植物中Ac/Ds转座子的研究与应用

Ac/Ds转座子作为研究较为深入的植物转座子,已被广泛应用于植物功能基因组研究.利用Ac/Ds标签系统构建插入突变体库是研究功能基因组学的有效途径,也是进行基因克隆及功能分析的有利工具.结合课题组利用Ac/Ds转座子标签分离基因并进行基因功能验证方面的研究工作,综述了Ac/Ds转座子在植物基因组中的插入特点、转座机制以及转座子标签法的应用与发展前景,为更有效的利用Ac/Ds转座子提供参考依据.     

Ac/Ds系统及其在油菜突变体库构建中的应用策略

随着油菜基因组测序工作的完成和后续完善,油菜功能基因组学必将成为研究热点,如何构建高通量的突变体库则是影响其进展的关键.Ac/Ds( Activator/Dissociation)系统是构建插入型突变体库的理想技术,在水稻(Oryza Sativa)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)等异源植物中应用较广,但在油菜中尚处于起步阶段.文章介绍了Ac/Ds系统的结构特点、转座机理等基本概况,阐述了利用Ac/Ds系统构建植物突变体库的优势及存在的问题.结合模式植物水稻和拟南芥的研究成果,进一步分析了利用Ac/Ds系统构建油菜突变体库的改进策略,并对其在油菜功能基因组研究中的应用前景进行了展望.     

Ac/Ds transposon system and its application strategy on construction of rape mutants pool

随着油菜基因组测序工作的完成和后续完善,油菜功能基因组学必将成为研究热点,如何构建高通量的突变体库则是影响其进展的关键.Ac/Ds( Activator/Dissociation)系统是构建插入型突变体库的理想技术,在水稻(Oryza Sativa)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)等异源植物中应用较广,但在油菜中尚处于起步阶段.文章介绍了Ac/Ds系统的结构特点、转座机理等基本概况,阐述了利用Ac/Ds系统构建植物突变体库的优势及存在的问题.结合模式植物水稻和拟南芥的研究成果,进一步分析了利用Ac/Ds系统构建油菜突变体库的改进策略,并对其在油菜功能基因组研究中的应用前景进行了展望.     

基因激活标签体系及其在植物功能基因组学研究中的应用

利用传统的基因缺失产生的突变体的方法来鉴定基因的功能效率很低,因为对于发育早期的基因特别是配子发育相关的基因以及冗余基因,这种突变体显得无能为力,前者基因纯合突变体导致死亡、而后者由于冗余基因之间的功能互补而不显示任何表型。而通过基因激活标签技术可以获得显性突变体即功能获得型突变体,为研究这类基因的功能提供了一个重要的手段。基因激活标签技术是指含有35S增强子或启动子的T-DNA或转座子若插入基因内,可导致插入突变,引起插入失活突变体的产生;若插入基因附近（上游或下游）,则可能激活正常情况下不表达或表达极弱的基因,导致显性功能获得（dominantgain-of-function）性突变。近年来通过T-DNA或转座子介导的方法建立了多种植物的基因激活标签突变体库,在植物基因功能研究中发挥了重要作用,使一些由多个基因或基因家族决定的功能的研究获得突破性进展。就植物基因激活标签技术的原理,特点和创制方法以及在植物生长发育、代谢等一系列方面研究中的应用进行了阐述,并对该技术的发展趋势进行了较为详细的探讨。     

Ac/Ds转座子及其作为插入序列标签的应用

简要介绍了Ac/Ds转座子作为插入序列标签的构建形式及其在植物基因组中的插入特点、影响Ds转座子跳跃的因素,并且对其在植物功能基因组的发展前景作了分析。     

玉米Mutator转座子系统的应用及展望

转座子标签法是近年来发展起来的一种非常有效的分子生物技术,是一种利用TEs插入高等植物基因组中造成基因突变,然后通过分离TEs插入的旁邻序列,克隆出突变基因的策略。这种策略在高等植物的功能基因组学研究中十分有用。玉米转座子系统主要有En/Spm系统、Ac/Ds系统和Mutator系统三大类。其中Mutator转座子易于插入到基因内部及基因周围,引起的正向突变频率为10~(-5)~10~(-4),比野生玉米高出近30倍,所引起的突变大部分为隐性突变。由Mutator转座子引起的突变,可以通过TAIL-PCR的方法,对相关的突变基因进行克隆。当前通过这种方法,已经克隆出一些重要的基因。本文主要介绍了Mutator转座子的应用,并对Mutator转座子系统的研究前景进行了展望。     

烟草突变体库的创建策略及其应用

烟草(Nicotiana tabacum)是重要的经济作物及研究植物生命活动的模式植物。目前烟草突变体已广泛应用于烟草功能基因组研究及遗传育种,大规模高效烟草突变体库的创建将进一步推动烟草功能基因组研究,加快新品种的培育。综述了化学诱变、电离辐射和插入标签法在烟草突变体库创建中的应用;此外,针对烟草基因组的特点,结合近年来一些植物功能基因组研究的新技术、新方法,提出了烟草突变体库创建的新策略,即基于Gateway技术的烟草全基因组过量表达策略和基于RMHR技术的烟草EST-RNA干涉策略,并就如何应用这些突变体库进行烟草功能基因组研究进行了探讨。     

转座子标签在植物基因组学研究中的应用

转座子因其插入突变的特征可用于基因的分离和克隆,转座子标签法克隆基因是近年来发展起来的一种分子生物学技术。主要介绍了转座子家族的概念,植物内源转座子标签和异源转座子标签的研究,转座子陷阱技术以及在植物基因组学研究中的应用。     

无选择标记转基因植物研究进展

综述了近年来国内外在植物无选择标记转基因技术方面的发展和研究成果,包括共转化法、转座子法（Ac／Ds转座子系统）、位点特异性重组系统法（FLP/FRT、Cre／LoxP、R／RS）等。     

水稻Ds标记的曲穗突变体的分子鉴定

在经过Ac/Ds基因标签系统获得的水稻Ds插入突变株系中得到1株水稻曲穗突变体植株,对该突变体进行初步表型观察,结果显示,成熟期突变体植株的稻穗有一定的弯曲;同时采用TAIL-PCR方法获得曲穗突变体Ds侧翼基因序列,结果证明含有1个Ds插入位点;对Ds侧翼序列进行分析发现,Ds插入在2个基因之间,其下游是编码类泛素特异性蛋白酶1(Ulp1)的基因,该基因与穗的形成有一定的关联;利用RACE技术扩增Ds插入位点下游基因的c DNA的3'端序列,序列比对发现,Ds插入前后其下游基因序列无变化。预测Ds的插入影响了Ulp1基因的启动子区域,进而影响水稻的花序生长发育形成穗弯曲水稻突变体。本研究结果可能在穗型的遗传及发育以及改良优质高产水稻方面有一定的作用。     

农杆菌介导Cry1 Ab/Ac抗虫转基因玉米植株的获得

转基因技术的迅速发展有效地打破了物种间的遗传壁垒,从而加快了优良基因定向聚合的进程,然而遗传转化率低及转基因安全问题成为制约其进一步发展的限制因素。基于此,本研究以玉米自交系H99为材料,将Ac/Ds双元表达载体(包含抗虫Cry1 Ab/Ac基因和gfp报告基因等)通过农杆菌介导法转入由110粒玉米幼胚诱导出的愈伤组织中,获得28株抗性转基因植株。经PCR及RT-PCR的验证结果显示,其中8株为含有Cry1 Ab/Ac目的基因且该基因有效表达的阳性植株,转化效率达7%。通过农杆菌介导法所获得的玉米转基因植株为今后剔除抗生素筛选标记,从而获得安全的玉米抗虫新种质提供了遗传材料。     

ThIPK2基因植物表达载体的构建

为培育高度抗逆和无选择标记的转基因小麦,本研究从NCBI数据库中搜索到ThIPK2基因序列,依据该基因编码的氨基酸序列,参照小麦偏爱的密码子对该基因进行密码子优化,并将重复的和不必要的酶切位点去掉后进行人工合成。将改造后的ThIPK2基因插入到强启动子Ubiquitin和终止子AtSac66之间,然后将其插入到含有玉米Ac/Ds转座子背景骨架的植物表达载体中,获得了具有删除选择标记功能的、由玉米Ubiquitin启动子驱动ThIPK2基因的植物表达载体。经过限制性内切酶分析鉴定,该植物表达载体构建成功。     

Ca~(2+)对水稻Ac/Ds愈伤组织增殖·分化及生根的影响

[目的]研究Ca2+对水稻Ac/Ds愈伤组织增殖、分化及生根的影响。[方法]选用水稻品种Dongjin的Ac/Ds插入突变株系的种子,从成熟胚盾片诱导出愈伤组织,在筛选出的最适增殖、分化及生根培养基中添加不同浓度的Ca2+,研究Ca2+对水稻愈伤组织增殖、分化及生根的影响。[结果]适当增加Ca2+浓度能提高水稻愈伤组织的相对生长量、分化率、再生植株生根条数及根长,当Ca2+浓度为6.0mmol/L时效果最佳,当Ca2+浓度为7.5~15.0 mmol/L时水稻愈伤组织的相对生长量、分化率、再生植株的生根条数及根长呈下降趋势。[结论]适当增加培养基中Ca2+浓度可提高水稻Ac/Ds愈伤组织的相对生长量、分化率、再生植株生根条数及根长。     

反刍月形单胞菌乙酸生成缺陷株的构建及相关酶活性分析(英文)

[目的]构建反刍月形单胞菌乙酸生成的缺陷株并分析其发酵特性。[方法]应用转座子标签法,通过转座子供体菌E.coliS17-1/pZJ25∷Tn5对受体菌反刍月形单胞菌进行转座子诱变,采用含卡那霉素和氟乙酸纳的选择性培养基筛选接合子。[结果]共筛选出稳定的对卡那霉素和氟乙酸具有抗性的转座工程菌7株。对反刍月形单胞菌的突变株进行16SrRNA鉴定和Tn5的PCR鉴定,及乙酸激酶(AK)和磷酸乙酰转移酶(PTA)酶比活力分析,确定突变株属于pta基因缺失型氟乙酸抗性菌株。[结论]为进一步研究反刍兽瘤胃微生物乙酸的细胞代谢网络和调控奠定基础。     

Regulation of the timing of transposable element excision during maize development

The ability of transposable elements (TEs) to insert into or excise out of a genetic locus can be regulated by genetic, environmental, and developmental factors. Tissue- or organ-specific activity of TEs is a frequent and well-characterized example of spatial, developmental regulation. Regulation of the timing of TE activity during ontogeny is less well understood. To analyze timing, TE-induced variegation was quantified in the aleurone of maize kernels, a tissue composed of only a single layer of cells, and sector sizes were assigned to specific cell divisions in aleurone development. Three TE families, Mu, Spm, and Ac/Ds, were studied at two genetic loci. It was found that the frequency of transposon excision changes drastically (up to 30-fold increase or equivalent decrease) during the proliferation of the aleurone. Moreover, these changes occur at the same cell divisions in all three TE families. These results suggest that the timing of TE excision during maize development can be controlled by the host.     

A single genetic unit specifies two transposition functions in the maize element activator

The self-mobile maize transposable element Ac (Activator) displays two trans-acting genetic functions: it induces transposition of the element Ds (Dissociation) but, as its dosage is increased, it also inhibits transposition. Previous work has shown that the 4563 base pair (bp)-long Ac element contains three open reading frames (ORF's) and that a deletion in ORF 1 in wx-m9(Ds), a Ds derivative from Ac isolated at the wx (waxy) locus, results in loss of transposition. The Ds element in the bronze allele bz-m2(DI) is shown to have arisen from Ac by a 1312-bp deletion that is located almost entirely within ORF 2 and does not affect ORF 1. The Ds elements in wx-m9(Ds) and bzm2(DI), defective in ORF 1 and ORF 2, respectively, do not complement genetically to restore the transposition function of Ac; therefore, this function must be specified jointly by ORF's 1 and 2. Furthermore, since bz-m2(DI) does not contribute to Ac's inhibitory dosage effect, both Ac properties result from the expression of the same genetic functional unit.     

拟南芥的生物学特性及基因克隆策略

因拟南芥具有独特的生物学的特性，它被用作植物生物学研究的模式系统。国际间科学家们的使用在拟南芥研究中起着重要作用。虽然有许多方法可以得到基因，但转坐子标签技术使克隆基因更容易、简便。