紫粒小麦高原115中R2R3-MYB转录因子TaMYB3-4A的克隆及功能分析

花青素在小麦生长发育中参与多种生理生化过程,关于花青素合成机理已被深入研究。本研究利用同源克隆从紫粒小麦高原115中克隆到Ta MYB3-4A基因。Ta MYB3-4A基因组为序列为853 bp,其完整开放阅读框序列为729 bp,含有一个124 bp的内含子;编码蛋白为242个氨基酸,具有典型的MYB结构域,属于R2R3-MYB蛋白。利用不同的MYB蛋白构建系统发育树,Ta MYB3-4A编码蛋白与调控花青素合成的MYB蛋白聚为一类。Ta MYB3-4A与b HLH基因共同瞬时表达能够诱导白色胚芽鞘中花青素的合成。不同组织特异性表达分析,Ta MYB3-4A基因在高原115胚芽鞘和种皮中表达量高,茎中次之,叶片和颖壳中表达量弱,但在根中并未检测到。研究表明Ta MYB3-4A基因编码蛋白为R2R3-MYB转录因子,调控小麦高原115不同组织中花青素生物合成。     

木薯AGPase大亚基MeAGPL3基因启动子调控区域鉴定

木薯是重要的热带作物,具有高淀粉积累等特点,但其高效积累机制尚不明确.为研究腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)大亚基对木薯淀粉积累的调控作用,本研究通过RT-PCR技术对木薯AGPase 5个大亚基基因(MeAGPL1～MeAGPL5)进行筛选,发现MeAGPL3基因在木薯块根中高表达且受100 μmol/L外源ABA正向调控;克隆了该基因2455 bp 5'侧翼序列,利用该序列及4个不同长度的5'端截短片段分别与β-葡萄糖醛酸酶(GUS)基因融合构建表达载体,转化本氏烟草,通过检测各转基因烟草GUS蛋白活性,发现-1至-1711 bp序列具有最佳的启动活性.利用100 μmol/L外源ABA处理各转基因烟草株系,分析处理前后GUS蛋白活性变化,发现ABA信号响应元件分布于-1711至-2150区域.本研究为从转录调控角度阐释木薯淀粉高效积累机制提供理论支撑.     

转LEA基因烟草的NaHCO3抗性分析

本研究以转LEA基因烟草7个株系及非转基因对照烟草组培苗为材料,用不同浓度的NaHCO3处理,通过调查转基因烟草和对照烟草的相对电导率、POD活性、SOD活性、碱害指数、生根率等指标的变化,对LEA基因功能在NaHCO3的抗性方面进行初步探索性的研究。结果表明,在非碱胁迫条件下,各转基因株系与对照烟草的相对电导率差异不明显,各株系的相对电导率随着NaHCO3浓度的增加均呈上升趋势,但各转基因株系均小于对照烟草,当NaHCO3浓度在30mmol/L和40mmol/L时,转基因株系之间及转基因株系与对照间的差异达到了显著水平;在给予NaHCO3胁迫后,将各转基因株系各个处理POD活性、SOD活性取平均值后与对照烟草做比较,可以看出,对照烟草的POD活性、SOD活性变化较小,而转基因株系活性上升较为明显,且均在NaHCO3浓度为30mmol/L处达到活性最大值;在不同浓度NaHCO3胁迫下转基因烟草的受害程度明显小于对照;在相同浓度的NaHCO3胁迫下,转基因烟草生根较对照烟草早2￣3d,当NaHCO3浓度为30mmol/L时,转基因烟草碱害指数达到50%左右,且保持有10%￣30%左右生根率,而对照烟草受害程度较大,已经不能生根。综合以上分析结果表明,转基因烟草NaHCO3的耐受临界浓度为30mmol/L。在NaHCO3胁迫下,转基因烟草的碱害程度、膜损伤较对照烟草小,POD、SOD活性及生根率均高于对照烟草,说明LEA基因的导入提高了烟草的NaHCO3抗性。     

水稻OsAPX1基因在烟草中的表达及其抗盐性研究

本研究采用RT-PCR方法克隆得到水稻细胞质抗坏血酸过氧化物酶(OsAPX1)基因全长cDNA(基因登录号:D45423);将该基因构建二元植物表达载体pBI121-OsAPX1;用农杆菌EHA105侵染介导烟草叶盘转化法转基因,获得转基因植株,PCR鉴定遗传转化的烟草植株成功地整合了水稻OsAPX1基因;Northern blot鉴定结果表明转基因T1代植株Ta在mRNA转录水平上表达;对Ta株系进行Kana抗性鉴定,表明转基因T2代株系有抗性;对T2代株系做NaCl、NaHCO3、Na2CO3抗盐性鉴定,结果表明与对照相比表现出转基因植株抗(耐)性提高;取T2代植株的叶片在不同浓度H2O2处理下,抗H2O2毒害的能力显著强于对照,转基因植物的抗性有所提高,有望在抗盐碱性育种上应用.     

3个抗虫耐盐基因载体对烟草的遗传转化及表达分析

病虫害和土壤盐渍化是影响烟草生长发育的重要因素,转基因技术已成为改善这一现状的有效手段。本研究将部分改造的Bt基因Cry1Ac基因、Cry3A基因及NTHK1基因构建在同一载体上,利用农杆菌介导法转化野生烟草植株。经PCR检测,获得10个转基因株系。经荧光定量PCR检测,Cry1Ac基因表达量在104~10~5数量级,1号转录丰度1.58×10~5为最高,而Cry3A基因表达量在10~5~10~6数量级,10号转录丰度1.34×10~6为最高;10个转基因株系双Bt基因均得到表达且存在表达差异,而对照烟草没有Bt基因表达。经ELISA检测,转基因烟草Cry1Ac蛋白平均表达量为150.441 ng/g,变化在0.86~201.74 ng/g;Cry3A蛋白平均表达量为1 192.592 ng/g,变化在23.33~2413.47 ng/g。经过对烟草斜纹夜蛾的虫试,初步证明转基因植株获得了抗虫性。组培苗耐盐试验表明,不同盐浓度条件下,转基因株系的分化状况优于对照。证明抗虫耐盐多基因的一次性转化,可提高烟草的抗虫能力和耐盐性。     

Ta6-SFT在烟草中的逆境诱导型表达及抗旱性

分别构建CaMV35S启动子驱动的Ta6-SFT组成型植物表达载体和rd29A启动子驱动的逆境诱导型表达载体。利用农杆菌介导法分别导入烟草中,获得转基因株系,Southern杂交和Northern点杂交确定Ta6-SFT整合进转基因株系基因组中,并正常转录。以非转基因株系作对照,对2种转基因烟草株系进行干旱胁迫处理,采用半定量RT-PCR分析Ta6-SFT在转基因株系中的表达,同时测定胁迫0 d和18 d果聚糖含量及部分农艺性状。结果表明,含有rd29A启动子的逆境诱导型株系中Ta6-SFT相对表达量比在含CaMV35S启动子的组成型株系中高,而且积累更多的果聚糖;从株高、1/2株高处茎粗、叶面积数据来看,逆境诱导型转基因株系的生长势优于组成型株系,对干旱表现强的耐性。因此,在转基因植物中逆境诱导型表达Ta6-SFT基因将发挥更好的抗逆功能。     

马铃薯StCYP85A3促进萌芽及根系伸长的功能解析

油菜素内酯(BR)是一类植物甾醇类激素,对植物生长发育及胁迫应答具有显著的调控作用,马铃薯中StCYP85A3作为BR合成酶的编码基因,功能仍待进一步探究。本研究从‘川芋10号’马铃薯中克隆出该基因,生物信息学分析表明该蛋白具有催化BR合成的典型亲氧结合域,属于CYP85As家族成员。通过组织表达分析发现该基因在块茎芽眼及根中表达量最高,且芽眼中的表达量随着储藏时间的延长而增加,在块茎芽眼休眠解除时表达迅速升高。同时发现外源BR可诱导马铃薯芽眼及根中StCYP85A3表达量升高,从而显著促进了种薯萌芽及幼苗根的伸长。通过在拟南芥野生型及cyp85a2突变体中过表达StCYP85A3发现,过表达株系种子萌发及根系伸长都早于野生型,同时回补株系弥补了突变体种子萌发、植株根系生长迟缓的缺陷。此外,外源BR对过表达株系种子萌发、根系伸长无显著促进作用,但显著促进了野生型、突变体及回补株系种子萌发、根系伸长。上述马铃薯及拟南芥试验结果表明, StCYP85A3具有促进萌芽及根系伸长的功能。     

转GmGI基因烟草T3株系的鉴定及其农艺性状的统计分析

本研究将大豆中调控光周期途径的关键基因Gm GI转入Havana 425烟草中,以非转基因Havana425烟草为对照,对获得的转Gm GI基因T3代烟草的4个株系的花期、产量以及其它农艺性状统计分析。结果表明,与非转基因烟草对照相比,除GI6株系外,其余3个株系株高与单株粒重提升明显,花期平均提前了31.5 d。上述结果表明:Gm GI基因使植物的花期提前的同时提高了植物的产量,因而该基因对于改良植物的光敏感特性,打破品种种植的地域限制、选育高产的优良品种是一个重要的基因资源。     

烟草β-胡萝卜素羟化酶基因的特征分析

β-胡萝卜素羟化酶基因在植物类胡萝卜素的合成代谢过程中起着关键的作用。烟草中的类胡萝卜素是烟叶香气物质的主要前体物之一。本研究克隆了烟草4个β-胡萝卜素羟化酶基因。烟草β-胡萝卜素羟化酶基因与其它作物的BCH基因具有相似的结构,由7个外显子和6个内含子组成。其编码的蛋白包含BCH蛋白的保守结构域,即脂肪酸羟化酶超家族保守域。进化分析表明,烟草Nt BCH蛋白与番茄、枸杞、辣椒等茄科作物的BCH蛋白遗传距离较近。组织特异性表达分析表明,Nt BCH1和Nt BCH2基因主要在叶和花中表达,Nt BCH3和Nt BCH4主要在根和花中表达。从本研究结果推断,可以通过调控Nt BCH1和Nt BCH2基因的表达控制烟叶中类胡萝卜素的含量。     

菊花DmDREBa/b基因提高转基因烟草耐逆性研究

本研究组前期从菊花(Dendranthema morifolium)中克隆得到两个DREB同源基因-Dm DREBa/b,发现两者都受到低温诱导。为了进一步探究该基因的功能,本研究通过农杆菌介导的叶盘转化法将Dm DREBa/b分别导入烟草,并对这两个基因进行了耐逆性分析。结果表明,在4℃低温处理下,过表达Dm DREBa和Dm DREBb基因的烟草的鲜重和存活率都显著高于对照,并且转基因烟草的MDA含量低于对照,而POD活性高于对照;在高盐胁迫下,过表达Dm DREBb基因烟草株系的鲜重、POD活性以及脯氨酸含量都显著高于对照和过表达Dm DREBa基因烟草株系,并且过表达Dm DREBb烟草的存活率达到53%,显著高于对照的存活率20%;而对转基因烟草进行干旱胁迫后,过表达Dm DREBa烟草株系鲜重、POD活性和脯氨酸含量则均显著高于对照和过表达Dm DREBb烟草,且有60%的过表达Dm DREBa烟草恢复生长,显著高于对照(13%)和过表达Dm DREBb烟草(27%)。因此,本研究进一步证明菊花Dm DREBa和Dm DREBb基因均参与低温胁迫调控网络途径,能够提高转基因烟草耐低温能力,其中,Dm DREBa表现为更加积极调控转基因烟草的干旱胁迫,而Dm DREBb则更可能参与响应转基因烟草的高盐胁迫。     

小麦Ta4CL1基因的克隆及其在促进转基因拟南芥生长和木质素沉积中的功能

4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL; EC 6.2.1.12)位于苯丙烷途径分支点的上游,是苯丙烷代谢途径的核心酶,可产生木质素、黄酮类等化合物,这些化合物对植物的生长发育及环境适应性均具有重要作用。在双子叶植物中,有关4CL的研究较多,而在单子叶植物尤其是作物中的研究相对较少。本研究利用RACE技术从普通小麦中克隆了一个4CL基因Ta4CL1。系统发育分析表明,Ta4CL1与水稻、玉米和高粱等植物中在木质素合成中具有重要作用的4CLs聚成一类;利用Ta4CL1过表达、拟南芥4CLs突变体at4cl1、at4cl3和at4cl14cl3及其功能回复株系进行的分析表明,Ta4CL1与At4CL1功能相似,在植物木质素合成中具有重要作用,但未参与黄酮类化合物生物合成的调控过程;Ta4CL1是转基因拟南芥中4CL酶活性的主要贡献者。过表达Ta4CL1的转基因拟南芥叶片增大、茎更粗; Ta4CL1的表达还受茉莉酸甲酯(Methyl jasmonic acid, MeJA)、赤霉素(Gibberellin, GA)和生长素(Indoleacetic acid, IAA)等激素处理的影响。本研究为利用...     

中棉(Gossypium arboreum)光诱导基因Gacab启动子在转基因烟草中的功能缺失分析

分离了金华中棉(Gossypiun arboreum var.jinhua)光诱导基因cab 5'上游的调控序列1 009 bp,并对其功能进行了分析,证明获得的这一DNA片段具有驱动光诱导表达的功能.为了进一步分离具有最大转录活性的最小光诱导启动子,根据光诱导表达调控元件所在的位置,构建了Gacab P和197 bp、504 bp、779 bp的5'端缺失体,并将这些缺失体分别与gus(uid A)基因融合,构建植物表达载体.用农杆菌介导法转化烟草,获得转基因烟草.GUS组织化学分析表明,转基因烟草的T1代种子在光下培养时,只有Gacab P驱动gus基因在转基因烟草的叶片表达,其他3个启动子驱动gus基因在转基因烟草的整个植株中均有表达;当转基因烟草的T1代种子在暗中萌发及培养时,GacabP驱动gus基因在转基因烟草中无表达,其他3个启动子驱动gus基因在转基因烟草的整个植株中均有表达.GUS定量分析表明,-504～-1 bp的启动子缺失体启动活性最高,比CaMV35S启动子高0.6倍.上述结果表明只有全长的Gacab启动子具有光诱导和绿色组织特异表达特性,且-504～-1 bp的启动子缺失体启动活性最高.     

芥菜型油菜BjuB.KAN4基因调控类黄酮的途径

MYB类转录因子KAN4有调控植物原花青素合成的功能。为了探究芥菜型油菜中MYB转录因子KAN4对原花青素合成的调控机理,本研究以芥菜型油菜紫叶芥为实验材料,克隆了一个BjuB.KAN4基因,编码266个氨基酸,BjuB.KAN4蛋白包含一段高度保守的MYB-like DNA结合结构域,属于1R-MYB转录因子家族成员。基因表达分析表明, BjuB.KAN4在根中表达量显著高于叶和茎中, GUS组织化学染色分析试验推测,该基因可能在根茎叶的维管组织中表达。利用毛状根体系过表达BjuB.KAN4发现,类黄酮合成途径的部分关键酶基因Bju.CHS和Bju.DFR等的表达量在紫叶芥和四川黄籽的转基因根系中均显著增加,紫叶芥转基因根系中总黄酮含量为2.798 mg g~(-1),是对照组的1.3倍,四川黄籽中总黄酮含量为2.567 mg g~(-1),是对照组的1.2倍。在拟南芥中异源表达BjuB.KAN4发现,转基因植株总黄酮含量为0.237mgg~(-1),是野生型的1.5倍,原花青素含量为0.363mgg~(-1),较野生型含量下降。本研究表明,BjuB.KAN4基因参与调控芥菜型油菜类黄酮合成,为研究芸薹属植物原花青素合成的调控机理提供了参考。     

小麦TaLTP5参与小麦与条锈菌的非亲和互作反应

为明确非特异性脂质转移蛋白基因Ta LTP5在小麦抗条锈性产生过程中的作用,本研究对该基因进行了染色体定位分析,并利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)技术分析了其转录表达特征。研究结果显示,小麦Ta LTP5基因定位在小麦3B染色体的短臂上,位于3BS8-0.78-1.00染色体区段;Ta LTP5在小麦与条锈菌的非亲和过程前期表达量显著升高,而在亲和过程中没有明显变化;Ta LTP5的表达受到外源水杨酸(SA)、聚乙二醇(PEG)模拟的干旱和外源脱落酸(ABA)的胁迫强烈诱导,而外源茉莉酸甲酯(Me JA)、乙烯(ET)和低温在一定程度上抑制基因的表达。研究结果表明,在小麦-条锈菌非亲和互作中,Ta LTP5可能是小麦对条锈菌的抗性产生信号转导途径的正调控因子,而且参与了小麦的非生物胁迫应答过程。本研究结果对于调控植物抗性和培育抗病品种均有重要意义。     

转入反义ScP5CS基因烟草植株对PEG和NaCl处理的反应

以转入甘蔗脯氨酸合成酶基因ScP5CS反义片段的转基因烟草与野生型烟草为材料,研究PEG6000与NaCl处理对转基因与野生型烟草植株生长及其T0代种子萌发的影响。结果表明,在17mmol/L NaCl与1%PEG6000胁迫下转入ScP5CS反义基因片段的烟草植株矮小,叶片容易发黄,根系发育迟缓,根长缩短;转基因烟草T0代种子在200mmol/L NaCl胁迫时其发芽率明显受到抑制,并随着盐胁迫处理时间达到第55天时,在50mmol/L NaCl胁迫下其叶片严重黄化,而野生型与转入空载体株系则相反。PEG6000处理对转基因烟草T0代种子萌发影响不大。可见,甘蔗ScP5CS基因在烟草中的反义表达,部分抑制了烟草P5CS基因的活力。     

玉米ZmBRI1基因的克隆、表达及功能分析

油菜素内酯(BRs)是一种重要的甾族类激素,在植物的生长过程中起着重要的作用。本研究利用同源克隆的方法,从玉米B73自交系中获得了一个新的油菜素内酯受体蛋白编码基因ZmBRI1,该基因全长为3369 bp,编码1122个氨基酸。亚细胞定位分析表明,ZmBRI1蛋白定位于细胞膜上,而且ZmBRI1在各个玉米的各个组织器官中都有表达,其中在幼嫩的组织中表达最高。利用转基因技术将ZmBRI1导入BR不敏感突变体bri1-5中,获得的转基因植株修复了其表型,特别是植株高度、叶片形态和果荚大小。与突变体bri1-5比较,油菜素内酯(brassinolide,BL)处理显著抑制转基因株系根系生长;丙环唑(propiconazole,Pcz)处理显著抑制了下胚轴生长;同时转基因株系DWF4和CPD基因的表达量下降。此外,在野生型(Ws)中过表达ZmBRI1,显著提高了拟南芥在ABA抑制条件下的种子萌发率和植株生长,下调了ABA响应基因RD29A、RD29B、ABI5和RAB18的表达。因此,ZmBRI1不仅参与了植物的形态建成和BR的信号传导,而且参与调控了植物对ABA信号的响应。     

小麦TaPIM1基因的克隆及其转基因烟草的抗病性分析

TaPIM1是从小麦中克隆获得的1个病原诱导的小麦MYB基因,编码由323个氨基酸残基组成的蛋白TaPIM1。TaPIM1具有R2R3类MYB转录因子的典型结构,即2个保守的MYBDNA结合域(R2和R3)、核定位位点和酸性激活区。TaPIM1的全长氨基酸序列与已克隆MYB蛋白的一致性仅为43.69%以下,为植物MYB转录因子家族R2R3亚群的一个新成员。小麦纹枯病菌(Rhizoctonia cerealis)、根腐病菌(Bipolaris sorokiniana)侵染可快速诱导抗病小麦中TaPIM1基因的上调表达,说明TaPIM1可能参与小麦对纹枯病菌、根腐病菌的防御反应。将TaPIM1基因构建到由组成型强启动子CaMV35S控制的双子叶转化载体pBI121上,通过农杆菌介导法将其转入烟草W38品系。通过卡那霉素抗性筛选和PCR检测,鉴定出转TaPIM1基因烟草T0代株系M66、M102、M110等12个株系。对转基因烟草T1代株系进行PCR、RT-PCR分析和青枯病菌抗性分析,结果表明,TaPIM1超量表达的转基因烟草株系M66、M102和M110对青枯病菌(Ralstonia solanacearum)的抗性显著高于未转基因烟草对照,TaPIM1正向调控烟草对某些病原菌的防御反应。     

烟草转录因子NtDREB4特性分析及功能鉴定

DREB转录因子参与调控多种抗逆相关基因表达,在抗逆应答反应中发挥着重要作用。本研究以烟草为研究对象,通过PCR方法从烟草根系中克隆NtDREB4基因,构建表达载体并农杆菌介导法转化烟草。转基因烟草中NtDREB4表达显著升高,表明成功构建了NtDREB4表达载体并转化了烟草;转基因烟草在抗旱性显著增强,同时和抗旱相关的脯氨酸含量和叶绿素含量显著增加,而丙二醛含量显著减少,表明NtDREB4参与到植物抗旱的过程中,过表达Nt DREB4可以提高植物抵抗干旱胁迫的能力,为利用基因工程的方法改良作物的抗逆性提供了优良的候选基因。     

异源表达棉花GhPRP5基因增强了拟南芥对盐和ABA的敏感性

富含脯氨酸的蛋白(proline-rich proteins, PRPs)代表一类富含脯氨酸和羟脯氨酸的细胞壁结构蛋白质,最先在伤害诱导的胡萝卜贮藏根中被发现。越来越多的证据显示这类蛋白在应答多种生物和非生物胁迫中起作用。我们之前从棉花cDNA文库中分离了一个命名为GhPRP5的编码富含脯氨酸蛋白的基因,为研究其功能,构建了GhPRP5的过量表达载体,转化拟南芥,获得GhPRP5高表达的8个株系的纯合体。在正常培养条件下,转基因株系和野生型种子的萌发率一致,但盐胁迫和ABA处理显著抑制了转基因拟南芥株系种子的萌发。盐胁迫条件下野生型的绿苗率明显高于转基因拟南芥株系,与正常生长条件相比,ABA处理抑制转基因拟南芥主根伸长的程度更大。利用Quantitative RT-PCR技术分析几个胁迫相关标记基因的表达情况表明,盐和ABA诱导了RD29A、RD29B和KIN1的表达,但诱导水平在转基因株系和野生型中不一样,说明GhPRP5参与调控拟南芥胁迫相关标记基因的表达,但具体参与的胁迫应答信号传导途径仍需进一步研究。