含双病原物诱导启动子植物安全表达载体的构建

 本研究用来自烟草的具有高度病原物特异性的两个诱导启动子EAS4和hsr203J,串联驱动GUS基因的表达,同时考虑到转基因植物的安全性,引入双边界序列,构建了含双病原物诱导启动子的植物安全表达载体。将表达载体转化烟草获得转基因植株。分析显示,在正常生长情况下转基因烟草检测不到GUS活性,或活性极低;而受疫霉激发子parasiticein、Phytophthora nicotianea[0]的孢子悬浮液和Ralstonia solanacarum的菌悬液诱导后,转基因烟草叶片中可检测到明显的GUS活性。结果表明,构建的植物表达载体所含双病原物诱导启动子均具有良好的诱导活性,可用于植物遗传转化。     

田旋花 EPSPS 基因启动子的克隆、序列分析及转化

根据已克隆的田旋花（ Convolvulus arvensis L．） EPSPS基因mRNA序列设计引物,通过染色体步移技术获得了1142 bp的EPSPS-P启动子片段（ GenBank 登录号：KC107822）。对启动子序列分析显示,该片段富含A/T碱基、TATA-box、CAAT-box及其他作用元件如GATA-motif、TC-rich repeats、sp1等。将该启动子与GUS报告基因连接以构建植物表达载体,利用农杆菌介导法获得转基因拟南芥;PCR和GUS组织化学染色分析证明, EPSPS-P已转化到拟南芥中。     

一个水稻褐飞虱为害诱导型启动子的克隆

目前组成型启动子在基因工程中的应用最为广泛,然而驱动外源基因在各组织中持续恒定地表达可能引起植物发育迟缓等问题。诱导型启动子能够在特定条件下实现目的基因定时优势表达,最大限度减少由于非必需蛋白在转基因植物内的积累对其造成的伤害。依据基因芯片数据并通过定量RT-PCR验证,找到了一个受水稻褐飞虱(Nilaparavata lugens)为害诱导表达基因(LOC_Os01g73940)。用PCR技术从籼稻品种‘TN1’的基因组中获得Os01g73940上游1 953bp的启动子片段,命名为BPHIP。将BPHIP连接到带有β-glucuronidase(GUS)报告基因的植物表达载体上,通过农杆菌介导转化水稻品种‘中花11’。通过GUS组织化学染色法及定量RT-PCR检测证明,BPHIP是一个受褐飞虱为害和茉莉酸处理诱导上调的启动子。利用此类启动子在基因工程中可以减少对水稻生理方面产生的副作用,对抗虫转基因水稻具有良好的应用价值。     

串联双病原物诱导启动子驱动基因表达的特性

 在植物抗病基因工程中,目标基因可控的高效表达是一重要目标。在前期的研究中,我们将串联的病原物高度特异性诱导启动子EAS4(EP)和hsr203J(HP)转入烟草,uidA基因在相应病原物或激发子诱导后可被驱动表达。为进一步研究此串联双启动子驱动的基因表达特性,采用荧光法对GUS诱导表达活性进行了定量检测。结果发现,双启动子表现较高的诱导表达活性,双启动子与单启动子的活性差异均达极显著水平。研究还发现,两个启动子串联的顺序对其活性强度和时间动态有影响,双启动子HP+EP的诱导表达高峰出现在诱导后6~10 h,而EP+HP的活性高峰出现在诱导后8~14 h。同时,初步分析了串联的EP和HP协同促进基因高水平表达的原因。串联的双病原物特异性诱导启动子不但可响应较广谱的病原物的诱导表达,而且可协同促进基因的高效表达,因而在植物抗病基因工程中具有广阔的应用前景。     

含有多个应答逆境元件的合成启动子在水稻中的表达分析

 存在于启动子中的各种顺式作用元件在基因应答逆境的过程中起重要的作用，对这些元件进行适当组合是构建诱导型合成启动子的重要可行途径之一。本研究利用多个逆境应答元件(S盒、D盒、Gst1盒、TCA盒和LURP1基因启动子的-85~-46区)和CaMV35S核心(-46-+8)序列相连，组成一个人工合成启动子PRBS，并构建了GUS为报告基因的转化载体，通过农杆菌介导的遗传转化方法获得其水稻转基因植株。利用T₁代转基因水稻株系，通过检测GUS酶活性，研究了PRBS在不同逆境及外源激素作用下的表达特征。结果发现PRBS组成型表达水平低，可不同程度地应答稻瘟病病原菌侵染，机械损伤和外源激素(ABA、SA和MeJA)处理，表明PRBS可作为诱导型启动子用于水稻抗逆基因工程遗传改良。     

葡萄VvSUC12基因启动子的克隆及上游调控因子鉴定

枝干病害葡萄溃疡病近年来严重限制了葡萄产业发展。研究表明葡萄蔗糖转运蛋白参与寄主植物和病原菌的互作过程。为解析蔗糖转运蛋白VvSUC12在葡萄免疫反应过程中的功能,本研究克隆了VvSUC12基因翻译起始位点上游1 500 bp的启动子区,通过生物信息学分析发现该区域包含4个Dof转录因子结合序列(A/TAAAG)及多种激素调节与防御相关的顺式元件。实时荧光定量分析显示,接种可可毛色二孢菌显著诱导VvSUC12和VvDof19基因的表达。通过酵母单杂交实验筛选得到与VvSUC12启动子互作的转录因子VvDof19。酵母双杂交实验证实VvDof19具有自激活活性;进一步通过烟草瞬时表达发现Dof19-GFP的相对GUS活性约为对照GFP的9倍,表明转录因子VvDof19能够激活VvSUC12基因的表达。研究结果为深入研究蔗糖转运蛋白在葡萄免疫反应中的功能奠定基础。     

半夏凝集素基因的克隆及转基因烟草对蚜虫的抑制作用

采用同源序列克隆方法,通过设计特异性引物从甘肃西和半夏叶片基因组DNA中克隆到1条1 069 bp的半夏凝集素基因pta,与以同科内植物的mRNA为模板扩增得到的凝集素基因序列的同源性很高,达到98%以上,功能区完整,具有1条信号肽和3个甘露糖结合区,GenBank登录号AY725425。用该基因替换pBI121载体的GUS基因,正向插入35S启动子之下,构建了植物表达载体pBI-pta。通过农杆菌介导法转化烟草,从20株Kan抗性植株中得到PCR检测阳性植株14株,证明pta已整合到烟草基因组中。对随机挑取的7株PCR阳性植株进行了抗蚜虫(Myzus persicae)筛选试验,结果表明:不同株系蚜口密度抑制率在22.5%~89.4%,平均蚜口密度抑制率56.2%。     

水稻中与白叶枯病菌hrf1基因同源序列克隆及功能分析

利用PCR技术从粳稻R109中克隆到与hrf1同源的序列,命名为hpfr1,与hrf1基因的同源性为92%。推导的氨基酸同源性为74.8%。hpfr1基因连接到含T7启动子的高表达载体pET30a（＋）上构建重组质粒pHOSJ4,并转化宿主菌BL21（DE3）产生表达菌株BL21（DE3）/pHOSJ4。hpfr1与hrf1基因在起始密码子ATG至225个碱基处完全相同。将ATG至225碱基的序列克隆,并构建表达载体pHOSJ4-225,表达产物注射烟草能引起过敏反应。BL21（DE3）/pHOSJ4和BL21（DE3）/pHOSJ4-225的蛋白抽提物诱导烟草抗烟草花叶病毒病均达极显著水平,浓度为60μl/ml时防效最显著,分别为96.35%、95.4%,与harpinXoo防效（95.9%）相近。     

病原细菌无毒基因avrD介导的抗赤星病转基因烟草

 利用从病原细菌Pseudomonas syringae pv.tomato中获得的无毒基因avrD片段与病原菌诱导型的特异启动子PⅠⅡ、CHS和PAL构建成表达盒,通过土壤农杆菌分别转化烟草品种K326和Bottom Special。经烟草赤星病菌孢子定量接种转基因植株及其离体叶片,筛选到一批高抗植株。Southern分子杂交检测证明,启动子-avrD嵌合基因已整合到寄主染色体并获得表达。     

马铃薯Y病毒CP基因5′端和3′端反向重复结构介导的抗病性研究

本研究克隆了来源于马铃薯Y病毒坏死株系(PVYN)外壳蛋白(CP)基因(PVYNCP)5′端和3′端的反向重复cDNA序列,并构建了植物表达载体pROKII-5′IR和pROKII-3′IR,利用农杆菌介导的叶盘法转化烟草NC89,分别获得166和126株转基因烟草。抗病性试验表明,转化PVYNCP基因3′端茎50 bp(环50 bp)hp RNA(hairpin RNA)的烟草抗病率达69%,而转化PVYNCP基因5′端相同片段长度的hpRNA的烟草却全部发病。Southern blot结果表明,转基因植株的抗病性与转基因的拷贝数之间无明显的相关性;Northern blot结果表明,目的片段转录产物的积累量与植株的抗病性呈负相关,证明所获得的抗病性是RNA介导的抗病性。研究结果证明PVYNCP基因的3′端比5′端更能有效地诱发基因沉默,并且hpRNA茎部的长度可减少到50 bp。该结果为探索利用CP基因的最短长度和有效部位的基因片段来培育多抗病毒转基因植物提供了依据。     

大豆凝集素基因lec-s转化烟草>增强对烟草花叶病毒的抗性

 将编码大豆凝集素的lec-s基因插入植物表达载体pBI121中,构建植物重组表达质粒pBI121:: lec-s。由根癌土壤杆菌EHA105介导的叶盘法转化烟草,获得了转基因烟草株系。PCR和RT-PCR检测证明lec-s基因已转入烟草植株中。接种烟草花叶病毒（Tobacco mosaic virus,TMV）进行抗病性试验结果表明,转基因烟草叶片上的病斑数显著减少,说明转基因烟草表现出对TMV的抗性。定量RT-PCR检测发现,接种TMV后,抗病防卫基因（PR-1a、GST1、Pal和hsr515）在转基因烟草叶片中显著上调表达。这些结果表明,大豆凝集素基因lec-s转化烟草可对TMV产生抗性,其作用机制可能在于lec-s基因参与了植物的防卫信号通路,诱导了抗病防卫基因在转基因植株体内的表达,增强了植株对TMV的系统抗性。     

利用RNA干扰介导抗病性获得兼抗四种病毒的转基因马铃薯

为获得兼抗马铃薯X病毒(Potato virus X,PVX)、马铃薯Y病毒(Potato virus Y,PVY)、马铃薯卷叶病毒(Potato leaf roll virus,PLRV)和马铃薯潜隐花叶病毒(Potato virus S,PVS)4种病毒的转基因马铃薯新材料,分别以这4种病毒全长CP基因为模板,通过设计PCR引物和亚克隆获得4种病毒CP基因相对保守区段的基因片段,并将其拼接成融合基因,以载体pHANNIBAL和pBI121为基础,构建RNA干扰(RNA interference,RNAi)载体,利用农杆菌介导的转基因体系进行马铃薯遗传转化,并对获得的转基因马铃薯进行病毒抗性检测。结果表明,所获得的融合基因片段RH1和RH2,酶切鉴定分别得到长度为1 200 bp的条带,与预期片段相符;构建了含pdk内含子和RH1、RH2融合基因的RNAi植物表达载体,经Bam H I/Sac I双酶切,获得长度约3 200 bp的片段,表明RNAi植物表达载体pBI121-pRH构建成功;转化易感病毒马铃薯品种陇薯11号,PCR检测和PCRSouthern杂交分析表明融合基因已整合到陇薯11号马铃薯基因组中;抗病性检测显示4株转基因马铃薯植株对4种病毒均免疫。表明利用RNAi可筛选出抗多种病毒的转基因马铃薯新种质。     

转抗蚜GNA基因苜蓿的研究

将雪花莲凝集素基因GNA插入双元载体pBI121中的GUS基因的上游,得到植物表达载体pLG66m。GNA与GUS基因构成融合基因,共用一个CaMV35S启动子。将该表达载体导入农杆菌LBA4404,得到LBA4404／pLG66m菌株。利用LBA4404／pLG66m菌株培养液直接浸泡萌动的苜蓿种子,组织学检测表明GUS在种苗上3 d的瞬时表达效率超过90％。待苜蓿长出第3片真叶后检测,GUS表达效率明显下降。GNA基因在种苗期间的短期表达也积累GNA毒蛋白在苜蓿体内的含量,为苜蓿在苗期抗蚜起到一定作用。     

dsRNA分解酶PAC 1对4种植物病毒、3种类病毒dsRNA的降解活性检测及转pac 1基因烟草的获得

 将来自粟酒裂殖酵母的pac 1基因,导入原核表达载体pET-5a中,并转入大肠杆菌BL21(DE3)pLysS,经IPTG诱导,其表达产物能够降解4种植物病毒Cucumber mosaic virus(CMV)、Tobacco mosaic virus(TMV)、Rice black-streaked dwarf(RBSDV)和Rice dwarf virus(RDV)和3种类病毒Apple scar skin viroid(ASSVd)、Coleus blumei viroid(CBVd)和Hopstunt viroid(HSVd)的dsRNA。将pac 1导入双元载体pBI121,并转入根癌农杆菌LBA4404,以烟草(品种NC89)组培苗的叶片为受体材料进行转化,经过诱导愈伤、分化、再生和筛选培养,获得了50株Kan抗性植株,收获T₁种子分别播种,对这些转基因植株进行分子生物学检测。PCR、PCR-Southern和RT-PCR检测结果表明,pac 1基因已整合到受体基因组中。     

Activation of Defense Pathways: Synergism between Reactive Oxygen Species and Salicylic Acid and Consideration of Field Applicability

Treatment of tobacco with a mixture containing reactive oxygen species (ROS) and salicylic acid (SA) provided greater protection of tobacco against infection by Pseudomonas syringae pv. tabaci than either treatment alone. Synergism in expression from the promoter of the defense gene PR-1a was also observed. Although the ROS hydrogen peroxide and peracetic acid were poor inducers alone, they enhanced the level of -glucuronidase (GUS) activity expressed from the PR-1a promoter when applied with SA to a transgenic plant bearing a PR-1a::GUS fusion. PR-1a expression was not correlated with increased cell death as determined by Evans blue staining. There was no effect on the timing at which expression was increased by the mixture compared with the separate treatments. The mixture of hydrogen peroxide and SA partially mimicked the effect of a commercial product Oxycom that has field efficacy in improving plant performance. Repetitive applications of Oxycom enhanced expression from the PR-1a promoter and the production of the PR-1 protein. Enhanced activity occurred systemically both from aerial applications to single leaves and from root drenches. Root application strongly promoted veinal expression for the PR-1a promoter compared with confluent production in leaves of sprayed seedlings. Application methods and timing may aid in the success of activators of systemic acquired resistance in field conditions.