延缓叶片衰老ZmIPT2基因的玉米遗传转化及功能验证

从玉米自交系郑58中克隆Zm IPT2基因并构建单子叶植物表达载体,通过农杆菌侵染萌动胚方法将其转入玉米自交系K10中,对转基因后代进行分子检测和功能验证。结果表明,Zm IPT2基因c DNA全长969 bp,成功构建其单子叶植物表达载体p CAMBIA5300-ubi-Zm IPT2。农杆菌侵染萌动胚法共转化K10种子5 163粒,获得T0代PCR阳性幼苗48株,其中13株结实收获种子;获得的3个T2代株系PCR阳性率符合3∶1的分离比,且RT-PCR检测呈阳性;2个T2代转基因株系的成熟期叶绿素含量和细胞分裂素含量极显著高于对照,相对绿叶面积和叶面积持绿期极显著或显著高于对照,百粒重和小区产量显著高于对照。结果初步证明,Zm IPT2基因在玉米中的过表达可延缓叶片衰老,提高玉米产量。     

转精氨酸酶基因ZmARG玉米后代株系的遗传稳定性分析和功能验证

以T4、T5代转ZmARG基因玉米株系AKF65和受体自交系KF513为试材,对目标基因的整合表达、酶活性及产量相关农艺性状进行检测。结果表明,PCR、Southern和RT-PCR检测证明,ZmARG基因以单拷贝的形式插入基因组,在转录水平上能够稳定表达,且两个世代中稳定遗传。转基因株系灌浆期叶片中的精氨酸酶活力显著高于对照,萌发种子和苗期根中极显著高于对照,种子萌发时酶活力最高。转基因株系百粒重、穗重和小区产量显著高于对照,穗长极显著高于对照,其他各产量相关农艺性状差异不显著。     

转ZmPPDK基因小麦新品系的光合特性及产量分析

为明确玉米C_4型ZmPPDK基因提高小麦光合效率的功能,采用基因枪介导转化法,以小麦品种周麦23为受体,获得了转ZmPPDK基因小麦株系T14和T39,并于开花期和灌浆期测定了2个转基因株系及受体亲本的旗叶净光合速率日变化、光合相关基因表达量、叶绿素荧光参数以及成熟期产量性状。结果表明,T14和T39在2个测定时期10:00-14:00间的光合速率均显著高于野生型对照,在灌浆期2个转基因系的提高幅度均最大,分别达17.24%和21.11%。转基因小麦的ZmPPDK基因及内源CA、NADP-ME、FBP等光合相关基因的表达量均显著高于对照,其中ZmPPDK基因表达量的提高幅度分别为14.13和15.28倍,并显著高于光合相关基因。在13:00时刻,转基因小麦的F_v/F_m和Φ_(PSII)均显著高于对照,而W_K和V_J显著低于对照。转基因小麦的2年平均产量较对照分别提高6.40%和5.02%,千粒重的提高是其增产的主要因素。以上结果说明,转玉米ZmPPDK基因小麦的光合特性和产量显著优于对照,玉米ZmPPDK基因具有改善C_3植物光合特性并提高其产量的潜力。     

转精氨酸酶基因ZmARG玉米株系AKF65的杂交组合鉴定及遗传稳定性分析

以转玉米精氨酸酶基因ZmARG的T_4代株系AKF65为试材,配置杂交组合,对组合进行农艺性状调查和产量性状鉴定,并将F_1进行回交,采用PCR分子检测手段分析ZmARG基因的遗传特性。结果表明,杂交组合合344×AKF65和WY-1-2×AKF65在株高、穗位高等性状上,与非转基因对照组合相比差异均不显著,在产量、单穗重、穗长等性状上显著高于对照组合,百粒重、粒宽和粒厚等性状上显著高于常规对照品种克玉15。BC1F1回交世代中ZmARG基因分离比例均接近1∶1,表明外源ZmARG基因为显性并稳定插入到基因组中。     

转TaSCL14基因小麦的遗传稳定性及农艺性状分析

为了获得农艺性状优良的转TaSCL14基因小麦品系,以普通小麦品种小偃39为受体获得的转TaSCL14基因小麦T1～T3代株(系)为材料,对其中TaSCL14基因的遗传稳定性和主要的农艺特性进行分析。结果表明,转TaSCL14基因小麦的T1和T2代植株的阳性率分别达到55.9%和85.6%,穗粒数、冬前分蘖与对照存在显著差异;T3代4个转基因株系3-4、3-7、3-8和3-11的阳性率达到90%以上,且TaSCL14基因在各株系中的表达水平都高于对照。与野生型相比,转基因小麦T3代部分株系的冬前分蘖、冬后分蘖、有效分蘖和小穗数均较野生型呈显著或极显著提高,但千粒重都较野生型有所降低,其中株系3-4和3-7降低幅度较大,分别达到显著和极显著水平。以上结果说明,TaSCL14基因的过表达能够影响转基因小麦的部分农艺特性,并且在株(系)间有差异。     

转异苞滨藜BADH基因玉米高世代株系苗期外源基因表达及耐盐性功能分析

以转来自耐盐植物异苞滨藜的甜菜碱醛脱氢酶基因(BADH)玉米T8代株系BZ-136及受体对照自交系郑58(耐盐)为试材,采用盆栽种植方法,分析转基因植株中外源基因的表达情况,检测耐盐相关生理指标。结果表明,转基因株系BZ-136中的BADH酶活性及甜菜碱含量显著高于受体对照,随着盐胁迫时间的延长,其表达量先增加后减少,在胁迫7 d时分别达到了最大值。转基因株系幼苗株高和干重从盐胁迫第3天开始显著高于对照,鲜重和含水量在胁迫第5天和第7天时转基因株系显著高于对照;转基因株系根总体积显著高于对照,直径和根尖数在胁迫第5天时显著高于对照;转基因株系电导率和丙二醛含量均低于对照,分别在胁迫第3天和第7天开始达显著差异,叶绿素含量高于受体对照,从第3天开始二者差异达显著水平。由于外源BADH基因的表达显著提高了基因株系的耐盐性。     

小麦 TaWIN1基因的克隆和表达分析

14-3-3蛋白家族在植物生长发育和逆境胁迫响应中发挥着重要作用。 TaWIN1基因是小麦14-3-3基因家族成员之一,为了进一步了解该基因的功能,本研究以普通小麦中国春为材料克隆了 TaWIN1基因并进行了生物信息学分析和表达分析。结果表明, TaWIN1基因含有801 bp的开放阅读框,编码266个氨基酸,含有完整的14-3-3蛋白家族结构域;该基因的编码蛋白为酸性蛋白,不具有跨膜区,可能定位于细胞质;进化分析显示,小麦TaWIN1蛋白与大麦14-3-3E、二穗短柄草GF14-D的亲缘关系最近; TaWIN1基因在小麦不同发育时期和不同组织中均有表达,但在10 mm幼穗中的相对表达量最高,其次为苗期叶片和旗叶,在根中表达量最低;根中 TaWIN1基因在干旱、高温、低温和盐胁迫下均显著上调表达;叶片中 TaWIN1基因在干旱、低温和盐胁迫下均显著上调表达,而在高温下则显著下调表达。     

抑制ZmCol3基因表达调控玉米开花期

采用ZmCol3基因RNAi载体构建、农杆菌介导玉米遗传转化、转基因材料开花期表型鉴定等研究方法,评估抑制ZmCol3基因表达对玉米开花期的影响。转基因玉米基因组PCR结果证实,人工合成RNAi片段已成功整合到玉米基因组中。qRT-PCR结果表明,在不同转基因玉米株系中ZmCol3基因表达受到不同程度的抑制。温室转基因玉米开花期相关性状调查结果表明,抑制ZmCol3表达,可以将玉米抽雄、散粉和吐丝时间提前2~3 d。研究结果证实,ZmCol3具有调控开花期的生物学功能,抑制该基因表达进而缩短玉米开花期可以作为行之有效的方法应用到玉米熟期改良研究中。     

转基因玉米SW12-859的抗螟性及农艺性状评价

SW12-859为吉林省农业科学院农业生物技术研究所培育的转基因玉米杂交组合,全株表达Cry1F基因杀虫蛋白。本研究以其为材料,与其遗传背景相似的郑单958为非转基因对照,在玉米心叶期(6~8叶期)和穗期(13~16叶期)进行田间人工接玉米螟初孵幼虫,调查其抗螟性、农艺性状及对产量损失的影响。结果表明,在玉米心叶期和穗期,转基因玉米SW12-859对一、二代玉米螟表现为高抗,郑单958表现为感,二者受玉米螟危害程度(抗螟性)差异显著。转基因玉米SW12-859和郑单958的株高、穗位高等农艺性状相近,在接虫条件下,转基因玉米产量显著高于非转基因玉米。     

过量表达拟南芥GPX3基因提高玉米苗期抗旱性研究

通过农杆菌介导法将拟南芥抗旱基因AtGPX3导入玉米自交系郑58中,用PCR和RT-PCR法对转化玉米进行检测,在水分胁迫下对T₁代转基因玉米和非转基因玉米进行抗旱性分析。结果表明,共得到56株转化苗,检测获得9个株系的30株T₀代转基因阳性植株,抗性植株阳性率为53.6%。RT-PCR检测表明,T₁代有6个株系为稳定遗传阳性株系,并且AtGPX3基因在转基因玉米中表达量大幅度提高。耐旱性分析表明,非胁迫条件下,非转基因和转基因株系中游离脯氨酸（Pro）和丙二醛（MDA）的含量基本无显著差异。在干旱胁迫条件下,转基因玉米叶片的Pro含量高于非转基因玉米,比非转基因株系提高了46.2%;MDA含量低于非转基因玉米,比非转基因玉米下降了34%。通过导入AtGPX3基因,可以提高玉米苗期的耐旱性。     

转AtGA2ox1基因玉米自交系和杂交种的耐旱性分析

AtGA2ox1基因是调控赤霉素代谢的关键基因。以3个AtGA2ox1基因转化体回交转育玉米自交系和配制的杂交组合为研究材料,系统开展玉米自交系和杂交种的耐旱性分析。结果表明,3个转化体在回交转育过程中,多世代间遗传稳定。苗期不同转化体玉米在干旱胁迫24 d后复水仍能正常生长;对照材料胁迫后叶片卷曲至萎蔫,复水后无法恢复生长。通过对丙二醛、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等生理生化指标的跟踪监测发现,干旱胁迫条件下转基因玉米的MDA含量低于对照约20%;超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性高于对照20%,降低玉米细胞膜氧化损伤来增强转基因玉米耐旱胁迫能力,与玉米耐旱表型一致。成熟期干旱条件下,对照玉米果穗变小,穗长变短,穗重减轻。转基因杂交种的粒重和百粒重显著高于对照,其中杂交种NKYGA09*X923-1百粒重高于对照杂交种21.21%,表现出潜在的育种价值。     

转酸性蛋白酶pepB基因玉米的分子鉴定与农艺性状分析

通过分子生物学技术把酸性蛋白酶pepB基因转入受体玉米自交系基因组中,培育转酸性蛋白酶pepB基因玉米新品系。以耐盐基因badh作为筛选标记性基因,经过抗性筛选,对T1、T2、T3代转基因植株进行PCR检测,得到14个T1代转基因阳性植株,32个T2代转基因阳性植株和27个T3代转基因阳性植株。Southern杂交结果表明,外源酸性蛋白酶基因已经整合进玉米基因组中。RT-PCR结果表明,酸性蛋白酶基因在受体玉米中获得表达,获得外源酸性蛋白酶pepB基因遗传表达的T3代转基因玉米株系。通过对T2、T3代转基因玉米各品系农艺性状的分析结果表明,转基因玉米各品系在株高、茎粗、穗长等农艺性状上与受体亲本没有差异,但生育期均有不同程度的缩短。     

玉米大斑病菌甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因克隆和表达分析

利用RT-PCR技术克隆玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)的GAPDH基因StGAPDH。该基因c DNA全长1 014 bp，编码337个氨基酸；蛋白质分子量36 505.44，理论pI值6.72，属弱酸、亲水、稳定蛋白，无跨膜结构域和信号肽。亚细胞定位于细胞质、线粒体和细胞核的概率分别为43.5%、30.4%和21.7%；氨基酸序列高度保守，在亲缘关系上与玉米小斑病菌(Bipolaris maydis)和水稻胡麻斑病菌(Bipolaris oryzae)最近。荧光定量PCR分析表明，在病菌接种抗病玉米自交系3 d时，StGAPDH基因表达量显著高于接种5～10 d(P<0.05)；接种感病玉米自交系时，接种10 d的StGAPDH基因表达量显著高于接种3～7 d(P<0.05)。     

玉米ZmWRKY45基因克隆及盐碱逆境胁迫下的表达分析

通过水稻中OsWRKY45基因在NCBI中进行同源序列比对,电子克隆ZmWRKY45基因并与其他物种中的同源基因进行进化树分析。利用该基因的CDS区设计特异引物,在3叶期对吉单441进行不同浓度NaHCO_3处理,对玉米杂交种吉单441及其双亲自交系进行验证。结果表明,在吉单441及其父本中含有ZmWRKY45,在盐碱胁迫下吉单441中该基因随着盐碱浓度的升高而表达量升高,初步判断该基因可能在吉单441的耐盐碱过程中起到正向调控作用。     

先玉335、郑单958和京科968抗虫能力的比较研究

以先玉335、郑单958、京科968为材料,以玉米螟(Ostrinia furnacalis)、黏虫(Mythimna separata)和禾谷缢管蚜(Rhopalosiphum padi)为供试昆虫,探究玉米品系大喇叭口期对玉米螟和黏虫及抽雄期对禾谷缢管蚜抗性差异,测定其主要抗虫化合物丁布类物质的含量。结果发现,京科968对玉米螟及禾谷缢管蚜抗性均高于另外两个品系;对黏虫的抗性,郑单958和京科968高于先玉335。大喇叭口期京科968中丁布类物质含量最高,抽雄期郑单958和京科968中主要丁布成分含量均高于先玉335,上述组织中丁布合成相关基因在郑单958及京科968中的表达量也均高于先玉335。本研究揭示杂交玉米抗虫性与抗性相关化合物含量及其相关基因表达间存在正向相关关系,为抗虫玉米分子育种提供理论参考。