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转C4光合基因水稻及其在育种中的应用 总被引：18，自引：1，他引：17
按光合作用途径可将植物分为C3植物、C4植物和CAM植物,由于C4植物在高光强、高温和高氧分压的条件下,比C3植物具有较高的光合效率,作物生理和育种学家就试图用C4光合途径改造C3作物,以提高主要农作物如稻、麦和大豆等光合生产力,但通过常规杂交的方法难以奏效。近年来,随着分子生物学的兴起和植物转基因技术的快速发展,许多与C4光合作用途径相关的关键酶PEPC、NADP-苹果酸(NADP—ME)和PPDK等一系列基因已从玉米、高粱和苋菜等C4植物中被克隆,对这些基因启动子序列分离、重组、转化及表达的研究,发现它们可以在C3植物中驱动外源基因并进行组织特异性表达,而且一系列C4型光合基因导入C3植物的成功报道。特别是获得高表达的转C4光合基因水稻,表现光合能力和种子产量显著提高,而且在光逆境的条件下,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的活性提高,从而有效地清除活性氧分子,表现耐光抑制(氧化)等。目前利用转C4光合基因水稻的育种研究也取得了重要进展,培育出携带C4光合基因的高光效水稻株系,在遗传上证明了常规育种和生物技术结合可以将转C4光合基因水稻中高表达的C4光合基因遗传给后代,获得高光效的超级稻,最后提出了本研究中尚需深入研究的问题。 相似文献
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农作物高光效育种技术的研究与应用 总被引：5，自引：0，他引：5
本文根据相关文献的报道，综述了农作物高光效育种的概念、科学依据、基本原理与技术途径，简要介绍了我国在水稻、小麦、大豆等作物上进行高光效育种技术研究与开发应用方面所取得的进展，并指出了采用C3与C4作物或植物之间远缘杂交、细胞融合、叶绿体和基因移植等技术措施，使C4作物的高光合基因导入C3作物，将高光呼吸作物品种改造为低光呼吸作物品种，是育成高光效农作物品种最为有效的途径． 相似文献
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ATP是构建类似C4水稻的重要限制因素 总被引：2，自引：0，他引：2
为了分析ATP是否是转PEPC+PPDK基因水稻或转 PEPC+PPDK+ME基因水稻CO2浓缩过程的限制因素,以原种和不同转C4光合酶基因水稻为材料,测定了C4光合酶活性、光合速率以及活性氧代谢有关指标,结果表明:原种中具有全套的C4光合酶,但活性很低,而不同转C4光合酶基因水稻高表达了相应的C4酶活性.在高光条件下,与原种相比较,转PPDK基因水稻的光合速率未增加;转ME基因水稻的光合速率降低了6.1%;转PEPC+PPDK双基因水稻与转PEPC基因水稻相近.ATP和ATP激活剂NaHSO3处理后,可显著提高转PEPC+PPDK双基因水稻和转PEPC+PPDK+ME基因水稻的光合放氧速率,达到玉米的80.7%,显现出类似C4的光合特点,表明ATP是构建类似C4水稻的重要限制因素.光氧化条件下,转PEPC+PPDK+ME基因水稻的耐光氧化能力得到进一步的增强.这些结果为构建C4水稻提供了技术途径. 相似文献
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高粱C_4型pepc基因转入大豆可改善大豆光合特性 总被引：1，自引：0，他引：1
改善作物的光合性能能够有效突破作物的产量潜力,目前国内关于转高粱C4型pepc基因大豆的研究尚未见报道。本研究以东北地区主栽大豆品种‘黑农41’为材料,通过农杆菌介导法将高粱C4型全长pepc基因转入‘黑农41’,获得了转基因植株。通过对转基因植株T0代和T1代进行了分子生物学检测、农艺性状调查和生理指标检测,结果表明目的基因已整合到大豆基因组中,T0代和T1代植株的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均有不同程度的提高,而胞间CO2浓度降低,其中T0代和T1代植株的净光合速率分别比对照提高了37.4%和20.7%,在T1代净光合速率增幅最大的T1-3-3,单株产量增加也最多,说明pepc基因的导入改善了转基因植株的光合特性,进而使转基因大豆产量提高。本研究可为高光效转基因大豆新品种的选育提供重要素材。 相似文献
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转玉米C4光合酶基因水稻株系中的光合C4微循环 总被引：9，自引：0，他引：9
用转PEPC、PPDK、NADP-ME、PEPC PPDK等酶基因的水稻株系及原种野生型(WT)为材料, 研究了不同基因型水稻叶片中的C4光合微循环及其功能.用外源OAA或MA饲喂叶切片或离体叶绿体后,光合放氧速率在野生型水稻中增加了50%,在NADP-ME-和PPDK-转基因水稻中增加了50%～54%,在PEPC-和 PEPC PPDK-转基因水稻中增加了100%～150%.证明原种水稻Kitaake叶片中具有一个原初的和有限的C4光合微循环,除PPDK基因、NADP-ME基因外,外源PEPC基因或PEPC PPDK双基因导入原种水稻Kitaake后,可大幅度提高C4光合微循环的运行.水稻中C4光合微循环的增强有降低光呼吸速率(Pr)、增加净光合速率(Pn)的作用,在光能利用上,可增加PSⅡ光化学效率(Fv/Fm)、光化学猝灭(qp)、降低非光化学猝灭(qN)的作用;这些结果为转C4光合酶基因水稻中建立C4微循环系统来提高光合作用效率的可能性提供了依据. 相似文献
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转甘蔗pepc基因籼稻恢复系N175的遗传学分析 总被引：1，自引：0，他引：1
磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)是C4双羧酸循环途径中CO2固定初始反应的一种酶,在该酶作用下,C4植物的光合速率,特别是在强光高温条件下,明显高于C3植物.甘蔗属于禾本科甘蔗属,为C4作物之一.本研究对转甘蔗pepc基因水稻恢复系N175的转基因后代进行遗传学分析,Southern blot检测结果表明,甘蔗pepc基因已经整合到水稻恢复系N175基因组中,在一些转基因株系中,甘蔗pepc基因以单拷贝的方式整合到杂交水稻恢复系N175的基因组中.对转甘蔗pepc基因的水稻恢复系N175株系进行光合效率分析,结果表明转基因株系的光合效率显著高于非转基因对照.在转基因株系中,最高的光合效率为26.50μmol·m-2·s-1,与非转基因对照相比,光合效率提高了106%,说明甘蔗的pepc基因在一定程度上可以提高转基因水稻的光合效率. 相似文献
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油菜光合生理研究及高光效育种探析 总被引：1，自引：1，他引：0
为了推动油菜高光效育种工作的进展，实现以“高光效 杂优利用”途径来突破油菜30多年来产量水平长期徘徊不前的的局面，总结了大豆、小麦、水稻等作物光合生理和高光效育种工作进展，结合本研究团队10多年对油菜进行光合生理和高光效育种研究的工作基础，以作物光合性状的遗传规律、影响光合效率的相关生理指标、提高光合效率的方法途径为切入点，提出了开展油菜光合生理研究应开展的相关基础研究、高光效种质筛选的方法途径和高光效育种的思路和方法。 相似文献
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为了阐明转玉米PEPC基因水稻高光效的结构基础,以转玉米PEPC基因水稻和未转基因原种为试验材料,在水稻的三叶期,施以100 min,1 000μmol/(m2.s)的高光强处理,以200μmol/(m2.s)下的水稻为对照,运用透射电镜观察叶肉细胞、维管束鞘以及叶绿体内类囊体片层结构。结果发现,与对照材料相比,转玉米PEPC基因水稻材料经高光强处理后,叶片叶绿体的排列更加紧密,叶绿体中类囊体片层堆垛整齐,有序片层较厚,排列更加致密,类囊体结构更加完整,而且叶绿体周围的线粒体数量明显增多;而未转基因原种的叶片经高光强处理后,叶绿体内类囊体片层松散,结构混乱,部分甚至解体,表现出受到损伤的迹象,叶绿体基质中淀粉大颗粒的含量明显增多。转玉米PEPC基因水稻叶片光合器官在高光强下结构稳定以及线粒体的有序排列有利于其利用较高的光能,从而提高其光合生产力,为阐明转C4光合基因水稻高光效的理论提供了证据。 相似文献
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两种轮回选择方法对玉米群体主要性状的改良效果 总被引：2，自引：0，他引：2
研究了控制双亲混合选择和半同胞-S2:3(HS-S2:3)轮回选择对2个玉米基础群体P_4C_0和P_5C_0主要性状的改良效果.结果表明,对于基础群体P_4C_0,其改良群体P_4HSC_1、P_4MSC_1和P_4MSC_2的单株产量分别比P_4C_0提高21.64%,10.29%和8.70%,达显著或极显著水平;对于基础群体P_5C_0,其改良群体P_5HSC_1的单株产量比P_5C_0降低7.53%,达显著水平;改良群体P_5MSC_1和P_5MSC_2平均单株产量变化与P_5C_0相比,分别降低和提高了2.67%和3.65%,均未达到显著水平.控制双亲混合选择改良群体,其产量的显著改进伴随着株高和穗位高的显著增加;HS-S2:3轮回选择改良群体,不同基础群体,其产量和株高、穗位高的改良效果不同.两种选择方法改良群体,多数性状的表型变异系数随着选择的进行有所下降,但也有部分性状变异系数变化较小或有所增大,群体内仍保持了较丰富的遗传变异,且以控制双亲混合选择保持群体遗传多样性的效果更好. 相似文献
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植物矮生性状的分子遗传研究进展 总被引：15，自引：0，他引：15
近年来,随着分子生物学和基因组学的飞速发展,对作物高产性状,高产机理及其相关基因的研究愈加深入,应用基因工程技术对作物进行遗传改良已成为提高作物产量的有效途径,培育理想株型已成为作物育种的重要目标。株高是高等作物的重要农艺性状之一,植株过高容易引起倒伏而减产,而矮生植株抗倒能力强,高产,因而矮化育种对培育理想株型十分重要,矮生基因的发掘研究和利用也越来越受到重视。本文综述了目前高等作物矮生性的分子遗传研究进展,特别是对水稻、小麦、玉米、黄瓜、西瓜和番茄等主要作物矮生性状的遗传特点、分子标记、矮生基因的克隆等方面的研究进展做了较为详细的总结和评价,分析了激素对高等植物矮生突变体的调控,提出了高等植物矮生资源的利用和矮化育种中存在的问题,并探讨了高等植物矮生性状分子遗传学研究和分子育种的发展趋势。 相似文献
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干旱胁迫对不同生态条件下蒙古扁桃叶片PAL和C_4H活性的影响 总被引：4，自引：0，他引：4
植物细胞壁在遭遇逆境后会出现增厚现象,以抵御不良环境,有研究认为这是由于细胞壁内的木质素沉积形成的.目前认为木质素的合成途径不只一条,但苯丙氨酸解氨酶(PAL)和肉桂酸4-羟基化酶(C_4H)等酶在合成中起到了十分重要的作用.因此,本试验以野生蒙古扁桃为试验材料,研究干旱胁迫对其在不同生态环境条件下体内PAL和C_4H酶活性影响的变化.结果表明:在遭受干旱胁迫时,蒙古扁桃叶内PAL和C_4H活性随干旱胁迫程度的增加而逐渐增强,且干旱地区的蒙古扁桃叶内PAL和C_4H活性要强于相对不干旱地区.PAL和C_4H活性与植物的抗旱性呈正相关关系. 相似文献
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NAC (NAM, ATAF1/2, CUC2)转录因子作为一类新型转录因子已成为非生物胁迫基因工程领域的研究热点。本研究以野生大豆(Glycine soja)为材料,利用酵母单杂交的方法筛选到一个能够与MYB1AT元件(核心序列为AAACCA)结合的转录因子基因,该基因与大豆NAC20 (EU440353.1)基因具有99%的相似性,命名为GsNAC20。GsNAC20蛋白含有典型的NAC结构域和转录激活区。酵母试验表明,GsNAC20转录因子能够与耐逆相关顺式元件MYB1AT特异结合,但不具有自激活功能。细胞定位分析证明该基因位于细胞核中,符合转录因子的特征。GsNAC20能够响应高盐、干旱和低温胁迫,并且在根和叶中具有不同的表达模式。超量表达GsNAC20基因的拟南芥对盐胁迫的敏感性提高。以上结果表明GsNAC20参与植物非生物胁迫反应过程,该基因在非生物胁迫基因工程研究领域具有良好的理论研究和实际应用价值。 相似文献
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稗草磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)基因的克隆与分析 总被引：12，自引：2，他引：10
为揭示C4野生植物稗草（Echinochloa crusgalli）PEPCase的结构和功能特点,探索改善作物高光效新途径,本研究首次克隆了稗草（E. crusgalli）磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(ppc)的cDNA全长,测序及同源性比较分析结果证实,稗草ppc的cDNA全长为2 886 bp,编码961个氨基酸（GenBank登录号：AY251482）;核苷酸序列与谷子(Setaria italica)C3型、高粱(Sorghum bicolor) C3-2型、玉米(Zea mays) C3-2型、水稻(Oryza sativa)C3型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因的同源率分别达94.8%、93.2%、93.0%和89.7%。推导的氨基酸序列中C末端第771位氨基酸是丙氨酸（A）,表明是一个C3型基因。与其他植物几种不同形式PEPCase进行的多重序列比对与系统进化分析结果也证实,此基因的核苷酸序列及其编码的氨基酸序列与所有参与对比的C3型序列的同源性均远远高于与C4型的同源性。与玉米、高粱C3-2型PEPCase的同源性分别高达到96.5%、96.4%,与高粱、玉米的C3-1型PEPCase的同源性分别为84.3%、83.8%,而与谷子、玉米、甘蔗和高粱的C4型PEPCase的一致性相对较低,分别为82.2%、79.1%、77.1%、76.6%。因此进一步推论新克隆的稗草ppc基因属于C3-2型。对其编码的蛋白序列进行了结构域、活性位点和功能位点预测。 相似文献
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利用一段从PEG胁迫的鹰嘴豆幼苗叶片所构建的cDNA文库中得到的EST序列,通过3'RACE方法克隆到一个鹰嘴豆C_2H_2型锌指蛋白基因ZF1,该基因不含内含子,编码一条244个氨基酸残基的多肽,含有两个典型的Cys2/His2锌指结构.其氨基酸序列含有一个可能的核定位型号,农杆菌介导的洋葱表皮细胞GFP瞬时表达实验表明,ZF1蛋白位于细胞核内.半定量RT-PCR分析表明,ZF1在鹰嘴豆的根、茎、叶、花、幼荚和幼胚中均有表达,在茎和叶中表达较弱,为组成型转录因子.半定量RT-PCR和实时荧光定量PCR检测结果显示,ZF1不但受高温及干旱诱导,而且还受6-苄基腺嘌呤(6-BA)、脱落酸(ABA)、乙烯利(Et)、赤霉素(GA_3)、吲哚-3-乙酸(IAA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、水杨酸(SA)和氧胁迫诱导.这些结果表明,ZF1基因可能作为一个核调控因子参与植物的生长代谢以及多种生物与非生物胁迫的应答. 相似文献
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外源C_4作物DNA导入小麦的研究 总被引：21，自引：1，他引：21
利用小麦自交后的花粉管通道,将C_4作物玉米或高粱的DNA导入小麦的种胚细胞,结果受体后代发生了广泛的变异,而且受体不同,所发生的变异不同。甘麦8号受体后代植株变矮,结实率低,分蘖多至5个,少至完全不分蘖;8347—2-4和8013—3品系后代中出现不育株;6873—20—3品系受体后代的籽粒由红色转变为白色而且稳定遗传;蓝粒麦受体后 相似文献
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田间条件下转玉米C4型PEPC基因小麦的光合生理特性 总被引：2，自引：0，他引：2
为了检验转PEPC基因小麦是否具有C4光合生理特性,以转PEPC基因小麦和对照周麦19为试验材料,分别于抽穗期、开花期、花后第7天和花后第15天测定其单株旗叶的气体交换参数日变化,对净光合速率日变化进行单位日光合总量分析, 并且对净光合速率日变化与单株气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率日变化的相关性进行了分析;在花后第15天测定其单株叶绿素荧光参数,并在成熟期调查了单株产量性状。与对照相比,转基因株系在4个测定时期的旗叶净光合速率明显提高,尤其在花后第15天,单位日光合总量较对照提高29.1%和23.3%,气孔导度和蒸腾速率均明显增加,胞间CO2浓度降低;花后第15天12:00与8:00相比,转PEPC基因小麦的Fv/Fm、qp、NPQ、ΦPSII的变幅均小于对照;单茎重、千粒重、单穗重和收获指数较对照显著增加。以上结果表明,转PEPC基因小麦材料在田间条件下光合特性明显优于对照,且具有提高小麦产量水平的潜力。 相似文献
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Marc De Block 《Euphytica》1993,71(1-2):1-14
Summary The DNA delivery systems which are routinely used to introduce genes into crop plants are Agrobacterium tumefaciens, electroporation and particle bombardment. The differences and similarities between these different transformation techniques are outlined. The influence of the cell biological approach, and more specifically the impact of the state of the plant cell at the moment of transformation, on the genotype and phenotype of the regenerated transgenic plant is analysed. In this respect phenomena such as position effects, gene silencing, co-suppression, epistasis, co-transformation and somaclonal variation are discussed. The relevance of these factors for plant breeders is discussed. 相似文献