水稻转基因再生植株突变体筛选的研究

在水稻转基因植株抗虫性测定的同时,我们进行了转基因再生植株突变筛选的研究,发现;１．水稻转基因再生植株第１代矮化现象较普遍,但大多数植株可能是受组织培养的影响,在第２代即可恢复原种性,只有少数是变异株;而变异频率较大的性状是生育期,１９９５－１９９６年共获得４株矮化株和１２株早熟株。２．突变体植株遗传具相对稳定性,第２代株系内即表现整齐一致,不分离。３．经过基因转化处理后的再生植株发生突变的频率增     

水稻转基因再生植株及其后代抗虫性筛选测定研究

采用基因枪转化系统，将CpTI(豇豆胰蛋白酶抑制剂）抗虫基因转入水稻愈伤组织中，经过抗生素筛选得到了再生植株。我们用这些转基因水稻再生植株及其后代的分蘖茎段对玉米螟（Ostrinia nubilalis)进行室内喂养，通过比较虫体死亡率及虫体生长长度，测定转基因水稻再生植株的抗虫性。1997－1999年共进行3个世代5次的室内测定。从121株F0代转基因植株中选出抗虫性较好的植株15株。从F1代的15个株系中，又筛选出了7个株系40个单株；在F2代的14个株系中共选出37株抗虫效果表现较好的植株。对37株中的19株进行了分子检测（PCR扩增），从中检测出5份材料为纯合体，14份材料有分离现象。研究结果表明：该富内喂养玉米螟并进行抗虫测定的方法是可行的；抗虫基因在转基因水稻再生植株中已经获得表达并且可以遗传。     

水稻多胺氧化酶基因（OsPAO4）CRISPR/Cas9 编辑突变体的创制

【目的】稻瘟病是水稻生产上的重要限制因素,挖掘与利用抗病基因是实现水稻高产稳产的重要保障。前期研究发现,稻瘟病抗性相关osa-miR-21可能通过靶向调控多胺氧化酶基因OsPAO4调节水稻稻瘟病抗性,但目前多胺氧化酶(Polyamine oxidases,PAOs)在水稻抗病中的功能研究尚未见报道。为进一步探究其在水稻抗病中的可能生物学功能,本研究利用CRISPR/Cas9编辑技术对水稻OsPAO4基因进行定点编辑并对其后代突变体进行分析。【方法】在OsPAO4第2外显子处设计了1个20 bp的编辑靶点,将靶点核苷酸片段克隆至pRGEB32载体,获得OsPAO4编辑载体。随后,利用农杆菌介导法转化水稻Pik-H4 NIL愈伤组织中,经过再生培养、潮霉素检测获得转基因阳性植株,并对T₀代植株靶位点附近DNA序列进行PCR和测序分析。【结果】OsPAO4基因被成功编辑,最终获得25个转基因阳性植株,并在T₀代产生多种突变类型：3株纯合突变、18株杂合突变和4株未发生编辑的植株。此外,T₀代杂合突变ospao4-8的颖壳颜色由...     

插入T-DNA片段构建部分水稻突变体株系

 通过农杆菌Agrobacterium tumefaciens介导,将T-DNA片段高效插入水稻中花11的基因组DNA中。利用二次枝梗种子和未成熟种子的盾片愈伤组织作为转化起始物,探索并优化了影响愈伤组织诱导率、再生率和转化率的试验条件,得到近10 000株转化植株。经PCR分析和Southern 杂交证明已将外源基因整合到水稻基因组中。当代转基因植株可抗0.2%的除草剂Basta。200余棵T0代转化株系出现白化苗、宽叶、狭叶、黄叶、高秆、矮化并杂草化、不育、白化穗、皱穗和抽穗延迟等突变表型,结实率普遍较低     

利用基因枪法获得可遗传的抗除草剂转基因水稻植株

 利用基因枪转化系统，将含有由CaMV35S启动子启动的bar基因的转化质粒pCB1导入水稻幼胚，经筛选、再生得到3株抗除草剂Basta的转基因植株。经PCR及Southern分析，在转基因植株基因组中均检测到了bar基因的整合；经RNA点杂交分析，检测到了bar基因在转基因植株中RNA水平的表达。在转基因植株JY119-2的总计321株T#-1代自交后代中，有274株表现出除草剂抗性，47株敏感。从该274株抗性植株中随机选取8株进行Southern分析，结果均检测到了bar基因的整合，表明bar基因已遗传到了T#-1代植株中。     

根癌农杆菌介导的水稻两用不育系培矮64S遗传转化体系的建立

以水稻两用不育系培矮64S成熟胚为外植体,以不同组合培养基为诱导和继代培养基,建立了适合水稻培矮64S转化的高效再生体系,并通过农杆菌EHA105介导,将大肠杆菌C1基因转入培矮64S,获得再生植株.结果表明.J0N1D3为合适的愈伤组织诱导培养基,诱导率达56.44%;通过潮霉素筛选后,获得的抗性愈伤组织分化率为73.08%,经分化,获得133株再生植株;随机挑选67株再生植株经PER检测,其中46株检测到目的条带,阳性检出率占68.66%;对PCR阳性植株进行荧光定量实时PCR分析,结果表明C1基因能在转基因植株中表达.通过对T1代PCR分析,得到目的条带,表明C1基因能在转基因后代稳定遗传.     

NaN_3处理对水稻体细胞培养及再生植株后代表现的效应

选用水稻广亲和系CA529、光敏不育系W6154s和W6184s三份材料,用2.0mM的NaN_3对其成熟种子进行诱变处理,观察了种胚离体培养及其再生植株R1、R2代性状。结果表明:NaN_3处理具有提高出愈率、出苗率及愈伤组织日增重量的效应;每毫克愈伤组织的日增量与出苗率呈一定的正相关;NaN_3对再生植株R1、R2代的株高有矮化效应;在CA529中获得3个株叶型优良、抗倒伏早衰的变异株系;在W6184s和W6154s的处理和培养对照(CK2)中获得3个育性表现优于亲本的株系。表明诱变与组培相结合的技术对作物改良是有效的。     

水稻组织培养再生植株的移土栽培及D2代分析

试验了移栽水稻组织培养再生植株的方法,采用了“冰镇”,“水培”等炼苗、保苗措施,移栽的再生植株顺利完成一个生长周期,产生种子。获得的种子在第二年播种,进行 D_2代分析,发现一些性状变异.但是,在存活并完成生长期的植株中,遗传的变异幅度已较稳定。通过组培进行变异选育,作为一种方法,在水稻育种上具有重大意义。     

基于CRISPR/Cas9系统的水稻光敏色素互作因子OsPIL15基因编辑

【目的】光作为一种环境信号,可影响植物的基因表达、酶活性和形态建成。光敏色素互作因子在光信号传导过程中起着重要作用。本研究旨在构建水稻光敏色素互作因子OsPIL15的CRISPR/Cas9表达载体,创制OsPIL15突变体,挖掘水稻功能基因,丰富和完善水稻光信号调控分子机制。【方法】依据CRISPR/Cas9技术原理,设计OsPIL15突变靶点。将所设计靶序列在水稻基因组中进行比对,排除非特异性靶位点,同时使该靶序列含有常用酶切位点,方便后期突变体鉴定。化学合成靶位点寡核苷酸序列并与载体pBUN411连接构建CRISPR/Cas9表达载体,利用农杆菌介导法导入粳稻品种日本晴,以除草剂抗性标记筛选获得阳性转基因植株。利用酶切法判断T0代转基因植株是否发生突变,结合测序结果分析突变单株的突变基因型。将靶点序列在水稻全基因组中进行比对分析,选择5个与靶序列同源性较高且错配在4 bp以内的位点作为潜在脱靶位点进行脱靶效应评估,分析所设计靶序列特异性。【结果】所构建表达载体成功实现了对OsPIL15的定向编辑,酶切显示在选取的25株T0代转基因植株中获得15株突变体,其中包括5株纯合突变体、6株双等位突变体和4株杂合突变体,共10种不同突变基因型和11个突变株系。突变类型以单碱基插入或缺失为主,同时也得到2种56和66 bp较大片段缺失株系。对部分纯合突变、双等位突变和杂合突变体的T1代植株进行分析,结果表明,T0代产生的突变基因型绝大部分能稳定遗传给下一代。T0代纯合突变体后代为纯合突变单株,仅在株系14纯合突变体后代中检测到1株未突变单株;T0代双等位突变体后代可得到2种纯合突变型和1种双等位突变型;T0代杂合突变体后代则可得到纯合、杂合及未突变3种类型。对T0代未突变植株的后继世代酶切分析显示,62株T1代转基因植株均未发生突变,表明CRISPR/Cas9在T1代转基因阳性植株中未重新发挥基因编辑作用。对20株突变体的5个潜在脱靶位点进行分析,5个潜在脱靶位点均未检测出脱靶效应,表明所设计靶序列具有较高特异性。对选取的3组不同基因型ospil15 T1代突变体表型进行初步观察,结果表明,突变体生育期和分蘖数未出现明显变化,株高极显著下降,籽粒粒长极显著增加,最大增幅达5.69%。【结论】CRISPR/Cas9系统能对OsPIL15进行定向编辑,获得的10种不同突变基因型的ospil15突变体与野生型相比株高极显著降低、籽粒粒长极显著增大。     

谷子体细胞无性系变异分析

对谷子（Setaria italica Beauv.）品种郑407幼穗外植体不定芽途径再生植株和幼穗愈伤组织再生植株后代的性状变异进行了研究分析。结果表明：无性系变异发生在愈伤组织形成和继代过程中;R#-2代变异频率达10%,包括质量性状变异和农艺数量性状变异,变异具有高的遗传力和育种应用价值;R#-1代表现半不育或高度不育的单株,其R#-2代出现变异的频率高于R#-1代结实正常的单株。     

转基因拷贝数对农艺性状的影响

[目的]研究转基因拷贝数对转化植株农艺性状的影响。[方法]以农杆菌介导的遗传转化法获得的水稻转基因植株为材料,观察其株高、分蘖、扬花、籽粒形状及饱满度、抗虫性等。同时获取PCR为阳性的单株叶片进行Southern杂交,检测转入基因的拷贝数,研究转基因拷贝数对转化植株农艺性状的影响。[结果]T0代转基因植株的农艺性状有较多改变,如白化、矮化、分蘖少及种子畸型等。转基因植株的转基因拷贝数影响其农艺性状,拷贝数越多农艺性状改变越大,目标基因越容易受到抑制而不表达。在T0代表现感虫的转化植株其T1代也表现感虫。[结论]转基因植物商品化时,应选择单拷贝的转化植株。     

陆地棉矮化突变体形态学与遗传学的研究

以陆地棉矮化突变体为材料,用形态学和遗传学方法,研究棉花矮化突变体的主茎生长动态变化和矮化性状遗传分离规律。结果表明,矮化突变体与野生型植株在出苗到现蕾初期株高无明显差异,现蕾后株高差异逐渐明显,但在各生育期主茎节间数、果枝数等无显著差异,矮化突变体株型紧凑。在矮化突变体杂交后代F2植株中,植株高度在一定范围内存在变异,且集中在平均株高值上下的一定范围内,平均株高值附近植株量大,呈正态分布,棉花株高属数量遗传。     

~(60)Coγ射线辐照对水稻主要性状的遗传效应 Ⅱ. ~(60)Coγ射线辐照水稻M_1代的性状表现与M_2代性状变异的关系

水稻经过辐照处理后其M_1代的性状表现与N_2代性状变异的关系是广泛的。从突变频率来看,群体的平均突变频率是很低的,但以个体(株系)后代统计则其突变频率明显增高,从结实率看,则以M_1代不实率30-60%的植株后代突变株较多;从生育期看,则大多数M_1早熟株后代的早熟突变株多,这说明M_1代的早熟性是可以遗传的。早熟性在M_1代即可进行选择。     

利用CRISPR/Cas9技术靶向编辑水稻基因

以现有水稻CRISPR/Cas9载体系统为起点,优化改造了相应的载体及其构建方法,实现了两步法构建基因敲除载体。利用新的载体和方法,针对水稻日本晴(Oryza sativa L.spp.Japonica cv.Nipponbare)D3基因的3个靶向位点分别构建了相应的CRISPR/Cas9载体,并通过农杆菌介导的遗传转化成功获得一系列转基因植株。T_0代转基因植株靶位点测序结果显示,靶位点DDRC1包括5种突变类型,植株的突变率为35.48%;靶位点DDRC2包括5种突变类型,植株的突变率为25.00%;靶位点DDRC3包括1种突变类型,植株的突变率为20.00%。利用T_1代纯合突变植株,进一步研究了所得纯合突变体的株高、分蘖数表型与CRISPR/Cas9编辑后基因型之间的关系,探讨了CRISPR/Cas9系统的基因编辑效率、位置效应和突变类型等特点,为进一步利用CRISPR/Cas9系统发展具有不同农艺性状的水稻种质材料提供了参考。     

小麦品系绵阳97-392的组织培养再生植株的遗传变异

为研究组织培养中的再生植株的遗传变异 ,使用小麦品种绵阳 97- 392的幼穗作为外植体 ,进行组织培养 ,获得了 2 3个自交结实的再生植株 ,在田间种植为株系。其中 2个株系证明发生了叶片和种皮颜色的遗传变异 ,遗传分析证明它们是单基因隐性突变。没有观察到抗病性的突变。分析了这些株系的单株穗数 ,株高 ,穗长 ,穗粒数 ,千粒重数量特性 ,在一些株系中也观察到数量性状的明显的变异。这些数量变异在T2代中除表现为平均数的显著差异外 ,也表现为群体内植株之间的差异。这种群体内的植株间的差异揭示了数量性状变异的继续分离。本文讨论了通过组织培养产生数量性状变异作为小麦育种资源的可能的作用 ,以及组织培养中的遗传变异对转基因研究的干扰问题。     

TALEN介导水稻OsTZF9基因定点突变研究

RR-TZF锌指基因在植物生长发育和胁迫反应中起着重要作用。利用TALEN基因组编辑技术定点突变水稻RR-TZF基因OsTZF9,结果表明:根据日本晴基因组中的OsTZF9基因序列,设计3对TALEN靶序列,并构建相应的3个TALEN植物敲除表达载体;通过农杆菌介导法分别将3个TALEN敲除载体导入水稻明恢86和秀水134的胚性愈伤组织中,获得了100个转化再生植株,PCR检测获得87个阳性植株;PCR扩增转基因植株靶突变区并测序列,发现所有转基因植株均未出现靶突变。     

基于CRISPR/Cas9基因编辑技术靶向敲除OsFAD2创制高油酸水稻突变体

【目的】水稻 OsFAD2 编码脂肪酸脱饱和酶,调节油酸（C18∶1）向亚油酸（C18∶2）转化,该基因突变后可提高水稻的油酸含量。为了创制高油酸水稻突变体并助力稻米油发展,利用 CRISPR/Cas9 技术对OsFAD2 进行定点编辑。【方法】以日本晴（粳稻）愈伤组织为材料,利用含有 CRISPR/Cas9-FAD2-sgRNA 载体的农杆菌介导获得转基因植株,Sanger 测序与荧光定量 PCR 鉴定阳性植株,最后利用气相色谱质谱（GC-MS）检测稻米籽粒脂肪酸含量变化。【结果】靶点序列测序检测表明 , 有 3 株OsFAD2敲除植株在 T0代产生了碱基变异,但是仅有 1 株不存在脱靶现象。随后阳性植株种子被扩繁至 T1 代,使得 OsFAD2 突变序列纯和、稳定,荧光定量 PCR 检测表明 OsFAD2 表达量比野生型植株显著减少。利用 T1 代转基因植株进行种子脂肪酸组分检测表明,敲除 OsFAD2 导致籽粒油酸含量显著上升约 30%。【结论】利用 CRISPR/Cas9 技术对水稻 OsFAD2 编码区序列进行靶向敲除并获得了高油酸水稻突变体,为后续高油酸稻米育种提供种质资源。     

Xa21基因导入水稻广亲和恢复系SWR20的研究

以成熟胚愈伤组织为转化受体 ,经农杆菌介导法将显性广谱白叶枯病抗性基因 Xa2 1导入高感白叶枯病的水稻广亲和恢复系 SWR2 0中 ,共获得 4 3个独立的转基因株系 ,1 0 0余株转基因水稻植株。经 GUS活性、潮霉素抗性检测及PCR分析表明 ,外源基因已整合到转基因水稻基因组中 ;白叶枯病原菌接种试验表明 ,大部分 T0 代转基因水稻植株的抗病性有明显提高 ,多数植株表现抗或高抗 ,个别为感病。经对农杆菌介导的水稻转化技术作进一步改进后 ,GUS瞬间表达率可高达 92 .5% ,稳定转化频率达到 2 7.6%     

诱导根瘤菌与稻类根系结瘤共生

1986年水稻原生质体再生植株获得成功以来,国内外对原生质体再生植株及其后代的性状变异已有一些报道,1988年中国科学院遗传研究所培育籼稻品种大谷早原生质体再生植株成功,1988-1990年我们对大谷早再生植株及其后代R_26个株系360植株的形态性状变异,进行了系统的田间     

抑制水稻WRKY10基因表达的分析

在水稻T-DNA插入突变体库中发现一个生长缓慢的突变体Osdg,其T-DNA插入位点侧翼序列编码一个WRKY类转录因子(OsWRKY10)。为了明确插入位点的基因是否为引起突变表型的基因,构建了抑制OsWRKY10基因表达的dsRNA干涉载体并转化水稻(Oryza sativa L.subsp.japonica,中花11),获得转基因植株(WInW)。T1代转基因植株的表型观测结果表明,部分WInW干涉植株出现生育期延长、株高下降、分蘖数减少、穗长缩短等表型,与突变体Osdg的突变表型相似,这说明,抑制OsWRKY10基因的表达可能延缓水稻的生长发育,该基因与引起Osdg突变表型的基因具有相似功能。