转N-酰基高丝氨酸内酯酶基因拟南芥的获得及其对软腐病的抗性

N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs)是细菌群体感应中的关键信号分子,参与包括导致作物软腐病的胡萝卜软腐欧文氏菌(Erwinia carotovora subsp.carotovora)在内的许多植物病原菌致病因子的表达.AHL内酯酶能降解AHLs使其达不到临界浓度,从而阻断病原菌的致病过程.将克隆到的AHL内酯酶基因aiiA置于CaMV 35S启动子下构建双元载体,利用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导转化拟南芥(Arabidopsis thaliana),通过抗性筛选和分离获得纯合转基因拟南芥株系.PCR及RT-PCR分析表明,目的基因在转基因拟南芥中整合并表达.初步抗软腐病实验表明.接种病原菌2 d后,Ⅱ8、Ⅱ10和Ⅱ28转基因株系的发病率与对照相比显著降低;接种5 d后,Ⅱ 8、Ⅱ 10和Ⅱ28株系的病情指数分别为41.97%、43.53%和45.47%,而野生型达到63.9%.说明aiiA基因在拟南芥中的表达赋予了拟南芥对软腐病的抗性.     

AHL内酯酶在蜡状芽胞杆菌中可增强ZwA抗软腐病作用

双效菌素(Zwittermicin A, ZwA)是一种广谱、新型的抗生素，对很多植物病原菌具有抑制作用；酰基高丝氨酸内酯酶(AHL内酯酶)通过降解植物病原菌群体感应（Quorum-Sensing）系统的信号分子，减弱致病基因的表达从而达到抗病的效果。结合这两种物质的不同抗病机理，本研究将来自苏云金芽胞杆菌中的AHL内酯酶基因导入到ZwA产量不同的蜡状芽胞杆菌中，得到相应的重组菌株。实验表明，AHL内酯酶基因在重组菌中可正常表达，并且不影响受体菌ZwA的表达和产量；感病实验证明，同时表达ZwA和AHL内酯酶的重组菌对于胡萝卜软腐欧文氏菌感染马铃薯所引起的病害的抗病效果比单独含产ZwA或AHL内酯酶的蜡状芽胞杆菌的抗病效果有明显增强。说明结合ZwA和AHL内酯酶的不同抗病机理来提高抗病效果是可行的。     

酰基高丝氨酸内酯酶在蜡状芽胞杆菌中可增强双效菌素抗软腐病

双效菌素(zwittermicin A,ZwA)是一种广谱、新型的抗生素,对很多植物病原菌具有抑制作用;酰基高丝氨酸内酯酶(AHL)通过降解植物病原菌群体感应(quorum-sensing)系统的信号分子,减弱致病基因的表达从而达到抗病的效果。结合这两种物质的不同抗病机理,将来自苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)中的AHL基因导入到蜡状芽胞杆菌(B.cereus)中,得到相应的重组菌株。实验表明,AHL基因在重组菌中可正常表达,并且不影响受体菌ZwA的表达和产量;感病实验证明,同时表达ZwA和AHL的重组菌对于胡萝卜软腐欧文氏菌(Erwinia carotovora)感染马铃薯(Solanum tuberosum)所引起的病害的抗病效果比单独含产ZwA或AHL的蜡状芽胞杆菌的抗病效果有明显增强。说明结合ZwA和AHL的不同抗病机理来提高抗病效果是可行的。     

N-酰基-高丝氨酸内酯类群体感应信号分子检测方法的建立

N-酰基-高丝氨酸内酯（AHL）类化合物是革兰氏阴性菌群体感应系统中最重要的一类信号分子，并调控许多生理特性的表达。但由于AHLs分子为小分子物质，且AHL产生菌所产生的AHL的浓度极低，因此建立有效检测AHLs方法具有非常重要的意义。本研究利用两种细菌生物感应器Chromobacterium violaceum CVO26和Agrobacterium tumefaciens A136（pCF218/pCF372）建立了琼脂扩散法、薄层层析与细菌生物感应器相结合（TLC-Biosensor）、β-半乳糖苷酶活法等检测AHL的生物学方法,为研究革兰氏阴性菌的群体感应系统提供了有效手段。     

水稻HTD1基因启动子在转基因拟南芥中的表达特征

通过分析β-葡萄糖醛酸苷酶(β-glucuronidase, GUS）基因产物,对水稻HIGH-TILLERING DWARF1(HTD1)基因启动子在转基因拟南芥中的表达特性进行初步研究。用已构建的含HTD1基因启动子和GUS报告基因的植物表达载体,通过农杆菌介导转化拟南芥,对转基因拟南芥进行GUS组织化学染色,观察该启动子的表达特性。结果表明,在HTD1基因启动子的驱动下,GUS报告基因主要在转基因拟南芥幼苗期的叶片、叶柄、下胚轴以及主根基部的维管组织中表达。     

苏云金芽胞杆菌N-酰基高丝氨酸内酯酶基因(aiiA)在毕赤酵母中的优化表达

苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)N-酰基高丝氨酸内酯酶基因(auto inducer inactivation A,aiiA)编码的N-酰基高丝氨酸内酯酶(N-acylhomoserine lactonase,AiiA)能够水解植物病原菌群体效应的信号分子N-酰基高丝氨酸内酯(N-acylhomoserine lactone,AHL),进而使革兰氏阴性细菌群体感应受到抑制,减弱病原菌的致病性。本研究将aiiA基因连接至分泌型穿梭表达载体pPICZαB,获得重组表达质粒p PICZαB-aiiA,线性化后电击转化毕赤酵母(Pichia pastoris)GS115,获得重组工程菌GS115-p PICZαBaiiA。利用定点突变技术,对aiiA基因进行密码子优化,获得重组工程菌GS115-p PICZαB-MaiiA。以终浓度为1%的甲醇、28℃条件下诱导表达,重组工程菌GS115-p PICZαB-aiiA和GS115-p PICZαB-MaiiA均成功表达并分泌出AiiA蛋白。抗病性分析表明,分泌表达的AiiA蛋白能有效抑制胡萝卜软腐欧文氏杆菌(Erwinia carotovora)的致病性。AiiA蛋白在毕赤酵母中的分泌表达,拓宽了AiiA蛋白的获取途径,为AiiA蛋白的产业化提供理论依据。密码子优化为今后改造AiiA蛋白,提高AiiA蛋白的表达效率提供了新的思路。     

]拟南芥AtCYP1基因亚细胞定位及生理功能分析

通过农杆菌浸染的转基因技术获得拟南芥转基因株系,亚细胞定位研究发现AtCYP1在细胞膜和细胞核中有明显表达。利用过表达技术,对转基因过表达、共抑制株系进行研究,结果表明,AtCYP1转基因共抑制株系在开花时间和抽苔时间均较野生型晚2~3 d且抽苔前叶片始终多于对照,而过表达株系则相反,说明AtCYP1基因参与了拟南芥开花时间的调控。另外,悬浮细胞培养表明,AtCYP1基因的过量表达提高了细胞的最高相对增长率,共抑制则反之,生长周期也发生了变化,说明AtCYP1基因对拟南芥悬浮细胞的增殖有调控作用。     

拟南芥甘油二酯激酶(AtDGK7)基因抗逆的生理作用

构建表达载体PBI121-AtDGK7,转化拟南芥（Arabidopsis thaliana）获得过表达转基因植株。通过抗逆生理指标测定、ABA、NaCl和甘露醇抗性试验, 以及半定量RT-PCR方法,对拟南芥甘油二酯激酶(AtDGK7)基因的抗逆生理功能进行初步研究。结果表明,过表达AtDGK7转基因拟南芥对高浓度ABA的敏感性比野生型要低,能更好地抵御盐胁迫。通过测定脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)含量以及超氧物歧化酶(SOD)活性,进一步证实过表达AtDGK7转基因拟南芥植株的耐低温能力增强。     

拟南芥5-烯醇式丙酮酰-莽草酸-3-磷酸合成酶基因(EPSPS)的定点突变及抗草甘膦转基因拟南芥获得

目前商业化种植的抗草甘膦转基因作物中使用的基因主要是来自土壤农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)CP4和大肠杆菌(Escherichia coli)的5-烯醇式丙酮酰-莽草酸-3-磷酸合成酶(5-enolpyruvyshikimate-3-phosphate synthase,EPSPS)基因,抗性基因资源过于狭窄,有必要拓宽可用基因种类。本研究通过PCR方法克隆了拟南芥(Arabidopsis thaliana)EPSPS基因,对其进行定点突变,并将野生型基因(AtEPSPS)和突变基因(AtTIPS)分别转化EPSPS基因缺陷型大肠杆菌菌株ER2799。草甘膦抗性鉴定结果表明,含AtTIPS基因的重组菌株在20 mmol/L草甘膦胁迫条件下长势良好(P0.01),而含AtEPSPS基因的重组菌株在5 mmol/L的草甘膦胁迫条件下即受明显抑制(P0.01)。同时将两个基因分别构建到植物表达载体中,并转化野生型拟南芥。对T1代转基因植株进行PCR验证和转录水平分析,证明外源基因已整合到拟南芥基因组中并正常表达。对转基因拟南芥进行草甘膦抗性分析结果表明,在0.5 mmol/L草甘膦处理下,转AtTIPS基因拟南芥相比转AtEPSPS拟南芥有更高的植株鲜重和存活率(P0.05),表明转AtTIPS基因拟南芥有更高的草甘膦抗性。以上结果表明AtTIPS具有较高的草甘膦抗性能力,可以用于抗草甘膦转基因作物的培育。     

山核桃miR169克隆及功能分析

为探究山核桃miR169(cca-miR169)序列特征及功能,本研究利用生物信息学及分子生物学方法对山核桃中miR169进行分析。通过构建miR169系统进化树发现,双子叶植物和单子叶植物明显的分布在2个支上,且cca-miR169聚类在双子叶分支上;序列分析表明,miR169在双子叶植物上的保守性大于单子叶植物。通过在线预测网站在拟南芥数据库和山核桃转录组数据库中对ccamiR169进行靶基因预测,在2物种中分别获得4个和3个靶基因,且AT2 G41820与Unigene17062为同源基因;表达分析表明,AT2G41820与Unigene17062在花发育时期表达量均呈下降趋势。在拟南芥中过表达cca-miR169发现,转基因植株开花较野生型提前4 d。对转基因植株及野生型植株中开花相关基因进行qRT-PCR分析,结果表明,开花促进因子LFY基因在转基因植株中表达量明显上调。cca-miR169具有较强的序列保守性,在拟南芥中过表达cca-miR169能够促进拟南芥提前开花,表明cca-miR169在山核桃中通过作用下游基因可以调节植物花发育。本研究结果为进一阐明山核桃成花调控机制提供了试验依据。     

Ectopic expression of anthocyanin 5-o-glucosyltransferase in potato tuber causes increased resistance to bacteria

The principal goal of this paper was to investigate the significance of anthocyanin 5-O-glucosyltransferase (5-UGT) for potato tuber metabolism. The ectopic expression of a 5-UGT cDNA in the tuber improved the plant's defense against pathogen infection. The resistance of transgenic lines against Erwinia carotovora subsp. carotovora was about 2-fold higher than for nontransformed plants. In most cases the pathogen resistance was accompanied by a significant increase in tuber yield. To investigate the molecular basis of transgenic potato resistance, metabolic profiling of the plant was performed. In tuber extracts, the anthocyanin 3,5-O-substituted level was significantly increased when compared to that of the control plant. Of six anthocyanin compounds identified, the highest quantity for pelargonidin 3-rutinoside-5-glucoside acylated with p-coumaric acid and peonidin 3-rutinoside-5-glucoside acylated with p-coumaric acid was detected. A significant increase in starch and a decrease in sucrose level in transgenic tubers have been detected. The level of all other metabolites (amino acids, organic acids, polyamines, and fatty acids) was quite the same as in nontransformants. The plant resistance to bacterial infection correlates with anthocyanin content and sucrose level. The properties of recombinant glucosyltransferase were analyzed in in vitro experiments. The enzyme kinetics and its biochemical properties were similar to those from other sources.     

转拟南芥NPR1基因桂99 T3代植株的抗病性及农艺性状表现

以转拟南芥AtNPR1基因的恢复系品种桂99T3代纯合株系为材料,考查其农艺性状及其抗病性,并比较转基因植株与桂99侵染水稻白叶枯病菌后的农艺性状。结果表明：转基因植株表现出对水稻白叶枯病的抗性显著增强77%以上;穗长、剑叶长、有效穗数、一次枝梗数、每穗实粒数、单株产量和谷粒宽等农艺性状与未转基因桂99无显著差别。在受到水稻白叶枯病菌侵染后,转基因植株的一次枝梗数、每穗粒数、每穗实粒数和单株产量等方面均比对照桂99高出13%～78%。说明AtNPR1基因增强了水稻的抗病能力,从而降低了病害引起的产量损失。转基因植株的恢复力不受影响,稻米品质比桂99更加优良。本工作为转基因水稻抗病育种的研究奠定了基础。     

毛叶苕子磷饥饿响应基因VvPHR1的克隆及功能研究

【目的】磷饥饿响应因子PHR (phosphate starvation response)在植物根系发育和磷养分吸收中起重要作用,本研究主要阐明毛叶苕子VvPHR1基因生物学功能,为培育磷高效型绿肥作物提供理论依据。【方法】通过转录组测序获得毛叶苕子VvPHR1基因序列。采用酵母单杂交方法验证VvPHR1基因的转录激活功能,构建其过表达载体,利用花粉管通道法分别遗传转化野生型和突变体(Atphr1)拟南芥,获得超量表达VvPHR1基因和突变体功能回补转基因材料。对正常磷(1 mmol/L Pi)和低磷(1μmol/L Pi)的培养基中生长30天的拟南芥取样,采用实时荧光定量PCR对野生型和转基因拟南芥中VvPHR1及下游磷转运基因的表达进行分析,并对转基因材料进行表型分析,测定其主根长、鲜重、总磷及无机磷(phosphate,Pi)含量。【结果】毛叶苕子转录组中有13个PHR基因,转录本129590、96227、120424与拟南芥的PHR1相似度最高,其中转录本120424在低磷诱导下表达量最高,将该转录本命名为VvPHR1基因。该基因cDNA全长1008 bp,编码335个氨基酸...     

木薯枯草杆菌蛋白酶家族鉴定及MeSDD1的功能分析

枯草杆菌蛋白酶基因家族(SBT)是控制植物生长发育和响应环境胁迫的重要基因家族。为进一步了解木薯SBT基因家族的数量、基本特征、功能域和进化关系等,在全基因组水平通过生物信息学方法对SBT基因家族进行了鉴定和分析,并对其中一个成员的功能进行了分析。进化树分析结果表明,在木薯基因组中共鉴定到69个SBT成员,其中Manes.18G044300与拟南芥抗旱基因SDD1亲缘关系最近,因此将该成员命名为MeSDD1;22个成员无内含子,69个成员的蛋白携带5个高度保守的结构域,一部分SBT成员在染色体上呈紧密的串联分布,启动子存在干旱响应元件。用qRT-PCR检测筛选出表达量高的2个纯合株系用于后续研究。相关生理指标检测结果表明,2个转基因株系叶片的相对含水量均显著高于野生型;转基因株系离体叶片失水率小于野生型;转基因株系的气孔密度显著小于野生型;断水处理14 d,转基因株系的萎焉程度轻于野生型,表明MeSDD1增强了拟南芥植株的抗旱性。本研究结果为木薯抗旱育种提供了基因资源,并为后续研究MeSDD1介导的抗旱分子机制奠定了理论基础。     

燕麦AsKUP1的克隆与功能分析

植物钾离子转运蛋白中的Na~+不敏感性KUP/HAK/KT转运蛋白对植物耐盐胁迫起着重要作用。为了阐明钾离子转运蛋白基因AsKUP1在燕麦中响应盐胁迫的表达模式和鉴定其生物学功能,从燕麦中克隆了AsKUP1,利用RACE方法获得AsKUP1全长序列,并对其进行生物信息学分析;构建了pCAMBIA1301-AsKUP1植物过表达载体,转化拟南芥,并运用实时荧光定量PCR方法分析AsKUP1在拟南芥中的表达情况。结果表明,AsKUP1全长2 951bp,包含2 334bp的ORF序列,预测编码777个氨基酸,等电点为8.55,分子量为87.0k D。序列分析表明,AsKUP1与山羊草和小麦KUP/HAK/KT家族亲缘关系较近,预测该蛋白有14个疏水跨膜结构域,位于细胞质膜的概率较大。此外,盐胁迫下,T2转基因种子萌发率为57%,野生型为43%;经潮霉素筛选分离比为3∶1的2个转基因株系后代T3转基因株系根长分别是野生型的1.46倍和1.34倍,T3转基因植株鲜重、干重分别是野生型的1.56倍和1.44倍,Na~+含量无显著差异,而K~+含量为野生型的1.25倍,说明AsKUP1的表达提高了拟南芥植株的耐盐性。本研究结果为揭示钾离子转运蛋白家族基因AsKUP1在植物中的耐盐机制和通过转基因技术提高植物耐盐能力奠定了基础。     

甘蔗尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因(UGPase)转化拟南芥及转基因植株的生理特性分析

尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(UDP-glucose pyrophosphorylase,UGPase)是植物糖代谢的主要参与酶之一,在植物的生长发育过程中起着重要作用。本研究将甘蔗(Saccharum officinarum)UGPase基因cDNA片段连接至载体pBI121,通过BamHⅠ和SacⅠ酶切鉴定及测序验证,结果表明,植物表达载体成功构建;通过农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)的介导,采用浸花法转化拟南芥(Arabidopsis thaliana)。结合卡那霉素抗性筛选和PCR检测,获得了5株T0代转基因植株。对T1代转基因植株进行PCR及Southern blot分析,结果表明,目的基因已成功转入拟南芥中,并且不同的转化植株含有目的基因的拷贝数不同。对T2代转基因植株进行PCR和RT-PCR检测,结果表明,目的基因不仅能在自交系后代中稳定遗传,而且在RNA水平也有表达。同时,对T2代转基因植株的可溶性总糖、蔗糖及淀粉含量进行测定,结果表明,与野生型相比,转基因植株中可溶性总糖含量没有明显的变化,但蔗糖含量有所提高,并且差异明显,比野生型植株提高了50.85%~96.99%,而淀粉含量都较野生型植株的低,降低了9.69%~36.76%。说明UGPase在蔗糖与淀粉的转换过程中起着较为重要的作用,其催化的反应方向影响着组织中这两种产物(蔗糖和淀粉)的分配。     

Leafy启动子控制下5-烯醇式丙酮酰-莽草酸-3-磷酸合酶基因(CP4EPSPS)的表达增强芽对草甘膦的抗性

抗草甘膦基因在转基因植物体内持续高效表达,不但增加植物代谢压力,有的甚至改变植物形态造成植物的生长发育畸形。为了减少转基因植株的代谢负担和能源浪费,从拟南芥菜(Arabidopsis thaliana)基因组中克隆了Leafy组织特异性启动子替代CaMV35S启动子,用其驱动改造后加二磷酸核酮糖羧化酶(rubisco)小亚基引导肽的5-烯醇丙酮酰-莽草酸-3-磷酸合酶(CP4EPSPS)基因,同时调控报告基因gus的编码区构建植物表达载体p3300-Leafy-gus和p3300-Leafy-CP4EPSPS,嵌合基因经农杆菌(Agrobacterium)介导转化烟草。稳定表达后经GUS组织染色分析表明,Leafy驱动的gus表达仅局限在植物茎尖和幼叶部分,转基因植株成熟的叶片、茎部和根系均未能检测到GUS活性。草甘膦试验分析表明,Leafy驱动的CP4EPSPS的转基因植株幼芽部位有草甘膦抗性。结果表明,Leafy启动子驱动CP4EPSPS表达增强植株芽端对草甘膦的抗性。