转Xa23基因水稻的白叶枯病抗性及其遗传分析

在分离克隆抗白叶枯病基因Xa23研究中获得大量转基因水稻材料。为了系统研究转Xa23基因水稻的抗病稳定性和遗传模式, 本文通过逐株进行抗白叶枯病接种鉴定、PCR和Southern blot分子检测, 对一批转Xa23基因水稻植株进行了T₀代到T₂代的跟踪分析。结果表明, Xa23基因的整合和表达, 使感病受体品种牡丹江8号获得抗病性。由于Xa23基因插入受体基因组的位点不同, 同是单拷贝插入的转基因T₀代抗病植株, 其抗病程度有明显差异。T₀代植株的抗病程度, 可以准确、稳定地遗传到T₁代和T₂代。单拷贝转基因植株分离群体的抗感植株分离比接近3∶1, 表明转Xa23基因遵循孟德尔单基因遗传模式。已获得2个纯合的单拷贝转基因抗病株系, 它们的抗病程度稍有差别, 将用于外源基因插入位置效应分析和杂交稻抗病育种。     

水稻抗白叶枯病基因Xa23的RFLP标记定位及其STS标记的转化

用水稻抗白叶枯病基因Xa23的近等基因系CBB23与其感病轮回亲本金刚30（JG30）杂交，构建了包含2562个单株的F₂作图群体。用水稻白叶枯病广致病菌系P6进行抗性鉴定表明，F₂植株抗感分离比严格符合3：1。根据日本水稻基因组计划RGP水稻高密度图谱上的RFLP探针对F₂群体中的145个感病单株进行RFLP检测和连锁分析，获得了6个与Xa23紧密连锁的RFLP分子标记。其中RFLP标记C1003A靠着丝粒一侧，与Xa23的遗传图距为0.4cM，为Xa23的图位克隆奠定了重要基础。并将标记C1003A成功地转化为STS标记，为分子标记辅助选择育种（MAS）提供了方便有效的分子标记。     

创建苗期和成株期广谱高抗白叶枯病的水稻种质资源(英文)

由白叶枯病菌引起的白叶枯病是一种世界范围的严重水稻病害。水稻抗病主效基因Xa3/Xa26是一个对白叶枯病具有剂量效应的抗性基因,即它对白叶枯病的抗性随着该基因的表达量的升高而增强。我们通过农杆菌介导的遗传转化方法,利用玉米泛素基因的启动子(PUbi)在水稻中组成型表达Xa3/Xa26基因。用于遗传转化的构件除了携带Xa3/Xa26基因外,还携带抗除草剂的草丁膦乙酰转移酶基因Bar作为遗传转化的筛选标记。我们获得的携带单拷贝PUbi:Xa3/Xa26的两个转基因家系无论在成株期还是在苗期对白叶枯病都具有高水平的广谱抗性,且转基因家系的主要农艺性状与对照相比无显著差别。因为转基因家系中Xa3/Xa26基因与Bar基因紧密连锁,这两个家系可以作为育种的种质资源用于培育既抗白叶枯病又抗除草剂的水稻品种。     

海岛棉两种转Bt基因方法的研究

 以新疆海岛棉军海1号为受体,利用农杆菌菌液喷雾法（Floral spray）和质粒注射法（Plasmid injection）导入外源Bt基因。经过对转化植株T₁和T₂代大田筛选和PCR、Southern检测,并经孟德尔遗传规律符合度分析,结果表示：农杆菌菌液喷雾法T₀代成铃率比质粒注射法高8.3百分点;两种方法均可获得转基因植株,农杆菌菌液喷雾法较质粒注射法转化率高3.4百分点;农杆菌菌液喷雾处理后代较符合孟德尔遗传规律且单拷贝插入几率高。因此,农杆菌菌液喷雾法优于质粒注射法。     

水稻抗白叶枯病基因Xa21转基因水稻及其杂交稻研究

用基因枪转基因技术将高抗白叶枯病的Xa21基因导入中国三系杂交稻恢复系(明恢63)和保持系(皖B)中，获得转基因水稻系，其中4个株系只含有Xa21基因，不含选择标记潮霉素抗性基因hph。筛选抗白叶枯病转基因纯合系，在田间种植6代，用PCR检测证明，Xa21基因能稳定遗传表达。用转基因水稻配制两系杂交稻，杂交组合F1含有Xa21基因     

水稻转录因子WRKY68在Xa21介导的抗白叶枯病反应中发挥正调控作用

白叶枯病是一种严重影响水稻产量的细菌性病害。Xa21是第一个克隆的抗白叶枯病基因,具有广谱抗性,在水稻抗病育种中被广泛应用。转录因子的鉴定对解析Xa21介导的水稻抗白叶枯病分子机制具有重要意义。本研究构建了Xa21背景下的WRKY68-RNAi转基因水稻。与受体材料4021相比,转基因水稻中WRKY68蛋白质丰度下调,接种白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)后抗病性下降,证明WRKY68基因在Xa21介导的抗白叶枯病反应中发挥正调控作用。此外,转基因受体材料4021和感病对照TP309接种后不同时期和部位叶片中WRKY68的蛋白质丰度没有显著差异,表明WRKY68蛋白质的表达不受抗病基因Xa21和病原物Xoo诱导,推测其功能主要是调控下游基因的表达。WRKY68-RNAi转基因水稻接种后, PR1A、PR5、PR10A、PR-pha和PAL1等病程相关蛋白质表达丰度发生变化,表明相关基因可能在WRKY68基因的调控下参与下游抗病反应。     

花药培养快速培育聚合抗3种水稻病害基因的新种质研究

为培育抗水稻白叶枯病、稻瘟病、条纹叶枯病3种病害的品种,保证水稻的稳产高产,利用花药培养与常规育种技术、分子标记辅助选择技术相结合,进行聚合抗3种病害的新种质研究。结果表明,用含有抗白叶枯病Xa23基因的BG152和含有抗稻瘟病Pi-1基因的R118分别与含抗条纹叶枯病Stvb-i基因的花育409进行有性杂交,共获得聚合双抗抗病基因的F0种子分别为180,105粒;鉴别真杂种后彼此再杂交,获得复交F0种子1 398粒。利用分子标记辅助选择技术,筛选出聚合抗3种病基因的杂合型单株52株,从中选择田间无病害的进行花药培养,经H0自然加倍,获得双倍体花培植株378株。经PCR检测,筛选出聚合3种抗病基因的花培H1株系14个;对其H2植株进行重复PCR与抗病鉴定,获得聚合3种抗病基因的花培材料所含的抗病基因能稳定遗传,抗病性鉴定有10份均表现为抗(R),且高效表达抗病。最后对水稻花药培养中存在的问题进行了分析,并提出了相应防治措施。     

转sbk和sck基因提高水稻Dular的抗虫能力

将抗病虫基因与广亲和基因聚合在一起可为两系杂交稻更广泛的应用奠定基础。本研究将去选择标记的包含2个抗虫基因(sbk和sck)的质粒载体(pCDMARUBA-Hyg)采用根癌农杆菌介导法转入兼抗水稻条纹叶枯病的广亲和水稻品种Dular中。通过常规PCR检测,获得18份不具有选择标记的转基因阳性植株,Southern杂交分析结果表明其中15份为单拷贝插入,对这15份单拷贝转基因植株进行RT-PCR分析,结果抗虫基因都能正常表达。人工接虫鉴定结果表明,转入抗虫基因显著提高了水稻品种Dular抗螟虫的能力;同时利用Dular本身的广亲和基因(S5n)标记和与抗条纹叶枯病基因(qSTV-11b和qSTV-11c)的连锁标记进行分子检测,其结果表明这15份单拷贝转基因植株都具有广亲和与抗条纹基因的特征带;与不同籼稻和粳稻配组杂种F1的结实率和条纹叶枯病在田间自然发病状况下的调查结果表明,这些单拷贝植株不但具有广亲和与抗水稻条纹叶枯病的能力,而且其抗螟虫能力显著提高。     

根癌农杆菌介导转Bt基因苎麻的获得及其抗虫鉴定

采用本研究室建立的根癌农杆菌介导的高效遗传转化体系,转化苎麻优良品种芦竹青,获得了转Bt基因苎麻候选植株。通过PCR和Southern杂交等分子检测,证明Bt基因已经整合到部分候选植株基因组中。选取PCR和Southern杂交均为阳性的部分株系(T₀)种植在大田,对这些植株进行室内抗虫鉴定并考察其主要农艺性状和品质性状,次年对T₁代植株进行PCR和Southern杂交检测。结果表明, 与对照相比,T₀代转Bt基因苎麻植株的抗虫性均强于对照,部分株系的抗虫性显著强于对照植株;且基本保持了亲本的优良性状;T₁代植株中也含有Bt基因,表明Bt基因能稳定遗传,且T₁代植株在大田的抗虫性明显强于非转基因植株。     

水稻白叶枯病抗性基因Xa7和Xa23资源的分子标记分析

水稻的白叶枯病抗性基因资源分析是抗病育种的重要工作。本研究利用与广谱持久抗性基因Xa7和Xa23紧密连锁的分子标记对水稻种质资源进行分析,并接种白叶枯病Ⅳ型菌进行田间抗性分析。结果显示,有32份资源携带Xa23,仅有2份资源携带Xa7,其中来自广东省内的资源分别为28份和1份;抗性达到中抗及以上的资源有47份。本研究为水稻抗白叶枯病基因资源的利用提供了依据。     

根癌农杆菌介导获得稗草Ecppc转基因小麦的研究

采用携带pUbi-Ecppc质粒的3个根癌农杆菌菌株（LBA4404、EHA105和C58c1），对经过预培养10~12 d的春小麦品种扬麦158、Bobwhite和扬麦12的幼胚愈伤组织进行了遗传转化。对筛选中的抗生素浓度、菌液浓度、共培养温度和时间、受体基因型、菌株-质粒组合等影响转化的重要因素进行了研究。首次将单子叶野生C₄植物稗草的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因（Ecppc）导入小麦受体基因型，并得到具有潮霉素（Hyg）抗性的转化植株。从816块共培养愈伤组织中转化得到34株抗性植株，其中14株PCR检测为阳性。扬麦158的转化效率达3.03%。Southern和RT-PCR分析表明外源基因已整合到小麦基因组并得到正确的转录。生理学检测显示，转基因小麦植株的光合速率和PEPC活性都有所提高。说明Ubiqintin基因启动子控制的稗草PEPC cDNA基因在小麦中可以正确表达和起到一定的生理作用。这些工作为进一步探讨PEPC对小麦光合作用及其他生理过程的影响奠定了基础。     

Agronomic and morphological characterization of Agrobacterium-transformed Bt rice plants

The agronomic and morphological characteristics of Agrobacterium-transformed rice plants carrying the synthetic cry1Ab or cry1Ac gene were investigated. Tremendous variations in plant height, seed fertility, grain size and other traits were seen in 80 T₁ lines, derived from 80 T₀ plants of 9 rice varieties. On average, about 33% T₁ lines had either morphological or agronomic variant plants. Most of the variations in T₁ plants had no significant correlation with transgene insertion and were proved heritable to their progenies. Genetic analysis in T₃ or T₄ generations showed some simple mutations such as chlorophyll deficiency and stunted plants were independent of transgene insertion and seemed to be controlled by a pair of single genes. However, in two independent transgenic progenies of Xiushui 11, all plants homozygous for transgenes showed dwarfism while all hemizygous and null segregants had normal plant heights. Two advanced homozygous Bt lines, KMD1 and KMD2, were developed from these two progenies. Comparison of the agronomic traits of KMD1 and KMD2 with their parent displayed marked differences among them in terms of seedling growth, tillering ability, yield components and yield potential. The genetic variation observed was generally not linked to the transgene locus and was ascribed to somaclonal variation, but other causes might also exist in particular cases. The results are discussed in the context of choosing appropriate transformation methodology for rice breeding programs. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

青稞HvBADH1基因的克隆及其转化烟草的初步研究

应用RT-PCR结合RACE技术, 从青稞总RNA中扩增得长度为1 512 bp的甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因cDNA全长编码序列。通过氨基酸同源性比对, 发现该序列的推定表达产物与大麦BADH同工酶BBD2的同源性为98.4%, 而与小麦、玉米和水稻等禾本科作物的BADH同源性分别为97.0%、84.7%和85.1%。将克隆到的青稞cDNA序列命名为HvBADH1, 投递到GenBank, 获得收录号EF492983。HvBADH1可以在原核表达系统TB1-pMAL c2x中正常表达出分子量为54.2 kD的多肽链。将HvBADH1的编码ORF, 插入到添加了植物表达CaMV 35S启动子和Nos polyA终止子调控元件的植物表达载体pCAMBIA1301质粒相应的克隆位点中, 构建了HvBADH1基因的农杆菌植物转化系统LBA4404(pCAM-ba)。进而采用农杆菌介导法, 将HvBADH1基因导入烟草中, 对所获得的潮霉素抗性烟草株系进行PCR、Southern blot和RT-PCR等分子生物学检测, 结果表明, 在得到的2个转基因株系中, HvBADH1基因已整合到受体植物基因组中, 并且可以在mRNA水平上进行转录。     

不同Xa21转基因杂交稻组合的大田试验与分析

在北京、四川和江苏等地对Xa21转基因杂交稻进行了大田释放实验. 分别对转基因纯合的3个恢复系明恢63-Xa21、盐恢559-Xa21和C418-Xa21与各种不育系配组的23个杂交组合进行了抗性和农艺性状分析. 在不同的杂合遗传背景下转基因Xa21稳定遗传和高效表达, 所有杂交组合均具有对白叶枯病的广谱抗性. 转基因恢复系配制的杂交组合与     

转ppc基因水稻苗期抗旱特性研究

通过C₄转基因技术改善C₃作物光合作用, 以期提高作物产量是国内外研究的热点之一。然而, 目前关于转磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因对水稻的光合作用、产量和抗旱性的影响及其调节机理仍不很清楚。本研究以T₄代转ppc基因水稻为材料, 进行产量和苗期抗旱性研究。结果表明, 在旱作栽培条件下, 两个转ppc基因株系(T1, T2)单株产量分别比未转基因的对照(WT)增产28%和42%, 分蘖增加27%和40%; T1和T2可维持较高的光合速率、气孔导度和水分利用效率; 干旱胁迫使超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量增加, T1和T2 SOD活性增幅(+25%)都显著高于WT(+9%), 而MDA含量增幅显著低于WT, 表明转ppc基因水稻具有较强的抗氧化能力; T1和T2比WT具有较高的脯氨酸含量和渗透势下降幅度, 说明转PEPC基因水稻的渗透调节能力高于对照。PEG-6000处理下, 得到的结果相似。     

Inheritance and expression of transgenes in T2 and T3 generations of Lotus corniculatus transformed using Agrobacterium tumefaciens

The inheritance and expression of the reporter gene uidA, encoding β-glucuronidase (GUS), was previously analysed in the T₁ generation of 25 independent transformed lines of Lotus corniculatus cv. Leo. In the work reported here, GUS activity in various tissues of seven of these lines was tested in the T₂ generation. Four representative lines were chosen for more detailed study in the T₃ generation. Lines 25 and 38 had multiple, independently segregating transgene inserts; lines 24 and 39 appeared to transmit one segregating transgene insert to their T₁ progeny, although transgene expression was low and was detected in fewer seedlings than expected in line 39. The uidA gene was inherited and expressed in seedlings of T₁, T₂ and T₃ generations of all four lines. In all lines, transgene expression varied between tissues, with more embryos than seedlings having detectable GUS activity. Studies in the T₂ generation showed that use of transgenic plants as female or male parents altered the frequency of expression of the transgene in progeny. By contrast, in the T₃ generation the use of transgenic plants as female or male parents did not effect either frequency of transmission, or expression of the transgene, in any of the four lines. Transgene inheritance was also similar among individual pods within flower heads and between individual flower heads. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

Bph15在非洲栽培稻、药用野生稻和宽叶野生稻中的BAC-FISH比较物理定位

用覆盖抗褐飞虱基因Bph15的两个BAC克隆，即20M14 (27 kb)和64O9 (36 kb)作为探针，对非洲栽培稻、药用野生稻和宽叶野生稻体细胞染色体进行荧光原位杂交(FISH)。两个BAC克隆均被定位于非洲栽培稻和药用野生稻第4染色体的短臂上，杂交信号的百分距离分别为37.03±4.11和81.22±3.62，相应的信号检出率为41.18%和38.22%。在宽叶野生稻中，有两对同源染色体同时检出信号，分别定位于染色体的短臂和着丝粒区，信号距着丝粒平均百分距离分别为87.78±5.23和0，信号检出率为52.58%。由此推知，这两个BAC克隆在非洲栽培稻和药用野生稻的第4染色体分布同线且同区，并且在宽叶野生稻的DD基因组也存在Bph15基因的同源序列。在未封阻的情况下，BAC克隆在非洲栽培稻的多条染色体上有杂交信号，表明它和栽培稻C_0t-1 DNA在一定程度上具有同源性。上述结果初步显示Bph15在3个稻种染色体中的相对位置。文章讨论了Bph15在3个种间的关系，为有效分离和利用Bph15基因提供了有益的依据，对不同基因组及二倍体和四倍体中功能基因可能进化机制的分析提供了线索。