转录因子基因ZmDREB3转化玉米的研究

利用玉米转录因子ZmDREB3基因(Gene ID:EU964828.1)构建了Ubiquitin启动子驱动的植物表达载体PGM0229-ZmDREB3-EP-SPS,以EPSPS基因为抗性筛选标记,通过花粉管通道法将农杆菌EHA105介导的植物表达载体转化到玉米自交系吉444、Mo17中,通过喷洒350mg/L草甘膦除草剂筛选,得到7株草甘膦抗性植株,用PCR检测得到2个同时整合EPSPS标记基因和ZmDREB3目的基因的转基因株系,用PCR-Southern进一步验证,结果呈阳性。以上结果证明外源基因已经被整合到玉米基因组中。     

转G2-EPSPS基因玉米D-3侧翼序列分析与转化体特异性检测方法

通过一次3'端高效热不对称交互PCR（hiTAIL-PCR）和一次长链PCR扩增方法获得了转抗草甘膦基因（G2-EPSPS）玉米品系D-3的外源DNA插入片段的全DNA序列（T-DNA）及两端侧翼序列,并建立了转化体特异性PCR检测方法。结果显示：T-DNA插入片段全长4 318bp,由一个G2-EPSPS基因的表达盒构成。根据T-DNA 5'、3'端侧翼序列设计引物,建立了转化体特异性检测方法,并分析了该方法的灵敏度以及检出限,研究结果表明,3'端定性PCR检测方法特异性强,灵敏度高,检出极限为每100ng模板量的0.05%。本研究结果对转抗草甘膦外源基因检测和生物安全评价及监管具有重要意义。     

转基因抗草甘膦棉花及其对草甘膦抗性的时空表达

草甘膦是一种非选择性除草剂,它通过竞争性抑制莽草酸途径中的5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合酶（EPSP合酶）干扰芳香族氨基酸的生物合成而发挥毒性作用。虽然获得抗草甘膦棉花的途径有多种,但当前用于生产的抗草甘膦棉花主要是以CP4- EPSPS基因转化棉花获得的。草甘膦对转CP4- EPSPS棉花的营养生长没有不利影响,但4叶期后喷施草甘膦会显著降低花粉粒的活性,抑制散粉、授粉和结实,导致转CP4- EPSPS棉花对草甘膦抗性呈现出一定程度的时空变化。草甘膦对抗草甘膦棉花（雄性）生殖器官的抑制效应一方面源于草甘膦在生殖器官内的大量积累,另一方面在于CP4- EPSPS基因在（雄性）生殖器官的低效表达。促进CP4- EPSPS基因在全株高效表达是提高棉花对草甘膦抗性的重要途径。     

土壤宏基因组中抗草甘膦新基因的克隆与转化水稻的研究

EPSPS (5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合酶EC 2.5.1.19)是植物芳香族氨基酸和植物次生代谢产物生物合成中莽草酸途径的关键酶; 同时也是广谱性除草剂草甘膦的作用目标。本实验通过对草甘膦污染土壤宏基因组文库的建立及筛选, 成功克隆了一个新的草甘膦抗性的EPSPS基因(命名为soilEPSPS)。序列分析表明soilEPSPS基因全长1404 bp, 其编码的467个氨基酸中未涉及已公布专利中保护的氨基酸序列。原核功能验证表明该基因对草甘膦的耐受能力优于EPSPS CP4基因。将该基因与水稻Rubisco SSU引导肽相融合构建由actin启动子驱动的植物表达载体, 用农杆菌介导法实现了水稻的遗传转化。抗性再生植株的PCR和Southern杂交结果表明所获得的26株再生植株均为转基因阳性植株, 其中共有3个单拷贝转化事件。草甘膦抗性鉴定证明纯合体T₂代植株能够耐受高达500 mmol L^-1的草甘膦。本研究为转基因抗除草剂水稻新品种的培育奠定了基础。     

转新型抗草甘膦基因棉花的转化效率及相关分子特征分析

培育抗草甘膦除草剂棉花品种对棉花生产具有重要意义。利用农杆菌介导法获得了大量抗除草剂草甘膦棉花的再生植株,对其进行阳性检测。通过确定PCR检测目标条带大小、蛋白杂交条带大小分子特征,对65个独立转化事件在DNA水平、蛋白水平进行分析和筛选。结果表明,经PCR检测再生植株DNA得到的阳性率平均值为81.5%,经过蛋白检测后阳性率确定为55.4%,该类阳性植株即为外源基因正常表达的转基因植株。在此基础上,结合田间抗性检测,对其中9个株系进行了不同世代的选择,经过综合鉴定筛选,发现2个抗性优良的转基因株系具有极高的利用价值,其余还需进一步筛选鉴定。     

牛筋草EPSPS基因启动子对草甘膦的响应

杂草对草甘膦抗药性机理及抗草甘膦转基因作物研究主要围绕草甘膦靶标酶EPSPS展开,EPSPS基因表达量增加是杂草抵抗草甘膦胁迫的主要分子机制之一,但EPSPS基因表达调控机理及其对草甘膦的响应却鲜有研究。本研究根据Gen Bank中牛筋草EPSPS基因启动子序列设计引物,从牛筋草基因组DNA中扩增EPSPS基因启动子序列及其5'端缺失序列;将各启动子片段构建到含绿色荧光蛋白基因GFP的p35S-GFP载体上,在农杆菌的介导下,利用洋葱表皮细胞瞬时转染体系分析EPSPS基因启动子活性及对草甘膦的响应,结果表明,各启动子片段均能启动下游基因的表达,具有较强的启动子活性,可作为较好的实验材料用于抗草甘膦转基因作物的研究。此外,EPSPS基因启动子能够响应草甘膦信号,调节下游GFP基因的表达,响应元件可能存在于3'端的345 bp内。研究结果有助于进一步丰实杂草对草甘膦抗药性机理及抗草甘膦转基因作物研究的理论基础。     

新型抗草甘膦棉花问世

<正>近日,中国农业科学院生物技术研究所的科研人员成功培育出高抗低残留抗草甘膦除草剂棉花新品系。该所科研人员将从草甘膦严重污染土壤微生物中克隆到的两个关键的抗草甘膦基因GR79EPSPS和GAT进行植物偏爱性密码子改造,构建仅含GR79EPSPS或GAT单基因和同时含有双基因的植物表达载体,而     

猪传染性胃肠炎病毒纤突糖蛋白在转基因玉米中的表达

本研究拟构建携带猪传染性胃肠炎病毒纤突糖蛋白基因(TGEV-S)的转基因玉米植株并检测其表达情况。首先利用PCR方法自携带TGEV-S基因的重组质粒中扩增2.2kb的S基因片段,然后插入植物表达载体pBAC176中,该表达载体以编码除草剂草甘膦抗性的EPSP基因作为选择标记,目的基因以双增强子的CaMV35S(E35S)及其玉米Hsp70第一内含子为驱动。以授粉后10～12d约0.5～1mm大小的玉米幼胚为受体,用基因枪进行转化,经过愈伤组织诱导、草甘膦抗性筛选和分化再生培养,先后获得74株转化再生植株。利用PCR和Southern blot检测表明,T0代转基因苗有9株检测结果为阳性。T1代转基因玉米株系经PCR检测有14个转基因株系为阳性,初步确定了目的基因在这些转基因玉米中的稳定整合。进而通过间接ELISA分析初步确定目的基因在7个T1代转基因玉米株系获得了表达。研究结果为进一步研究表达TGEV-S转基因玉米的生物学活性奠定了基础。     

作物抗草甘膦转基因研究概况

草甘膦是一种非选择性除草剂,其作用机理主要是竞争性抑制莽草酸途径中5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPS)的活性。该合成酶是真菌、细菌、藻类、高等植物体内芳香族氨基酸生物合成过程中一个关键酶。自从1976年美国孟山都公司的草甘膦类除草剂-农达(Roundup)研制成功并得到广泛应用以来,作物抗草甘膦转基因研究成为抗除草剂基因工程研究的热点。随着抗草甘膦基因克隆的发展,抗草甘膦转基因作物也相继问世并大面积推广应用。对草甘膦作用机理、抗草甘膦基因(EPSPS编码基因)的研究、抗草甘膦作物遗传改良的策略及抗草甘膦转基因作物的推广应用情况进行综述,并简单分析了我国作物抗草甘膦转基因存在的问题及解决途径。     

T-DNA诱发的小麦强分蘖突变体研究初报

利用农杆菌介导的小麦活体转化技术转化多个小麦品种,得到一定数量的小麦转化体植株。在小麦品种鲁麦21的遗传转化体T0代植株中发现一强分蘖突变体,通过PCR技术和Southern杂交技术证明该突变体含有T-DNA序列;该突变体表现为单基因隐性突变,在突变体T3代中均能通过PCR扩增到T-DNA内的序列,表明该突变体为T-DNA插入诱发的突变体。通过对该突变体初步分析表明突变基因与温度应答有关,随温度的降低,突变体分蘖速度加快。     

Generation and Glyphosate Resistance Analysis of G10eve Transgenic Cotton

[Objective] Novel germplasm of cotton was generated for development of cultivars with high resistance to glyphosate. [Method] The glyphosate resistance gene G10eve was preliminarily analyzed using bioinformatics methods and introduced into 'Coker 312' via Agrobacterium-mediated transformation. The expression of G10eve was estimated by PCR (Polymerase chain reaction) and qRT-PCR (Quantitative real-time PCR). The content of shikimic acid and tolerance to glyphosate were determined in response to application of glyphosate to 'Coker 312' and transgenic plants. [Result] A total of 28 independent positive transgenic lines were obtained. The transformation efficiency and the rate of seedling differentiation were up to 49.3% and 40.6%, respectively. PCR and qRT-PCR analysis showed that G10eve was integrated into the cotton genome, and the G10eve expression level differed significantly among the transgenic lines. At the cotyledon stage, the transgenic cotton showed resistance to 8 mL·L^－1 glyphosate, whereas 'Coker 312' showed phytotoxicity to the 2 mL·L^－1 glyphosate treatment. No significant accumulation of shikimic acid was detected in transgenic plants before or after glyphosate treatment, which indicated the typical physical characteristic of glyphosate resistance. [Conclusion] Overexpression of G10eve in cotton improved resistance to glyphosate. Thus, novel germplasm of cotton resistant to glyphosate was generated.     

基因组测序技术解析耐除草剂转基因水稻G2-7的分子特征

Molecular characterization, such as copy number and flanking sequence of foreign DNA fragment insertion site, is the important identity information, provided during safety assessment of genetic modified crop. In this study, the T-DNA insertion site, copy number and flanking sequences were identified in transgenic glyphosate-tolerant rice G2-7 based on whole genome sequencing in combination bioinformatics analysis method. 47.13 Gb clean sequence data for G2-7 was generated on Illumina NovaSeq 6000 platform. The junction reads mapped to boundaries of T-DNA and flanking sequences in G2-7 were identified by comparing with sequence of transformation vector and rice reference genome. The results showed that exogenous T-DNA fragments was integrated in the position of Chr. 1 36,189,491-36,189,507 with a single copy, 16 bp rice genome sequence was deleted at the insertion site and no insertion of vector backbone. 375 bp and 353 bp flanking host DNA sequence of 5′-end and 3′-end of the insertion DNA fragment were also obtained, respectively. The putative insertion location and flanking sequences were further confirmed by PCR amplification and Sanger sequencing. The results not only provided data support for safety assessment and event specific detection, but also demonstrated that WGS was an effective technique for identifying molecular characterization in rice.     

The integration and insertion site of GbVe1 gene in the genome of transgenic cotton (Gossypium hirsutum)

[Objective] The aim of this study was to obtain the flanking sequences of T-DNA in the transgenic cotton containing a GbVe1 over-expression cassette. [Method] The T-DNA insertion copy number in the transgenic GbVe1 cotton was analyzed by southern blot. Flanking sequences of the transgenic lines with putative single T-DNA insertion copy were obtained using high-efficiency Thermal asymmetric interlaced polymerase chain reaction (hiTAIL-PCR). The T-DNA insertion sites were further confirmed by PCR with specific primers. [Result] RB-flanking sequences (119-1 018 bp) and LB-flanking sequences (243-516 bp) were obtained from three transgenic lines with low copy number of T-DNA insertion. The AT content was more than 63% in these flanking sequences. A same single insertion site in the intron of Gohir.D01G157600.1 was found in the two transgenic lines 7/100826-152 and 12/100826-393, while two separated insertion sites, one also in the intron of Gohir.-D01G157600.1 and the other in the intergenic region of A12 chromosome, were found in the transgenic line 1/w-ch14. A deletion of 21 bp was found in the insertion site in the intron of Gohir.D01G157600.1. The T-DNA insertion in the intron of Gohir.D01G157600.1 was further confirmed by the specific PCR. [Conclusion] The flanking sequences of T-DNA in the transgenic GbVe1 cotton were obtained and the specific transformation event in the intron of Gohir.D01G157600.1 was further confirmed by PCR.     

转mCherry基因水稻的遗传分析及T-DNA整合位点的研究

为了建立转基因水稻的高通量遗传分析系统,本研究以粳稻成熟胚诱导的愈伤组织为受体材料,潮霉素磷酸转移酶(HPT)为抗性筛选标记,通过农杆菌介导的方法将红色荧光蛋白基因mCherry导入水稻。在水稻转化愈伤组织、转化植株(T0)和转基因后代(T1)均检测到红色荧光,证实mCherry在转基因水稻中稳定表达。139个独立转化株系的遗传分析表明,mCherry在转基因后代表现多种遗传模式,54%的转基因株系呈单位点遗传。TAIL-PCR进一步验证转基因整合到水稻基因组。根据T-DNA整合位点DNA序列分析结果,T-DNA左边界发生碱基缺失、增加和替换,右边界只发生碱基缺失,说明左边界比右边界有更多的碱基变异类型。此外,对T2代植株mCherry和HPT的转录水平进行实时定量逆转录PCR分析,结果表明,mCherry和HPT转录水平因T-DNA在水稻基因组中的整合位置而变化,表现位置效应。本研究在mCherry荧光蛋白和其它相关方法的基础上,为转基因水稻遗传及分子分析建立了一个高效的流程体系。     

可去除选择标记的转Bt基因抗虫玉米研究

将组成型表达的玉米泛素启动子与苏云金杆菌杀虫蛋白基因Bt连接，插入根瘤农杆菌双T-DNA质粒，构建一个T-DNA结构域含有抗潮霉素选择标记基因hyg，另一个T-DNA结构域含有抗虫基因的双T-DNA单子叶植物表达载体，用以转化农杆菌菌株，再通过共培养转化玉米胚性愈伤组织。通过潮霉素培养基抗性筛选，用特异PCR扩增和Southern杂交检测，从分化再生的T0代植株中，鉴定出4个转化Bt基因的阳性植株。目前，正结合进行田间分离纯合和DNA分子鉴定，培育去除选择标记基因的转基因抗虫玉米自交系。     

一种抗草甘膦转基因油菜的快速鉴定方法

为建立一种快速鉴定抗草甘膦转基因油菜的方法,以抗草甘膦转基因油菜品系及后代分离群体为研究材料,利用不同草甘膦浓度滤纸平板进行种子发芽,观察抗性材料和非抗性材料幼胚抗性反应表型,并通过PCR和苗期草甘膦处理进行抗性验证。结果表明,利用0.5~1 g/L的草甘膦溶液处理的抗性材料胚根根毛生长正常,而非抗性材料胚根生长迟缓且光滑无根毛;利用该浓度的处理BC₁和F₂抗性分离群体,幼胚根毛有无性状分离比符合1:1和3:1,幼胚个体的基因组PCR扩增结果与根毛有无呈共分离。通过观察在该浓度草甘膦发芽处理后的幼胚根毛有无,可有效区分抗草甘膦转基因油菜的抗性和非抗性材料。本研究建立的鉴定方法不仅能够对抗草甘膦油菜材料进行快速、准确鉴定,而且能保证材料成活,对抗草甘膦转基因油菜育种和种子纯度鉴定提供技术参考。     

利用基因拆分技术培育耐草甘膦转基因水稻的研究

耐除草剂转基因水稻基因飘流可能产生的环境安全问题是人们关注的焦点之一,并已成为耐除草剂转基因水稻能否在我国生产上发挥效益的限制因素。基因拆分技术能够有效地控制转基因目标性状飘流,为培育耐除草剂转基因水稻提供新的途径和思路。本研究将耐除草剂基因G2-aroA拆分成N端(EPSPSn,1～295aa)和C端(EPSPSc,296～435aa),分别与SspDnaE蛋白内含肽的N端(Intein-N)和C端(Intein-C)连接形成融合基因EPSPSn-In与Ic-EPSPSc,并分别通过农杆菌介导法转入受体材料中花11。Southern杂交证明转基因水稻En-12和Ec-22中外源基因为单拷贝插入。侧翼序列分析证明转基因水稻En-12和Ec-22中外源基因分别插入第2和第6染色体。利用四引物法筛选出转基因水稻En-12和Ec-22的纯合系,并通过有性杂交获得同时含有EPSPSn-In与Ic-EPSPSc的转基因水稻En×Ec。草甘膦抗性分析发现,单独含有1个基因片段的转基因水稻En-12和Ec-22不具有耐受草甘膦特性,而同时含有2个基因片段的转基因水稻En×Ec具有耐受草甘膦的特性,说明拆分后的2个蛋白片段在intein的介导下重新组装成完整有功能蛋白,并赋予转基因水稻耐受草甘膦的特性。转基因水稻En×Ec与含有完整G2-aroA转基因水稻G2-6相比,其耐受草甘膦的能力有所下降,但能够满足生产需求。本研究结果为利用基因拆分技术培育转基因耐草甘膦水稻提供了科学依据,同时也为利用基因工程手段培育转基因杂交稻提供了新的技术平台。