基于Cre/loxP重组系统的多基因载体构建及烟草转化研究

利用一套基于Cre/loxP重组系统的植物多基因表达载体系统将苏云杆菌毒蛋白基因(BtCryIAc)、甜菜碱醛脱氢酶基因(BADH)、GA20氧化酶基因(pttGA20ox)和rolB基因构建于植物表达载体pYL1305上,命名为pYL1305BBGR。采用农杆菌介导的叶盘法转化烟草,经PCR和Southern blot检测发现,多基因已成功转入烟草基因组中;经半定量RT-PCR检测证实,4个基因均能正常表达。     

产肠毒素大肠杆菌K88-STII-LTA2/LTB融合基因在烟草中的表达

融合保护性抗原的LT类全毒素具有传输抗原载体和免疫佐剂两重功效。利用基因工程技术，构建了带有信号肽的Pr1as-K88ac-STII-LTA 2/UP-LTB融合基因的双价植物表达载体。双价植物表达载体通过冻融法转化根癌农杆菌GV3101，并利用农杆菌介导技术叶盘法转化模式植物烟草。转基因烟草经PCR和RT-PCR初步检测，证明外源基因已经整合到受体植物基因组中，同时表明融合基因在转录水平上有表达。转基因烟草的获得，为进一步研制新型的抗腹泻植物口服疫苗奠定了良好的基础。     

适于烟草脆裂病毒诱导的本氏烟基因沉默分析的对照载体构建(英文)

对烟草脆裂病毒(Tobacco rattle virus,TRV)诱导的基因沉默分析体系中目前最常用的对照载体——空pYL156载体(pYL156∷00)对沉默处理后番茄和本氏烟(Nicotiana benthamiana)植株的病毒症状和生长影响进行分析.结果表明:pYL156∷00沉默处理后的番茄和本氏烟植株均表现出严重的系统性病毒症状,生长受到显著抑制,因此,pYL156∷00并不是一个用于TRV诱导的番茄和本氏烟基因沉默分析的好的对照载体;为获得更好的对照载体,试验构建了2个新的对照载体pYL156∷NIRi和pYL156∷eGFP,它们分别通过在pYL156∷00载体多克隆位点插入253bp菜豆亚硝酸还原酶基因内含子序列和400bp eGFP基因片段而获得,对这2个对照载体对沉默处理后本氏烟植株的病毒症状和生长情况的影响与pYL156∷00进行比较分析.结果表明:pYL156∷00沉默处理后的植株表现出较严重的系统性病毒症状,生长受到显著抑制,其中26.7%植株死亡;pYL156∷NIRi沉默处理后的植株也表现出明显的病毒症状以及生长受抑制现象,但与pYL156∷00相比,所受影响较小,只有13.3%植株死亡;而pYL156∷eGFP沉默处理后的植株不表现明显的病毒症状,植株生长也不受显著影响;病毒积累量检测结果显示,3个对照载体沉默处理的植株病毒症状和生长受抑制情况与植株体内TRV病毒的积累水平密切相关.这些结果表明,新构建的pYL156∷eGFP可以作为一个优越的对照载体应用于TRV诱导的基因沉默分析.     

eGfp/Gus融合基因植物表达载体的构建和转化验证

绿色荧光蛋白(Gfp)基因和葡萄糖醛酸糖苷酶(Gus)基因是广泛应用的2个报告基因,在定性和定量研究基因表达和启动子功能等方面各有优劣。为联合使用这2个报告基因,根据报告基因序列设计2对带有特异限制性内切酶位点的引物,PCR法分别扩增增强型Gfp(eGfp)和Gus基因,连接到植物表达载体pFGC5941中,构建含CaMV35S启动子驱动的eGfp/Gus基因融合表达载体,命名为pFGC-DR。注射农杆菌法转化烟草叶片,以及花器官农杆菌浸泡法转化拟南芥,发现融合基因成功地在烟草叶片中瞬时表达和在拟南芥中稳定表达,表明融合报告基因在烟草和拟南芥中都能高效表达。     

烟草MARs的分离及功能鉴定

【目的】研究烟草MARs序列对外源基因表达的影响,从中筛选出能明显提高目的基因表达水平的强MARs序列。【方法】用PCR方法从烟草基因组中克隆得到3个MARs序列(TM1、TM2和TM3),将这3个MARs序列分别顺向构建到植物表达载体pBI121 GUS基因表达盒两端,经农杆菌介导转化烟草,对获得的转基因植株体内的GUS酶活性进行了定量检测,分析MARs对GUS酶活性的影响。【结果】(1)序列分析表明,TM2和TM3是两个新的MARs序列;(2)GUS酶活性的定量检测表明,TM1、TM2、TM3可以使GUS基因的平均表达活性分别提高1.4,5.1和1.3倍,但不同转化个体之间的表达水平有明显差异。【结论】虽然克隆到的3个MARs序列均可提高外源基因GUS的表达,但其并未降低转基因植株个体间外源基因表达水平的差异。     

大豆查尔酮还原酶GmCHR基因的克隆及其在烟草中的表达

以大豆品种"吉农28"为材料,利用RT-PCR技术获得GmCHR基因序列,并选择其中918 bp的开放阅读框,以pBI121为基础载体,构建了由35S启动子驱动的GmCHR植物表达载体,转入烟草中并对17株抗卡那霉素的转基因烟草进行PCR、GUS染色、Southern杂交检测,对植株中GmCHR基因mRNA表达量进行荧光定量PCR检测,采用高效液相色谱技术测定转基因植株中查尔酮还原酶催化产物异甘草素的含量。结果表明:GmCHR基因成功整合到烟草基因组中并能够成功表达;在转基因植株中目的基因的mRNA均有表达,且不同植株间表达量存在差异;转化烟草叶部组织中异甘草素的平均含量为(7.528±0.018)μmol/g,而转空载体烟草中未检测出异甘草素。     

柽柳、星星草金属硫蛋白基因双价植物表达载体的构建及其在烟草中的表达

将在柽柳(Tamarix and rossowii)和星星草(Puccinellia tenuiflora)cDNA文库中克隆到的金属硫蛋白基因PCR扩增后,连接到载体pROKII上,构建了分别由2×CaMV35S启动子调控的柽柳金属硫蛋白基因和星星草金属硫蛋白基因双价植物表达载体pRCXM,经PCR检测及酶切鉴定证实pRCXM构建成功。通过农杆菌介导的叶盘法转化烟草(Nicotiana tobacum Longjiang911),获得了抗卡那霉素的转基因植株。经初步检测结果显示,外源基因已整合进烟草基因组。重金属抗性结果证明:转基因烟草可以在CdCl2的浓度为300μmol/L的培养基中生长,而对照烟草只能在CdCl2的浓度为100μmol/L的培养基中生长。     

无选择标记的甜瓜a-ACO1基因植物表达载体的构建及对烟草的共转化效果

从植物表达载体pCB-aACO1的T-DNA区段上切去nptⅡ基因,构建了无选择标记植物表达载体pCD-aACO1,其T-DNA区段只含有目的基因a-ACO1和GUS基因.从另一植物表达载体pCAMBIA2301的T-DNA区段切去GUS基因,构建了植物表达载体pCAMBIA2302,其T-DNA区段其只含有nptⅡ基因.用这2种新载体共转化烟草,在对40株抗性转基因烟草的PCR检测中,有14株扩增出a-ACO1基因,共转化率为35%.     

大豆促苗期根系发育相关基因Gmr937在烟草中的功能分析

将构建好的植物过表达载体pCAMBIA3301-Gmr937和RNAi表达载体pCAMBIA3301-RNAi-Gmr937,通过农杆菌介导的叶盘法将植物表达载体转入烟草。经PCR检测得到T1代过表达载体阳性植株13株,RANi表达阳性植株11株。对阳性植株进行荧光定量PCR,测定目的基因的表达量,结果表明Gmr937基因在转化烟草根、叶片中表达量最高,是未转化植株12倍,在茎中表达量最低,是对照7倍;在转干扰表达载体植株苗期根、叶中表达量是对照0.7倍,在茎中的表达量是对照0.85倍。以CaMV35s启动子为探针进行Southern杂交检测,结果表明转化的目标基因以单拷贝整合到受体烟草基因组中。测量适宜条件下培育的转基因烟草侧根总长度,结果表明超表达转基因植株的侧根平均总长度为117cm,比未转化烟草平均增加了8cm;RNAi干扰转基因植株侧根总长度平均为80cm,比对照组减少了11cm,说明Gmr937基因对烟草侧根的发育有促进作用。对干旱处理7d后的转基因烟草的抗旱生理生化指标进行测定,结果表明Gmr937基因在烟草中超表达提高了烟草植株的耐旱性。     

毛白杨PtPCP—like基因的克隆及其遗传转化初报

利用滤纸吸附噬菌体 PCR法,从毛白杨花芽cDNA文库中分离克隆了PtPCP-like基因cDNA全长序列,测序表明克隆得到的该序列全长595 bp,包含一个完整的开放阅读框,编码91个氨基酸;经BLAST分析发现,该基因包含与拟南芥花粉外被蛋白基因相似的序列,命名为PtPCP-like。采用RT PCR技术检测PtPCP-like基因在各个组织部位的表达模式,结果显示在毛白杨的根和雄花芽中表达丰度最高,而在雌花芽部位表达丰度最低。并且构建35S∶∶PtPCP-like植物表达载体,采用农杆菌介导法将PtPCP-like基因导入烟草中,获得了一批阳性转化植株。采用qRT-PCR技术检测PtPCP-like基因在各个转基因烟草中的表达模式,结果显示在转基因烟草中各个株系均比野生型表达量高,且不同株系间相对表达量差异显著。      

Construction of Two Gateway-compatible Destination Vectors for Tomato Functional Genomics under Abiotic Stress

[Objective] This research aimed at constructing two gateway-compatible plant expression vectors for functional genomics of abiotic stress in tomato.[Method] pK2GW7I was generated from the plant expression vector pK2GW7,0 by replacing the CaMV 35S promoter with abiotic-stress inducible plant promoter pRD29A,which was derived from the promoter of Arabidopsis gene RD29A.pKGW121 was generated by replacing the CaMV 35S of the plant expression vector pRD410 with the gateway recombinant cassette(attR1-cmR-ccdB-attR2)from pK2GW7,0.Constitutive and root-specific promoters were tested on pKGW121.[Result] Two gateway-compatible destination vectors,pK2GW7I and pKGW121,were successfully constructed;practicability test proved that pKGW121 was applicable for promoter analysis.[Conclusion] With the incorporation of gateway cloning technology or abiotic-stress inducible promoter,pKGW121 and pK2GW7I will be promising in large-scale investigation of tomato functional genes associated with various abiotic stresses.A high-throughput workflow for the construction of plant transformation vector was proposed and validated.     

利用寄主诱导的基因沉默技术验证大丽轮枝菌糖代谢相关基因的致病力

【目的】筛选大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)糖代谢相关基因,证实其与大丽轮枝菌的生长发育和致病性相关,为防治由大丽轮枝菌引起的棉花黄萎病提供理论基础。【方法】利用寄主诱导的基因沉默（host-induced gene silencing,HIGS）技术对大丽轮枝菌糖代谢相关基因进行筛选。将单个或多个含靶标基因的病毒载体注射本氏烟草瞬时表达基因,7-10 d后八氢番茄红素脱氢酶PDS会出现明显的烟草白化症状,蘸根法接种大丽轮枝菌V.d991,对应的大丽轮枝菌靶标基因会被干扰,接菌14 d后,观察转基因烟草表型,统计烟草病情指数,同时利用荧光定量PCR技术检测转基因烟草中大丽轮枝菌V.d991的生物量和靶标基因VDPDF-1、VDEG-1、VDMAN-1和VDPD-1的表达量。【结果】HIGS方法快速筛选获得大丽轮枝菌4个糖代谢相关基因,分别为VDPDF-1、VDEG-1、VDMAN-1和VDPD-1,相比空载体对照,转化这4个靶标基因的烟草病情指数分别降低了35%、30%、20%和10%,混合注射VDEG-1/VDPDF-1、VDPD-1/VDPDF-1/VDMAN-1、VDPD-1/VDMAN-1、VDPD-1/VDPDF-1和VDEG-1/VDPD-1的转基因烟草病情指数分别降低了45%、45%、40%、40%和35%,除VDPD-1转基因烟草外,其余转基因烟草与注射空载体的阴性对照相比病情指数都有显著降低。接种后大丽轮枝菌在寄主体内的生物量和干扰后靶基因表达量也有不同程度降低,混合基因注射比单基因注射干扰效果降低更明显,其中生物量降低最显著的是混合注射的EG/PDF(VDEG-1/VDPDF-1)和EG/PD(VDEG-1/VDPD-1),生物量的降低可达0.94,干扰大丽轮枝菌的靶标基因后,表达量降低最明显的是混合注射PD/PDF(VDPD-1/VDPDF-1)中VDPDF-1,降低了0.91。【结论】HIGS方法快速筛选到大丽轮枝菌糖代谢相关的4个基因VDPDF-1、VDEG-1、VDMAN-1和VDPD-1,当其被干扰后,转基因烟草的病情指数降低,抗病性增强,而且混合注射多个基因载体比单基因注射效果更为明显,证实这些糖代谢相关的基因与大丽轮枝菌的致病性相关。     

拟南芥开花抑制因子TFL1与GRFs蛋白的相互作用

【目的】研究拟南芥开花抑制因子TFL1与2个GRFs家族成员GRF4和GRF7之间的互作关系,为进一步解析TFL1抑制植物开花的分子机制奠定基础。【方法】以拟南芥cDNA作为模板,利用基因特异性引物,克隆TFL1、GRF4和GRF7,分别连接入门载体pCR8,经菌落PCR扩增和测序鉴定分别获得这3个基因的入门载体TFL1-pCR8、GRF4-pCR8和GRF7-pCR8。利用LR重组的方法将上述3个入门载体分别与目标载体pGADT7和pGBKT7重组获得酵母双杂交试验载体TFL1-BD、GRF4-AD和GRF7-AD。将TFL1-BD载体分别与GRF4-AD或GRF7-AD载体共同转化酵母感受态细胞,于双缺(-Leu/-Trp)培养基上30℃培养2—3d直至长出酵母克隆,选取合适大小的酵母菌落转移到双缺(-Leu/-Trp)和四缺(-Leu/-Trp/-His/-Ade)缺陷培养基上,通过观察酵母菌落的生长情况判断TFL1与GRFs之间的互作关系。利用LR重组的方法将上述3个入门载体分别与目标载体px-nYFP和px-cYFP重组获得TFL1-nYFP、TFL1-cYFP、GRFs-nYFP、GRFs-cYFP双分子荧光互补试验载体,并分别转化农杆菌感受态细胞。将转化TFL1-nYFP或TFL1-cYFP载体的农杆菌分别与转化GRFs-nYFP或GRFs-cYFP载体的农杆菌共注射烟草叶片,培养48h后在荧光共聚焦显微镜下观察烟草细胞中YFP荧光的表达情况。通过YFP荧光信号的有无来判断TFL1与GRFs之间的互作关系。【结果】成功克隆到拟南芥中的3个基因,分别是534bp的TFL1、888bp的GRF4和798bp的GRF7,并分别获得其入门载体(TFL1-pCR8、GRF4-pCR8和GRF7-pCR8)、酵母双杂交试验载体(TFL1-BD、GRF4-AD和GRF7-AD)和双分子荧光互补试验载体(TFL1-nYFP、TFL1-cYFP、GRFs-nYFP和GRFs-cYFP)。在酵母双杂交试验中,相较于阴性对照组,共同转化TFL1-BD与GRFs载体的酵母菌落在双缺(-Leu/-Trp)和四缺(-Leu/-Trp/-His/-Ade)培养基上都生长较好,结果表明TFL1与GRF4、GRF7在酵母中直接相互作用。在双分子荧光互补试验中,相较于阴性对照组,将转化TFL1-cYFP载体的农杆菌与转化GRFs-nYFP载体的农杆菌共注射烟草细胞之后均在烟草细胞核内产生较强的YFP荧光信号;与此同时,将转化TFL1-nYFP载体的农杆菌与转化GRFs-cYFP载体的农杆菌共注射烟草细胞之后同样在烟草细胞核内产生较强的YFP荧光信号。结果表明,TFL1与GRF4、GRF7在烟草中直接相互作用。【结论】拟南芥开花抑制因子TFL1与GRFs家族的2个成员GRF4和GRF7均直接相互作用。     

联合双基因表达载体的构建及其拟南芥转化

[目的]为了研究CBF3冷诱导转录因子和细胞渗透调节物质AtGloS3在抗寒中的相互作用,寻找理想的抗寒转基因方式。[方法]根据GenBank中拟南芥(Arabidopsis thaliana)基因组序列设计引物,通过PCR反应克隆包括CBF3(C-repeat Binding Factor 3)基因以及基因上游启动子的DNA序列:CP-CBF3,共2 075 bp。CP是CBF3基因的启动子,受低温诱导。用EcoRI和BamHI双酶切CP-CBF3并置于植物表达载体pCAMBIA1300中,构建CBF3基因冷诱导表达载体pCA-CP-CBF3。然后将带有组成型启动子的肌醇半乳糖苷酶基因AtG-loS3合并于pCA-CP-CBF3中,构建双基因植物表达载体pCA-CP-CBF3-35S-AtGloS3。用真空抽滤虑法将这两个表达载体转化到拟南芥中,并用潮霉素筛选出转基因植物苗。[结果]CBF3和AtGloS3基因均来自拟南芥,而CBF3不存在内含子,AtGloS3基因存在内含子,故以CB-1、CB-2为引物的非转基因植物中也能得到带,而以AT-1、AT-2为引物的非转基因植物不能得到带。[结论]该研究中pCA-CP-CBF3是1个对照,实验的后续工作需进一步进行。     

烟草orf25基因植物表达载体的构建及遗传转化

为更好地研究烟草雄性不育的机理,构建orf25基因的植物表达载体。orf25基因是ATP合成酶F(0)部分的4个亚基因之一。以雄性不育烟草MS革新3号为受体材料,利用组成型启动子Ca MV35S构建orf25基因植物表达载体,将表达载体p BI121-orf25导入根癌农杆菌LBA4404。采用根癌农杆菌介导orf25基因遗传转化MS革新3号,结果证明载体上的目的基因orf25已整合到烟草基因组中,并获得了52株转p BI121-Ca MV35Sorf25基因烟草植株,经PCR鉴定,转基因阳性植株有14株,转化率为26.9%。为下一步研究该基因的功能及其与烟草雄性不育性的关系提供依据。     

基于Gateway技术的低成本植物双分子荧光互补分析系统

创制基于Gateway重组技术的双分子荧光互补（bimolecular fluorescence complementation, BiFC）载体,同时创制低成本低克隆背景的Gateway入门载体。利用入门载体,采用Gateway技术快速将目标基因重组到BiFC目标载体,并采用农杆菌注射侵染烟草的方法观察荧光互作结果。构建的Gateway入门载体,由于带有ccdB基因,非线性化的载体无法在ccdB敏感菌株中生长,因此消除了载体本身的背景。同时由XcmⅠ酶切后产生的T突出,可以很好地与PCR产物结合,连接效率和普通商业化T载体一致。此外,由于载体可由实验室自行制备且采用了TA克隆,创制入门克隆的成本大大降低。借助该研究改造的BiFC目标载体,目的基因能快速地重组到目的载体用于基因互作鉴定。利用本研究构建的Gateway系统,能够以较低成本快速的进行基因克隆和互作研究。     

苎麻谷氨酰胺合成酶BnGS2等位基因的克隆及其转基因烟草特性

【目的】克隆谷氨酰胺合成酶BnGS2等位基因,分别构建其超量表达载体,并探讨其在转基因烟草中对氮代谢的影响。【方法】依据苎麻转录组unigenes和RT-PCR技术克隆苎麻BnGS2等位基因,利用内切酶TaqⅠ对目的等位基因在中苎1号自交F1和亲本中进行酶切鉴定,并利用生物信息学对基因序列和结构特征进行分析;通过同源重组技术分别构建BnGS2等位基因的超量表达载体,并在农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）LBA4404的介导下,通过叶盘法将超量表达载体转入烟草中,通过Kan筛选、转化植株基因组DNA PCR验证获得转基因T0植株;利用qRT-PCR分析BnGS2等位基因在转基因T1植株中的相对表达水平,并测定植株叶片中的GS活性、株高、鲜重、可溶蛋白及总氮含量。【结果】首次从苎麻中克隆了一对GS2等位基因,命名为BnGS2-1和BnGS2-2,等位基因序列全长1 340 bp,含有一个1 293 bp的ORF区,编码430个氨基酸残基多肽;等位基因核苷酸序列在11个位点上存在差异,导致编码的多肽在195、382位点上的氨基酸残基存在替换现象（BnGS2-1为脯氨酸和天冬酰胺,BnGS2-2为苏氨酸和丝氨酸）;NCBI BLASTP分析表明苎麻BnGS2与Pisum sativum、Vigna radiata、Glycine max、Phaseolus vulgaris、Medicago truncatula具有很近的亲缘关系;构建了能分别超量表达BnGS2-1和BnGS2-2的载体,并获得能分别超量表达BnGS2-1和BnGS2-2转基因烟草植株;与野生型烟草植株相比,超量表达BnGS2等位基因（BnGS2-1和BnGS2-2）都能显著性提高转基因植株叶片GS活性、鲜重和可溶性蛋白的含量,株高和总氮含量也有增加,但没有达到显著性水平。另外,超量表达不同BnGS2等位基因（BnGS2-1和BnGS2-2）的转基因烟草植株,在株高、鲜重、叶片可溶性蛋白及总氮含量上并没有显著性差异。【结论】在烟草中分别超量表达来源苎麻的BnGS2等位基因（BnGS2-1或BnGS2-2）均能显著提高转基因植株的生物产量和氮利用效率,并且所克隆的2个等位基因BnGS2-1和BnGS2-2在功能上并无显著差异。     

转cry2Ab4和vip3Aa11基因烟草对小地老虎杀虫效果研究

小地老虎严重危害农业生产,通过转基因技术提高作物对小地老虎的杀虫效果是一条切实可行的途径。cry2Ab4和vip3Aa11是从苏云金芽胞杆菌（Bacillus thuringiensis,Bt）中克隆到的两个杀虫基因。分别构建了pCS2Ab和pCSvip3A两种植物表达载体,利用农杆菌介导法转化烟草（Nicotiana tabacum L.）NC89,并得到32株和35株阳性转基因植株。通过对其进行RT-PCR分析、Western杂交分子检测证实两种外源基因在烟草植株中可以正常表达。人工饲喂初龄小地老虎幼虫,对两种转基因植株进行生物活性检测,结果显示饲喂转基因叶片的小地老虎幼虫死亡率在82%以上,抗虫能力比对照显著提高,转vip3A植株抗虫效果优于转cry2Ab植株。     

利用烟草的cDNA酵母表达文库筛选镉胁迫相关基因

为了鉴定烟草在重金属镉胁迫处理下的功能基因,构建烟草cDNA酵母表达文库,并利用镉敏感的突变株对文库进行初步筛选。首先将烟草幼苗进行重金属胁迫处理,然后取幼根提取总RNA并纯化mRNA,采用SMART技术反转录成双链cDNA,将cDNA与入门载体pDONR222的同源重组区连接,再转到酵母表达载体pDEST22上,构建了Gateway技术兼容的酵母cDNA表达文库。经检测,构建的cDNA酵母表达文库滴度为4.32×106 cfu/mL,库容量为0.86×107 cfu,平均插入片段长度大于1kb,文库质量较高。通过镉敏感酵母突变株Δycf1筛选烟草重金属镉胁迫相关基因,获得酵母单克隆70个。经分析可知,其涉及到谷胱甘肽转移酶、铜分子伴侣及甲硫蛋白等24个不同蛋白基因,初步鉴定为烟草应答重金属镉胁迫的候选基因。