实时定量PCR检测转基因水稻科丰6号插入拷贝数和转基因含量

建立转基因成分灵敏、准确的定量标识是实施转基因安全阈值管理的一个基本步骤,其中实时定量PCR技术是检测产品中转基因含量的主要技术方法。本研究利用该技术确定了双价(cry1Ac+CpTi)转基因抗虫水稻(Oryzasativa)科丰6号中有3个拷贝的外源基因插入。通过对外源基因Bt和转化事件特异的边界特异序列为对象的绝对定量和相对定量检测方法的研究,发现以边界特异序列为对象的事件特异性检测和以目的基因Bt为对象的检测都能够满足相对定量检测的要求。在100ng基因组DNA中,Bt基因和特异性检测的相对定量检测限分别为0.1%和0.5%,在绝对定量检测中,特异性检测的检测限为5个拷贝。不同检测方法对4个已知转基因含量的样品检测结果与预期均一致。结果表明,以转基因产品占总产品比例为定义的转基因含量的测定中,多拷贝或单拷贝基因为对象的不同定量方法的检测对转基因产品的相对定量结果没有影响,本研究对转基因产品的定量阈值设定具有一定的借鉴意义。     

双价苏云金芽孢杆菌cry基因载体构建及其在大肠杆菌中表达杀虫活性

研究和利用不同苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis,Bt)杀虫蛋白之间的增效作用是构建高效遗传工程虫剂，预防和延缓害虫抗性的重要途径。BtCry1Ab,Cry1Ac和Cry2Aa蛋白对重要的鳞翅目农业害虫具有主毒力，质粒pHT-BSK含有能在大肠杆菌（Echerichia coli)－枯草芽孢杆菌（B.subtilis)有效表达的生物安全性标记基因卡那霉素抗性基因。将含Btcry1A,cry1Ac和cry2Aa全长基因的Bam HI/PstI,Bam H I/Xho I和Sma I(Bam H I)HindⅢDNA片段与pHT-BSK的应酶切产物连接，获得了单价cry/km^r组合的重组质粒pBlue-1Ab-km^r,pBlue-1Ab和pHT-2Aa;cry1Ab,cry1Ac DNA片段与pHT-2Aa相应酶切产物相连接获得了Bt双价基因／km^r组合重组质粒pBlue-crylAb-km^r-2Aa和pBlue-cry1Ac-km^4-2Aa，重组质粒中所有cry基因与km^r均形成特异的Bam H I片段。限制酶切电泳分析和特异PCR扩增证实了重组质粒的准确连接。含有重组质粒的大肠杆菌显示了对小菜蛾（Plutella xylostella）和玉米暝（Ostrinia furnacalis)的杀虫活性，对小菜蛾双价基因毒力高于单价基因，但对玉米螟它们之间没有明显差异。研究为进一步阐明Bt cry 2Aa与cry1Ab和cry 1Ac之间在不同微生物细胞中的共表达及其表达产物之间的相互作用和构建双价基因杀虫工程菌株创造了条件。     

苏云金芽孢杆菌WB9菌株cry2Ac4基因的克隆及表达

WB9是我国分离自武夷山的对多种重要农业害虫具有高毒力的苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,简称Bt)菌株,经PCR-RFLP鉴定含有cry2Ac基因。根据cry2基因序列设计引物,以WB9质粒为模板扩增cry2Ac全长基因,与大肠杆菌(Escherichia coli)克隆载体pMD18-T连接获得含有cry2Ac全长基因的重组质粒pMD2Ac并测序。该基因在GenBank上登录号为DQ361267,被Bt国际命名委员会正式命名为cry2Ac4。通过亚克隆方法将cry2Ac4基因插入穿梭表达载体pHT315获得重组表达质粒pHT2Ac,将其转化大肠杆菌SCS110和Bt无晶体突变株HD73 Cry-,得到的工程菌能正常表达70 kD蛋白,形成方形晶体。生物测定结果表明,cry2Ac4基因表达产物对桔小实蝇(Bactrocera dorsalis Hendel)幼虫具有显著的毒杀作用,但对小菜蛾(Plutella xylostella)和致倦库蚊(Culex fatlgans)幼虫基本没有效果。     

水稻淀粉分支酶基因(RBE4)作为转基因水稻基体标准物质的内标准基因的研究

内标准基因(endogenous reference gene)是指具有物种专一性、不显示等位基因变化、拷贝数恒定的保守DNA序列,对基因定量分析时具有重要意义.本研究选取了5个水稻内标准基因:根部表达的水稻基因(rice root-specific,GOS9)、磷脂酶D基因(phospholipase D,PLD)、蔗糖磷酸合成酶基因(sucrose phosphate synthase,SPS)、水稻淀粉分支酶基因(rice starch branching enzyme,RBE4)、泛素蛋白基因(ubiquitin 5,UBQ5)和2个外源基因:苏云金芽孢杆菌CrylAb杀虫晶体蛋白基因CrylAb和cryl Ab/cryl Ac融合杀虫晶体蛋白基因(CrylA c/CrylAb),分别以转基因水稻(Oryza sativa L.)克螟稻2号和TT51-1为模板,比较各自的外源基因(CrylAb =KMD2和CrylA c/CrylA b=TT51-1)与5个内源基因的PCR产物量,筛选出和外源基因PCR产物量最接近的内标准基因为RBE4.在此基础上,数字PCR不依赖于已知浓度的标准曲线来定值,可以避免标准样品的标准曲线和样品目的基因的扩增曲线在扩增效率上的不一致等因素所带来的误差,定值结果更加准确、可靠,采用数字PCR分析外源基因拷贝数与内标准基因RBE4拷贝数的比值,荧光定量PCR方法分析内标准基因RBE4和外源基因的定量检测稳定性、灵敏度等.结果表明,外源基因拷贝数与内标准基因RBE4拷贝数的比值在转基因水稻克螟稻2号和TT51-1上都较接近于1∶1,分别为115.9％和105.3％.RBE4的荧光定量PCR体系重复性、定量检测稳定性和灵敏度好,符合作为转基因水稻基体标准物质定量分析的内标准基因的要求,RBE4定量体系在TT51-1和克螟稻2号的最小检出限(LOD)分别为5～11 copies/μL和3～12 copies/μL,最小定量限(LOQ)分别为11～22和12～24 copies/μL.RBE4是转基因水稻标准物质研制和产品定量检测的适宜内标准基因.研究结果为转基因作物标准物质研制和定量检测的内标准基因选取提供一定的参考.     

苏云金芽孢杆菌cry1Aa14基因的分离、克隆及其表达

Bt25是中国自行分离的对小菜蛾(Plutella xylotella)具有高毒力的苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis),经PCR-RFLP鉴定含有cry1Aa基因。以全长基因PCR产物的粘端定向克隆的方法,设计1对特异引物,以Bt25质粒DNA为模板扩增cry1Aa全长基因。序列测定结果表明,该基因编码区为3552bp,编码1183个氨基酸,分子量为133．7kD,pI4．755。该基因序列已在GenBank注册,登记号为AY197341,并获得正式命名cry1Aa14。在氨基酸序列918～1180间,和已知的11种cry1Aa存在22-23个氨基酸的差异(其中1094～1097的4个氨基酸无对应序列),而这段区域和Cry1Ab氨基酸序列的对应区域无差异。cry1Aa14全长基因插入Bt表达载体,获得了重组表达质粒pBYB1,转化Bt无晶体突变株HD73cry-,经过抗性筛选、DNA酶切分析和PCR检测,证实转化成功。SDS-PAGE分析表明,该基因在上述受体中能正常表达133kD蛋白。杀虫生物测定结果表明,cry1Aa14表达产物对小菜蛾幼虫具有显著的毒杀作用,与cry1Aa12进行比较,毒力无明显差异。这种单基因菌株的发现及其基因的获得,为害虫抗性研究和高效工程菌的构建提供了重要实验材料。     

转基因玉米pNK603质粒分子的构建与应用

随着转基因植物和相关产品的迅速发展,转基因检测相关标准物质的需求越趋紧迫,本文针对转基因玉米(Zea mays)NK603进行了质粒分子标准物质的构建和适应性研究.通过从转基因玉米NK603阳性材料中定性扩增转化体特异性片段(NK603-108bp)和玉米的内标基因片段(zSSIIb-151 bp),将得到的PCR产物酶切连接后构建到T载体上,经过酶切、PCR扩增和测序三重验证,得到了pNK603质粒分子.选用不同转基因作物的转化体特异性引物和内标准基因引物对构建的pNK603质粒分子的特异性进行检测,PCR结果显示除了特异性目的条带外,并未发现非特异性扩增.同时采用pNK603质粒分子和转基因玉米阳性基因组DNA作定量标准对已知含量的3个水平的转基因基体物质进行转基因含量测定,实时荧光定量PCR结果发现,两种标准所得到测定的数据没有达到统计学差异显著.T检验表明,PCR扩增效率、两种标准所产生的内源或外源基因的标准曲线的斜率和截距没有显著性差异.这些结果表明,pNK603质粒分子可以作为转基因玉米NK603转化体特异性的定性和定量检测用标准物质.     

苏云金芽孢杆菌Ly30株cry1Ac基因的克隆及表达*

Bt菌Ly30株是中国自行分离的对多种害虫具有高毒力的苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt),经CAPS(cleaved amplified polymorphic sequences)系统鉴定。它含有cry1Ac基因。以全长基因PCR产物的粘端定向克隆的方法,设计1对特异引物,分别引入SalⅠ和BamHⅠ酶切位点。以Ly30质粒DNA为模板扩增cry1Ac全长基因,与表达载体pET-21b相应的酶切产物连接,转化大肠杆菌(Eschrichia coli),获得含有cry1Ac基因重组质粒pEKLy1Ac。该基因的亚克隆和序列测定结果表明,其编码区为3534bp。编码蛋白分子量为133.5kD,含1177个氨基酸,等电点为4．8,与CrylAc3同源性最高,存在4个氨基酸的差异,与Cry1Ac10之间则有6个氨基酸的不同。该基因序列已在GenBank中登记注册为AF482767,并被国际Bt杀虫晶体蛋白基因命名委员会正式命名为cry1Ac14该基因经诱导获得高效表达,SDS-PAGE电泳检测到明显的133．5kD蛋白带。室内生物测定结果表明,诱导表达的Cry1Ac蛋白对棉铃虫、甜菜夜蛾等鳞翅目害虫幼虫均有较高的杀虫活性,其LC5o值分别为19.236和3276μg／g饲料。     

转基因棉花GHB119品系特异性定量PCR检测方法的建立

为了保障和促进我国口岸进口转基因产品安全相关法律法规的顺利实施,针对我国农业部未颁发农业转基因生物安全证书的棉花品系GHB119,本研究利用TaqMan实时荧光PCR(Real-time PCR)技术,根据转基因棉花(Gossypium sp.)GHB119 3'端外源插入片段与棉花基因组DNA之间的邻接区序列设计引物和探针,并对引物、探针以及扩增体系进行了筛选和优化,建立了转基因棉花GHB119品系特异性实时荧光定量PCR检测方法。结果表明,建立的检测方法特异于转基因棉花GHB119成分检测,检测下限(limit of detection,LOD)为10拷贝的基因组DNA,定量下限(limit of quantification,LOQ)为25拷贝GHB119基因组DNA,对盲样的定量结果显示,测定值与设定值间的偏差(bias)、标准偏差(standard deviation,SD)、相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)等均在可接受范围内。本研究建立的GHB119品系特异性实时荧光定量PCR检测方法特异性好,灵敏度高,能够快速、准确地对混合样品中转基因棉花GHB119成分进行定量检测分析。     

利用Real-time PCR对4个转Bt基因水稻的非预期效应研究

转基因水稻中外源基因的转入可能会形成新的代谢产物,造成农艺性状的改变等,这些均不利于农业生产的非预期效应。为探究转基因水稻是否存在非预期效应,本研究以江西农业大学选育的4个转Bt基因恢复系为试验材料,通过反向PCR扩增侧翼序列并比对,用216对SSR引物对供试材料进行全基因组背景分析,再以Real-time PCR检测外源基因插入位点上下游100 kb内所有基因表达差异,并对光合色素含量及9个主要农艺性状进行显著性分析。结果表明,cry1C侧翼序列片段大小为1 276bp,定位在水稻第11号染色体上,cry2A侧翼序列片段大小为948 bp,定位在水稻第12号染色体上;昌恢121T、昌恢891T、昌恢T025T、R205选T的遗传背景回复率分别为95.60%、88.43%、93.52%、94.44%;基因表达分析显示试验组和对照组在cry1C、cry2A插入位置上下游100 kb内所有侧翼基因的表达水平均无显著性差异;进一步调查发现,试验组和对照组的光合色素含量及9个农艺性状无显著性差异。综上,cry1C和cry2A插入水稻基因组没有改变侧翼100 kb内基因表达水平,且4个转基因水稻并未产生非预期效应。本研究结果为探究转基因水稻的非预期效应评价提供了一定的理论参考。     

Bt cry I A（c） 杀虫基因向棉内生细菌Bacillus cereus染色体中整合的研究

将来自Bacillus thuringiensis subsp.kurstaki的Bt CRy I A(c) 杀虫基因通过综合质粒载体pBC601，整合到棉花（Gossypium hirsutum)优势内生细菌Bacillus cereus(Bc9002)的染色体上，得到的工程菌对棉铃虫（Helicoverpa armigera Hb.)有杀虫活性。此综合质粒含有能在营养期表达Bt cry I A(c) 基因的强启动子，cry I A(c)杀虫基因，四环素抗性标记基因tet^r 8.0kb的EcoR I-Nco I B.cereus染色体片段。将综合质粒通过电击导入B.cereus(Bc9002)中，综合质粒因含B.cereus染色体片段，可与B.cereus染色体发生同源重组，从而将Bt cry I A(c)基因整合到B.cereus的染色体上。通过对转化子的DNA酶切分析，PCR扩增，SDS－PAGE凝胶电泳检测，ELISA检测，电镜观察，毒力测定。结果表明Bt cry I A(c)基因已经整合到内生细胞Bc9002的染色体上，并可高效表达。