土壤宏基因组中抗草甘膦新基因的克隆及其功能验证

【目的】从土壤宏基因组中克隆新的抗草甘膦新基因,并对其功能进行验证,为培育抗除草剂转基因新品种奠定基础。【方法】利用被草甘膦污染的土壤建立宏基因组文库,经筛选从中成功克隆了一个新的具有草甘膦抗性的5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPS)基因(命名为soilA)。构建了Prrn启动子驱动soilA基因的原核表达载体pSYTH-soilA,将其导入大肠杆菌进行原核草甘膦抗性试验,构建了35S启动子驱动soilA基因的植物表达载体pC330E,利用农杆菌介导法转化烟草,并对经PCR和胶体金试纸条鉴定的转基因烟草植株进行草甘膦耐受能力检测。【结果】序列分析表明,所获得的soilA基因长1 347bp,编码448个氨基酸,经BLAST分析,结果表明其属于ClassⅡ型EPSPS基因家族。原核表达soilA可使受体菌具有耐受1 200mmol/L草甘膦。构建soilA植物表达载体pC330E,通过农杆菌介导法将其导入烟草,经PCR和胶体金试纸条检测共获得107株阳性烟草植株,经过喷洒试验获得了3株高耐受草甘膦植株,这3株转基因烟草最高可耐受200mmol/L草甘膦。【结论】新克隆的编码EPSPS的soilA基因能够提高受体材料的草甘膦耐受能力。     

转2mG2-epsps基因烟草的草甘膦耐受性分析

利用农杆菌介导法将耐草甘膦基因2mG2-epsps转入烟草,获得87株PCR阳性植株,阳性率为43%。对PCR阳性植株进行Southern杂交、RT PCR、Western 杂交和ELISA分析,结果显示外源基因已经整合到烟草基因组中并高效表达,转基因植株的叶片中2mG2-EPSPS蛋白的最高表达量可达26.03 μg/g 鲜重。转基因烟草草甘膦耐受性分析显示,其中有15个转化事件表现出较好的草甘膦耐受性,对草甘膦的耐受性可达到1%。转基因植株的种子可以在10 mmol/L草甘膦异丙铵盐浓度下萌发,T1代转基因烟草幼苗可以耐受浓度为0.8%的草甘膦。研究结果表明转2mG2-epsps基因烟草具有较高的草甘膦耐受性,2mG2-epsps基因可以用于耐除草剂转基因作物的培育。     

GOX-CP4EPSP转化甘蓝型油菜的抗草甘膦研究

利用Genome walking方法在孟山都抗农达油菜(Brassica napus L.)中克隆了GOX-CP4EPSP双顺反子结构。利用农杆菌介导的遗传转化方法将PCAMBIA-GOX-CP4EPSP植物双元表达载体转化甘蓝型油菜Pol CMS恢复系"7-5"获得转基因植株。在田间对转基因植株喷施400倍的农达(41%草甘膦异丙胺盐),所有的转基因家系都能存活,而非转基因Pol CMS恢复系"7-5"全部死亡。在转基因植株叶片中能够检测到GOX和CP4EPSP基因的表达。对转基因T1代3个家系在60 mg/L草甘膦培养基上的发芽试验以及GUS染色分析表明抗草甘膦的单株能表达与GOX-CP4EPSP共转化的GUS蛋白质,而对草甘膦敏感的单株和野生型对照植株都不能表达GUS蛋白质。鉴于GOX-CP4EPSP双顺反子在转基因油菜中的有效性和稳定性,可以作为双子叶植物遗传转化的筛选标记。     

抗除草剂转基因水稻和大豆快速准确检测技术研究

以实验室培育的转基因水稻和大豆为研究材料,对含草铵膦乙酰转移酶基因(phosphinothricin acetyltransferase gene,bar)和不与草甘膦结合的突变型5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合酶编码基因(5-enolpyruvylshi-kimate-3-phosate synthase gene,EPSPS)2种不同除草剂筛选标记的转基因植株进行叶片喷涂、叶片离体平板培养、种子萌发试验,以建立快速、准确的转基因鉴定方法,并探索可有效区分转化和非转化植株鉴定用的筛选剂剂量.结果表明:这3种方法都能快速、简便、准确地鉴定相应的转基因植株;水稻和大豆叶片对农药吸收具有一定的差异,用300或135 mg/L草铵膦可有效区分是否转入bar基因,用1％或0.25％农达喷施可区分是否转入EPSPS基因;用含有50 mg/L草甘膦的平板培养离体大豆叶片可以方便地区分出转基因株系;种子萌发对除草剂剂量十分敏感,用远低于10 mg/L的2种除草剂即可有效区分阳性与阴性种子.本研究建立的快速鉴定转基因植株的方法在转基因研究材料的鉴定及转基因安全评估中具有重要意义.     

农杆菌介导的2mG_2-epsps基因转化玉米自交系18-599R幼胚的研究

【目的】对农杆菌介导的抗草甘膦新基因2 mG2-epsps转化玉米18-599R幼胚的体系进行优化,以获得具有明显草甘膦抗性的转基因植株。【方法】以玉米18-599R幼胚为受体,采用农杆菌介导法,对转化时的预处理条件、菌液浓度×浸染时间、草甘膦筛选浓度设置处理,以优化转化体系;并用PCR、实时荧光定量PCR和喷洒草甘膦鉴定外源基因在转基因植株中的表达情况。【结果】热激处理对抗性愈伤率没有明显的提高作用,离心处理会降低抗性愈伤率;菌液浓度为OD600=0.6,浸染时间为10 min时,平均抗性愈伤率最高,为37.33%;草甘膦浓度为2.0mmol/L是比较理想的筛选浓度;实验共得到46株再生植株,5株PCR检测呈阳性,阳性率为10.87%;实时荧光定量PCR表明外源基因在T2代植株的根、茎、叶中均有表达;对T2代转基因植株喷洒1.5g/L的草甘膦,表现出耐受性。【结论】实验成功将2 mG2-epsps导入18-599R基因组,并获得了明显的草甘膦抗性。     

超表达水稻MGD基因(OsMGD)烟草植株的耐低磷胁迫能力

【目的】研究超表达OsMGD基因烟草植株在低磷条件下的生长情况,为明确OsMGD基因对植物耐低磷胁迫的影响机理奠定基础。【方法】通过构建表达载体pGWB2-OsMGD和农杆菌介导的转化方法,获得超表达OsMGD基因烟草植株,用磷浓度为5μmol/L的HS营养液对转基因烟草植株进行低磷处理后,研究转基因烟草植株MGD活性、脂质和脂肪酸含量、叶绿素含量、根系鲜质量、根冠比和磷含量的变化情况。【结果】超表达OsMGD基因烟草植株中MGD活性增加了1~3.5倍;在转基因烟草植株中,半乳糖脂(MGDG和DGDG)、磷脂和总脂肪酸含量均显著高于野生型植株,但是转基因烟草植株中的脂肪酸组分与野生型相比无显著差异。低磷处理后,转基因烟草植株的生长情况明显优于野生型植株,转基因烟草植株中叶绿素含量、根系鲜质量和根冠比均显著高于野生型;在正常和低磷条件下,转基因烟草植株中的磷含量与野生型相比无显著差异。【结论】超表达OsMGD基因能增加烟草植株的细胞膜脂含量,使植物体内累积大量半乳糖脂和磷脂,从而提高了烟草植株耐低磷胁迫的能力。     

花青素合成调节基因B1/C1转化东方百合'索邦'的研究

百合是全球著名的切花商品花卉,较低的遗传转化效率限制了百合转基因育种的发展,建立高效、稳定的遗传转化体系对于培育转基因新品种至关重要。外源花青素合成调节基因的表达可使花青素在植物细胞内积累, 使植物体外观上表现出色彩的变化,易于观察, 因此可作为报告基因用于植物转基因研究,快速报告细胞、组织、器官或植株是否被转化。本文以东方百合‘索邦’无菌苗鳞片为受体材料,利用农杆菌介导法将花青素合成调节基因B1/C1导入‘索邦’中。通过草甘膦敏感性试验,确定了草甘膦筛选的质量浓度为2.1 mg/L,对农杆菌介导的遗传转化体系进行了优化,研究了侵染液及共培养基成分对抗性芽诱导率的影响,以MS培养基为基本培养基,设置了7种类型改良MS培养基。结果表明:当MS培养基中去除大量元素时,抗性芽获得率相对较高,可达(18.31±1.71)%。在此条件下,将培养基中30 g/L的蔗糖替换成70 g/L的麦芽糖,可使抗性苗诱导率增至(22.27±3.48)%。热激和超声波结合使用能够明显提高抗性苗的获得率,其中以42 ℃热激1.5 min、120 W超声波超声20 s抗性苗获得率最高,可达(26.80±2.24)%。抗性植株经PCR和Southern检测,获得了1株单拷贝转基因植株,初步证明B1/C1基因已整合到‘索邦’基因组DNA中,并且转基因植株叶片、叶柄、鳞茎的花青素含量均高于非转基因植株,说明花青素合成调节基因B1/C1在转基因百合中获得了表达。      

转G10aroA棉花株系的获得及分子生物学鉴定

【目的】培育具有抗草甘膦除草剂的棉花材料具有极其重要的意义。利用农杆菌介导法在棉花中转入编码EPSPS酶的抗草甘膦除草剂基因G10aroA,通过体细胞愈伤诱导组织培养技术获得能够稳定遗传的转基因棉花株系材料。【方法】首先,利用不同草甘膦抗性筛选条件比较分析不同棉花受体材料的愈伤诱导效率;其次,以R15材料作为受体,利用含有G10aroA的农杆菌侵染下胚轴切段,在进行体细胞愈伤诱导的组织培养过程中通过草甘膦抗性筛选获得棉花再生植株,对获得的棉花再生植株进行纯合繁育。在此基础上,利用PCR扩增检测证实外源G10aroA在转基因植株中能够稳定遗传;利用RT-PCR分析其外源基因在转基因植株不同组织中的转录水平进行研究、并进一步利用Western-blot对转基因植株中外源蛋白的表达进行分析。【结果】在优化的草甘膦筛选条件下,以草甘膦浓度为2.5 mmol•L-1的抗性条件进行棉花愈伤诱导筛选并获得棉花再生植株;利用特异引物进行PCR检测结果表明,在检测的全部再生植株中,扩增得到1.8 kb预期大小目标条带的阳性株系32株,其中,收获的27个株系的外源目标基因能够在T0、T1转基因植株中稳定遗传;对G10aroA在转基因株系L12、L14的不同组织中的转录表达进行定量RT-PCR分析表明,外源G10aroA在转基因棉花植株的不同组织中表达具有差异,相对表达量高低依次为茎、苞叶、叶和花;另外,蛋白检测结果进一步表明,该外源基因能够在转基因株系L7、L12和L14中植株中正常表达为预期46 kD的EPSPS蛋白。【结论】通过农杆菌介导法转化外源抗草甘膦基因G10aroA,在草甘膦抗性条件下进行棉花体细胞诱导的组织培养,成功获得转外源G10aroA的棉花再生株系,并通过分子生物学方法研究证实外源G10aroA能够在T0、T1转基因株系中稳定遗传、转录以及表达。     

棉花热激转录因子GhHsf基因的表达及其烟草转化

[目的]了解棉花GhHsf基因的功能,分析该基因的表达模式,构建其植物表达载体并转化烟草获得转基因植株.[方法]利用半定量RT-PCR对棉花热激转录因子基因GhHsf的表达模式进行分析.构建pCAMBIA1301-GhHsf植物表达载体,采用农杆菌介导法转化烟草,并进行鉴定.[结果]棉花GhHsf基因在棉花各组织中为组成型表达;构建GhHsf基因植物表达载体pCAMBIA1301-GhHsf,转化烟草获得了转基因植株.[结论l棉花Gf基因在棉花的不同组织中是组成型表达,获得了转GhHsf基因烟草株,为进一步开展功能研究奠定基础.     

基于GR79 EPSPS筛选标记的抗虫抗除草剂表达载体构建及抗性鉴定

虫害和草害是农业生产中两大主要危害。目前,尽管转基因抗虫和抗除草剂作物相继报道和应用,然而我国抗虫抗除草剂复合性状作物培育仍然明显滞后,而且多依靠传统杂交选育的手段,费事费力、周期长。根据苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis, Bt）Cry1Ac蛋白结合结构域和毒性结构域特征,人工合成杀虫基因cry1Ac-2.5。同时,利用抗除草剂基因GR79 EPSPS替换卡那霉素筛选标记,构建基于草甘膦除草剂筛选标记的复合抗虫抗除草剂植物表达载体,并转化烟草。qRT-PCR结果表明转基因烟草cry1Ac-2.5和GR79 EPSPS基因转录水平均成功表达,经Bt和GR79试纸条检测表明上述基因在蛋白水平正确翻译。抗性实验表明,转基因烟草愈伤经草甘膦筛选,阳性率达到80%,且转基因烟草耐受100 mg/L草甘膦处理。抗虫实验表明,饲喂cry1Ac-2.5转基因烟草4 d后,棉铃虫幼虫死亡率为90%左右,表明人工基因cry1Ac-2.5具有显著的的抗虫效果。以上结果表明,构建的抗虫抗除草剂植物表达载体（Cry1Ac-2.5+GR79 EPSPS）将抗虫基因和抗除草剂基因有效合并,对于快速培育抗虫抗除草剂作物具有指导意义。     

大豆α′基因在烟草植株中的表达

将大豆种子7s 贮藏蛋白α'亚基基因通过含改装 Ti 质粒的根癌农杆菌(Agrobacteriumtumefaciens)感染转化烟草叶片,并使转化组织再生成完整植株。所有再生的转基因烟草植株正常开花结籽,形在态上未发生任何变化。Southern 杂交证明,α'亚基基因已插入烟草基因组中。ELISA 分析表明,转基因植株种子中α'亚基蛋白的含量显著高于非转化植株,而在叶和茎中α'亚基蛋白的含量转化植株和非转化植株并无差异。说明α'亚基基因在转化植株中可以表达,但只在种子中积累,而不在叶片和茎中积累。由此可见,α'亚基基因在转基因烟草中的表达和积累方式与在大豆中的表达和积累方式是一致的。另外,对三株转基因植株的后代幼苗进行胭脂碱检测,表明α'亚基基因在转基因烟草中稳定遗传,后代分离比例为3:1,符合孟德尔遗传规律,故α亚基基因是以单位点的形式整合到受体的染色体上,符合一对因子遗传的规律。     

水稻质体多顺反子表达载体的构建及其对烟草质体的转化

【目的】尝试水稻质体多顺反子定点整合表达载体转化到烟草质体中表达。【方法】根据已发表的相关序列，分别设计引物，通过PCR技术克隆了一系列构建水稻质体多顺反子定点整合表达载体所需的元件：质体核糖体(16S)RNA操纵元启动子（Prrn）、质体psbA基因3′端终止子（psbA3′）、氨基糖苷3′-腺苷酰基转移酶基因（aadA）、水稻质体基因组高频同源重组片段(psbC/trnG，大小3362 bp)，命名为crDNA、甘露聚糖酶基因（man）、绿荧光蛋白基因（gfp）。构建了水稻质体多顺反子定点整合表达载体pLM21(-psbC-Prrn-RBS -man-RBS-gfp-RBS-aadA-psbA3′- trnG-)。将该载体用基因枪轰击烟草叶片5枪，用添加了壮观霉素的选择分化培养基筛选。【结果】获得质体转基因烟草4株。用PCR、激光扫描和Western blot等方法检测都证实man、gfp、aadA三个基因且均得到表达，用RFLP证实表达盒整合到烟草质体基因组中。【结论】水稻质体多顺反子定点整合表达载体已整合到烟草质体基因组中，并得到表达。     

农杆菌介导的Thaumatin基因转化烟草的研究

以暗培养3 d的烟草叶片为受体,以Thaumatin为目的基因,应用根癌农杆菌介导法对烟草进行遗传转化,同时以烟草叶片为材料,对影响转化的几个因素进行优化研究,结果表明:侵染20 min、美罗培南浓度为25 mg/L时有利于提高转化率;经浓度为2.0 mg/L的PPT筛选获得的抗性植株经PCR、GUS组织化学染色和Southern杂交分析鉴定,初步证明外源基因Thaumatin已整合到烟草的基因组中。     

抗除草剂转基因玉米的快速鉴定方法

以含不与除草甘膦结合的突变型5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合酶基因除草剂筛选标记的转基因玉米为材料,通过叶片喷雾和叶片离体平板培养等试验,建立快速非分子生物学抗除草剂转基因玉米的鉴定方法。结果表明:用5 000 mg/L草甘膦叶片喷雾和用70 mg/L草甘膦叶片离体培养可快速准确地鉴定是否转入除草剂基因。     

白桦BpMADS3 基因的功能分析

利用RT鄄PCR 技术,揭示了BpMADS3 基因在白桦不同组织中的差异表达模式:BpMADS3 基因仅在花器官中 强烈表达,在茎、叶组织中不表达。采用染色体步移法克隆BpMADS3 基因上游启动子,获得1 426 bp 长度启动子序 列,构建BpMADS3 基因启动子驱动GUS 基因植物表达载体,在拟南芥转基因植株中GUS 染色表明,GUS 活性集中 在萼片和心皮中。在拟南芥ap1 突变体中过量表达BpMADS3 基因,能恢复拟南芥ap1 突变体花器官的正常发育。 BpMADS3 基因转化烟草发现,转基因植株出现早花表型,且转基因烟草植株中相关开花基因表达水平均上调。      

根癌农杆菌介导的芪合酶基因转化烟草遗传体系的优化

【目的】研究根癌农杆菌介导的芪合酶基因转化烟草遗传体系的优化条件。【方法】以"中烟99"叶片为受体,采用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens,GV3101)介导法,将芪合酶基因导入烟草基因组,并对其遗传体系进行了优化,对筛选获得的转基因烟草植株进行检测。【结果】根癌农杆菌介导的芪合酶基因遗传转化的最佳条件为:将预培养2 d的烟草外植体,用稀释10倍的GV3101菌株菌液(OD600=0.6)浸染8 min后,共培养3 d,然后转入含卡那霉素(Km)50 mg/L和羧苄青霉素(Cb)500 mg/L的筛选分化培养基上诱导分化,待抗性芽长到2~3 cm后,转入含Km 50 mg/L和Cb 500 mg/L的筛选生根培养基上进行筛选,在以上最佳遗传转化条件下,初步筛选到54株转化体,经PCR和RT-PCR检测获得25株转化烟草植株。【结论】经卡那霉素筛选、PCR、RT-PCR检测后,初步证明芪合酶基因已被整合到烟草基因组中,并可以正常转录。     

草甘膦抗性和磷高效吸收复合基因转化玉米的研究

【目的】草甘膦是世界上用途最广的除草剂之一,磷是玉米生长发育所必需的大量营养元素,培育抗草甘膦兼具高效磷素吸收利用的复合性状对玉米生产有重要意义.【方法】构建由Ubiquitin1启动子驱动的两种叶绿体转运肽/CP4 EPSPs融合基因,和根特异性启动子GLU1P驱动的植酸酶基因phyA2双价植物表达载体,通过农杆菌介导法对玉米茎尖进行转化.对转基因植株进行实时定量PCR(RT-qPCR)分析、不同浓度草甘膦检测以及丙酮-磷钼酸铵法测定.【结果】获得9株阳性转基因植株;发现不同转运肽对EPSPs基因的表达量影响不同,且对草甘膦的抗性也不同;转基因植株植酸酶活性比野生型植株平均提高18.7倍.【结论】本研究为获得具有草甘膦抗性和磷素高效吸收利用复合性状的转基因玉米优良种质奠定了基础.     

秋茄KcTIP1基因克隆及其对植物耐盐性作用的研究

【目的】从秋茄中克隆液泡膜水通道蛋白KcTIP1基因,并研究其对植物耐盐性的作用机制。【方法】以秋茄幼嫩叶片为材料,通过PCR扩增克隆KcTIP1基因并构建其表达载体,采用根癌农杆菌介导法,用含重组质粒的农杆菌转化烟草植株,通过卡那霉素筛选和转基因烟草基因组PCR、RT-PCR鉴定,获得转基因再生植株;并选取其中2个阳性株系和野生型株系进行盐处理,测定野生型烟草(对照)与盐处理烟草根、茎、叶鲜质量,光合参数,叶片组织Na+、K+浓度以及根尖Na+、K+的流速。【结果】成功克隆得到了KcTIP1基因,对其编码蛋白氨基酸序列进行分析表明,秋茄KcTIP1包含MIP家族的特征序列SGGHVNPAVT和2个保守的NPA(Asn-Pro-Ala)位点。RT-PCR检测结果显示,KcTIP1基因在转基因烟草株系中成功表达。盐胁迫后,转基因烟草植株根、茎、叶鲜质量,叶片净光合速率,蒸腾速率,叶片组织Na+、K+积累和根尖Na+、K+内流幅度均高于野生型烟草。【结论】KcTIP1具有与其他水通道蛋白类似的蛋白结构和酶学功能,KcTIP1基因过表达可以提高转基因烟草的抗盐能力。     

转AM79-EPSPS基因耐草甘膦大豆的获得及功能验证

以天隆一号大豆为受体材料,通过农杆菌介导的遗传转化方法,从消毒时间、乙酰丁香酮(acetosyringone,AS)添加浓度、草甘膦添加浓度和生根阶段吲哚丁酸(indole-3-butyric acid, IBA)浸没时间等因素出发,探究并建立高效的转AM79-EPSPS基因大豆转化体系,将具有我国自主知识产权的新基因AM79-EPSPS导入大豆,并验证它在转基因大豆中的功能。结果表明:当种子消毒时间为6~8 h,AS添加浓度为200μmol/L,草甘膦添加浓度为100μmol/L,IBA浸没时间为30 s时,转化效果最好。通过该转化体系获得了6株转AM79-EPSPS基因耐草甘膦大豆苗,并对其T0、T1、T2代植株进行了蛋白检测及草甘膦喷施实验。结果表明:在各世代转基因植株中均能检测出AM79-EPSPS蛋白,说明AM79-EPSPS基因能够在大豆中正常表达;喷施草甘膦后,非转基因大豆植株全部枯萎,而转AM79-EPSPS基因大豆植株均能正常生长,表现出明显的草甘膦耐受性。     

棉花亲环素基因GhCYP1的功能分析

【目的】研究转棉花GhCYP1对烟草耐旱能力的影响。【方法】利用Gateway技术构建GhCYP1的植物表达载体pGWB-GhCYP1,采用农杆菌介导的遗传转化技术,获得融合目的基因的转基因烟草植株。以烟草野生型（WT）、L1和L2转基因系为试验材料,测定水分胁迫条件下烟草叶圆片中叶绿素的相对含量、叶片中相对水分含量、丙二醛含量和相对电导率。【结果】与野生型烟草植株相比,转GhCYP1烟草植株根系粗壮、发达。水分胁迫下转基因烟草叶圆片中的叶绿素相对含量显著高于野生型。水分胁迫3 d,WT、L1和L2中相对含水量、丙二醛含量和相对电导率无显著差异（P<0.05）。水分胁迫13 d,转基因系叶片中相对含水量明显高于野生型（P<0.05）,丙二醛含量和相对电导率均明显低于野生型（P<0.05）。【结论】干旱胁迫对野生型烟草产生了较大影响,而转基因烟草显示出较强的耐旱能力,表明GhCYP1的过量表达有助于提高烟草的耐旱能力。