农杆菌介导的作物遗传转化研究进展

分子生物学与植物基因工程的迅速发展,使得通过基因工程手段改良作物品质、改善作物耐胁迫能力、提高作物产量成为培育作物新品种的一种有效手段.为此,综述了农杆菌介导遗传转化的分子机制、标记基因的应用、作物转化研究进展和转基因应用前景.     

矮牵牛PhDFR基因和抗除草剂Bar基因植物表达载体的构建及对烟草的遗传转化研究

[目的]构建矮牵牛PhDFR基因的植物表达载体,并对烟草进行遗传转化。[方法]从不同花色的矮牵牛中克隆了2个PhDFR基因,通过目的基因序列克隆、多步载体酶切、连接、转化等技术手段,将其连入通用植物表达载体pCAMBIA2300及pCAMBIA3301。利用冻融法将重组质粒导入农杆菌GV3101继而转化烟草。[结果]构建了含卡那霉素抗性筛选标记基因NPT11和除草剂抗性筛选标记基因Bar的GFP融合蛋白植物表达载体pCAMBIA2300-PhDFR-GFP和pCAMBIA3301-PhDFR-GFP。转基因植株的GUS染色结果进一步验证了所构建表达裁体的正确性和实用性。[结论]所构建的表达载体为进一步研究PhDFR基因在植物花色调控效应的功能及开展植物花色改良基因工程研究奠定了基础,为植物基因工程科研工作提供了优良的备选植物表达我体。     

紫花苜蓿MsCOL1基因植物表达载体的构建及拟南芥转化

[目的]构建紫花苜蓿MsCOL1基因植物的表达载体。[方法]根据紫花苜蓿CONSTANS类似基因MsCOL1基因(登录号:DQ661682)序列,设计含有酶切位点的一对特异性引物,以紫花苜蓿cDNA为模板,获得MsCOL1基因完整编码区DNA序列,并将目的片段插入表达载体pBI121的相应位置,构建植物表达载体35S∷MsCOL1,再利用农杆菌介导方法将35S∷MsCOL1转化到拟南芥中。[结果]分析测序结果显示,所获得克隆为插入目的片段的阳性克隆。经RT-PCR检测,证明转基因植株中MsCOL1基因能够顺利表达。[结论]该方法成功构建植物表达载体35S∷MsCOL1,并获得了转基因拟南芥植株。     

小黑杨PsnAP1基因转化烟草的研究

[目的]研究杨树APETALA1基因的功能,为缩短林木育种周期及杨树成花机理的研究提供参考。[方法]以杨树为研究对象,构建植物表达载体,利用农杆菌介导法转化烟草叶盘,并对转基因烟草进行分子水平鉴定。[结果]杨树APETALA1基因已经整合入烟草基因组中,且转基因烟草比野生型提早开花。[结论]杨树APETALA1基因能促进转基因植株开花,为研究杨树成花机理奠定了基础。     

cNHX1基因转化草莓的研究

[目的]探讨将完整的含柑橘cNHX1基因转化为草莓植株。[方法]以弗吉尼亚草莓品种为试材构建了含柑橘cNHX1基因的植物表达载体,并进行了酶切鉴定,然后将表达载体导入农杆菌EHA105中,获得了工程菌株;利用农杆菌转化法,把cNHX1基因转化成草莓植株,并利用PCR方法鉴定了转化植株。[结果]利用农杆菌转化法获得了转cNHX1基因,通过进一步利用含Kam的平板进行筛选,获得了纯合的转基因植株;对获得的转基因草莓植株提取叶片DNA,利用引物F01和R02进行扩增,结果在草莓基因组中可以扩增出1.63kb的目的条带,证明cNHX1基因已经整合到草莓基因组。[结论]为获得耐盐程度显著提高的转基因草莓奠定了初步基础。     

枯草芽孢杆菌纤溶酶植物根系分泌表达生物反应器模型的建立

[目的]枯草芽孢杆菌纤溶酶是一种碱性丝氨酸蛋白水解酶,具有强烈的纤溶活性,临床上可用于预防和治疗血栓栓塞性疾病,可用于开发新型溶栓药物。[方法]该研究采用PCR法克隆枯草芽孢杆菌纤溶酶基因及其前导肽序列,通过农杆菌介导转化野生型拟南芥,并利用纤维蛋白平板法检测BSFE纤溶活性。[结果]通过农杆菌介导转化获得转BSFE基因拟南芥,PCR检测证实BSFE基因已在转基因拟南芥基因组内整合,纤溶活性检测进一步证实BSFE可在转基因拟南芥体内表达,并可通过组织及根系分泌型表达,建立植物组织及根系分泌表达外源蛋白的系统模型。[结论]该研究为进一步阐明外源蛋白分泌表达机理及建立植物根系分泌生物反应器提供依据。     

一个耐镉基因过表达载体构建及转基因植株的筛选鉴定

[目的]进一步研究MNB1基因在植物应对镉胁迫响应中的功能,构建拟南芥中MNB1基因过量表达载体,通过筛选鉴定最终获得相应的转基因植株。[方法]以野生型拟南芥c DNA为模板,PCR扩增MNB1基因全长,将该基因连接到过量表达载体上;然后将构建成功的重组载体转化至农杆菌菌株GV3101,浸花法转化野生型植株;最后利用转基因筛选与遗传鉴定获得MNB1转基因阳性植株。[结果]MNB1基因CDS全长1 368 bp,酶切连接后转化大肠杆菌鉴定得到阳性菌落,测序结果经比对完全正确。通过抗性筛选及PCR电泳检测获得阳性转基因植株。[结论]MNB1基因过表达载体构建成功并获得相应转基因植株,为进一步研究该基因调控植物镉胁迫响应中的功能及其分子机制奠定基础。     

水稻OsOle1基因的克隆及其遗传转化

[目的]克隆水稻OsOle1基因并对其进行遗传转化。[方法]通过RT-PCR方法对OsOle1基因进行克隆,将克隆出的OsOle1基因连接到pCAMBIA1300上构建其超表达载体,并通过农杆菌介导对水稻愈伤进行了遗传转化。[结果]克隆出的OsOle1基因全长498bp,编码165个氨基酸,成功构建了其超表达载体Ub：：OsOe1-GUS,最终得到了转基因株系。[结论]为OsOle1基因的功能研究奠定了基础。     

水稻OsOle1基因的克隆及其遗传转化

[目的]克隆水稻OsOle1基因并对其进行遗传转化。[方法]通过RT-PCR方法对OsOle1基因进行克隆,将克隆出的OsOle1基因连接到pCAMBIA 1300上构建其超表达载体,并通过农杆菌介导对水稻愈伤进行了遗传转化。[结果]克隆出的OsOle1基因全长498bp,编码165个氨基酸,成功构建了其超表达载体Ub：：OsOe1-GUS,最终得到了转基因株系。[结论]为OsOle1基因的功能研究奠定了基础。     

小黑杨PsneIF5A2/4基因植物表达载体的构建及在烟草中的转化研究

[目的]研究杨树eIF5A基因的功能,为林木抗性育种研究提供参考。[方法]构建植物表达载体,利用农杆菌介导法转化烟草叶盘,并对转基因烟草进行分子水平鉴定。[结果]杨树eIF5A基因已经整合入烟草基因组中,且转基因烟草比野生型烟草叶片抗重金属能力提高。[结论]杨树eIF5A基因能促进转基因烟草的抗胁迫能力,为林木抗逆育种机理奠定了理论基础。     

参与农杆菌侵染及T-DNA转运过程植物蛋白的研究进展和思考

农杆菌是一种革兰氏阴性土壤病原细菌,携带具有天然转基因功能的Ti质粒或Ri质粒,能将一部分遗传物质插入到寄主植物的染色体上,使其稳定遗传和表达,赋予植物新的性状。所以农杆菌作为最有效的转化媒介,已被广泛应用于多数双子叶植物和部分单子叶植物转基因研究。虽然农杆菌介导的转化技术具有操作简单、成本低廉,转基因沉默几率小,插入基因拷贝数少等优点,但农杆菌介导植物遗传转化是一个复杂的生物学过程,需要一系列农杆菌蛋白和植物蛋白相互作用,共同完成外源基因的转入和整合。植物相关蛋白在转化过程中起着重要作用。其中,阿拉伯半乳聚糖蛋白(AGP)、植物根钙粘附蛋白和类玻连蛋白等参与农杆菌附着于植物细胞表面的过程;鸟苷三磷酸腺苷酶（GTPase）和BTI蛋白协助T-DNA和Vir效应蛋白进入植物细胞;actin、GIP、VIP等蛋白参与T-DNA复合体在细胞质中的运输的过程;与Vir效应蛋白互作的VIP1、VIP2、KAPa、PP2C、Roc等蛋白协助T-DNA定位于植物细胞核;组蛋白、VIP1和VIP2等引导T-DNA在植物基因组上的整合。由于植物种类间存在巨大差异,上述一些植物蛋白基因的过表达虽能提高农杆菌转化某些植物的转化效率,但不能提高另一些植物的转化效率。在容易被农杆菌遗传转化的植物如拟南芥、水稻中的研究表明,VIP1、VIP2、AGP、H2A等蛋白与农杆菌转化关系密切,但这些蛋白在利用农杆菌转化较难的作物如小麦、玉米中的功能还不明确,因而需要在不同植物中继续筛选和鉴定与T-DNA转化相关重要蛋白的编码基因。目前,农杆菌介导的植物遗传转化有2个显著特点,一是农杆菌介导转化烟草、拟南芥、水稻等模式植物的技术日渐成熟,二是农杆菌介导转化小麦、玉米、大豆等重要作物的技术仍然没有本质突破,植物相关蛋白在T-DNA转运、整合等过程中的作用还需要深入研究和进一步明确。文章主要对参与农杆菌介导遗传转化植物整个过程中相关植物蛋白的研究进展进行了综述,以期为提高农杆菌转化顽拗型作物的转化效率提供参考。     

超声波辅助农杆菌介导法转化鱼腥草的初步研究

应用超声波直接转化法、农杆菌介导转化法、恒定频率的超声波仪处理植物15 min后再用农杆菌介导法侵染植物和在农杆菌侵染过程中辅助以超声波处理10 s 4种方法对鱼腥草进行转基因研究,结果显示:上述4种转化法对gus基因最大瞬时表达率依次为47%、60%、80%和75%。结论:用恒定频率的超声波仪处理植物15 min后再用农杆菌介导法侵染植物和在农杆菌侵染过程中辅助以超声波处理10 s两种转化法gus基因的瞬时表达率最高,说明超声波辅助农杆菌介导遗传转化方法是一种高效的鱼腥草转基因方法,它实现了外源基因在植物中的高效表达。     

植物安全转基因技术研究现状与展望

转基因技术是进行基因功能研究和作物遗传改良的重要工具。根癌农杆菌介导转化法和基因枪轰击法是两种主要的遗传转化方法。从1996年首例转基因作物商业化种植以来,2012年全球有28个国家和地区种植转基因作物,种植面积已达1.7亿公顷。随着全球转基因作物的大面积商业化种植,转基因植物的安全性越来越多地受到公众关注。安全转基因技术的研发对于转基因植物的商业化生产具有重要意义。文章详细介绍了目前已报道的安全转基因技术原理及其应用现状。按其作用原理和目的将其分为4类：安全选择标记、标记基因删除及基因叠加、基因漂移防控法和基因定点编辑整合技术。其中,安全选择标记按其筛选原理分为糖代谢相关标记、氨基酸代谢相关标记、激素相关标记和抗逆相关标记。与抗生素和除草剂抗性标记相比,这类标记基因及其表达产物对人和其他生物更安全。标记基因删除及基因叠加技术包括共转化法、位点特异性重组法、转座子法、同源重组法以及基于位点特异性重组的基因叠加技术,其中共转化法又包括农杆菌介导的共转化法和基因枪介导的表达盒共转化法。基因叠加技术为复合性状转基因植物研发奠定了基础,有望成为未来多性状转基因植物研发的重要技术之一。基因漂流防控法包括叶绿体转化法和基因拆分法。基因定点编辑和整合技术包括锌指核酸酶、TALEN和CRISPR/Cas9系统介导的基因定点编辑和整合技术。其中,TALEN和CRISPR/Cas9技术,设计简单,成本低,易操作,靶点分布广泛,有望成为安全转基因研发和应用的重要技术。文章对这些技术原理及其应用现状进行了综述,讨论了其优缺点,并展望了安全转基因技术研发重点和发展趋势。     

土壤农杆菌介导的转GST基因拟南芥的选育

将耐盐相关基因盐地碱蓬谷胱甘肽转移酶基因(Glutathione s—transferase，GST)克隆到表达栽体pROKⅡ中以构建植物表达栽体pGST，直接转化法转化土壤农杆菌，PCR验证后的阳性土壤农杆菌利用花序浸泡法转化拟南芥．转化子通过含有卡那霉素的培养基初步筛选，用PCR方法进一步验证外源基因插入到拟南芥基因组中．通过几代选育得到了稳定遗传的转基因拟南芥纯合品系．     

HAL1基因转化百脉根(Lotus cirniculatus)的初步研究

以Bar基因为标记基因,以从酵母中克隆的耐盐基因HAL1为目的基因,构建了植物表达载体pCHAL1。以子叶为外植体,用农杆菌介导法转化豆科植物百脉根。抗性再生苗经PCR方法鉴定,HAL1基因阳性率为46.7%。初步证明HAL1基因已整合到百脉根基因组中,且转基因植株的表型正常。     

拟南芥CTSP3基因GUS载体构建及转基因植株的筛选鉴定

[目的]深入研究植物基因CTSP3的基因表达模式及其对重金属镉胁迫的响应机制,以野生型拟南芥为材料构建CTSP3-GUS重组质粒及GUS转基因植株。[方法]通过提取野生型拟南芥的DNA,克隆其启动区基因片段,将基因片段和pART27-GUS质粒双酶切后连接,转化到大肠杆菌感受态细胞中,菌落PCR和测序获得阳性单克隆。然后将CTSP3-GUS重组质粒转入农杆菌感受态GV3101,获得阳性单菌落。接着采用浸花法侵染野生型拟南芥,最后通过抗性筛选和PCR鉴定获取CTSP3-GUS转基因植株。[结果]成功克隆CTSP3启动区基因片段,构建出重组质粒,获得了CTSP3-GUS转基因植株。[结论]获得CTSP3-GUS转基因植株,为接下来进一步研究该基因在植物响应镉胁迫机制中的功能奠定了基础。     

根癌农杆菌介导的甘薯遗传转化研究进展

目前,利用根癌农杆菌介导方法获得了许多转基因植株,由于甘薯本身的特性致使部分甘薯的遗传转化受到限制,但在研究过程中可根据不同甘薯品种选择不同的受体、条件,用根癌农杆菌介导的方法也获得了成功。综述了根癌农杆菌介导法的转化机理及影响根癌农杆菌转化甘薯效率的诸多因素,如:植物基因型、转化受体、菌液浓度、选择标记等,以及采用遗传工程技术改良甘薯品种的进展。     

AtDREB2B基因的克隆及植物表达载体的构建

[目的]获得耐旱转录因子的植物表达载体,进而转化植物获得耐旱性提高的新植物株系。[方法]提取脱水处理的拟南芥总RNA,利用AtDREB2B特异引物通过RT-PCR扩增出1.2kb片段,并将其克隆至pBS-T上,测序。[结果]序列分析表明,该克隆序列与GenBank上登录AtDREB2B基因序列的一致性为100%。进一步通过片段的亚克隆,将其构建至植物表达载体pCAMBIA1301和pBin438上,分别由rd29A启动子和重复35S启动子调控基因表达。[结论]成功构建了2种AtDREB2B的植物表达载体,并通过冻融法转化根癌农杆菌GV3101,为农杆菌介导的AtDREB2B基因对植物的遗传转化奠定基础。     

农杆菌介导外源基因转化棉花上胚轴方法的研究

[目的]介绍一种获得棉花转基因植株的新方法。[方法]以棉花感受态萌动的上胚轴作为外源基因转化的受体,用农杆菌介导法将携带有筛选标记NPTII(新霉素磷酸转移酶)基因及GFP(绿色荧光蛋白)报告基因导入棉花,研究了农杆菌介导法用于棉花感受态萌动上胚轴转化的预培养时间,浸菌时间,共培养时间及抗生素处理浓度等。[结果]在新疆棉花离体培养植株直接再生植株基础上,经3~5d预培养处理过的棉花上胚轴,在浸菌15 min共培养2 d后,经50 mg/L kan筛选,用1 000 mg/L头孢霉素抑菌,并用相对高含量细胞分裂素和低含量生长素的组合对其进行直接出芽培养,从而获得抗性小苗。[结论]用农杆菌转化处理棉花上胚轴是一种操作简单、重复性好、非基因依赖型的转化方法。     

hbFGF基因的克隆及其植物双元表达载体的构建

[目的]为利用植物基因工程技术获取hbFGF基因奠定基础。[方法]采用RT-PCR方法克隆hbFGF基因,将其插入双元表达载体pCambia1301中,构建植物表达载体pCambia1301-hbfgf,并将该表达载体导入发根农杆菌菌株C58C1。[结果]1%琼脂糖凝胶电泳结果显示,hbFGF基因被成功连接到克隆载体pMD18-T上,且重组质粒pMD18-T-hbfgf的DNA测序结果与GenBank中登录的hbFGFcDNA序列完全一致;双元表达载体重组质粒pCambia1301-hbfgf经BamHI消化后进行1%琼脂糖凝胶电泳,结果显示,电泳图谱中出现1200、10000bp2个片段,说明hbFGF基因已被成功克隆到植物表达载体pCambia1301中;农杆菌转化子PCR产物电泳图谱中483bp处出现条带,说明pCambia1301-hbfgf已被转入农杆菌中。[结论]该研究成功获得了可直接用于遗传改良的工程菌pCambia1301-hbfgf-C58C1。