抗马铃薯Y病毒的烟草种质资源抗性分析

为了解我国烟草种质资源对马铃薯Y病毒(Potato virus Y,PVY)的抗性状况,为烟草抗病育种的亲本选择提供信息,本研究通过苗期PVY汁液摩擦接种,从500多份烟草种质资源中筛选出假川烟等15份抗PVY资源。与va位点缺失的抗PVY品种NC55杂交F1的PVY抗性鉴定结果表明,假川烟、Havana K-2-24的PVY抗性与NC55的va位点等位。e IF4E-1基因特异分子标记检测表明,假川烟、Havana K-2-24、Yellow speicial和C151的PVY抗性与e IF4E-1基因缺失有关。本研究鉴定的抗PVY烟草种质资源,可为种质资源的育种利用提供参考。     

利用CRISPR/Cas9技术创制烟草NtabMYC2基因的定点突变

本研究利用CRSIPR/Cas9基因编辑技术,创制了NtabMYC2的不同的定点突变材料。针对NtabMYC2基因3个敲除靶位点,设计并成功构建了相应的载体。结果表明:3个载体转化烟草后,通过测序验证NtabMYC2基因被成功敲除了,统计3个载体的敲除成功率分别是24%、2%、10%;T0突变植株经过自交重组产生T1代植株,通过测序分析T1代植株存在4种纯合的NtabMYC2基因突变类型,其分别是多一个A、T、C插入突变和一个缺失4个碱基缺失突变。为进一步研究NtabMYC2基因在烟草中的功能提供了一定的参考价值。     

利用CRISPR-Cas9基因编辑技术获得AtLCR67基因敲除突变体

拟南芥AtLCR67基因属于低分子量富含半胱氨酸(low-molecular-weight cysteine-rich,LCR)基因家族。在正常生长条件下,该基因在发育的种子中特异表达。为了研究该基因在发育或代谢过程中的可能作用,在没有合适T-DNA插入突变缺乏的情况下,我们利用CRISPR-Cas9定向敲除技术来创制该基因沉默的拟南芥突变体材料。通过构建AtLCR67基因的CRISPR-Cas9敲除质粒,借助农杆菌介导的浸花法转化野生型拟南芥Col-0,最终获得12株T0代转基因植株。对T0转基因植株的AtLCR67基因进行测序分析发现,在设计的靶位点处存在短片段缺失12个碱基和增加一个T碱基两种突变类型,进一步做RT-PCR检测分析发现突变体中AtLCR67基因完全不表达,说明成功获得拟南芥lcr67突变体。突变体材料的获得为进一步研究AtLCR67基因在发育或代谢方面的的功能奠定了良好基础。     

蛋白激发子基因pemG1转化三生烟中及其对TMV抗性的提高

通过根癌农杆菌(Agrobactrium tumefaciens)介导转化法,将含有稻瘟菌蛋白激发子基因pemG1的植物表达载体pCAMBIA2300-Ubi-pemG1-Ocs转化三生烟(Nicotiana tobacum cv. Samsun NN),获得了转基因植株。用PCR检测抗卡那霉素烟苗确认阳性转化株,用Southern、Northern和Western杂交进一步证实了pemG1基因的整合、转录和表达。对T2代转基因阳性株进行烟草花叶病毒(Tobacco Mosaic Virus)接种试验。接种5 d后发现,与非转基因对照相比,表达pemG1的烟草叶片枯斑数量减少,表明稻瘟菌蛋白激发子基因pemG1的表达提高了转基因烟草对TMV的抗性。     

蛋白激发子基因pemG1转化三生烟及其对TMV抗性的提高

通过根癌农杆菌（Agrobactrium tumefaciens）介导转化法,将含有稻瘟菌蛋白激发子基因pemGl的植物表达载体pCAMBIA2300-Ubi-pemG1-Ocs转化三生烟（Nicotiana tobacum cv．Samsun NN）,获得了转基因植株。用PCR检测抗卡那霉素烟苗确认阳性转化株,用Southern、Northern和Western杂交进一步证实了pemG1基因的整合、转录和表达。对T2代转基因阳性株进行烟草花叶病毒（Tobacco Mosaic Virus）接种试验。接种5d后发现,与非转基因对照相比,表达pemG1的烟草叶片枯斑数量减少,表明稻瘟菌蛋白激发子基因pemG1的表达提高了转基因烟草对TMV的抗性。     

CRISPR/Cas9介导的拟南芥TT1基因的敲除

在菜油品质上黄籽相较于褐籽更为优良,且更易于合成高质量的生物柴油。已有研究表明TT1(TRANSPARENT TESTA 1)基因是类黄酮代谢途径中的关键基因,为了通过CRISPR/Cas9基因编辑载体验证TT1基因在白菜型油菜中的功能,本研究先在拟南芥中进行了TT1基因的编辑。构建了CRISPR/Cas9 TT1基因编辑载体,通过农杆菌介导侵染拟南芥花序的遗传转化方式将编辑载体引入拟南芥Columbia生态型,通过表型观察发现T1代12株阳性苗中产生了11株表型株,其中1株表现为褐籽,2株表现为黄籽,9株表现为黄籽和褐籽的嵌合。测序检测分析其突变型结果发现,TT1靶位点处有单碱基缺失、单碱基插入、多个碱基缺失、碱基缺失后插入以及两个靶位点之间多个碱基缺失的多种突变类型。T2代获得一株纯合突变体,TT1两个靶位点之间产生79 bp的碱基缺失,且全株表现为黄籽。本研究为CRISPR/Cas9载体在白菜型油菜中TT1基因功能验证提供借鉴,并为其它作物TT1同源基因的功能验证提供了新的突变体材料。     

CRISPR/Cas9技术编辑RMS2基因及其利用

水稻雄性不育是杂交水稻杂种优势利用的基础。为了推动粳型第三代杂交水稻育制种技术的发展,本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对普通隐性核雄性不育基因RMS2进行定点编辑。根据CRISPR/Cas9基因编辑原理,以RMS2作为靶标基因,在基因第一和第二外显子分别选择正反向靶位点,在NCBI数据库利用BLAST工具分析靶位点特异性,最终构建一个双靶点的CRISPR/Cas9敲除载体。以粳稻品种‘中花11’作为受体,使用农杆菌遗传转化法转化受体获得21株T0代转化苗,通过对潮霉素抗性基因进行检测获得17株阳性苗。对17株阳性苗的2个靶位点分别进行测序分析,有13株在靶位点1发生编辑,突变频率为76.4%。全部植株都在靶位点2被成功编辑,突变频率为100%。不同靶位点发生的突变样式有较大差异。设计InDel标记用于重点株系10的分子标记辅助选择育种,最终获得无T-DNA成分的普通粳稻核不育系。本研究创制的新的rms2突变体和不含转基因成分的rms2粳稻不育系,不仅丰富了rms2的突变类型,也为进一步研究GDSL脂肪酶功能和粳型第三代杂交水稻创制了重要的材料。     

枸杞转录因子LbMYB103在转基因烟草中的表达

为了探讨枸杞转录因子Lb MYB103在植物生长发育中的功能,本实验采用RT-PCR技术从宁夏枸杞‘宁杞1号’花药中分离了该基因的完整开放阅读框,并构建植物过表达载体p Cambia2301-ky-Lb MYB103,经农杆菌介导法转化烟草。通过抗性筛选和PCR鉴定得到T0代转基因阳性植株,对T0代阳性烟草种子进行抗性筛选、PCR鉴定获得遗传稳定的T1、T2代阳性转基因烟草,观察其生长发育状况及性状。结果表明,外源基因Lb MYB103已经成功整合进烟草基因组中并能够在Ca MV35s强启动子稳定表达。与野生型相比,转基因烟草长势较慢,株高为野生型一半左右,其花器官发育异常,部分花瓣畸变。推测枸杞Lb MYB103转录因子在烟草花器官发育过程中起调控作用,此结果为进一步探讨该转录因子在枸杞花器官发育过程中的调控作用提供了理论依据。     

利用CRISPR/Cas9敲除NbLFY基因延迟本氏烟开花时间

开花是植物从营养生长转向生殖生长的重要标志,过早开花会造成植物早衰,严重影响以营养体为产品器官的经济作物的产量和品质,因此研究植物开花基因并对其进行编辑以延迟开花时间具有重要的理论意义和应用价值。LFY基因可抑制叶原基生长并促进花分生组织及花器官形成,是调控植物开花的关键“分子开关”。为利用LFY基因延迟易早花植物的开花时间,本研究以本氏烟为试验材料,构建了NbLFY基因的CRISPR/Cas9敲除载体,利用农杆菌介导法转化叶盘并对编辑植株的表型进行了观察分析。结果表明,通过抗性筛选和PCR检测共获得了10株T₀代植株,靶位点测序分析发现其中有2株NbLFY基因发生了突变,编辑效率为20%,突变类型均为缺失了一个碱基(T)而造成了移码突变。对T₁代基因编辑植株进行表型性状观察发现,与野生型相比,基因编辑植株株高显著降低,现蕾期延迟20 d,第一花序节位也明显提高,表明NbLFY基因的突变导致本氏烟开花时间延后,生殖生长进程延迟。本研究结果证实了NbLFY基因可促进本氏烟开花,敲除该基因可以推迟开花时间。上述研究结果为其他经济作物利用LFY基因...     

CRISPR-Cas9植物基因编辑系统敲除拟南芥AG基因表达载体的构建

CRISPR-Cas系统是细菌和古细菌在进化过程中逐渐形成的一种适应性免疫系统,通过sg RNA介导对靶位点进行定位并利用Cas酶对核酸实现双链断裂(double-strand break,DSB)。CRISPR-Cas系统作为一种新兴的基因定点编辑技术逐渐成熟并在多个植物中成功得到应用,以此技术对目的基因进行靶向的敲除或敲入。本实验以拟南芥AG基因为基础,构建CRISPR-Cas9植物基因编辑系统敲除拟南芥AG基因的表达载体,并利用农杆菌介导CRISPR-Cas9植物基因编辑系统敲除拟南芥AG基因,以获得高效的敲除拟南芥基因的遗传转化体系。     

利用CRISPR/Cas9技术创建OsGPRP家族基因突变体

本研究利用CRISPR/Cas9技术对水稻OsGPRP家族基因进行敲除,在3个水稻OsGPRP基因的第一个外显子PAM序列区域各设计一个靶位点,并将3个靶位点的sg RNA进行串连,成功构建了3个OsGPRP基因同时敲除的CRISPR/Cas9载体;采用根癌农杆菌介导的遗传转化获得了60株T0代CRISPR转基因植株;通过PCR扩增和测序分析,我们获得了2种不同类型的OsGPRP3单基因突变材料;6种不同类型的OsGPRP2/OsGPRP3两基因突变植株;1种类型的OsGPRP1/OsGPRP3两基因纯合突变植株和4种不同类型的OsGPRP1/OsGPRP2/OsGPRP3三基因突变材料,为进一步研究OsGPRP家族基因的生物学功能及其相互关系提供遗传材料。     

利用CRISPR-Cas9基因编辑技术获得水稻OsWOX9C基因突变体

WUSCHEL-Related HOMEOBOX(WOX)基因家族是植物所特有的一类转录因子基因家族,该家族成员在植物发育的不同过程中发挥了重要的调节功能。相比于双子叶模式植物拟南芥,对于单子叶模式植物水稻中WOX基因家族成员功能的了解还很不充分。水稻DWT1/OsWOX9隶属于WOX基因家族的中间支,该基因在水稻主穗和分蘖穗的协同生长中起到了重要的调节作用。OsWOX9B和OsWOX9C是水稻中与DWT1/OsWOX9最为同源的基因,并具有相似的表达模式,但是否具有相似的生物学功能尚不清除。为了研究水稻WOX基因家族成员OsWOX9C的功能,我们利用CRISPR-Cas9基因编辑体系,设计了水稻WOX家族基因OsWOX9C(LOC_Os05g48990)的敲除靶点,构建了OsWOX9C基因的敲除载体。通过对OsWOX9C基因序列分析,将合成的靶点序列插入p BIN-sg R-Cas9-Os载体中,构建p BIN-sg R-Cas9-Os-Target载体,通过农杆菌介导的方法转化水稻品种9522。从5株T0代转基因苗中鉴定出1株OsWOX9C突变的杂合突变体,并通过对自交分离群体的测序分析,筛选出OsWOX9C的四种突变类型。这四种突变体的突变位点均在外显子第146位碱基处,包括插入碱基A或T的两种纯合突变类型,以及插入A/T或C/T的两种双等位突变类型。通过蛋白序列分析,发现这四种突变株系均导致移码而使氨基酸提前终止致使基因突变。本研究利用CRISPR-Cas9基因编辑技术获得了水稻OsWOX9C基因的敲除突变体,为进一步研究OsWOX9C基因的功能提供了重要的遗传材料。     

利用CRISPR-Cas9基因编辑技术获得水稻osarf8-1杂合突变体

为了研究生长素是如何参与调控植物的生长发育过程,我们利用CRISPR-Cas9基因编辑技术,设计水稻生长素响应因子OsARF8的两个靶点,对水稻中的该基因进行敲除。构建基因编辑载体pBIN-sg R-Cas-Os,通过农杆菌介导转化水稻品种‘9522’。我们从潮霉素抗性筛选出的28株转基因植株中鉴定得到针对OsARF8的一种杂合突变类型,共计6棵在外显子第174号碱基处缺失一个C碱基的杂合突变类型osarf8-1,该处碱基突变所对应的是第7个氨基酸的变化,导致亮氨酸(Leu)变成色氨酸(Trp),自此处开始随后的氨基酸序列发生移码突变,并且提前终止于第123个氨基酸,正好位于Os ARF蛋白的DBD功能域的最始端(DBD为120~222个氨基酸),说明DBD功能域在该突变体中完全不能表达,ARF8蛋白的功能将受到极大的影响。本研究成功利用CRISPR-Cas9基因编辑技术精确地敲除了水稻OsARF8基因,为CRISPR技术在水稻中的应用提供了一个可供参考的范例,同时也为进一步研究OsARF8基因功能提供了重要的参考依据。     

酿酒酵母NHX1基因克隆与烟草表达分析

提取酿酒酵母DNA，PCR法合成片段长度为1902bp的NHX1基因，构建植物高效表达载体转化烟草，经PCR扩增、GUS酶染色分子鉴定后，应用荧光定量PCR分析转化材料幼根NHX1基因的转录水平，并将各转化材料T1代烟苗移栽至中间试验隔离圃中，化验分析烟叶内在成分。获得抗卡那霉素、NHX1基因PCR扩增和GUS染色阳性的转化子42株，在转化材料幼根中可检测到外源基因NHX1转录的mRNA分子；烟叶内在成分化验结果表明T1代转化材料烟叶含钾量增加30％，总糖含量显著降低，证明NHX1基因除了与Na^＋运输有关还与K^＋的吸收和糖分运输有关。     

稻瘟病新抗性基因Pi39候选基因CRISPR/Cas9敲除载体的构建

Pi39是位于水稻第12染色体上的稻瘟病新抗性基因,为了明确其功能,本研究利用CRISPR/Cas9系统构建候选基因的敲除载体。通过对候选基因序列分析,将合成的靶位点序列插入入门载体pENTR-sgRNA,再与表达载体Cas9发生重组。本研究首先在候选基因的第一个外显子区域找到了2个带有PAM序列的靶位点,将2个目的小片段依次克隆到pENTR-sgRNA载体上。通过菌落PCR检测及测序,结果表明目的小片段插入位置正确。将入门载体与表达载体进行重组反应后,阳性克隆经菌落PCR和质粒DNA酶切鉴定并测序,结果表明重组载体构建成功。本研究利用CRISPR/Cas9系统构建敲除载体操作简单,耗时短,为进一步开展Pi39候选基因的功能研究奠定了基础。     

利用CRISPR/Cas9技术创建OsIPCS家族基因突变体

肌醇磷酸神经酰胺合酶(inositol phosphoryl ceramide synthase,IPCS)是植物鞘脂合成途径中的一种关键酶,在植物生长发育和逆境适应中具有重要作用。本研究在OsIPCS基因外显子区域设计带有PAM序列的靶位点,利用PCR扩增获得OsIPCS基因sg RNA表达盒,并成功构建CRISPR/Cas9敲除载体;采用根癌农杆菌介导的遗传转化获得3个OsIPCS基因的T0代CRISPR转基因植株;通过PCR扩增和测序确定突变类型,其中2株不同突变类型的OsIPCS1突变单株,27株不同突变类型的OsIPCS2突变单株,9株不同突变类型的OsIPCS3突变单株,为进一步开展OsIPCS基因功能的研究提供科学依据。     

转Lchi1烟草T_2代对梨腐烂病菌的抗性研究

获得转化梨几丁质酶基因Lchi1的烟草,检测组成型表达Lchi1基因烟草是否能提高对梨腐烂病菌(Valsa ceratosperma)的抗性,从而初步确定Lchi1基因的功能,为进一步开展梨抗腐烂病分子育种工作提供参考。构建梨几丁质酶基因Lchi1的植物表达载体,通过农杆菌介导的叶盘法转化烟草,进而对转化的烟草T2代进行PCR及RT-PCR检测。利用离体叶片接种法,更直观地验证转基因烟草对梨腐烂病菌的抗性。Lchi1基因已经整合到烟草基因组中,并在烟草T2代中有效表达,在接种腐烂病菌后转基因烟草较未转基因烟草的抗腐烂病菌能力明显增强。梨几丁质酶基因Lchi1与腐烂病抗性相关联,可作为今后梨的抗腐烂病分子育种研究重要的基因来源。     

转GbNPR1基因提高烟草抗病性

病害是造成烟草减产和品质降低的主要因素,而利用生物技术提高烟草抗病性是解决此问题的有效途径,其中包括利用与植物抗病性密切相关的关键因子如病程相关基因非表达子(non-expressor of pathogenesis-related genes1,NPR1)。本研究利用源于海岛棉的Gb NPR1基因,表皮特异性启动子CUT1和组成型启动子35S构建两个植物表达载体35S-Gb NPR1和CUT1-Gb NPR1,经农杆菌介导法分别转化烟草。T0代及T1代转化植株PCR检测证明,目的基因已整合到核基因组中。T1代植株RT-PCR分析表明,Gb NPR1基因在转录水平得以表达。bar试纸条检测为阳性,证明和Gb NPR1连锁的草甘膦基因能够正常转录和翻译表达。将阳性植株进行烟草病菌赤星病、炭疽病和低头黑病等三种病害的病原菌离体接菌实验,研究结果表明:转CUT1-Gb NPR1载体的转基因烟草虽然较转35S-Gb NPR1载体的烟草对三种病菌的抗性稍低,但较野生型烟草相比具有较高抗性。转Gb NPR1基因的烟草能提高对低头黑病和炭疽病的抗性为首次报道。     

Bar基因的亚麻花粉管通道法转化

[研究目的]为鉴定T1代转基因亚麻植株中抗除草剂基因(bar)整合是否成功。[方法]通过花粉管通道法将bar基因导入转化植株,以叶片涂抹法对T1代转化植株进行田间草丁膦最低致死浓度筛选;以最低致死浓度草丁膦进行田间喷施后筛选耐受草丁膦药液的抗性植株,并用PCR检测bar基因阳性的抗性植株数目。[结果]草丁膦对T1代转化植株的最低致死浓度为100 mg/L。得到耐受草丁膦药液的抗性植株44株,PCR检测结果表明,8株为PCR阳性植株,平均转化率为18.2%。[结论]花粉管通道法将bar基因成功转入亚麻基因组。     

水稻膜联蛋白基因OsAnn8干旱和低温条件下表达模式以及CRISPR/Cas9定点编辑

为了阐明水稻膜联蛋白基因家族成员OsAnn8在干旱和低温胁迫条件下的功能作用机制,通过荧光定量PCR技术对不同干旱和低温处理下的水稻叶片中OsAnn8基因进行转录水平上的定量分析,结果表明,OsAnn8基因在干旱胁迫处理前后表达量呈现出高-低-高的变化趋势,而在冷胁迫处理前后表达量则呈现出低-高-低-低的变化。随后,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对OsAnn8基因进行定点编辑,并借助农杆菌介导将OsAnn8基因靶位点的CRISPR/Cas9基因编辑植物表达载体导入转基因受体品种TP309,经潮霉素筛选后共获得32株转基因阳性植株,靶位点扩增测序峰图分析表明其中的2个单株出现了重叠峰,进一步的T载体克隆分别测序表明,这2个单株为单等位基因敲除,说明本研究已经成功获得了OsAnn8基因靶位点敲除的单等位突变体,不同类型的水稻OsAnn8基因突变体的创建,为水稻膜联蛋白基因家族成员OsAnn8在非生物胁迫条件下的功能研究奠定了材料基础。