变是通过给生物
体暴露于化学物质中，引起其基因组发生突变，从而获得突变体。

化学诱
变可以有选择地诱发特定基因的突变，从而加速对基因功能的研究。

一旦获得突变体，就可以通过不同的方式来对基因功能进行探究。

一
种常用的方法是通过比较突变体与野生型生物体之间的表型差异来推断基
因功能。

例如，突变体的表现是否与野生型有差异，表明该基因可能参与
了这一表型性状的调控。

此外，还可以利用遗传分析方法对突变体进行研究。

比如，可以通过
杂交和后代分离的方法，鉴定突变体是由基因突变引起的还是由其他遗传
因素引起的。

这种遗传分析的方法可以帮助我们确定突变体的遗传模式，
并推断突变基因的功能。

综上所述，突变体筛选和对基因功能的探究是一种重要的研究手段，
可以帮助我们理解基因功能和探究生物现象的发生机制。

通过筛选突变体
和利用各种研究方法，我们可以逐渐揭示基因在生物体中的具体功能，从
而为生物学研究提供重要的理论和实验基础。

突变体鉴定技术在植物育种中的应用一、突变体鉴定技术概述突变体鉴定技术是指利用基因突变或染色体突变等突变现象，在生物体的基因组或染色体组中寻找变异体，并对其进行鉴定和评价的技术。

突变体鉴定技术在植物育种中的应用相对来说较为广泛，主要有随机突变体筛选、化学、物理诱变体筛选、转座子插入突变体筛选、RNAi抑制体筛选等。

二、随机突变体筛选技术随机突变体筛选技术是一种利用不同筛选策略来寻找植物新突变体的技术。

该技术主要包括自然突变体分离、EMS诱导突变体筛选、紫花苜蓿随机突变体筛选以及T-DNA插入突变体筛选等。

1. 自然突变体分离：自然突变体分离的原则是利用悬垂小球法获取悬浮球培养物，然后在培养物中筛选出不同的突变体。

自然突变体分离通常需要耗费一定的时间和人力成本，在实际应用中不太常用。

2. EMS诱导突变体筛选：EMS（乙基甲磺酸）是一种化学诱变剂，可以引起基因的点突变和染色体的断裂重组等现象。

EMS诱导突变体筛选的原理是将EMS作用于植物组织中，再根据所需特性筛选出目标突变体。

这种方法可以较为快速地诱导出培养物中的突变体，被广泛用于获得与生物体形态、生长等方面有关突变体的筛选。

3. 紫花苜蓿随机突变体筛选：紫花苜蓿随机突变体筛选主要是利用基于DNA甲基化的遗传活性指数技术，来评估苜蓿中的DNA甲基化水平差异所诱导的突变体。

该方法目前主要用于识别与生物体对环境胁迫或致病因素的响应相关的突变体。

4. T-DNA插入突变体筛选：T-DNA插入突变体筛选主要是通过构建T-DNA插入文库，将T-DNA插入到目标基因流区域，然后通过PCR扫描或其他遗传操作方法，鉴定得到的突变体，并进行筛选。

三、化学、物理诱变技术化学、物理诱变技术是指利用化学剂或物理因素对生物体进行诱变，产生一定比例的突变体，并对其进行筛选。

1. 化学诱变技术：化学诱变技术主要是利用一些化学剂，如硫酸亚铁等在处理过程中对目标植物进行诱变。

该方法操作简单，结果稳定可靠。

柽柳群体遗传变异研究柽柳具有很高的抗盐碱能力和耐水湿能力,是沿海滩涂最适宜发展的树种之一。

本研究以柽柳主要分布区形成一定规模的9个天然群体及1个当地起源的群体为材料,从扦插生长特性到核基因组及叶绿体基因组水平上进行了较为系统的遗传变异研究,以期为柽柳遗传多样性保护及利用策略提供依据。

主要结果如下：柽柳扦插具有较高的成活率,将是今后柽柳良种繁育的主要途径。

柽柳不同种源(群体)扦插苗在扦插成活率、生长量、分枝数、最粗枝直径等性状均存在变异,有的差异在群体间达到显著或极显著水平,在无性系间差异更大。

在柽柳良种选育中,既要注重种源间的差异,更要利用无性系间的变异。

柽柳无性系3年生时的生长表现与1年生时有明显区别,说明无性系的速生性需要一定的时间才能体现,柽柳无性系选育需经过多年的栽培试验。

利用柽柳属植物22724条EST序列拼接得到8490条无冗余独立基因序列,通过PRIMER5.0软件设计了引物164对,随机合成75对,在柽柳中有40对SSR 引物能扩增出清晰条带,可用于柽柳遗传变异的检测,其中14对在本研究材料中具有多态性。

14对由EST序列开发来的SSR引物和2对由核基因组富集文库得来gSSR在10个群体中共扩增出70个等位基因,每个位点平均扩增出等位基因(A)4.3750个,有效等位基因数(Ne)平均为2.7580个,平均期望杂合度(He)为0.5916,Nei多样性指数(h)为0.5906,Shannon多样性指数(Ⅰ)平均为1.0689,柽柳具有较高的遗传多样性。

群体水平上各群体遗传多样性相近,最高为浙江慈溪群体2,为0.5759,最低的为浙江海盐群体为0.5512。

柽柳遗传变异主要存在于群体内,群体间遗传分化系数较低,仅有5%左右的变异存在于群体间(Gst平均为0.0503,Fst=0.0512)。

基因流Nm为4.7635。

群体平均观察杂合度(Ho)为0.5257,低于平均期望杂合度,表明群体中纯合子过量,群体平均固定指数为0.0765。

突变体的筛选和评价方法突变是基因组的一种常见现象，突变可以是自然发生的，也可以是由环境因素引起的。

突变可以导致基因组的结构和功能出现重大变化，从而影响生物个体的生存和繁殖。

突变体的筛选和评价是生物学研究中非常重要的步骤。

下面将从基本概念、筛选方法和评价方法三个方面进行讨论。

一、基本概念所谓突变体，是指基因或染色体在自然环境或人工处理下出现的一种或多种变化。

突变体通常与野生型相比，表现出一些新的性状，包括代谢、生长、发育、生殖等方面的改变。

这些变化可以用于生物育种、污染监测、环境毒性评价、分子修饰等领域。

突变体的筛选和评价通常涉及到以下几个方面的问题：1. 筛选出突变体：如何选择或设计合适的筛选条件，从复杂的基因组变异现象中筛选出有意义的变异类型。

2. 突变体的鉴定与分类：如何根据遗传特征、分子结构等特点，对筛选出来的突变体进行鉴定和分类。

3. 突变体的功能评价：如何通过基因表达、代谢代谢产物、生理生化指标等方面的测定，评价突变体在生物学各方面的功能变化，从而为应用提供理论依据。

二、筛选方法突变体的筛选通常是通过人工设计或自然筛选的方式来实现的。

下面介绍几种常用的筛选方法：1. 微生物筛选微生物筛选是目前最常用的筛选方法之一。

其中最常用的方法是在培养基中添加突变源和需要鉴定的物质，筛选出突变株生长或代谢性能改善的菌株。

利用此法，已经筛选出了许多能够高效生产酶、生物柴油等物质的菌株。

2. 生长筛选生长筛选方法是将突变株和野生型放在同一环境中，通过比较生长速度、形态、生理特征等指标来鉴定和筛选突变株。

生长筛选方法最常用于植物和细胞的研究中。

3. 身体表型筛选身体表型筛选是指通过比较突变体和野生型在形态、生理、生化代谢等方面的差异，来鉴定和筛选突变体。

例如，通过对荔枝果实表型特征的比较，可以鉴定出野生型与浅色肉品种间对比浓色肉品种等突变体。

三、评价方法突变体的评价方法通常包括以下几个方面的内容：1. 分子鉴定方法分子鉴定方法是目前最常用的方法之一。

突变体筛选与功能鉴定随着科学技术的不断发展，突变体筛选与功能鉴定成为生物学领域中的重要研究方向之一。

突变体是指在生物体基因组中发生突变或变异的个体，通过筛选与鉴定这些突变体，我们可以深入研究基因功能和生物体的遗传特性。

一、突变体筛选方法突变体筛选主要有两种常用方法：自然突变体筛选和人工突变体筛选。

1. 自然突变体筛选自然突变体是在自然界中诞生的突变体，它们不是由人为诱导的突变。

自然突变体筛选方法主要包括观察、筛选和定位。

观察：通过对大量生物体进行观察，发现具有特定性状变化的个体。

筛选：根据特定性状进行筛选，从大量个体中挑选出表现突变性状的个体。

定位：确定突变基因的位置，找出突变体在基因组中的具体位置，并进行基因测序。

2. 人工突变体筛选人工突变体是通过人为手段诱导的突变，常用的诱导方法包括化学诱变剂和突变基因工具。

化学诱变剂：通过给生物体暴露在化学物质中，使生物体的DNA 发生突变。

常用的化学诱变剂包括EMS（剧毒亚硝酸甲酯）和ENU （乙基甲烷磺酸酯）等。

突变基因工具：利用CRISPR-Cas9等基因编辑技术，通过设计特定的引物和酶切酶，引导Cas9蛋白靶向性地编辑目标基因，导致基因发生突变。

二、突变体功能鉴定突变体筛选后，对于突变基因的功能进行鉴定是非常重要的。

常用的突变体功能鉴定方法主要有：1. 表型分析通过观察突变体在形态结构、生理生化等方面的差异，来分析突变体的表型变化，进而推测突变基因的功能。

2. 基因表达分析通过比较野生型和突变体基因的表达差异，来研究突变基因在转录水平上的功能变化。

常用的基因表达分析方法包括RT-PCR、实时荧光定量PCR等。

3. 蛋白质互作分析突变体功能鉴定还可以采用蛋白质互作分析的方法，来研究突变基因在蛋白质水平上的功能。

常用的蛋白质互作分析方法包括酵母双杂交法、质谱分析等。

4. 代谢途径鉴定通过分析突变体代谢物的变化，来研究突变基因在代谢途径上的功能。

常用的代谢途径鉴定方法包括代谢物分析、代谢组学等。

突变体筛选及其在基因功能研究中的应用突变体是指基因发生了变异，导致生物表型发生了变化的个体。

突变体的发现可以为基因功能研究提供重要的线索和工具。

因此，突变体筛选是基因功能研究中一个重要的环节。

一、突变体的筛选方法突变体的筛选方法可以从不同角度入手。

下面列举几种主要的方法：1. 单种系突变体筛选法：通过大量材料自然生长和自然选择，筛选出个体表现出某种性状变异的育种材料。

例如，为了研究水稻茎长度，可以通过大量材料的种植，筛选出茎长或短的个体，进而进行后续功能研究。

2. 化学诱变突变体筛选法：利用化学物质能够引起基因突变的特性进行筛选。

这种方法可以产生大量的突变体，但其中很多并不与所研究的性状相关，而且部分突变可能会影响整个基因组，造成结果不可靠。

3. 物理诱变突变体筛选法：利用高能射线、紫外线、电离辐射等物理因素来诱导基因突变。

这种方法产生的突变体数量少，但是比较可靠，因为突变基本上是点突变。

但是，物理突变体筛选方法的具体实践难度较大，而且容易造成其它性状的变异。

4. 基因突变体库筛选法：采用基因突变体库中的突变体作为研究对象。

这种方法适用于基因测序技术得到迅速发展时，可以通过对大规模的突变体库进行筛选来实现高通量的基因功能鉴定。

以上是突变体筛选的主要方法。

实际上，在进行筛选方法的选择时，需要考虑材料来源、筛选方法、筛选条件、突变频率、同型反应等多方面因素。

二、突变体的筛选原则1. 突变后表型鲜明：在进行突变体筛选时，需要注意筛选突变后表型明显、鲜明的材料，可易于识别和分辨。

2. 突变后表型稳定：筛选出表型突变的材料后，还需要验证其是否是稳定的突变，如果表型不稳定或在环境条件的影响下变化，则不能作为突变体进一步研究。

3. 突变与基因相关：筛选突变体时，必须确保该突变与所要研究的基因密切相关。

否则，虽然突变表型存在变异，但很可能与研究的基因没有关联。

三、突变体在基因功能研究中的应用突变体在基因功能研究中有着广泛的应用。

《盐、碱胁迫下柽柳全基因组DNA甲基化变异及转座子活性研究》一、引言在生态环境日益恶化的今天，植物对于各种非生物胁迫的适应性研究成为了生态学和植物生物学领域的重要课题。

柽柳作为一种重要的盐碱地植物，其在盐、碱胁迫下的生存和生长机制研究显得尤为重要。

其中，全基因组DNA甲基化变异及转座子活性是植物应对非生物胁迫的重要分子机制之一。

本文以柽柳为研究对象，探讨其在盐、碱胁迫下的全基因组DNA甲基化变异及转座子活性变化，以期为揭示柽柳的抗逆机制提供理论依据。

二、材料与方法1. 材料实验材料为柽柳，分别在盐、碱胁迫下进行培养，并设置对照组。

2. 方法（1）DNA提取与全基因组甲基化检测采用适当的DNA提取方法提取柽柳的基因组DNA，利用甲基化检测技术对全基因组DNA的甲基化水平进行检测。

（2）转座子活性分析通过PCR扩增和测序等方法，对柽柳基因组中的转座子进行鉴定和定量分析，以评估其在盐、碱胁迫下的活性变化。

三、结果与分析1. 全基因组DNA甲基化变异在盐、碱胁迫下，柽柳全基因组DNA的甲基化水平发生了显著变化。

与对照组相比，盐胁迫下，柽柳的CG、CHG和CHH 甲基化水平均有所上升；而碱胁迫下，则以CG和CHG甲基化水平上升为主。

这表明柽柳在应对不同非生物胁迫时，其DNA甲基化模式存在差异。

进一步分析发现，盐、碱胁迫下的甲基化变异主要集中在一些与抗逆性相关的基因区域，如启动子、外显子和内含子等。

这表明DNA甲基化可能是柽柳适应盐、碱胁迫的重要分子机制之一。

2. 转座子活性变化转座子是植物基因组中的重要组成部分，其在植物适应非生物胁迫过程中发挥着重要作用。

实验结果显示，在盐、碱胁迫下，柽柳基因组中的转座子活性发生了显著变化。

具体表现为，部分转座子在盐、碱胁迫下的表达量上升，而另一些转座子的表达量则下降。

这表明转座子在柽柳应对盐、碱胁迫时具有双重作用，既可能参与抗逆基因的表达调控，也可能导致基因组的异常变化。