过表达野生大豆S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因GsSAMS提高水稻耐盐碱性

S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)是生化反应中合成甲基供体的关键酶,在植物逆境响应中具有重要的作用。为了鉴定野生大豆S-腺苷甲硫氨酸合成酶GsSAMS基因对水稻盐碱胁迫耐性的影响,本研究采用USER克隆技术构建植物过表达载体,以农杆菌介导法侵染水稻愈伤组织,经过PCR、半定量PCR(RT-PCR)等分子检测获得GsSAMS转基因水稻株系;通过对比野生型和转基因水稻盐碱胁迫处理后的表型、存活率及过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性等指标,发现GsSAMS转基因株系耐盐碱性显著优于野生型。通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析发现盐碱胁迫处理后,OsM6PR1、OsNAC5、OsPOX1基因在转基因株系中的表达显著高于野生型,说明GsSAMS可通过提高抗氧化物酶POD和CAT活性及相关基因的表达,增强转基因水稻盐碱胁迫耐受性。本研究获得的耐盐碱水稻新株系对盐碱地的开发利用具有重要意义。     

转OsbHLH1和Bar基因水稻及相关特性分析

OsbHLH1基因编码bHLH(basic helix-loop-helix,碱性螺旋-环-螺旋)类转录因子,与水稻耐低温相关。草铵膦是一种高效低毒灭生性除草剂,Bar基因表达产物能解除草铵膦的毒性。本实验对通过农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)浸染法获得的以粳型水稻(Oryza sativaL.subsp.japonica Kato)恢复系淮C17为受体的转OsbHLH1和Bar基因水稻进行研究,鉴定其除草剂抗性和耐低温能力,考查其农艺性状。草铵膦筛选发现Bar基因正常表达;对草铵膦筛选获得的转基因植株进行PCR、Southern、RT-PCR和实时荧光定量PCR检测,发现OsbHLH1基因已经整合到水稻基因组中并且在水稻中表达。转基因T3代株系芽期(萌发芽长0.5mm)在2℃条件下处理6d,第6号转基因株系死苗率为17.8%,对照死苗率为61.1%。T3代苗期(一叶一心)在8～10℃下处理7d,第5、6、9、11号株系的根长显著长于对照,第3、5、11号株系的根数显著多于对照,第3号株系的平均鲜重显著重于对照。芽期、苗期耐冷性试验表明,OsbHLH1基因在水稻中过量表达显著提高了水稻芽期、苗期的耐低温能力。对转基因T2代的农艺性状进行考查,株高、千粒重、结实率、理论产量等农艺性状与对照相比较均出现了显著的变化,外源基因的导入对水稻的农艺性状有明显影响。研究结果将为选育抗除草剂、耐低温杂交粳稻新组合提供新种质。     

Lox基因RNAi转基因小麦后代株系种子耐储藏性分析

小麦(Triticum aestivum)种子中脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)可催化不饱和脂肪酸的氧化作用,在种子储藏期间产生氢过氧化物,导致小麦种子在储藏过程中种子活力和营养品质降低.因此,选育种子LOX活性低的小麦品种是小麦遗传改良的任务之一.为了获得种子脂氧合酶活性显著降低、外源Lox RNAi构件(Lox geneRNAiconstruct,Loxi)能稳定遗传且种子耐储藏性增强的转基因小麦新种质,本研究以小麦西农889、闫麦8911和陕优225转Loxi稳定遗传的TF7代转基因株系为材料,对转基因种子中Lox基因家族进行了半定量RT-PCR分析,结果表明,外源Loxi可有效抑制小麦籽粒中小麦脂氧合酶1(Triticum aestivum lipoxygenase Ⅰ,TaLox1)基因的表达,但小麦脂氧合酶2(Triticum aestivum lipoxygenase 2,TaLox2)和小麦脂氧合酶3(Triticum aestivum lipoxygenase 3,TaLox3)基因的表达量不变;对3个亲本及16个TF7代转基因株系的种子脂氧合酶活性检测,结果显示,与其亲本相比,转基因株系种子脂氧合酶活性显著降低;对人工加速老化处理7和14 d的转基因和对照种子分析发现,随着老化天数的增加种子活力降低,但转基因株系种子活力均显著高于其亲本材料;人工加速老化后脂肪酸组分和含量测定分析表明,转基因株系脂肪酸比其亲本材料氧化损失少.以上结果说明,转基因株系中Lox基因的RNAi可有效抑制其种子LOX活性,使转基因小麦后代种子耐储藏性增强;筛选鉴定得到的种子LOX活性显著降低且耐储藏性增强的转基因小麦株系可为小麦育种提供新的材料.     

植物同源结构域(PHD)-finger家族转录因子OsPHD1的过量表达可提高水稻的耐逆性能

OsPHDl基因属于水稻(Oryza sativa)植物同源结构域(PHD)-finger转录因子基因家族.逆境(干旱、高盐和低温)处理下,水稻内源基因OsPHDl的表达量明显升高.利用农杆菌介导法将OsPHDl基因转入水稻(Oryza sativa ssp.jap onica)中花11,获得OsPHDl的过表达植株.耐逆性实验表明,过表达OsPHDl基因使转基因株系对低温(4～8℃)、高盐(200mmol/L)和干旱胁迫(相对含水量70%～95%)的耐受性分别提高43.3%、60%和25%,且在T2中获得稳定遗传.同时转基因水稻在其他性状与对照无明显差异.在洋葱(Allium cepa)表皮亚细胞定位实验中OsPHDl与GFP的融合蛋白定位于细胞核中,qRT-PCR结果表明,OsPHDl蛋白可能通过调节胁迫反应基因的表达来调节植物的抗逆性.研究结果提示,OsPHDl基因在水稻抗逆育种上有重要的应用前景.     

外源lea3基因转化紫花苜蓿的研究

将来源于大麦的lea3基因通过基因枪法导入紫花苜蓿栽培品种“中苜一号”的胚性愈伤组织中,经过膦丝菌素类除草剂(PPT)的4次筛选获得抗性愈伤组织,诱导分化后共获得21株抗性再生植株。经叶片涂抹除草剂试验和lea3基因的PCR分子检测证明,lea3基因已整合到紫花苜蓿的基因组中。与对照植株相比,获得的转基因植株具有显著增强的耐盐能力,表明遗传转化lea3基因可用于苜蓿抗旱耐盐新品种的选育。     

过量表达OsNPR1基因稳定提高水稻对白叶枯病的抗性

在拟南芥中,NPR1是系统获得抗性SA信号传导途径中的一个重要的调节因子,在水稻中已克隆到与之同源的OsNPR1基因。构建OsNPR1基因水稻过量表达载体,并将其转化粳稻TP309得到转基因植株;通过自交纯合,得到17个纯合株系;对T3、T4代纯合株系进行PCR鉴定,证实转基因纯合株系中外源伪OsNPR1基因具有遗传稳定性;检测了T1、T2代转基因株系和T3代转基因纯合株系对水稻白叶枯病病原细菌Xanthomonas oryzae pv．oryzae的抗病性,结果表明,在T1、T2代中70％以上的株系对水稻白叶枯病的抗性显著提高,T3代中约67％的株系对水稻白叶枯病的抗性显著提高,说明这种抗病性的提高具有遗传稳定性。OsNPR1基因可作为选育水稻抗白叶枯病新种质的一个良好的候选基因。     

转大麦烟酰胺合成酶基因提高水稻逆境胁迫耐受性的研究

维持铁等金属离子的动态平衡是保持植物细胞功能正常的先决条件。烟酰胺合成酶基因在单子叶禾本科的缺铁胁迫应答反应中起着关键作用,它的催化产物烟酰胺(NA)是铁及其他二价金属离子在体内吸收和转运的重要载体,且能与Fe2+结合形成Fe2+-NA复合物,从而使植物在酸性土壤中免受铁毒害。利用农杆菌介导法,将大麦烟酰胺合成酶基因NASHOR1转入水稻台北309中,经PCR及PCR-Southern杂交检测,确定目的基因已经整合到水稻基因组中。铁、锰、铜和锌含量的检测结果显示:与非转基因对照植株相比,转基因植株的金属元素含量都明显提高,铜、锌、锰和铁元素含量分别增加了15%、80%、31%和44%,但铁、锰和锌元素增量在株系间差异较大。在干旱胁迫下,转基因植株的超氧化物歧化酶(SOD)活性和脯氨酸含量都高于非转基因对照植株的,暗示大麦烟酰胺合酶基因在一定程度上提高了水稻的耐旱性。     

转碱蓬SsNHX1基因烟草的耐盐抗旱性研究

烟草是重要的模式植物和经济作物,盐害和干旱两种环境因子对其生长发育、产量和品质都危害很大。为了提高烟草的耐盐抗旱性,本研究利用农杆菌介导的遗传转化法在烟草中过量表达了碱蓬液泡膜Na~+/H~+逆向转运基因SsNHX1,对转基因烟草的耐盐及抗旱性进行表型鉴定和各项生化指标的检测,以期得到耐盐抗旱表性良好的SsNHX1转基因烟草。表型分析发现,SsNHX1基因过表达株系L1和L5的抗盐能力比野生型显著提高,表现为盐胁迫条件下仍能保持旺盛的生长且根系的伸长未受抑制。SsNHX1过表达株系在叶片和根系中积累了更多的Na~+和K~+,同时Na~+含量增长速率较快,而K~+含量降低速率较缓,并可维持较高的叶片相对含水量和叶绿素含量,及较低的丙二醛含量和相对电导率。干旱胁迫发现,过表达株系受干旱胁迫程度更小,并在复水后迅速恢复正常生长。同时,过表达株系的丙二醛含量和相对电导率显著低于野生型,且维持了较高的叶片相对含水量及叶绿素含量。这些结果说明SsNHX1基因在烟草中过量表达后,降低了盐胁迫和干旱胁迫对烟草根系及细胞膜的损伤,并通过调节离子含量、降低细胞的渗透势,维持了叶片较高的相对含水量和叶绿素含量,最终提高了烟草的抗盐和抗旱性。     

碳酸盐及甲硫氨酸对抗盐碱水稻根系发育的影响

以12个黑龙江省主要栽培的具有不同抗盐碱性水稻品种和7个碳酸盐抗性突变体品系的种子为材料,分别用0.02%甲硫氨酸或0.2%碳酸钠进行处理,并以0.5%琼脂培养基为对照培养,10d后调查种子根的长度、侧根数量等。结果表明,7个突变体材料经甲硫氨酸和碳酸钠处理后,侧根数和种子根长均比对照有明显的减少;而原品种没有显示出差异。突变体材料吸收碳酸盐量明显减少,抗性得到了提高。12个栽培品种材料经甲硫氨酸处理后,侧根数较对照有明显的减少;大多数种子的根长较对照无明显变化,少数种子根长较对照发生正向式负向变化。经碳酸钠处理后,侧根数和种子根长均明显变少和变短。因此经甲硫氨酸和碳酸钠处理10d后的侧根数和根长的负向极显著变化可成为衡量水稻抗盐碱的一项新指标。     

不同水分胁迫下转W16小麦回交株系基因表达特性及其抗旱机制

干旱应答元件结合蛋白(DREB)转录因子调控植物抗逆相关功能基因的表达,对提高植物抗逆境胁迫具有重要作用.本研究采用盆栽法在小麦(Tritium aestivum)拔节至抽穗期进行不同水分胁迫条件下,分析了野生型和转基因小麦回交株系转录因子基因W16的表达特点,并对其抗旱性的生理生化指标进行了测定.半定量RT-PCR结果表明:野生型在无干旱胁迫时,W16有微弱表达,随胁迫增强,表达上调,当表达量达到峰值后(12 h),随胁迫的加剧,表达量迅速下降,呈现“上升-峰值-下降”特点,而整个干旱胁迫过程中转基因植株W16在Ubiquitin启动子作用下表达恒定且表达水平较高;抗旱性生理生化机制分析表明:不同水分胁迫条件下,转基因株系的叶绿素含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、水分利用效率的变化均高于受体对照,尤其在重度干旱(SD)胁迫下的差异更显著.产量结果显示,在各水分条件下转基因株系产量都高于受体对照,其抗旱指数属于较强抗旱等级.研究结果说明了转基因小麦回交株系中W16的超表达,改良了转基因小麦抗旱性的生理生化特性,提高了转基因小麦的抗旱性能.为抗旱转基因小麦品种选育提供理论和方法参考.     

豌豆铁蛋白(pea ferritin)转基因水稻纯系重要生物学特性变异研究

选取已连续7代自交纯化，并结合GUS标记辅助选择，所获得的26份独立豌豆铁蛋白（pea ferritin, Fer）转基因水稻纯系，以秀水11为CK，就外源基因（Fer）导入可能产生对稻米Fe含量、重要农艺性状、稻米品质性状、植株耐逆性状的影响进行研究。结果表明：转基因纯系的精米平均总铁含量为10.37ug/g，仅有4份（即Fer34、Fer 36、Fer 39、Fer 65）显著高于CK（6.46ug/g），其余22份与CK无显著差异；主要农艺性状上，除单株穗数和剑叶长等2个性状的所有纯系与CK无显者差异外，播抽天数、株高、主穗长、主穗总粒数、结实率、千粒重和单株产量等7个性状均有少量纯系与CK存在显著差异，表明外源基因的导入可能对纯系有关农艺性状存在影响，但尚未发现经济性状显著变劣的纯系；稻米品质性状上，所有纯系的糙米率、精米率、整精米率、米粒长、米粒宽、米粒长/宽比等6个性状均与CK相仿，而在垩白粒率、垩白度、碱消值、胶稠度和直链淀粉性状等5个性状方面，有部分纯系发生了显著变异，其变化缺乏明显的规律性；耐逆性状方面，转基因纯系间的耐冷、热害程度变异，与稻米铁含量变化并无显著相关性，但转基因纯系间对稻瘟病、白叶枯病和褐稻虱抗（耐）性有随着稻米铁含量增加而减轻危害的趋势。本文还就有关转基因纯系重要生物学性状变异可能产生原因和外源基因作用等问题进行了讨论。     

种植与组培9年的转AhDREB1基因毛白杨耐盐性比较

为了对栽培9年后转AhDREB1基因毛白杨的耐盐性进行评价,并探究田间种植与组培继代2种不同生长条件对转基因毛白杨耐盐性的影响,以从大田种植9年的转AhDREB1基因杂种毛白杨[(Populus tomentosa×Populus bolleana)×P.tomentosa]中获得的株系(T46-F)和组培继代9年的2个转基因杂种毛白杨株系(T46、T12),以及非转基因杂种毛白杨株系(CK)为试材,通过对外源基因进行PCR检测,发现9年后AhDREB1基因仍然稳定整合在转基因植株中。通过不同浓度的Na Cl胁迫试验,对各株系的相对电导率进行分析,进一步选择测定0.6%浓度Na Cl处理水平下各株系的株高、地径生长量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸含量和叶绿素相对含量,对不同转AhDREB1基因毛白杨株系的耐盐性进行分析和比较。结果表明,所有株系的相对电导率、MDA含量均随Na Cl浓度增加而增大,但高盐浓度下转基因株系T46-F、T46、T12的相对电导率、MDA含量均显著低于CK。无论是在非盐条件,还是0.6%Na Cl胁迫下,AhDREB1基因的导入均能显著提高毛白杨植株的SOD、POD活性,脯氨酸含量。其中0.6%浓度Na Cl胁迫下,T46-F、T46、T12的SOD活性分别是CK的2.51倍、3.20倍、2.55倍;POD活性分别是CK的1.23倍、1.63倍、1.10倍;脯氨酸含量分别是CK的1.51倍、1.69倍、1.62倍。此外,转AhDREB1基因毛白杨叶绿素含量下降显著低于CK,同时株高、地径生长量显著高于CK。组培继代9年的转基因株系的脯氨酸含量、株高生长量显著高于在大田种植9年的转基因毛白杨,而相对电导率显著低于大田种植转基因株系,说明组培继代培养更有利于保持转基因毛白杨的耐盐性。综上可知,转AhDREB1基因显著提高了毛白杨的抗氧化酶活性,调控渗透调节物质的积累,从而减轻细胞膜的氧化损伤,降低了相对电导率,提高了毛白杨的耐盐性,综合考虑各个指标,各株系耐盐性的大小顺序为T46T12T46-FCK。本研究为通过转AhDREB1基因提高植物耐盐性提供了理论参考。     

水稻OsGPDH1的克隆与功能鉴定

为了解水稻甘油-3-磷酸脱氢酶基因在水稻抗逆性中的作用,本研究从水稻品种日本晴中克隆了1个编码甘油-3-磷酸脱氢酶的基因,命名为OsGPDH1,该基因编码的蛋白酶具有NAD(P)+结合域和脱氢酶域,且这2个结构域在植物中高度保守。构建过表达OsGPDH1基因载体转化水稻得到转基因植株,RT-qPCR分析表明,OsGPDH1基因在水稻孕穗期的叶、幼穗、茎、节、叶鞘中均有表达,说明该基因参与了水稻的生长发育过程。OsGPDH1基因也受到PEG6000、高盐、双氧水等逆境和甲基茉莉酸(mJA)、水杨酸(SA)等激素诱导表达,且诱导12h后,OsGPDH1的表达量达到最高水平,但对脱落酸(ABA)不敏感。盐胁迫下的发芽试验表明,过表达转基因水稻的发芽率高于野生型,说明OsGPDH1基因表达量的提高可增强转基因植株对盐胁迫的耐受性。对过表达OsGPDH1的转基因水稻进行苗期20%PEG6000胁迫处理后,转基因水稻的成活率显著高于野生型,说明OsGPDH1基因过表达可提高水稻苗期抗旱能力。本研究初步证明了OsGPDH1水稻抗盐胁迫和渗透胁迫的重要作用,为培育抗性转基因水稻新品种提供了新的基因资源。     

过量表达盐芥TsIPK2基因增强转基因水稻耐盐性

【目的】本试验以野生型(WT)和转盐芥TsIPK2基因的水稻为材料,研究NaCl胁迫条件下过量表达TsIPK2基因对水稻植株抗盐胁迫能力的影响。【方法】取水稻材料种子和其3叶龄幼苗,分别在不同NaCl浓度(0、50、100、150、200 mmol/L)下进行处理。检测WT与过量表达TsIPK2基因水稻种子的发芽率、主根长和芽长、幼苗的丙二醛(MDA)和脯氨酸的含量,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,以及与胁迫相关的5个基因的表达。【结果】在盐胁迫下,与野生型相比,转基因水稻具有更好的发芽率、主根长和芽长。野生型和转基因水稻两者的脯氨酸含量增加,转基因水稻的积累量显著高于野生型,但是转基因水稻MDA含量增加幅度小于野生型。野生型和转基因水稻幼苗SOD酶活性均增加,但转基因植株的酶活性显著高于野生型;二者POD酶活性呈现先升高后下降的趋势,但是二者活性没有显著的差别;转基因水稻的CAT活性也呈现先升高后下降的趋势,然而野生型水稻的CAT活性在盐胁迫下没有显著的变化。高盐处理后,野生型和转基因水稻的5个与胁迫相关的基因表达倍数都增加,与野生型相比,转基因水稻的OsP5CS1、OsSOD、OsCATB和OsLEA3的表达量显著升高,而OsPOX1基因的表达量变化不显著。【结论】过量表达TsIPK2基因能够通过增强水稻的渗透调节能力、抗氧化胁迫能力并调节胁迫相关基因的表达,以提高水稻的耐盐性。     

粳稻耐旱突变体的诱发与鉴定

采用60Coγ射线200Gy辐照处理晚粳稻品种“浙粳20”纯系干种子,在其后代发现2个粳稻耐旱突变体G1和G2。经(生殖生长期)海南和杭州(营养生长期)耐旱性鉴定,2个突变体耐旱性明显优于原亲本“浙粳20”,也优于巴西陆稻“IAPAR-9”。普通灌溉栽培条件下的农艺性状测试表明,2个突变体对水陆环境具有较好的双重适应性。G1综合性状优良,可直接应用于生产,G2产量偏低,可作为新的优质耐旱种质利用。     

晚粳稻耐旱突变体的耐旱性分析

在海南和杭州两地分别对晚粳稻耐旱突变体G1、原亲本浙粳20及旱稻对照巴西陆稻IAPAR-9进行耐旱性比较试验。结果表明,G1旱后再生能力明显强于亲本浙粳20和巴西陆稻IAPAR-9,表现为再生苗发生早,总再生苗数占干旱处理前总分蘖数的比例高。在干旱胁迫育秧处理时,G1最长根长、根茎长比及单苗干鲜重比显著大于亲本浙粳20,其差异达显著或极显著水平;与巴西陆稻IAPAR-9比较,G1最长根长稍短,但根茎长比和单苗干鲜重比明显大。     

转玉米ZmMPK7基因烟草响应高盐胁迫的光合特性和抗氧化酶系统分析

以烟草NC89品种野生株系(WT)和转玉米ZmMPK7基因株系为材料,在NaCl胁迫条件下,对其光合特性和抗氧化酶活性进行分析,以探讨转ZmMPK7基因烟草的耐盐性。结果表明,随盐胁迫加重,转基因烟草植株比野生型具有更高的净光合速率(Pn)、PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）和叶绿素含量（Chl）,并且转ZmMPK7基因株系能提高烟草叶片抗氧化酶活性,诱导抗氧化酶 (SOD、APX、CAT和POD)活性之间协调变化。与野生型相比,转基因烟草植株MDA含量及电解质外渗量较低,膜脂过氧化较轻,其耐盐性得到改善。