棉花FAD2-1基因的RNAi载体构建及高油酸新种质的获得

【目的】在棉花纤维产量和品质不受影响的前提下,创造高油酸、低亚油酸棉花新种质。【方法】棉花FAD2-1基因是催化单不饱和脂肪酸的油酸形成多不饱和脂肪酸的亚油酸的关键基因,采用信息分析学方法分析其蛋白质性质、结构、功能;克隆GhFAD2-1的保守片段381 bp,构建RNA干涉载体,采用农杆菌介导的下胚轴侵染方法将干涉载体转入棉花。利用气相色谱-质谱联用仪(Gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)测定转基因T_2～T_4植株种子的脂肪酸成分及含量。对T_4转基因株系进行拷贝数鉴定、目的基因表达量检测、农艺性状及纤维品质考察。【结果】成功构建GhFAD2-1的RNA干涉载体并转入棉花,转基因株系目的基因GhFAD2-1的表达量显著低于对照,具有高油酸、低亚油酸的表型并且能稳定遗传给后代;转基因株系可将棉花种子油酸提高224.1%,将亚油酸降低237.5%。与对照材料相比,转基因株系的农艺性状、纤维品质没有明显差异。【结论】验证了棉花GhFAD2-1基因的功能并且为培育高油酸棉花品种提供了帮助。     

甘蓝型油菜PEPC基因保守序列的克隆和种子特异性ihpRNA表达载体的构建

为了通过转基因途径获得油菜种子中PEPC基因发生转录后基因沉默,通过PCR扩增分别分离得到了甘蓝型油菜种子特异性表达的Napin启动子序列（1138bp）和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）基因保守序列（181bp）,将它们分别克隆到pMD18-T载体中,利用中间载体pBS-NEI构建了PEPC基因的反向重复框。再将PEPC基因片段以正向的方式连接到一个可剪切的内含子5＇末端,以反向的方式连接到该内含子的3＇末端;然后将Napin启动子序列克隆到植物表达载体pCAMBIA1391的pUC18多克隆位点上,获得了种子特异表达的载体pCAMNapin;再将PEPase基因的反向重复序列克隆到pCAMNapin载体Napin启动子的3＇末端,构建了具有种子特异性表达的PEPC基因的ihpRNA表达载体pCAMNapin-B2-NEI-B1。通过限制性内切酶酶切对载体作了鉴定分析。     

棉花种子特异表达α球蛋白A基因启动子的功能分析

研究植物种子特异启动子具有重要的理论和实际意义。本文研究了棉花α球蛋白A基因启动子,该启动子序列全长为1640 bp,作用元件分析表明该区域除了具有核心调控序列外,还含有多个与组织特异性相关的顺式作用元件。设计其5'端构建4个不同长度的缺失、融合GUS基因的表达载体,并通过蘸花法分别转化拟南芥。转基因拟南芥GUS表达分析结果表明,该启动子能驱动GUS基因在胚、露白的种子、子叶期的幼苗中表达,而二叶期的幼苗、根、茎、莲座叶、茎生叶和花苞组织则没有表达,说明棉花α球蛋白A基因启动子是一个种子特异性启动子。208 bp长度的启动子足以维持其种子特异表达功能,而且在启动子的-684和-208区域之间可能存在负调控元件或负调控区域。分析棉花α球蛋白A基因启动子是一个种子特异性启动子,其基本启动子区域不长于208 bp。     

棉花GhEPSPS基因的原核表达载体的构建及诱导表达

目的在于构建棉花GhEPSPS基因的原核表达载体,并在宿主大肠杆菌中成功诱导表达。利用RT-PCR技术从陆地棉苏棉18中克隆获得GhEPSPS基因的开放阅读框序列,连接到p EASY-Blunt平端载体,构建获得重组载体p EASY-Blunt-GhEPSPS;以该重组载体为模板,PCR获得两端含有Eco RⅠ和XhoⅠ酶切位点的GhEPSPS基因CDS序列,通过这2个酶切位点插入到p ET32a载体,构建获得原核表达重组载体p ET32a-GhEPSPS,转化到宿主菌株BL21(DE3)中,经IPTG诱导后,SDS-PAGE检测目的基因的表达情况。研究结果表明,成功克隆获得了棉花GhEPSPS基因的CDS序列,并成功构建了该基因的原核表达载体,目的基因能够在宿主菌中被诱导大量表达。该研究结果将为深入研究棉花EPSPS酶的结构、功能以及酶学特性提供重要的研究基础。     

棉花4个脂肪酸合成相关基因的克隆和表达特征分析

脂肪酸合成相关代谢在控制油的合成和抗非生物胁迫中均起着重要作用。其脂肪酸合成相关基因的时空表达水平直接影响油的含量和脂肪酸合成相关酶的活性。本研究克隆了4个脂肪酸合成相关基因,分别命名为GhKASII、GhKASIII、GhFAD和GhGPAT,其中GhKASIII、GhFAD和GhGPAT基因cDNA全长通过电子克隆和同源克隆得到。而GhKASII通过筛库和5'-RACE途径得到。组织表达分析表明, 上述4个基因在根、茎、叶及纤维发育不同时期均有表达,属于组成性表达基因。其中GhKASII、GhKASIII在25 DPA种子中表达量最高,GhGPAT在0 DPA胚珠和15 DPA纤维中表达量很高,GhFAD在0DPA胚珠, 15 DPA种子,20 DPA纤维中表达量均很高。不同非生物胁迫的诱导表达分析表明,上述4个基因均不同程度被茉莉酸甲酯,ABA,创伤和冷害等逆境诱导表达。     

棉花纤维素合酶基因GhcelA1克隆及其载体构建

 根据GeneBank 中GhcelA1（U58283）序列,利用RT-PCR技术,从棉纤维中克隆到GhcelA1 cDNA全长。运用基因重组技术,构建pCAM2300-35S-GhcelA1过表达载体;融合基因表达载体pCAM2300-35S-GhcelA1-EGFP,以及pCAM2300-35S-GhcelA1-RNAi载体,这些载体均通过限制性酶切鉴定和测序验证。农杆菌介导法将融合基因转化棉花子叶,通过激光共聚焦荧光显微镜,在蓝色激发光下观察诱导的愈伤,发现在转化的活体细胞核与质膜内侧有绿色荧光,说明融合基因载体EGFP构建正确,可以在棉花中正常表达。所构建的系列载体可用于转化棉花,促进纤维素在棉纤维中合成与积累。     

不同截短U3启动子在棉花中的功能分析

从海岛棉中克隆了2种GbU3-2P、GbU3-3P启动子,对它们进行2种长度截短,长度分别为436、245 bp和384、233 bp,同时构建了4个相应启动子驱动GUS的融合植物表达载体。利用农杆菌真空渗透转化法将4个GbU3Ps∷GUS-sg RNA-P1300植物表达载体分别转染棉花胚性愈伤组织。经GUS组织化学染色显示:克隆得到的2种截短大小的GbU3-2P和GbU3-3P启动子均能驱动GUS基因在棉花愈伤组织中表达,棉花愈伤组织被染成蓝色,但颜色深浅没有显著差异。本研究表明,同一GbU3启动子截短后,较短的启动子和较长的启动子具有相同的转录活性。这为构建棉花CRISPR/Cas9基因组编辑载体系统提供了更多理想的启动子。     

木霉双价基因表达载体的构建

利用几丁质酶基因和β-1,4-葡聚糖酶基因构建双价基因表达载体,为木霉转化奠定基础。利用限制性内切酶酶切得到目的基因片段,通过T4 DNA ligase将基因插入表达框中,并采用PCR、酶切和核苷酸序列分析验证双价基因表达载体的正确性。利用启动子CaMV35S和终止子PolyA构建几丁质酶基因chi42的表达框,获得表达载体pC1302-C42;利用启动子CaMV35S和终止子Nos构建β-1,4-葡聚糖酶基因glu14的表达框,获得表达载体pC1300-2-G14;在单基因表达载体的基础上,通过串联构建双价基因表达载体pC1300-2-G14-C42,该表达载体含有潮霉素B抗性基因。经检测证实表达元件35S-chi42- PolyA和35S-glu14-Nos连接成功。得到的双价基因表达载体pC1300-2-G14-C42可直接用于木霉等丝状真菌的遗传转化,为构建木霉广谱高效工程菌株奠定基础。     

紫杉烷14β-羟基化酶基因片段的克隆及其植物表达载体的构建

采用CTAB法提取中国红豆杉基因组DNA,利用PCR技术克隆得到紫杉烷14β-羟基化酶(简称14OH)基因前半段,测序结果表明DNA片段序列为915bp,与报道的14OH基因同源性为98.3%。然后将获得的DNA片段(915bp)正反向插入到二元载体pZh01的GUS两端,构建成14OHRNAi植物表达载体pZ14a,又选其中与羟基化酶家族其他成员同源性低的部分(390bp),正反向插入到二元载体pZh01的GUS两端,构建成14OHRNAi植物表达载体pZ14b。同时将克隆得到的DNA片段(915bp)反向插入到二元载体pZh01中,构建成14OH反义RNA植物表达载体pZ14c。经PCR和酶切图谱分析鉴定,确认载体构建成功。     

Construction of RNAi Vector of Cotton (Gossypium hirsutum L.) FAD2-1 Gene and Acquisition of New High Oleic Acid Germplasm

[Objective] Here, the aim was to create a new cotton (Gossypium hirsutum L.) germplasm with high oleic acid and low linoleic acid contents without affecting the fiber yield and quality. [Method] The fatty acid desaturation 2-1 (FAD2-1) gene catalyzes the formation of polyunsaturated linoleic acid from monounsaturated fatty acid in cotton. The protein’s properties, structure and functions were analyzed using the information analysis method. A conserved 381-bp fragment of GhFAD2-1 was cloned to construct an RNA interference vector, which was transformed into cotton by Agrobacterium-mediated hypocotyl infection. The fatty acid compositions and contents of T₂―T₄ transgenic plants were determined using gas chromatography-mass spectrometry. The T₄ transgenic lines were used to investigate the copy number, target gene expression, agronomic traits, and fiber quality. [Results] The RNA interference vector of GhFAD2-1 was successfully constructed and transformed into cotton. The target gene’s expression level was significantly lower in transgenic plants than in controls. The transgenic plants had high oleic acid and low linoleic acid contents, which could be stably inherited by the offspring. The oleic acid contents of transgenic cotton seeds increased by 224.1%, and the linoleic acid content decreased by 237.5%, compared with the control seeds. There were no significant differences in the agronomic traits and fiber quality of the transgenic lines compared with the control. [Conclusion] These results verified the function of GhFAD2-1 in cotton and provide a basis for breeding cotton varieties with high oleic acid contents.     

紫花苜蓿LEA蛋白基因ihpRNA表达载体构建及烟草转化

根据紫花苜蓿LEA蛋白MsLEA3-1基因(GenBank登录号： EU665182)序列,设计两对含有酶切位点的特异性引物LEAf1/ LEAf2和LEAr1/ LEAr2,以构建好的PMD-LEA质粒为模板,分别合成用于构建干扰载体的正反义片段pMD-F和pMD-R,将正反义片段分别插入表达载体pART27的相应位置,构建成含有发夹结构的RNAi载体pART-F-R,经过Not I酶切鉴定,证明载体构建成功。通过农杆菌介导的方法,以干扰表达载体pART-F-R转化烟草,经过PCR检测,得到16株阳性转基因植株,为MsLEA3-1基因的功能研究奠定基础。     

以RNA干扰γ-氨基丁酸转氨酶1基因(OsGABA-T1)表达提高稻米γ-氨基丁酸(GABA)含量

γ-氨基丁酸(GABA)是一种四碳非蛋白质氨基酸, 具有降血压等功能。为提高稻米中GABA含量, 利用RNA干扰技术, 构建水稻中GABA代谢关键酶GABA转氨酶1基因(OsGABA-T1)的干扰载体, 通过农杆菌介导法, 将其转化至粳稻品种宁粳1号中。实时荧光定量PCR检测结果表明导入的RNA干扰结构成功地降低了目的基因OsGABA-T1的表达, 且干扰家系中OsGABA-T2基因表达也随之下降。对转基因T₃代稻米GABA含量测定发现, 糙米中GABA含量相对于对照增加了13倍以上, 精米中GABA含量也显著增加, 而其他主要氨基酸含量则没有明显变化。测定储藏4个月的转基因稻米发现, GABA含量仍具有较高水平。所以, 利用RNA干扰技术可有效提高稻米γ-氨基丁酸(GABA)含量, 为培育富含GABA的降血压功能性水稻品种提供基础。     

RNA干扰及其植物抗病毒应用

【研究目的】RNA干扰(RNA interference,RNAi)是分子生物学研究领域的一项新兴技术,在动植物的遗传改良、功能基因组、基因治疗等研究中广泛应用;【方法】它是指一些小的双链RNA分子介导的、序列特异的转录后基因沉默现象;【结果】本文就RNA干扰的作用机制、RNA干扰与植物病毒间的互作以及RNA干扰表达载体构建的一些研究进展进行了综述;【结论】随着RNAi研究的进一步深入,RNAi必将成为遗传育种工作者培育抗病毒植物的有力手段,促进植物抗病育种的发展。     

甘蓝型油菜含MATH结构域基因BnMT-1干扰载体的构建及遗传转化

本研究以甘蓝型油菜湘油15种子不同发育时期抑制差减文库为研究对象,设计特异性引物扩增得到一个与油脂代谢相关,含MATH结构域的基因片段,长度为327bp,命名为BnMT-1。根据RNA干扰的基本原理,将目的片段正反向插入到表达载体pFGC5941.nap查尔酮内含子两侧,经限制性内切酶酶切和质粒PCR扩增检测,证明已成功构建了干扰载体PP-MT。采用根癌农杆菌法将PP-MT干扰载体转入甘蓝型油菜中,对转化植株基因组DNA的PCR检测表明,干扰载体已转入到甘蓝型油菜中,共获得了两株转基因植株。这为进一步研究BnMT-1基因在甘蓝型油菜中的功能打下了基础。     

ahFAD2基因RNA干扰体的删除筛选标记载体构建及其遗传转化

将Napin启动子与含花生FAD2基因反向重复片段的RNA干扰结构连接,亚克隆至含雌激素诱导重组系统的植物表达载体pNCX相应位点中,构建完成由Napin启动子驱动的FAD2RNAi删除筛选标记表达载体pNCX-FAD2RNAi,经酶切鉴定,获得相应的启动子片段、FAD2RNAi片段及NCX-FAD2RNAi片段.利用农杆菌介导法进行遗传转化,已获得抗性丛生芽214丛.     

棉花胞质不育育性恢复候选基因载体构建及其功能初步分析

棉花细胞质雄性不育是研究杂种优势利用和质核互作机理的理想材料。本实验对棉花细胞质雄性不育育性恢复基因ZH46-3437利用pBI121载体构建了过表达载体。同时构建了amiRNA干扰载体即amiR3437,利用病毒诱导基因沉默体系pCLCrV浸染F1植株的子叶。转基因植株的相对荧光定量数据表明,amiR3437的相对表达量上调,而ZH46-3437的相对表达量下调,利用碘-碘化钾染色法鉴定转基因出现半不育性状,表明ZH46-3437基因可能与棉花花粉育性有关。     

玉米ZmPT6基因的克隆及RNAi表达载体的构建

采用PCR方法分别从玉米郑单958基因组DNA及RNA中克隆了菌根共生磷酸盐转运蛋白基因ZmPT6,序列分析表明,ZmPT6基因全长cDNA 1 665 bp,包括一个长97 bp的内含子;编码554个氨基酸,属于Pht1家族成员,由12个疏水的跨膜结构域组成.并构建了35S启动子驱动的植物正义、反义及RNAi表达载体,为下一步玉米的遗传转化及ZmPT6基因的功能研究奠定了基础.     

香蕉MaSIP2-2基因的克隆、序列分析及表达载体构建

为进一步研究植物中水通道蛋白的表达调控以及作用机制,从香蕉中克隆了一个水通道蛋白(AQP)基因MaSIP2-2,同时运用生物学软件对该基因进行序列分析,并且构建了MaSIP2-2的植物表达载体。序列分析表明,该基因存在一个完整的开放阅读框(ORF)780 bp,编码260个氨基酸。多序列比对和进化树分析表明,MaSIP2-2所编码的蛋白与其他植物中SIP编码的蛋白具有较高的一致性。与马来西亚野生香蕉、油棕、甜橙、海枣、梅、可可、菠萝的AQP编码的氨基酸序列的同源性分别为98%、62%、53%、52%、57%、55%、59%。MaSIP2-2编码的蛋白质分子量为28800.62 Da,理论等电点p I为9.13,其亲水性氨基酸均匀分布在整个肽链中,多于疏水性氨基酸。通过PCR和酶切反应鉴定,成功构建该基因的表达载体。研究结果表明MaSIP2-2是水通道蛋白中小的内在蛋白的一个成员,为后续对其进行功能验证奠定基础。