外源铁蛋白基因对水稻重要性状表达的影响

以原始亲本"秀水11"为轮回亲本,Fer转基因高代系("Fer34")为非轮回亲本,采用连续回交和自交,结合GUS组织染色检测,获得了性状稳定、且带有外源Fer基因的"Fer34-XS11",它与原"秀水11"组成近等基因系。对该近等基因系的重要农艺性状、品质性状、抗病性状等进行考察。结果表明,外源Fer基因对水稻导入系无不良影响,转基因系基本保持了原亲本的生物学特性。     

4份低植酸铁蛋白转基因水稻花培系的生物学特征观察

在获得31份集外源铁蛋白基因（Fer）和低植酸突变基因（lpa）于一体的水稻花培纯系基础上,选取4份稻米铁含量明显较高的花培代表系（Fer34-HIPj1-1、Fer34-HIPj1-2、 Fer65-HIPj2-1和 Fer65-HIPj2-2）,以秀水11和秀水110为亲本对照,对铁蛋白和低植酸双基因表达水稻的生物学特性进行观察。结果表明,与对照相比,这些双基因纯系均有较为明显的发芽起始滞后、幼苗早期生长缓慢、灌浆前期速率较慢等迹象,最终致使单株产量下降。此外,还发现成株期叶片的叶绿素含量和组成与对照相仿,但其净光合速率比对照快,这种光合生理特性是否与铁蛋白转基因或低植酸突变有关还有待进一步研究。     

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。     

豌豆铁蛋白转基因水稻纯系重要生物学特性的变异

选取经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(Oryza sativa)纯系,以秀水11为CK,就外源基因(Fer)导入对稻米Fe含量、重要农艺性状、稻米品质和植株耐逆性的影响进行了研究。结果表明:1)26份转基因纯系的精米平均总铁含量为10.37μg/g,仅有4份(即Fer34、Fer36、Fer39和Fer65)显著高于CK(6.46μg/g);2)除单株穗数和剑叶长外,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个性状均有部分纯系与CK存在显著差异,但尚未发现经济性状明显变劣的纯系;3)所有参试纯系的糙米率、精米率、整精米率、米粒长、米粒宽、米粒长/宽比和直链淀粉含量等7个性状表现均与CK相仿,而在垩白粒率、垩白度、碱消值和胶稠度等4个性状,部分纯系发生了显著变异,其变化缺乏明显的规律性;4)参试纯系间的耐冷性和耐热性变异与稻米铁含量变化并无显著相关性,但对稻瘟病(Pyricularia oryzae)、白叶枯病(Xanthomonas oryzae)和褐稻虱(Niaparvata lugens)抗(耐)性有随着稻米铁含量增加而减轻危害的趋势。     

水稻低植酸突变基因和外源铁蛋白基因的聚合

对所获得的2份低植酸突变系和2份铁蛋白(Fer)转基因富铁系稻米进行了无机磷、种子GUS、叶片PCR、稻米矿质元素含量检测和简单的遗传分析,表明这些材料作为低植酸突变种质和Fer富铁种质具有良好的实用价值。对所配杂种F1进行了花药培养,并对愈伤组织诱导、分化、生根和花培苗倍数性、成活率、结实性等性状进行考察,认为低植酸基因和铁蛋白外源基因对花培过程影响不明显。在大量的花培后代中筛选到31份低植酸基因和外源铁蛋白基因双重表达的花培纯系,经检测,该批材料富铁效果极为显著,是难得的低植酸富铁转基因优良新种质。     

无载体框架结构的大豆铁蛋白线性表达盒提高小麦籽粒铁含量的研究

培育和推广铁强化型小麦品种对于经济有效地解决贫困人口的铁营养不良问题具有重要意义。本研究通过 RT-PCR 得到了大豆(Glycine max)铁蛋白基因,构建了无载体框架的大豆铁蛋白线性表达盒(即小麦籽粒特异的高分子量谷蛋白亚基 1Dx5 的启动子 - 大豆铁蛋白基因 -NOS 终止子酶切片段);用基因枪法转化"京花 1 号"小麦(Triticum aestivum)幼胚愈伤组织,经草胺膦筛选和分化后,得到 276 株转基因T0植株,通过 PCR 筛选出阳性植株 65 株;RT-PCR 检测发现 29 个株系的大豆铁蛋白基因在灌浆期籽粒中表达;与对照相比,对 8031 个 T1代株系所结的 T2代籽粒进行了铁含量测定,有 265 个株系成熟籽粒的铁含量均比对照有不同幅度提高,增幅在 4.93%~64.03%之间,其中 22 个株系的籽粒铁含量显著或极显著提高。结果提示,利用无载体框架的大豆铁蛋白线性表达盒可以有效地培育出籽粒铁含量显著提高的转基因小麦。     

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。     

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。     

高赖氨酸蛋白质基因和bar基因导入水稻及转基因植株的检测

构建了1个含高赖氨酸蛋白质基因和bar基因的植物表达载体，用基因枪法将其分别导入籼稻(Oryza sativa ssp．indica)中优早5号幼胚和龙特甫B成熟胚诱导的愈伤组织中，筛选后得到16株可育的再生植株。PCR和Southern blot检测结果表明，外源基因已整合到水稻的基因组中。T1代植株表现出对PPT的抗性。对部分T1代转基因水稻种子进行分析表明，中优早5号种子中蛋白质含量(12．07％～16．2％)和赖氨酸含量(0．52％-0．67％)分别提高了35．18％和45．09％，龙特甫B种子中蛋白质含量(11．92％，12．87％)和赖氨酸含量(0．51％-0．57％)分别提高了27．69％和16．15％。     

花青素调节基因VlmybA2对番茄遗传转化

以小型番茄Micro-Tom为材料,利用农杆菌介导法导入花青素调节基因VlmybA2.对抗性筛选出的再生植株进行GUS组织染色和PCR检测,证明外源基因已经整合到Micro-Tom中,转基因番茄根、茎、叶脉、果皮均呈紫色,花色为黄紫嵌合.而野生型的根为白色,茎、叶脉呈绿色,果皮为红色,花为黄色.对转基因番茄的花青素含量、叶片叶绿素含量和光合速率等生理指标进行测定,花青素含量有显著增加,叶绿素含量降低,VlmybA2基因过量表达会降低植株的光合效率,但对植株正常生长影响并不显著.VlmybA2基因既可增加抗衰老物质花青素含量,又可作为转基因植株的报告基因.     

转基因抗虫水稻矮秆突变体的品质性状分析

对转cry1Ab基因抗虫水稻矮秆突变体的品质性状与原亲本秀水11进行了对比分析,发现在最高粘度、热浆粘度和冷胶粘度等RVA谱特征值上两者有显著差异,而在外观品质、碾磨品质、表观直链淀粉含量、胶稠度和淀粉粘滞特性的崩解值、消减值等淀粉食用品质方面基本相同,在蛋白、脂肪、灰分、矿物质和氨基酸等关键营养成分上也不存在显著差异,在蒸煮后的矮杆突变体米粒中也未检测到Cry1Ab杀虫蛋白。     

转CBF1基因增强水稻的耐逆性

为改良水稻(Oryza sativaL.)的耐逆性,以来源于成熟种子的胚性愈伤组织为受体材料,通过农杆菌介导法将拟南芥(Arabidopsis thaliana)耐逆相关CBF1基因导入粳稻品种秀水11基因组,经GUS组织化学染色、PCR检测和Southern杂交分析验证,获得一批转基因植株。T1代检测结果显示,所转基因已遗传给后代,且大多数株系的分离比符合3∶1。试验表明,在高盐与高渗胁迫下,转基因株系较非转化对照具有显著或极显著生长优势,表现苗高负增长率较小,长出的根数较多,根长较长;经低温胁迫处理后,转基因株系的叶片相对电导率显著或极显著低于对照。这些结果证明水稻转基因株系的耐逆性得到了增强。     

Characterization of Cry34Ab1 and Cry35Ab1 insecticidal crystal proteins expressed in transgenic corn plants and Pseudomonas fluorescens

Cry34Ab1 and Cry35Ab1 proteins, identified from Bacillus thuringiensis strain PS149B1, act together to control corn rootworms. Transgenic corn lines coexpressing the two proteins were developed to protect corn against rootworm damage. Large quantities of the two proteins were needed to conduct studies required for assessing the safety of this transgenic corn crop. Because it was technically infeasible to obtain sufficient quantities of high purity Cry34Ab1 and Cry35Ab1 proteins from the transgenic corn plants, the proteins were produced using a recombinant Pseudomonas fluorescens (Pf) production system. The two proteins from both the transgenic corn and the Pf were purified and characterized. The proteins from each host had the expected molecular mass and were immunoreactive to specific antibodies in enzyme-linked immunosorbent assay and Western blot analysis. Data from N-terminal sequencing, tryptic peptide mass fingerprinting, internal peptide sequencing, and biological activity provided direct evidence that the Cry34Ab1 and Cry35Ab1 proteins produced in Pf and transgenic corn were, respectively, comparable or equivalent molecules. In addition, neither protein had detectable glycosylation regardless of the host.     

西红柿原系统素基因转化水稻的抗虫性研究

构建了两个含西红柿原系统素基因的双元载体pNAR304（UbiI5’+Prosystemin+NOS3’）和pNAR305 (UbiI5’+Prosystemin+NOS3’+ PinⅡ5’+PinⅡ+PinⅡ3’)，并用农杆菌介导方法将其转入水稻品种秀水63、合江19和日本晴。经潮霉素抗性、PCR和Southern blot确证，共获得转基因水稻14株。Northern blot检测表明，原系统素基因(Prosystemin)和马铃薯蛋白酶抑制剂基因(PinⅡ)在这些转基因植株中都能转录表达。然而，植株的二化螟和褐飞虱抗虫性鉴定表明：单独转入Prosystemin（pNAR304）不能提高转基因水稻的抗虫能力；Prosystemin和PinⅡ双价（pNAR305）转基因植株能明显提高水稻的抗虫性，但其抗性水平与PinⅡ单个基因的转基因水稻植株间并无显著差异。 这表明，Prosystemin基因转入水稻并不能有效调节转基因水稻PinII基因的表达量。据此试验结果推测，水稻中可能不存在类似于西红柿系统素的信号途径，很可能水稻的伤害信号转导是经由与双子叶植物系统素体系不同的其它途径来实现的。     

Difference in selenium accumulation in shoots of two rice cultivars

Two japonica rice （Oryza sativa L.） cultivars, Xiushui 48 and S. Andrea, differing in their ability to accumulate Se in the grain （as high as a three-fold difference）, were compared for selenium （Se） accumulation in their shoots when their growth media was supplied with different forms of Se. Results indicated that when treated with 0.25μmol L^-1 Na2SeO3, Xiushui 48 accumulation of Se in the shoots was significantly more rapid （P〈0.05） than S. Andrea, probably because of greater Se uptake and transport in Xiushui 48. Xiushui 48 rice seedlings had a higher shoot-Se accumulation rate and absorbed selenocysteine （Se-Cys） more rapidly than S. Andrea seedlings. However, when treated with Se as 0.25μmol L^-1 selenomethionine （Se-Met）, the S. Andrea seedlings＇ accumulation rate was significantly greater （P〈0.05） than that of Xiushui 48. Possibly, the high Se accumulation rate of Xiushui 48 seedling shoots compared to S. Andrea shoots was the result of a higher capacity of Xiushui 48 to transform selenite to organic Se compounds and a higher selenite uptake rate.     

我国南方主推水稻品种氮效率筛选及评价

【目的】评价我国南方地区主推水稻品种氮效率,筛选氮高效和氮低效品种,并探索其高效和低效的原因及其生理机制。【方法】选用34份我国南方主推水稻品种,采用大田小区试验和盆栽试验,进行正常氮和低氮处理,利用产量法并结合产量构成因子、叶片SPAD值以及水稻地上部氮素累积量,筛选出氮高效和氮低效品种。【结果】 1）在2011年大田试验中,34个品种正常氮处理产量大多高于低氮处理的产量。通过对氮效率的分析发现,徽两优6号、广两优35和天优华占3个品种具有较高的氮效率,分别达到1.11、1.02和1.00,而秀水134、富稻2号和五丰优7025的氮效率较低,分别为0.55、0.61和 0.61。通过对各品种的产量构成因子分析发现,正常氮处理下,各品种产量构成因子大多高于低氮处理。在低氮条件下,氮高效品种的穗数和穗粒数以及千粒重均较高。通过筛选发现徽两优6号、广两优35和天优华占3个水稻品种表现为氮高效;秀水134、富稻2号和五丰优7025 3个品种表现为氮低效。2）通过2012年大田和盆栽试验的复筛,发现大田与盆栽试验结果基本一致。实际产量和理论产量均表现出徽两优6号和广两优35的产量和氮效率较高,秀水134、五丰优7025和富稻2号的氮效率较低。通过对各品种的产量构成因子分析发现,2012年大田试验中,在正常氮条件下,高效品种广两优35的穗数、千粒重均显著高于低效品种。在对SPAD值的分析中发现,2012年大田试验中,低氮处理下氮高效品种在同一生育时期其SPAD值普遍高于或者显著高于低效品种。2012年盆栽试验中,正常氮处理下,高效品种叶片SPAD值略高于低效品种。在对水稻地上部氮累积量的研究中发现,在正常氮处理下,不同生育期高效品种与低效品种间普遍没有显著性差异,仅低效品种秀水134显著低于其他几个品种;而在低氮处理下,在分蘖期高效品种与低效品种并无显著性差异,甚至高效品种徽两优6号氮素累积量还要低于低效品种;但在灌浆期和成熟期,两个高效品种的氮素累积量高于或显著高于低效品种。【结论】确定广两优35为高效品种,秀水134为低效品种。氮高效品种在低氮胁迫下,能够获得较高的穗数和穗粒数,从而获得较高产量。特别在生育后期,高效品种地上部能够积累更多的氮素,从而可促进光合作用,提高碳、氮同化效率,并获得较高产量。