转基因油菜筛查阳性质粒分子的研制及应用

【目的】转基因油菜是四大转基因作物之一,是中国转基因生物安全监管的重要对象,转基因检测为转基因安全监管提供技术支撑。转基因筛查是转基因检测的第一步,筛查靶标设置不合理会导致漏检部分转基因成分。建立转基因油菜筛查策略,并研制与筛查策略配套的阳性质粒分子,将为中国的转基因油菜安全监管提供强有力的技术支撑。【方法】通过收集数据库中登记的转基因油菜品种的外源基因元件信息,分析转基因油菜品种中常用的调控元件和标记基因,基于最大筛查覆盖率原则,确定转基因油菜的筛查靶标。通过检索数据库或查询专利,收集筛查元件的核苷酸序列。一个筛查元件通常有多个标准方法,查阅各筛查元件的检测标准,分析各标准中普通PCR引物对和实时荧光PCR引物/探针组合在筛查元件核苷酸序列中的位置,根据引物探针的结合位点,确定拟构建到质粒上的各筛查元件的核苷酸序列。人工合成各筛查元件和油菜内标基因的融合序列,克隆到常用质粒pUC18,构建阳性质粒分子。采用各筛查元件的普通PCR和实时荧光PCR方法,评估阳性质粒分子的适用性。【结果】建立了转基因油菜的筛查策略,通过检测CaMV 35S启动子、FMV 35S启动子、Bar、PAT、CP4-EPSPS、NPTⅡ、HPT、NOS终止子和PinⅡ终止子共9个基因元件,可实现已知信息转基因油菜品种的全覆盖。构建出聚合9个筛查元件和2个油菜内标基因HMG I/Y和CruA的转基因油菜筛查质粒分子pYCSC-1905。9个筛查元件和2个油菜内标基因的扩增效率均在90%—110%,证明质粒分子上的不同靶标序列没有相互干扰,影响PCR的扩增效率。质粒分子pYCSC-1905可用作9个筛查元件和2个油菜内标基因的通用阳性对照,适用于国家标准(GB/T和农业农村部公告)、出入境检验检疫行业标准(SN/T)和欧盟标准。【结论】提出的转基因油菜筛查策略涵盖9个基因元件,可实现从商业化到安全评价各阶段转基因油菜的筛查检测,显著降低转基因油菜的筛查漏检率。研制的配套质粒分子pYCSC-1905为转基因油菜筛查和各基因元件标准方法的应用提供了通用标准样品,保证检测机构间检测数据的准确性和可比性。     

棉花GhPAO3基因的CRISPR/Cas9表达载体的构建

【目的】研究棉花GhPAO3基因的功能,通过CRISPR/Cas9技术构建棉花GhPAO3基因的基因编辑载体。【方法】筛选合适的两个PAM位点设计引物,在引物中添加接头,重叠延伸PCR,将两个靶标片段连接在一起。通过限制性核酸内切酶BsaⅠ对pRGEB32-7载体进行单酶切,使用一步法连接重叠延伸产物与线性化的pRGEB32-7载体。【结果】使用电击转化法将构建好的棉花GhPAO3基因的基因编辑载体转入农杆菌LBA4404感受态,通过卡那霉素筛选阳性单克隆菌株。【结论】条带大小与预期一致,棉花GhPAO3基因的基因编辑载体构建成功。     

水稻OsHOX6启动子的组织特异性表达

【目的】研究水稻HD-ZipⅠ转录因子家族的成员OsHOX6基因启动子的表达。【方法】通过构建水稻OsHOX6基因启动子与GUS基因融合表达载体,利用农杆菌(Agrobacterium)介导,以未成熟水稻胚作为试验材料,转化到水稻IR64,通过PCR检测和潮霉素抗性筛选出阳性的转基因植株,从不同组织取样品,进行X-Gluc染色并观察。【结果】转基因植株的叶、根、茎、花等器官经过X-Gluc染色后,主要在侧根、花粉以及组织损伤部分出现蓝色斑点,其它组织均未检测出蓝色斑点,观察根解剖结构,绿色斑点集中在根内皮层。【结论】 水稻OsHOX6基因启动子能够驱动GUS基因,在转基因水稻侧根和花粉上特异表达。     

油菜中转基因成分的筛查检测策略

旨在建立油菜中转基因成分的快速筛查方法,服务于农业转基因生物安全监管。根据转基因油菜常用转化遗传元件信息建立转基因油菜的筛查策略,并使用定性PCR法检测。结果表明,利用CaMV35S启动子、NOS终止子、bar基因、pat基因、CP4-epsps基因和NPT II基因6个靶标元件的组合,理论上可筛查92%的已知商业化转基因油菜转化事件。该方法的检测灵敏度达到1g/kg,可对油菜中的大多数转化事件进行快速、高灵敏度的筛查。     

基于DNA条形码基因快速鉴定帕米尔高原南麓部分地区农田叶蝉

【目的】 研究更加便捷高效的鉴定技术,提高叶蝉鉴定的速率,为帕米尔高原南麓部分地区叶蝉的鉴定及防治提供基础数据。【方法】 利用DNA条形码技术,选择mtDNA COI、Cytb、ITS2基因,运用通用引物PCR扩增并直接测序,借助生物信息学分析软件对比分析目的基因序列的相似性,构建系统进化树,分析遗传进化关系,获取叶蝉DNA条形码。【结果】 获得了19条mtDNACO1、Cytb及ITS2基因序列,COI基因6条、Cytb基因7条、ITS2基因6条,可作为叶蝉的DNA条形码,包括其中1条COI新序列,5条Cytb和6条ITS2序列。【结论】 获得19条叶蝉的DNA条形码,实现了帕米尔高原南麓部分地区农田4种叶蝉的快速准确鉴定。     

四重PCR检测抗除草剂转基因油菜T45

【目的】建立多重PCR检测抗除草剂转基因油菜T45的方法,为其转基因检测提供技术支持。【方法】选择油菜内源参照基因CruA、外源基因P-CaMV 35S、T-CaMV 35S和pat作为四重PCR检测基因,特异性引物序列参照国家相关标准或文献,通过对多重PCR退火温度和引物浓度的优化、灵敏度测试及已知样品验证,建立抗除草剂转基因油菜T45多重PCR检测体系。【结果】多重PCR的适宜退火温度为58℃,适宜引物终浓度(μmol/L)配比CruA∶P-CaMV 35S∶T-CaMV35S∶pat为0.1∶0.2∶0.2∶0.2,方法灵敏度为0.01 ng/μL,所有已知样品的扩增条带与其分子特征显示的外源基因元件完全一致。【结论】建立的抗除草剂转基因油菜T45品系四重PCR检测方法可实现在一个反应体系中同时检测抗除草剂转基因油菜T45内源参照基因和多个外源基因成分,为转基因油菜T45提供了一种有效的检测手段。     

库尔勒香梨kfpSPL及其启动子克隆分析

【目的】 研究库尔勒香梨萼片脱落、宿存与kfpSPL基因之间存在的关系,并克隆该基因及其启动子。【方法】以库尔勒香梨花器官作为材料,库尔勒香梨kfpSPL基因的cDNA序列以及梨基因组信息为模板设计引物,通过PCR获得该基因及其启动子,进行上游调控序列顺式作用元件的预测分析(PLACE数据库和PlantCare数据库)。【结果】克隆获得kfpSPL基因的基因组DNA序列长度为3 320 bp和2 332 bp的上游启动子调控序列,kfpSPL基因的基因组DNA与Pyrus bretschneideri 数据库中的一段长度相同的序列具有99%的同源性,E值为0,并发现该基因有三段内含子,将克隆得到的启动子序列在梨全基因组序列数据库中进行相似性搜索,发现克隆得到的上游启动子序列的1~796 nt和1 042~2 332 nt分别与scaffold291.0中290 783~289 988 nt和289 990~288 701 nt的同源性为96%和97%,E值均为0。以生物信息学分析为依据,kfpSPL启动子序列中存在一些相关的调控元件,赤霉素响应元件GARE-motif、P-box,光响应中的顺式作用元件ACE、 Box II、CATT-motif、G-box、TCT-motif、Box 4,防御和应激反应中的顺式作用元件TC-rich repeats, 启动子和增强子区的共同顺式作用元件CAAT-box等,转录起始的核心启动子元件TATA-box等。【结论】kfpSPL基因启动子序列中存在与赤霉素、脱落酸、水杨酸等激素相关的顺式作用元件,不同生长调节剂处理脱萼果和宿萼果的花器官可以调控kfpSPL基因的表达水平。     

榅桲4CL基因的克隆与生物信息学分析

【目的】克隆榅桲果肉(Cydonia oblonga Mill)中4-香豆酸辅酶A连接酶(4-coumarate CoA ligase,4CL)基因,研究其序列特征,为该基因在榅桲果实发育过程中的作用和功能奠定基础。【方法】以榅桲果肉为试材,基于GenBank报道的近缘物种4CL基因cDNA序列,应用Primer Premier 5.0软件设计PCR扩增引物。提取榅桲总RNA,经反转录后合成cDNA,应用RT-PCR方法成功扩增出4CL基因片段并克隆到pMD18-T载体。通过DNAstar软件进行同源序列比对,ClustalX结合MEGA4.1软件构建系统进化树,采用Protparam在线程序分析蛋白质的理化性质,用DNAstar的Protean程序预测二级结构。【结果】榅桲4CL基因其开放阅读框(ORF)序列为1 710 bp,编码570个氨基酸,蛋白分子质量为68.4 kD,与其他物种序列同源性最高达91.99%,进化关系上与水密桃较近;榅桲4CL蛋白为亲水性蛋白,二级结构中以无规卷曲(Random coil)为主,占比达到44.27%。【结论】获得了榅桲4CL基因全长编码区序列,探明了该序列的结构特征。     

棉花PsbS基因对烟草光合特性的影响

【目的】分析光系统II PsbS基因在不同光照条件下,光系统II PsbS基因的功能 。【方法】利用转棉花PsbS基因的烟草(Nicotiana tabacum xanthin),T3代株系及非转基因(普通野生型,wt)烟草为材料,比较两者的生物学性状(叶面积、叶绿素含量)及在不同光强(75、240、450 μmol/(m²·s))下的生理(光合作用)性状。【结果】转基因植株前期叶面积增长较快,叶绿素组成成分的含量也存在差异,叶绿素a、b含量显著高于野生型烟草,转基因烟草具有更强的光合能力,并伴随着气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)提高。【结论】转PsbS 基因可以提高烟草光合能力。     

CRISPR-Cas9技术敲除甜瓜eIF4E基因表达载体的构建

【目的】构建甜瓜eIF4E基因的CRISPR-Cas9植物基因编辑系统的gRNA 表达载体。为研究eIF4E基因功能奠定基础。【方法】以新疆主栽甜瓜皇后为材料,在eIF4E基因的第一个外显子区设计gRNA引物,以载体pP1C.4为模板,扩增获得sgRNA克隆框,使用EcoR I、Xba I双酶切pP1C.4载体,利用DNA重组酶构建重组载体pP1C.4-eIF4E。【结果】经菌落PCR检测和测序,gRNA 已经成功连接到植物基因敲除载体pP1C.4。【结论】构建了植物基因敲除载体pP1C.4-eIF4E,pP1C.4-eIF4E能对eIF4E基因进行定向编辑。     

小麦ZY96-3籽粒灌浆过程中籽粒发育相关基因的表达分析

【目的】 研究小麦ZY96-3籽粒在灌浆过程中与籽粒发育相关基因的表达模式,为了解基因调控籽粒灌浆的分子机制提供参考。【方法】 采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术,分析小麦ZY96-3籽粒灌浆期间6个与籽粒发育相关基因的表达动态。【结果】 从小麦ZY96-3开花后6个目标基因的表达模式均是先增后降,且都在花后7 d开始表达;与粒重相关基因TaTGW6在花后7 d表达量最高,与籽粒大小相关基因TaCYP78A5、蛋白质合成基因TaPBF-D和淀粉合成酶基因GBSSⅠ、SBE1、AGPase1都在花后15 d左右表达量达到最大;自花后19 d开始,各基因的表达量均显著下降。【结论】 与粒重相关基因TaTGW6主要在小麦ZY96-3籽粒灌浆初期起关键作用,而其余5个基因主要在籽粒灌浆中后期发挥功能。基因在小麦ZY96-3籽粒灌浆期间的表达模式。     

扁桃AcDHN1基因的克隆及原核表达分析

【目的】 克隆与分析扁桃脱水素基因,为研究脱水素基因在扁桃抗逆机制中发挥的功能提供参考。【方法】 以新疆栽培的扁桃品种‘纸皮’叶片为材料,通过PCR技术克隆扁桃AcDHN1基因并对该基因进行原核表达分析,构建原核表达载体,在大肠杆菌进行表达。【结果】 克隆得到了一个脱水素基因,命名为AcDHN1,GenBank登陆号为KT949395,该基因全长924 bp、编码308个氨基酸的多肽,为稳定的亲水性蛋白,属于Y₂K_n型脱水素,推测蛋白分子质量为32.4 kD,亚细胞定位于细胞核中。将该基因与原核表达载体连接构建重组质粒pET-AcDHN1,然后将重组质粒转化到大肠杆菌BL21(DE3)中诱导表达。SDS-PAGE电泳结果表明,该蛋白分子量的大小约为52.7 kD,与预期长度一致。【结论】 对重组蛋白的诱导条件进行优化后结果显示,该基因在IPTG浓度0.1 mmol/L、诱导3 h表达量最佳。     

枣瘿蚊微卫星标记筛选及微卫星多态性分析

【目的】研究枣瘿蚊基因遗传变异程度,分析基因多态性。【方法】从枣瘿蚊部分基因组序列中搜索SSR并设计相应引物,挑选引物48对进行有效筛选。枣瘿蚊样本来自新疆阿拉尔市、昆玉市、且末县等地区,以枣瘿蚊DNA为模板进行PCR扩增,筛选特异性微卫星引物;通过琼脂糖凝胶电泳进行定性检测,再以毛细管电泳检测其多态性。【结果】有42对引物能扩增出条带,选择其中20对特异性较好的引物进行多态性分析。观测杂合度(Observed heterozygosity,Ho)、期望杂合度(Expected heterozygosity,He)和多态信息含量(PIC)平均值分别是0.358、0.649和0.635,其中18对引物PIC值＞0.5,具有较高的多态性。【结论】开发的微卫星标记多态性较高,可用于枣瘿蚊种群遗传多样性及遗传结构研究。     

盐生植物盐爪爪液泡膜钠氢反向运输载体基因(KfNHX1)遗传转化拟南芥的耐盐性鉴定

【目的】 研究盐爪爪液泡膜Na⁺/H⁺反向运输载体KfNHX1 (AY825250) 基因的耐盐功能,为耐盐育种提供候选基因。【方法】 采用农杆菌介导花序浸染的方法,将KfNHX1转入拟南芥中,结合基因组PCR和RT-PCR方法鉴定符合3∶1分离比的转基因株系;利用在盐胁迫下的萌发率、根长和表型分析,结合原子吸收分光光度计法测定叶片的Na⁺、K⁺含量,推断其耐盐性。【结果】 对抗生素筛选符合3∶1的转基因纯合株系进行基因组PCR和RT-PCR分析,证实KfNHX1基因在拟南芥基因组中整合和表达。盐胁迫下转基因株系的拟南芥种子的萌发率和根长明显高于野生型。200 mM NaCl胁迫处理15 d的拟南芥成苗,相较野生型叶片萎黄和死亡,转基因植株的生长表型较好,且积累了较高的Na⁺和K⁺。外源ABA的处理下,转基因植株的发芽率和生长表型也好于野生型。【结论】 盐爪爪(Kalidium foliatum)是一种藜科(Chenopodiaceae)盐生灌木,对盐的耐受性很强。液泡膜Na⁺/H⁺反向运输体(NHX)是在离子稳态中起重要作用的膜蛋白,通过调节胞间离子的跨膜转运来维持细胞内离子和pH平衡。盐生植物盐爪爪KfNHX1能够提高转基因拟南芥的耐盐性,具有提高植物耐盐性的潜力。     

DNA条形码技术结合形态学特征鉴定中国一新纪录种-艾弗斯曼多眼蝶

【目的】 利用DNA条形码技术与形态学相结合鉴定中国新纪录种艾弗斯曼多眼蝶Kirinia eversmanni,为其准确鉴定,以及开展该蝴蝶生物学、生态学研究提供参考。【方法】 以艾弗斯曼多眼蝶成虫腹部为材料提取基因组DNA,线粒体细胞色素氧化酶I(Cytochrome Oxidase I,COI)基因作为通用引物进行PCR扩增,将其序列作为艾弗斯曼多眼蝶的DNA条形码,并解剖艾弗斯曼多眼蝶的雄性外生殖器,描述其雄性外生殖器的形态结构结合其翅面特征。【结果】 艾弗斯曼多眼蝶的COI基因序列长度为696 bp,与NCBI中已知序列相似性最高可达99.70%,研究物种与NCBI中已有纪录种Kiriniaeversmanni为同一物种。对艾弗斯曼多眼蝶翅面特征以及雄性外生殖器的阳茎、背兜及抱器瓣等结构进行描述形态学特征与获得的序列相结合可作为艾弗斯曼多眼蝶的多个鉴别特征。【结论】 利用DNA条形码序列结合形态学描述使得对艾弗斯曼多眼蝶的鉴定结果更加全面准确。     

3种增效剂与3种烟碱类杀虫剂混配对棉蚜的增效作用

【目的】 分析棉蚜对传统烟碱类杀虫剂吡虫啉、啶虫脒、噻虫嗪的敏感性,研究青皮桔柚、有机硅、激健3种增效剂对棉蚜的增效作用。【方法】 采用浸叶法测,定3种增效剂与3种烟碱类杀虫剂混配后对棉蚜的生物活性及增效作用。【结果】 吡虫啉、啶虫脒、噻虫嗪对棉蚜24 h LC₅₀分别为11.878、24.452、12.110 μg/mL,吡虫啉和噻虫嗪相对毒力分别是啶虫脒的2.059和2.019倍。添加3种增效剂后,9种农药+增效剂组合对棉蚜的毒力均有显著提高,其中吡虫啉+青皮桔油、啶虫脒+有机硅、噻虫嗪+青皮桔油的组合增效作用最佳,对棉蚜24 h LC₅₀分别为0.328、1.987、0.704 μg/mL,增效比分别为36.213、12.306、17.202。【结论】 青皮桔柚、有机硅、激健3种增效剂在新疆棉区棉蚜绿色防控和农药减施增效技术可应用。     

一株番茄青枯病拮抗细菌JK19的鉴定及其抑菌活性检测

【目的】研究拮抗细菌JK19的分类学地位,检测其抑菌活性,分析其可能的活性成分。为脂肽提取和生防制剂的研制提供了理论依据。【方法】采用形态学、生理生化特征及16S rDNA序列分析方法,鉴定菌株;采用平板对峙法检测菌株对8种植物病原菌的拮抗作用;采用PCR扩增方法检测基因组中的脂肽类抗生素合成及促生作用相关的基因。【结果】鉴定JK19为芽孢杆菌,JK19与贝莱斯芽孢杆菌、暹罗芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌同源关系比较近。菌株JK19对多种植物病原菌具有明显的抑制作用,抑制效果分别为香梨黑斑病 66.67%、核桃腐烂病100%、马铃薯早疫病73.33%、西瓜枯萎病 60.71%、水稻恶苗病67.86%、棉花枯萎病 76.92%、西瓜蔓枯病100%。PCR反应检测JK19基因组中有参与脂肽类抗生素合成相关的基因 ituA、ituD、bamC、fenB、fenD、srfAB;参与生长素IAA合成的基因ysnE;促生作用相关的基因yndJ。【结论】拮抗细菌JK19为芽孢杆菌属细菌,对番茄青枯病病原菌等多种植物病原菌均有明显的抑制作用,其基因组中含有脂肽类和促生作用相关基因。     

陆地棉细胞色素P450超家族基因GhCYP85A2-1的克隆与功能分析

【目的】研究细胞色素P450超家族CYP85A亚家族基因在棉花株高发育中的生物学功能,为陆地棉株高分子育种提供理论依据和基因资源。【方法】 采用同源克隆方法,从陆地棉中克隆CYP85A家族基因GhCYP85A2-1,利用烟草脆裂病毒(Tobacco rattle virus, TRV)诱导的基因沉默技术(Virus-induced gene silencing, VIGS)构建GhCYP85A2-1基因沉默载体,利用qRT-PCR技术检测侵染棉花幼苗的基因表达量。【结果】 GhCYP85A2-1基因沉默植株的株高显著降低,基因的表达量也显著下降。【结论】 GhCYP85A2-1基因在棉花株高发育过程中起到重要调控作用。