A Genetic Analysis of the Functional Interactions within Mycobacterium tuberculosis Single-Stranded DNA Binding Protein

Single-stranded DNA binding proteins (SSBs) are vital in all organisms. SSBs of Escherichia coli (EcoSSB) and Mycobacterium tuberculosis (MtuSSB) are homotetrameric. The N-terminal domains (NTD) of these SSBs (responsible for their tetramerization and DNA binding) are structurally well defined. However, their C-terminal domains (CTD) possess undefined structures. EcoSSB NTD consists of beta 1-beta 1'-beta 2-beta 3-alpha-beta 4-beta 45(1)-beta 45(2)-beta 5 secondary structure elements. MtuSSB NTD includes an additional beta-strand (beta 6) forming a novel hook-like structure. Recently, we observed that MtuSSB complemented an E. coli Delta ssb strain. However, a chimeric SSB (m beta 4-beta 5), wherein only the terminal part of NTD (beta 4-beta 5 region possessing L-45 loop) of EcoSSB was substituted with that from MtuSSB, failed to function in E. coli in spite of its normal DNA binding and oligomerization properties. Here, we designed new chimeras by transplanting selected regions of MtuSSB into EcoSSB to understand the functional significance of the various secondary structure elements within SSB. All chimeric SSBs formed homotetramers and showed normal DNA binding. The m beta 4-beta 6 construct obtained by substitution of the region downstream of beta 5 in m beta 4-beta 5 SSB with the corresponding region (beta 6) of MtuSSB complemented the E. coli strain indicating a functional interaction between the L-45 loop and the beta 6 strand of MtuSSB.

太阳风动量涨落激发磁层亚暴的机制

本文将太阳风涨落传输能量产生磁层亚暴的机制推广到无碰撞等离子体过程。太阳风的涨落在磁层顶激发压缩阿尔文波,并在磁尾的无碰撞等离子体中传播。尾瓣中满足条件β<<1,而等离子体片中β≥1,其中β为等离子体压力与磁压之比。这样,快磁声波在尾瓣中几乎不衰减,而在等离子体片中很快衰减,将波动能量耗散在等离子体片中使等离子体加热或者粒子加速。这种机制还表明,磁尾等离子体片中的高能粒子可以由太阳风涨落动能耗散而被加速,不一定是直接源于太阳。

Plasticidad postlesional en el sistema visual : estrategias experimentales para su incremento en el adulto

196 p. :il.

Efeito da restrição protéica materna durante a lactação sobre a resposta de timócitos da prole jovem de ratos Wistar

Neste estudo investigamos as consequências da restrição protéica materna durante a lactação sobre a resposta de timócitos da prole jovem de ratos Wistar (grupo D), identificando o papel da leptina nas alterações encontradas. Observamos que, quando comparados ao grupo controle, os animais do grupo D apresentaram, aos 30 dias de vida, uma diminuição significativa tanto do peso corporal quanto do timo. Contudo, não observamos alterações no número de timócitos, no perfil de células CD4/CD8 ou na resposta proliferativa destas células. Sistemicamente, o grupo D não apresentou alterações nos níveis séricos de corticosterona ou no conteúdo nuclear do seu receptor (GR) em timócitos. Apesar dos animais D não apresentarem alterações nos níveis circulantes de leptina, a expressão do seu receptor, ObRb, estava aumentada nos timócitos. Esta alteração foi acompanhada pela amplificação da resposta de sinalização da leptina nestas células, observada por um aumento na ativação de JAK2 e STAT3 após a incubação com leptina. Os timócitos isolados do grupo D apresentaram uma diminuição significativa na taxa de apoptose espontânea quando comparados ao grupo controle. Corroborando estes resultados, demonstramos que os timócitos dos animais D apresentam um aumento na expressão da proteína antiapoptótica Bcl-2 e uma redução da expressão da proteína próapoptótica Bax, além de um maior conteúdo de Pró-caspase-3, entretanto, não encontramos alterações no conteúdo de Bad. Além disso, timócitos do grupo D apresentaram um maior conteúdo da subunidade p65 do NF12;B no núcleo, associado a uma menor expressão de I12;Bα no citoplasma. Finalmente, observamos um aumento na expressão do RNAm para o gene ob (leptina) mas não para o gene db (receptor) no microambiente tímico dos animais D. Em conjunto, nossos dados mostram que a restrição protéica durante a lactação afeta a homeostase tímica, induzindo uma maior atividade de leptina, que protege os timócitos da apoptose na prole jovem, sugerindo que esses animais poderiam ser mais suscetíveis a alterações na resposta imune na vida aduta.

Relação entre fatores genéticos envolvidos em vias metabólicas mitocondriais e a doença de Parkinson

A doença de Parkinson (DP) é uma das desordens neurodegenerativas mais comuns associada ao envelhecimento, alcançando 2% aos 70 anos. É uma doença caracterizada pela degeneração progressiva de neurônios dopaminérgicos nigrais nos gânglios basais e pela presença de inclusões protéicas citoplasmáticas denominadas corpúsculos e neuritos de Lewy nos neurônios sobreviventes. A etiologia da DP é pouco conhecida, sendo considerada, na maioria dos casos, idiopática. Conhecimentos alcançados nos últimos 15 anos sobre a base genética da DP demonstram, claramente, que os fatores genéticos desempenham um importante papel na etiologia desta desordem. Neste trabalho, rastreamos mutações nos genes que codificam proteínas participantes de vias metabólicas mitocondriais (Parkin, PINK1 e DJ-1) em 136 pacientes brasileiros com manifestação precoce da DP, através do sequenciamento automático e da técnica de MLPA. Avaliamos a presença de variantes de sequência por meio do sequenciamento dos exons 1 a 12 do gene Parkin e dos exons 1 a 8 do gene PINK1. Em Parkin foram identificadas três mutações patogênicas ou potencialmente patogênicas, ambas em heterozigose: p.T240M, p.437L e p.S145N. Em PINK1 não encontramos variantes de ponto patogênicas. Através da técnica de MLPA investigamos alterações de dosagem nos genes Parkin, PINK1 e DJ-1. Identificamos cinco alterações no gene Parkin em quatro pacientes: uma duplicação heterozigota do exon 4 no paciente PAR2256, uma deleção heterozigota do exon 4 no probando PAR2099, uma deleção homozigota do exon 4 na paciente PAR3380 e um probando heterozigoto composto (PAR2396) com duas alterações, uma duplicação do exon 3 e uma deleção dos exons 5 e 6. No gene PINK1 identificamos uma deleção heterozigota do exon 1, que nunca foi descrita na literatura, em um paciente (PAR2083). Não encontramos alteração quantitativa no gene DJ-1. Neste estudo obtivemos uma frequência total de mutações patogênicas (pontuais e de dosagem) nos genes estudados de 7,3%, sendo 6,6% no gene Parkin e 0,7% no gene PINK1.

Bioenergética mitocondrial do coração na obesidade induzida por dieta ocidental em camundongos Swiss

A obesidade, doença resultante do acúmulo excessivo de gordura corporal, é importante fator de risco para diabetes mellitus tipo 2, dislipidemias e doenças cardiovasculares, doenças de alta prevalência em todo o mundo. O processo de transição nutricional decorrente da globalização contribuiu para o crescente número de indivíduos com obesidade, principalmente pela modificação nos hábitos alimentares da população, com ampla inclusão de produtos industrializados ricos em gordura saturada, sal e açúcar, denominada dieta ocidental. Os mecanismos pelos quais a obesidade induzida por dieta leva ao desenvolvimento de doenças cardiovasculares ainda não estão completamente esclarecidos na literatura, porém sabe-se que a obesidade leva ao comprometimento da função cardíaca e do metabolismo energético, aumentando a morbidade e mortalidade. Em grande parte dos estudos relacionados à obesidade, o metabolismo energético celular comprometido associa-se à disfunção mitocondrial. Neste contexto, torna-se importante avaliar a função mitocondrial na obesidade, visto que as mitocôndrias são organelas com funções-chave no metabolismo energético. No presente estudo, avaliamos inicialmente o efeito obesogênico da dieta ocidental em camundongos Swiss por 16 semanas a partir do desmame. Para tal, analisamos a ingestão alimentar, evolução da massa corporal, Índice de Lee, peso das gorduras epididimal e retroperitoneal, peso e morfologia do fígado, relação entre o peso do fígado/massa corporal, peso do ventrículo esquerdo (VE)/massa corporal, glicemia de jejum e teste intraperitoneal de tolerância à glicose. Avaliamos também o consumo de oxigênio das fibras cardíacas através da respirometria de alta resolução. Além disso, o conteúdo das proteínas envolvidas no metabolismo energético: Carnitina Palmitoil Transferase 1 (CPT1), proteína desacopladora 2 (UCP2), Transportadores de glicose 1 e 4 (GLUT1 e GLUT4), proteína quinase ativada por AMP (AMPK), proteína quinase ativada por AMP fosforilada (pAMPK), receptor de insulina β (IRβ) e substrato do receptor de insulina 1 (IRS-1) foi determinado por western blotting. Nossos resultados confirmaram o caráter obesogênico da dieta ocidental, visto que os camundongos submetidos a esta dieta (GO), apresentaram-se hiperfágicos (P<0,001) e obesos (72,031,82, P<0,001), com aumento progressivo no ganho de massa corporal. Além do aumento significativo dos parâmetros: Índice de Lee (362,902,44, P<0,001), gorduras epididimal e retroperitonial (3,310,15 e 1,610,11, P<0,001), relação entre o peso do fígado/massa corporal (0,060,003, P<0,001) e peso de ventrículo esquerdo (VE)/massa corporal (0,080,002, P<0,01), hiperglicemia de jejum (192,1014,75, P<0,01), intolerância à glicose (P<0,05, P<0,01) e deposição ectópica de gordura no fígado. A respirometria de alta resolução evidenciou disfunção mitocondrial cardíaca no grupo GO, com reduzida capacidade de oxidação de carboidratos e ácidos graxos (P<0,001) e aumento do desacoplamento entre a fosforilação oxidativa e a síntese de ATP (P<0,001). Os resultados de western blotting evidenciaram aumento nos conteúdos de CPT1 (1,160,08, P<0,05) e UCP2 (1,080,06, P<0,05) e redução no conteúdo de IRS-1 (0,600,08, P<0,05). Não houve diferença significativa nos conteúdos de GLUT1, GLUT4, AMPK, pAMPK, pAMPK/AMPK e IRβ. Em conclusão, o consumo da dieta ocidental resultou no desenvolvimento de obesidade com disfunção mitocondrial associada a alterações no metabolismo energético.

Efeitos da exposição à nicotina e à fumaça de cigarro durante a lactação sobre o sistema de recompensa cerebral em ratos

Crianças de mães fumantes são mais suscetíveis a se tornarem adultos obesos e se viciarem em drogas ou alimentos palatáveis. Drogas e alimentos ativam a via mesolímbica de recompensa, causando sensação de prazer que induz ainda mais o consumo. Assim, avaliamos a relação entre a exposição apenas à nicotina ou à fumaça do cigarro durante a lactação com a preferência alimentar e sistema dopaminérgico de recompensa cerebral das proles, em dois modelos de programação: Modelo I: no 2o dia pós-natal (PN), lactantes receberam implante de minibombas osmóticas que liberam nicotina (NIC) ou salina (C), durante 14 dias. Em PN150 e novamente em PN160, as proles foram divididas em 4 grupos para um desafio alimentar: N-SC e C-SC que receberam ração padrão; N-SSD e C-SSD que podiam escolher livremente entre as dietas hiperlipídica e hiperglicídica. A ingestão alimentar foi avaliada após 12 h. As mães foram sacrificadas apenas na 21 da lactação (desmame) e as proles em PN15 (com nicotina), PN21 e PN170 (ausência da NIC). Ao desmame, as ratas lactantes NIC apresentaram menor conteúdo de tirosina hidroxilase (TH), maior OBRb e SOCS3 na area tegmentar ventral (VTA); menor TH, maior receptor de dopamina 1 (D1R), receptor de dopamina 2 (D2R) e transportador de dopamina (DAT) no núcleo accumbens (NAc); maior conteúdo de TH no estriado dorsal (DS); e maior D2R e SOCS3 no núcleo arqueado (ARC). Em PN15, os filhotes NIC apresentaram maior conteúdo de D1R, D2R e menor DAT no NAc, enquanto em PN21, apresentaram apenas menor DAT no DS, e menor conteúdo de pSTAT3 em ARC. Aos 170 dias, as proles SSD demonstraram maior preferência para a ração hiperlipídica. No entanto, os animais N-SSD consumiram mais ração hiperglicidica do que as proles C-SSD. A prole N apresentou menor conteúdo de D2R e DAT no NAc e menor D2R no ARC. Modelo II: as mães e suas proles foram divididas em: expostos à fumaça do cigarro (grupo S: 4 vezes / dia, do 3 ao 21 dia de lactação), e expostos ao ar filtrado (grupo C). Em PN175, as proles foram divididas em 4 grupos para o desafio alimentar S-SC, C-SC, S-SSD e C-SSD. A ingestão alimentar foi avaliada após 30 min e 12 h. Em PN180, as proles foram sacrificadas. O grupo S-SSD ingeriu mais das rações palatáveis do que o grupo C-SSD em 30 min e 12 h. Ambos os grupos preferiram a ração hiperlipídica. No entanto, os animais S-SSD consumiram mais ração hiperlipídica do que C-SSD em 30 min. A prole S apresentou menor conteúdo de TH no VTA, menor conteúdo de TH, D2R e maior conteúdo de D1R no NAc e menor OBRb no ARC. Demonstramos que tanto a nicotina isolada como a exposição à fumaça do cigarro durante a lactação resultaram em mudanças no sistema dopaminérgico das proles, programando o comportamento alimentar devido à diminuição da dopamina no NAc.

Avaliação do efeito do inibidor de histona deacetilase Panobinostat (LBH589) no metabolismo energético de células derivadas de câncer de pulmão

Os mecanismos de ação citotóxica do inibidor de histona deacetilase LBH589 foram investigados em associação com o quimioterápico cisplatina (CDDP) em duas linhagens derivadas de câncer de pulmão de não pequenas células (CPNPC). Os resultados foram analisados em relação ao tipo de morte celular associada às alterações em enzimas relacionadas ao metabolismo energético e a via glicolítica. Para realização do trabalho, foram utilizadas as linhagens tumorais A549 (selvagem para o gene de p53) e Calu-1 (nulo para o gene de p53) tratadas com LBH589 em combinação ou não com CDDP. Foram realizadas curvas de tempo e dose-resposta com as drogas isoladamente pelo ensaio de viabilidade celular (MTT) nas duas linhagens para a escolha das melhores condições para o nosso estudo. As condições dos tratamentos isolados com redução da viabilida celular menores que o IC50 de cada fármaco foram selecionados para realização dos tratamentos combinados. As avaliações de apoptose foram realizadas por citometria de fluxo pelo ensaio de Anexina V/PI, e com a marcação de proteínas por Western Blotting. As proteínas relacionadas a via glicolítica foram avaliadas por Western Blotting e a expressão de RNAm por qPCR. Os resultados demonstraram que o LBH589 combinado a CDDP foi capaz de induzir apoptose em 70% das células (Calu-1) e 54,9% (A549) no tempo de 24 horas, e 90% (calu-1) e 62,1% (A549) em 48 horas, independendo, portanto, do status da p53. Os níveis de expressão de enzimas relacionadas com o metabolismos energético também sofreram alterações nos tratamentos estudados. O LBH589 induziu aumento de cerca de 4x dos níveis de RNAm de HK isoformas I e II em ambas as linhagens. Houve também um aumento na expressão proteica das isoformas de HK I e II. Outras enzimas relacionadas a via glicolítica como PFKP, PKM2 e LDHA foram analisadas e apresentaram redução da expressão proteica, principalmente na presença do LBH589. A combinação da CDDP com LBH589 parece ser promissora para o tratamento de CPNPC induzindo apoptose através de alterações no metabolismo energético tumoral.

Structural analysis of human CCR2b and primate CCR2b by molecular modeling and molecular dynamics simulation

CCR2b, a chemokine receptor for MCP-1, -2, -3, -4, plays an important role in a variety of diseases involving infection, inflammation, and/or injury, as well as being a coreceptor for HIV-1 infection. Two models of human CCR2b (hCCR2b) were generated by h

Opioid Withdrawal for 4 Days Prevents Synaptic Depression Induced by Low Dose of Morphine or Naloxone in Rat Hippocampal CA1 Area In Vivo

The formation of memory is believed to depend on experience- or activity-dependent synaptic plasticity, which is exquisitely sensitive to psychological stress since inescapable stress impairs long-term potentiation (LTP) but facilitates long-term depression (LTD). Our recent studies demonstrated that 4 days of opioid withdrawal enables maximal extents of both hippocampal LTP and drug-reinforced behavior; while elevated-platform stress enables these phenomena at 18 h of opioid withdrawal. Here, we examined the effects of low dose of morphine (0.5 mg kg(-1), i.p.) or the opioid receptor antagonist naloxone (1 mg kg(-1), i.p.) on synaptic efficacy in the hippocampal CA1 region of anesthetized rats. A form of synaptic depression was induced by low dose of morphine or naloxone in rats after 18 h but not 4 days of opioid withdrawal. This synaptic depression was dependent on both N-methyl-D-aspartate receptor and synaptic activity, similar to the hippocampal long-term depression induced by low frequency stimulation. Elevated-platform stress given 2 h before experiment prevented the synaptic depression at 18 h of opioid withdrawal; in contrast, the glucocorticoid receptor (GR) antagonist RU38486 treatment (20 mg kg(-1), s.c., twice per day for first 3 days of withdrawal), or a high dose of morphine reexposure (15 mg kg(-1), s.c., 12 h before experiment), enabled the synaptic depression on 4 days of opioid withdrawal. This temporal shift of synaptic depression by stress or GR blockade supplements our previous findings of potentially correlated temporal shifts of LTP induction and drug-reinforced behavior during opioid withdrawal. Our results therefore support the idea that stress experience during opioid withdrawal may modify hippocampal synaptic plasticity and play important roles in drug-associated memory. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

尖吻蝮蛇蛇毒出血毒素DaHT-3的纯化与性质

通过Sephadex G-75,DEAE-Sephadex A-50,Sephadex G-200和两次PBE聚焦层析,从尖吻蝮蛇(Dienagkistrodon acutus)蛇毒中纯化到一个分子量为56 000的出血毒素(DaHT-3),经氨基酸组成测定计算,由487个氨基酸残基组成。此成分在SDS-PAGE上显示出一条均一的蛋白染色带,用等电聚焦电泳测定,其pI为5.50。该出血成分的最小出血剂量是2.6#mu#g,具有蛋白水解酶活力,其活力为3.68,但没有精氨酸酯酶和磷脂酶A_(2)活力。用红外光谱仪研究DaHT-3在溶液中酰胺Ⅰ带的吸收谱,该毒素含有31.8%的#alpha#螺旋、56.1%的#beta#折叠和12.1%的转角;当加入EDTA螯合剂去除金属离子后,它们的#alpha#螺旋、#beta#折叠、转角和无规卷曲分别变为11%、26.4%、46.2%和16.5%,而出血活力和蛋白水解酶活力均丧失,表明该出血毒素是金属蛋白酶。

稀有鮈鲫β-肌动蛋白基因片段的克隆及其同源性分析

采用RT-PCR方法,从稀有鮈鲫肌肉组织中分离和克隆出β-肌动蛋白基因cDNA部分序列,长度为1 029 bp,编码343个氨基酸残基.序列分析表明,该cDNA序列与其他物种β-肌动蛋白基因同源性非常高.RT-PCR能够检出该基因在稀有鮈鲫肌肉、眼、脑、心脏、肝、肠、鳃、睥、卵巢等组织中广普表达,在胚胎不同发育时期持续恒量表达.并基于已知的鱼类β-肌动蛋白基因序列构建了进化树.

铜绿微囊藻毒株M.8641的毒素

M.8641是从武汉东湖分离培养的一株有毒的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa),它产生两种环状短肽肝毒素。经凝胶过滤及HPLC等过程纯化,Waters Pico Tag系统测定,其主毒素(毒素Ⅰ)的氨基酸组成为:Glu(1),β-Masp(1),Ala(Ⅰ),Arg(2),Mdha(1),FAB-MS和MS/MS测定分子量为m/z1038,元素组成为C_(49)H_(76)O_(12)N_(13)。毒素Ⅱ的氨基酸组成,除一分子Arg为Leu取代外,其余与毒素Ⅰ相同,分子量m/z 9

Identification of immune genes in grass carp Ctenopharyngodon idella in response to infection of the parasitic copepod Sinergasilus major

The parasitic copepod Sinergasilus major is an important pathogen of grass carp Ctenopharyngodon idella. To understand the immune response of grass carp to the copepod infection, suppression subtractive hybridization method was employed to characterize genes up-regulation during the copepod infection in liver and gills of the fish. One hundred and twenty-two dot blot positive clones from infected subtracted library were sequenced. Searching available databases by using these nucleotide sequences revealed that 23 genes are immune-related, including known acute-phase reactants, and four novel genes encoding proteins such as source of immunodominant MHC-associated peptides (SIMP), TNF receptor-associated factor 2 binding protein (T2BP), poliovirus receptor-related protein 1 precursor, glycoprotein A repetitions predominant (GARP). The differential expression of seven immune genes, i.e. GARP, alpha-2-macroglobulin, MHC class I, C3, SIMP, T2BP, transferrin, as a result of infection was further confirmed by RT-PCR, with the up-regulation of alpha-2-macroglobulin, MHC class I, C3, SIMP and T2BP in the liver of infected fish, and down-regulation of SIMP in the gills of infected fish. The present study provides foundation for understanding grass carp immune response and candidate genes for further analysis.

同源四倍体水稻三系亲本的遗传差异、细胞遗传学比较研究及低直链淀粉含量突变体Wx基因序列分析

同源四倍体水稻（2N=4X=48,AAAA）是由二倍体水稻（2N=2X=24,AA）通过秋水仙素诱导染色体加倍后得到的新品系，具有优良的抗病性以及较高的蛋白质含量。因此，在四倍体水平上挖掘水稻的增产潜力成为水稻育种的新手段。同源四倍体水稻具有很强的遗传可塑性和很弱的遗传保守性，利用其作为水稻远缘杂交的桥梁，从野生物种中不断地引进有益的基因，这将有助于杂交水稻的多代利用和固定水稻的杂种优势。但是迄今为止，还没有关于同源四倍体水稻遗传多样性，遗传背景的报道。目前世界关于同源四倍体水稻的研究主要集中在中国，主要研究方向为培育、筛选结实正常的亲本材料，配置和筛选结实率正常或接近正常的组合。经过几十年研究，虽然在材料构建，细胞学研究等方面取得了较大进展，但同样由于结实率低的瓶颈问题未解决，而使多倍体水稻育种未能取得实质性进展。而近年来一些关于同源四倍体水稻低结实率机理的细胞学研究也由于缺乏统计学数据而缺乏说明性。本文用SSR标记，对选取的36个结实率正常同源四倍体水稻三系亲本和14个来源二倍体亲本，分析他们的遗传差异和群体遗传结构。本文还利用我们培育的高、低结实率的同源四倍体水稻恢复系、优良保持系和杂种F1及二倍体对照为材料，进行系统深入的细胞遗传学研究，进一步探讨同源四倍体水稻有性传递后代的发育过程，探索分裂期染色体行为特征与遗传性状稳定性的关系，为进一步选育多倍体水稻品种并将其应用于生产提供理论依据。同源四倍体水稻突变株D4063-1直链淀粉含量比来源二倍体明恢63下降一半,即其直链淀粉含量为5.23%，为研究其直链淀粉含量下降的原因，本文还根据普通水稻Wx基因设计引物，扩增测序获得了D4063-1Wx基因的全序列，与已报道Wx基因进行比对分析，并根据D4063-1和籼稻、粳稻的序列差异并根据D4063-1在该片段上的特征序列位点设计了用于识别D4063-1的寡核苷酸片段,为快速、准确的鉴别低直链淀粉的D4063-1创造了条件。 SSR标记具有基因组分布广泛、数量丰富、多态性高、容易检测、共显性、结果稳定可靠、实验重现性好、操作简单、经济、易于高通量分析等许多优点，被认为是用于遗传多样性、品种鉴定、物种的系统发育、亲缘关系及起源等研究的非常有效的分子标记。本研究选取了中国科学院成都生物所培育的同源四倍体和二倍体水稻亲本，并用36个微卫星标记进行了遗传差异和种群遗传结构分析。在50个品系中，我们观察到较高水平的多态性，每基因等位基因数（Ae）分布于2至6之间（平均值3.028），多态性信息含量（PIC）分布于0.04至0.76之间（平均值0.366）；期望杂合度（He）分布于0.04至0.76之间（平均值0.370），Shannon指数（I）分布于0.098至1.613之间（平均值0.649）。同源四倍体品系的等位基因数，期望杂合性和Shannon指数都比二倍体品系高。在供试50个品系中，较多材料均发现Rare基因，根据SSR多态性指数我们构建了同源四倍体和二倍体水稻的核心指纹库。F-统计值表明遗传差异主要存在于同源四倍体品系中（Fst=0.066）。聚类分析结果表明50个品系可以分为4个组。I组包括所有的同源四倍体和二倍体籼稻保持系，以及一个同源四倍体籼稻雄性不育系及其来源二倍体。II组仅包括IR来源的品系。III组比II组和IV组更复杂，包括同源四倍体和二倍体籼稻恢复系品系。IV组包括同源四倍体和二倍体粳稻品系。此外,由于等位基因及配子的遗传差异,同源四倍体与二倍体品系中存在单位点和双位点的遗传差异。分析结果表明,二倍体和四倍体水稻基因库的不同,其中遗传变异可以区分四倍体与二倍体水稻。同源四倍体水稻具有长期而独立的遗传性，我们能够选育并得到与二倍体亲本相比有特殊优良农艺性状的品系。 本研究以高结实率的同源四倍体水稻恢复系DTP-4、D明恢63及优良保持系D46B为材料进行农艺性状及细胞遗传学比较研究。DTP-4、D明恢63及保持系D46B的的染色体组成均为2N=4X=48，花粉母细胞具有较为理想的减数分裂行为，配对染色体的比率在99%以上，这与理论染色体组构成相符。DTP-4和D明恢63PMC减数分裂各个时期单价体和三价体的比例都非常低，而在MI， PMC观察到较多的二价体和四价体且四价体多以环状形式出现，其最大频率的染色体构型分别为12II 6IV和10II 7IV。恢复系DTP-4和D明恢63在MI四价体频率分别为2.00/PMC和2.26/PMC，而保持系D46B在MI四价体频率为6.00/PMC，极显著地高于恢复系品系，表明保持系D46B具有更好的染色体配对性质；AI保持系D46B的染色体滞后频率为10.62%，远低于恢复系材料DTP－4和D明恢63的19.44％和23.14％，接近二倍体对照明恢63的7.30%水平；TI保持系D46B具有比恢复系更低频率的微核数。而在TII，D46B的正常四分小孢子比率不但高于恢复系品系甚至高于二倍体对照。对高低结实率的同源四倍体水稻恢复系和杂种F1代的花粉育性，结实率和细胞遗传学行为进行了比较研究。DTP-4, D明恢63, D46A´DTP-4和D46A´D明恢63的花粉育性和结实率比D什香和D46A´D什香显著提高。减数分裂分析的结果表明，DTP-4，D明恢63，D什香，D46A´DTP-4，D46A´D明恢63和D46A´D什香其减数分裂染色体构型分别为：0.05I +19.96 II (9.89棒状+10.07环状) +0.01III + 2.20 IV, 0.11I +19.17 II (8.90 棒状+10.37 环状) +0.09III + 2.26 IV + 0.01 VI, 1.33I +9.46 II (4.50 棒状+4.96 环状) +0.44III + 6.02 IV + 0.09VI + 0.09 VIII, 0.02I +14.36 II (6.44 棒状+7.91 环状) +0.01III + 4.80IV + 0.01VIII, 0.06 I +17.67 II (11.01 棒状+6.67 环状) +0.06 III + 3.10 IV + 0.01 VI and 1.11 I +11.31 II (5.80 棒状+5.51 环状) +0.41 III + 5.63 IV+0.03VI+0.03VIII。在同源四倍体水稻恢复系和杂种F1代材料中，最常见的染色体构型为16II +4IV和12II +6IV。在减数分裂过程中，结实率较高的材料染色体异常现象较少而结实率较低的材料染色体异常现象较严重。在杂种F1代中，二价体的比例要低于其相应的恢复系亲本，同样的，单价体，三价体和多价体的比例相比其恢复系亲本也偏低。然而，在减数分裂MI，杂种F1代中四价体的比例要显著高于其恢复系亲本。在中期I，每细胞单价体的比例和花粉育性呈现出极高的负相关(-0.996)，当单价体数目升高时，花粉育性下降。其次是每细胞三价体的比例(-0.987)，之后则是每细胞多价体的比例与花粉育性的负相关(-0.948)。但是统计分析表明，二价体和四价体的比例对花粉育性和结实率没有显著影响。这一结果表明出了花粉育性和细胞减数分裂行为的相关性，同源四倍体的减数分裂行为为筛选高结实率的同源四倍体种系提供了理论依据。 突变体是遗传学研究的基本材料。利用突变体克隆水稻基因,并进而研究基因的生物学功能是水稻功能基因组学的重要研究内容。本课题组在多年的四倍体水稻育种研究中已获得多个低直链淀粉含量突变体，其中一些突变体在直链淀粉含量下降的同时，胚乳外观也发生了显著改变，呈半透明或不透明。同源四倍体水稻突变株D4063-1直链淀粉含量比来源二倍体明恢63下降一半,即其直链淀粉含量为5.23%。为研究其直链淀粉含量下降的原因，我们根据普通水稻Wx基因设计引物，扩增测序获得了D4063-1Wx基因的全序列，与已报道Wx基因进行比对分析；同源四倍体水稻D4063-1Wx基因最显著变化为在外显子序列中发生了碱基缺失，导致移码突变，在第9外显子终止密码子提前出现。D4063-1Wx基因碱基位点的变化还导致了其序列上的酶切位点的变化,对常用限制性内切酶位点分析分析结果表明同源四倍体水稻相对于籼稻和粳稻多了2个sph1酶切位点，相对于粳稻减少了6个Acc1，增加了4个Xba1，1个Xho1，1个Pst1和1个Sal1酶切位点。聚类分析表明D4063-1Wx基因序列与籼稻亲源关系较近，由此推测D4063-1Wx基因来源于籼稻的Wxa基因型。另外，根据D4063-1Wx基因的碱基差异，我们推测D4063-1Wx基因外显子碱基变化导致的RNA加工障碍是其直链淀粉降低的主要原因，并可能与其米饭较软等品质相关。本文还根据D4063-1和籼稻、粳稻的序列差异并根据D4063-1在该片段上的特征序列位点设计了用于识别D4063-1的寡核苷酸片段,并作为PCR反应的引物命名为AUT4063-1,将该引物与我们设计的扩增普通籼稻、粳稻的Wx基因引物F5配合使用建立了识别D4063-1的显性和共显性两种检测方式的分子标记,为快速、准确的鉴别低直链淀粉的D4063-1创造了条件。 研究同源四倍体水稻基因组的遗传差异，探索同源四倍体水稻的遗传规律，研究分裂期染色体行为特征与遗传性状稳定性的关系,旨在揭示四倍体水稻中同源染色体配对能力的遗传差异，为进一步选育多倍体水稻品种并将其应用于生产提供理论依据。 Autotetraploid rice (2N=4X=48, AAAA) is a new germplasm developed from diploid rice (2N=2X=24, AA) through chromosomes doubling with colchicines and is an excellent resource for desirable resistance genes to the pathogens and high protein content. Therefore, heterosis utilization on polyploidy is becoming a new strategy in rice breeding. At present, the main research on autotetraploid rice centralizes in China. Breeding effort has been made to improve autotetraploid rice genetically, however, the progresses are limited due to higher degree of divergence between hybrid sterility and polygenic nature. But to date, almost nothing is reported about the genetic diversity, original and genetic background of autotetraploid rice. Despite several reports on cytological analysis of the mechanisms of low seed set in autotetraploid rice still the results are inconclusive due to lack the statistical evaluation. Therefore, the study on the mechanisms of low seed set in autotetraploid is a priority for rice breeding. Microsatellites or simple sequence repeats (SSRs) are the widely used marker for estimating genetic diversity in many species, including wild, weedy, and cultivated rice. In our research, genetic diversity and population genetic structure of autotetraploid and diploid populations collected from Chengdu Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences were studied based on 36 microsatellite loci. For the total of 50 varieties, a moderate to high level of genetic diversity was observed at population levels with the number of alleles per locus (Ae) ranging from 2 to 6 (mean 3.028) and PIC ranging from 0.04 to 0.76 (mean 0.366). The expected heterozygosity (He) varied from 0.04 to 0.76 with the mean of 0.370 and Shannon’s index (I) ranging from 0.098 to 1.613 (mean 0.649). The autotetraploid populations showed a slightly higher level of effective alleles, the expected heterozygosity and Shannon’s index than that of diploid populations. Rare alleles were observed at most of the SSR loci in one or more of the 50 accessions and core fingerprint database of the autotetraploid and diploid rice was constructed. The F-statistics showed that genetic variability mainly existed among autotetraploid populations rather than among diploid populations (Fst=0.066). Cluster analysis of the 50 accessions showed four major groups. Group I contained all of the autotetraploid and diploid indica maintainer lines and a autotetraploid and its original diploid indica male sterile lines. Groups II contained only original of IR accessions. Group III was more diverse than either group II or IV and comprised of both autotetraploid and diploid indica restoring lines. Group IV included japonica cluster of the autotetraploid and diploid rices. Furthermore, genetic differences at the single-locus and two-locus levels, as well as components due to allelic and gametic differentiation, were revealed between autotetraploid and diploid varieties. This analysis indicated that the gene pools of diploid and autotetraploid rice are somewhat dissimilar, which made a variation that distinguishes autotetraploid from diploid rices. Using this variation, we can breed new autotetraploid varieties with some new important agricultural characters but the diploid rice has not. Cytogenetic characteristics in restorer lines DTP-4, DMinghui63 and maintainer line D46B of autotetraploid rices were studied. DTP-4, DMinghui63 and D46B showed the advantage of high seed set and biological yield. The meiotic chromosome behavior was slightly irregular in DTP-4, DMinghui63 and D46B. We observed less univalent, trivalent and multivalent at MI, but more bivalent and quadrivalent were observed. The most frequent chromosome configurations were 12II 6IVand 10II 7IV in restorer and maintainer lines, respectively. The quadrivalent frequency of DTP-4 and Dminghui63 at metaphase(MI) was respectively 2.00/PMC and 2.26/PMC. However that frequency of D46B was 6.00/PMC, which was greatly significantly higher than DTP-4 and Dminghui63. That indicates the maintainer D46B has better chromosome pairing capability in metaphase (MI). The frequency of lagging chromosomes of the maintainer D46B at anaphaseI (AI) was 10.62%, which was significantly lower than that of DTP-4(19.44%) and Dminghui63(23.14%) and nearly reaching the level of diploid CK(7.30%). In telophaseI (TI) maintainer D46B showed lower frequency of microkernel at TI and lower frequency of abnormal spores at telophaseII(TII). We also studied pollen fertility, seed set and cytogenetic characteristics of restorer lines and F1 hybrids of autotetraploid rice. DTP-4, DMinghui63, D46A´DTP-4 and D46A´DMinghui63 showed significantly higher pollen fertility and seed set than DShixiang and D46A´DShixiang. Pairing configurations in PMC of DTP-4, DMinghui63, DShixiang, D46A´DTP-4, D46A´DMinghui63 and D46A´DShixiang were 0.05 I+19.96 II (9.89 rod+10.07 ring)+0.01 III+2.20 IV, 0.11 I+19.17 II (8.90 rod+10.37 ring)+0.09 III+2.26 IV+0.01 VI, 1.33 I+9.46 II (4.50 rod+4.96 ring)+0.44 III+6.02 IV+0.09 VI+0.09 VIII, 0.02 I+14.36 II (6.44 rod+7.91 ring)+0.01 III+4.80 IV+0.01V III, 0.06 I+17.67 II (11.01 rod+6.67 ring)+0.06 III+3.10 IV+0.01 VI and 1.11 I+11.31 II (5.80 rod+5.51 ring)+0.41 III+5.63 IV+0.03 VI+0.03 VIII, respectively. Configuration 16 II+4 IV and 12 II+6 IV occurred in the highest frequency among the autotetraploid restorers and hybrids. Meiotic chromosome behaviors were less abnormal in the tetraploids with high seed set than those with low seed set. The hybrids had fewer frequencies of bivalents, univalents, trivalents and multivalents than the restorers, but higher frequency of quatrivalents than the restorers at MI. The frequency of univalents at M1 had the most impact on pollen fertility and seed set, i.e., pollen fertility decreased with the increase of univalents. The secondary impact factors were trivalents and multivalents, and bivalents and quatrivalents had no effect on pollen fertility and seed set. The correlative relationship between pollen fertility and cytogenetic behaviors could be utilized to improve seed set in autotetraploidy breeding. The amylose content of autotetraploid indica mutant Rice D4063-1 dropped by half than diploid Minghui 63, that is, its amylose content of 5.23%.The whole sequence of Waxy gene of D4063-1 is amplified and sequenced. And the discrepancy of bases is found comparing to the reported Waxy gene. The Waxy gene of autotetraploid Rice D4063-1 had a base deletion in exon sequence, which resulted frameshift mutation in exon 9 and termination codon occur early. The mutation of Wx also led to the change of some common restriction endonuclease sites. Results showed compared to indica and japonica, D4063-1 had two adding sph1 sites. Compared to japonica, D4063-1 had six decreasing Acc1, a adding Xho1, Pst1 and Sal1 restriction sites. Phylogeny analysis shows that the DNA sequence of Waxy gene of D4063-1 is closer to Indica, and we suppose that the Waxy gene of D4063-1 is origin from genotype Wxa. In addition, according to the base differences of Wx in D4063-1, we deduce that RNA processing obstacle led by base change of intron is the main cause to low the amylose content, and related to phenotype of its soft rice. Based on analysis of fragments of D4063-1, indica and japonica and according to the special point of the three species, primers as markers-AUT4063-I were designed for distinguishing the D4063-1 from other rice. Combining with primer pair F5, dominant and codominant ways were established for discriminating them., rapid and correct identification of D4063-1 from other rice could be done. The genetic analysis is important to ensure the original of autotetraploid rice, for maintaining the “distinctiveness” of autotetraploid varieties, and to differentiate between the various genetic background of autotetraploid rice. The autotetraploid breeding will benefit from detailed analysis of genetic diversity in the germplasm collections. Further investigation on mechanisms of meiotic stability should benefit polyploid breeding. These findings demonstrated opportunity to improve meiotic abnormalities as well as grain fertilities in autotetraploid rice.