矮秆基因Rht_NM9在小麦株高建成中对内源激素含量的影响

普通小麦品种"南农9918"经甲基磺酸乙酯(ethyl methanesulfonate,EMS)诱变获得一个矮秆、多蘖、长穗突变体"NM9",在该突变体中定位到一个新的矮秆突变基因Rht_NM9。内源激素在普通小麦株高建成的过程中发挥重要的调节作用,为了解析Rht_NM9致矮的生理机制,本研究以南农9918及其矮秆突变体NM9为材料,利用酶联免疫吸附分析法(enzyme-linked immunosorbent assays,ELISA)测定了不同生育期各节间内源赤霉素(GA)、生长素(IAA)、脱落酸(ABA)和玉米素核苷(ZR)的含量,分析小麦发育关键时期的内源激素含量变化与株高的关系。结果表明,在孕穗期和抽穗期,矮秆突变体NM9中GA、ABA含量均显著高于南农9918,而ZR含量则显著低于南农9918,IAA含量在南农9918和突变体NM9之间无明显差异。此外,突变体NM9各节间中GA/ABA比值显著高于南农9918,而IAA/ABA、(IAA+GA)/ABA、ZR/ABA比值显著低于南农9918。以上结果表明小麦株高受多种激素调控,突变体中内源ABA含量升高,IAA/ABA和ZR/ABA比值降低会抑制植物株高伸长。     

用基因枪法将小麦病程相关蛋白基因TαPR-1导入小麦的研究

为验证小麦病程相关蛋白基因TαPR-1的功能，利用gus基因瞬间表达技术对基因枪法转化小麦幼胚的两个重要参数金粉用量和轰击距离进行了优化。研究结果表明,金粉用量为250．0μg．轰击距离9cm的轰击参数最为理想，GUS瞬间表达率和平均蓝点数分别可达89．8％和33．7个。采用此轰击参数．将TαPR-1基因导入扬麦158幼胚．经3～5mg／L Bialaphos筛选获得49株抗性再生植株．经PCR、Southern杂交分析．其中2株为阳性植株．转化率为0．11％。对转基因小麦植株进行苗期离体叶段和田间成株白粉病接种鉴定．初步结果表明，转基因植株对白粉病抗性与对照相比无明显差别。     

小麦Mlo反义基因的转化及转基因植株的白粉病抗性分析

采用基因枪法将小麦反义Mlo基因导入扬麦158和济麦20的幼胚愈伤组织中,在含除草剂的分化培养基上经两轮筛选,获得抗性再生植株。PCR检测、PCR-Southern杂交、基因组DNA斑点杂交和除草剂BASTA抗性分析结果证实已获得转基因扬麦158和济麦20阳性植株,荧光定量表达分析亦证明Mlo基因发生沉默。对T₀和T₁代转基因植株的白粉病抗性鉴定表明,有6个转基因株系高抗白粉病。对T₁代转基因小麦接种白粉菌后孢子发育的显微观察结果显示,Mlo反义基因的导入明显加快了乳突的形成和维持时间,有效抑制了吸器的发育,因而使转Mlo反义基因材料表现抗病性。     

基因枪介导的小麦叶片瞬间表达体系的优化及应用

麦类作物的叶片单细胞瞬间表达是一种高效而快速的基因功能验证方法,尤其适用于麦类作物与白粉病菌的互作系统,但由于影响参数较多、参检基因表达频率低而尚未广泛应用。本研究使用绿色荧光蛋白(GFP)基因作为报告基因,对影响表达效率的多个转化参数进行优化,筛选出表达频率最高的参数组,即小麦叶片采用固体保鲜培养基固定,钨粉用量为每枪300μg,质粒DNA用量为每枪750ng,可裂膜氦压为1 350psi,可裂膜与受体膜距离6mm,受体与阻挡网距离6cm,与先前报道的方法相比表达频率有显著提高。应用上述参数在感病小麦品种离体叶片中过量表达一个已知具有抗白粉病功能的簇毛麦SGT1基因,结果表明该基因瞬间表达使互作细胞吸器指数降低,表现为对白粉病菌侵入和吸器形成具有抑制作用,在一定程度上增强了表达细胞对白粉病菌的抗性,使目标基因的抗性功能再次得到印证。本研究还进一步运用该优化体系开展瞬间表达介导的基因沉默(TIGS)实验,将携带抗白粉病基因Pm21的抗病小麦品种南农9918和感病小麦品种扬麦158中的内源SGT1和RAR1分别或同时沉默,结果显示南农9918的叶片表皮与白粉菌互作细胞的吸器指数增高,在一定程度上降低了表达细胞对白粉菌的抗性。而扬麦158中互作细胞的吸器指数较对照变化不显著。说明这两个基因均分别参与了Pm21介导的抗白粉病信号途径,且二者共同作用与白粉病抗性关系更加密切。     

农杆菌介导小麦遗传转化条件的优化

本研究以普通小麦品种扬麦15和Alondra's的幼胚产生的愈伤组织为受体材料,通过检测gus基因的瞬时表达情况,研究了农杆菌介导的主要影响因子的转化效率。研究结果表明,在相同条件下两个品种农杆菌侵染的最佳条件不尽相同。扬麦15的最佳优化条件为:先在不添加AS的培养基中预培养,然后在菌液浓度为OD600=0.2、AS浓度为100μmol/L条件下侵染10min,最后在25℃共培养1d;Alondra's则在菌液浓度为OD600=0.5、共培养时间为2d时,表现出最佳的gus基因瞬时表达率。为小麦的遗传转化提供参考。     

小麦类甜蛋白基因的转化及转基因植株的抗病性分析

目前已克隆出许多类甜蛋白基因并成功转化马铃薯、水稻和小麦等植物,均可引起植株抗病性的提高。在以往的研究中我们从小麦中克隆了一个类甜蛋白基因(Ta-Tlp),该基因在高抗白粉病的小麦6VS/6AL易位系中能够高水平表达,推测它与白粉病抗性密切相关。为进一步研究该基因的功能,本研究构建了包含在ubi强启动子控制下的Ta-Tlp基因的表达载体pAHC-TlP,用基因枪将其导入小麦品种扬麦158的幼胚愈伤组织,在含除草剂的选择培养基上经两轮筛选和分化,获得再生抗性植株。对T0、T1和T2代植株进行PCR、Southern杂交与RT-PCR分析,结果表明Ta-Tlp基因已整合进受体基因组并且能够表达。对T0代及其衍生的T1代(来自6个T0代阳性株系的183个单株)和T2代(来自6个T0代阳性株系的241个单株)转化植株进行白粉病抗性鉴定,Ta-Tlp基因超量表达的转基因植株,能延缓白粉病发病进程,其白粉病抗性有一定提高。对T2代阳性转化植株进行赤霉病抗性鉴定表明,其抗性与受体对照相比无显著差异。     

用基因枪法将小麦病程相关蛋白基因TaPR-1导入小麦的研究

为验证小麦病程相关蛋白基因TaPR-1的功能,利用gus基因瞬间表达技术对基因枪法转化小麦幼胚的两个重要参数金粉用量和轰击距离进行了优化.研究结果表明,金粉用量为250.0 μg,轰击距离9cm的轰击参数最为理想,GUS瞬间表达率和平均蓝点数分别可达89.8%和33.7个.采用此轰击参数,将TaPR-1基因导入扬麦158幼胚,经3～5 mg/L Bialaphos筛选获得49株抗性再生植株,经PCR、Southern杂交分析,其中2株为阳性植株,转化率为0.11%.对转基因小麦植株进行苗期离体叶段和田间成株白粉病接种鉴定,初步结果表明,转基因植株对白粉病抗性与对照相比无明显差别.     

利用瞬间表达技术分析小麦几丁质酶和β-1,3葡聚糖苷酶基因的抗病性功能

几丁质酶基因和β-1，3葡聚糖苷酶基因是植物抗病反应过程中的两类重要的病程相关蛋白（PR）基因。为了快速准确地评价此类基因组成性表达后的抗病效果及在分子育种上的应用价值。利用瞬间表达技术分别在感病小麦品种离体叶片表皮细胞中过量表达1个小麦几丁质酶基因Cht4和2个小麦β-1，3葡聚糖苷酶基因Glb3s2和Glb3s6，并以GUS基因的共表达标识阳性转化细胞。基因枪轰击后高密度接种白粉病菌孢子。40h后观察转化阳性表皮细胞度其表面抱子的发育，并以阳性转化细胞中白粉病菌成功侵入的细胞所占比例（侵入频率）为指标分析目标基因的表达对白粉病菌入侵及吸器形成产生的影响（对照为单独导入GUS基因的表皮细胞）。结果表明，小麦几丁质酶基因Cht4（侵入频率为18．3％，对照为25．04％）和小麦肛1，3葡聚糖苷酶基因Glb3s2（侵入频率为19．63％，对照为24.63％）在感病小麦品种叶片表皮细胞中的瞬间表达，对白粉病菌侵入和吸器形成均有抑制作用，在一定程度上增强了表达细胞对白粉病菌的抗性。     

小麦幼胚再生培养体系优化及优良转化受体基因型的筛选

为建立适于优良小麦品种遗传转化的高效组织培养体系,以20个优良小麦推广品种为材料,对以幼胚为外植体的愈伤诱导、分化和生根壮苗培养基进行筛选.结果表明,添加500 mg/L水解酪蛋白、100 mg/L脯氨酸、100 mg/L谷氨酰胺,并以40 g/L麦芽糖为碳源的MXD2培养基的出愈率最高,愈伤质量最好.以大量元素减半的1/2 MX为基本分化培养基,添加1 mg/L ZT和0.5 mg/L IAA对愈伤组织诱导分化的效果最好,分化率最高达到83.0%.以1/2 MX培养基中添加0.5 mg/L IAA和0.5 mg/L MET的生根效果最好,且移栽成活率高.不同基因型的组织培养特性差异显著,筛选到扬麦158、南农9918、济麦20、宁麦9号等8个基因型可作为优良的转基因受体材料,并初步建立起适合于它们的植株再生体系.     

小麦自噬相关基因ATG10的克隆及白粉菌侵染诱导的ATG10的表达

细胞自噬是一种保守的真核生物细胞内物质分解和循环利用机制, 在植物生长、发育和逆境响应等过程中均扮演了重要角色。自噬相关蛋白ATG10是参与自噬小体形成的关键因子之一。利用同源克隆方法, 从经白粉病菌诱导48 h的小麦材料92R137/扬麦158⁷中克隆了ATG10基因家族3个成员(TaATG10a、TaATG10b和TaATG10c)。序列特征分析、物种间的比较和进化分析, 以及酵母功能互补实验结果证实, 这3个基因均为酵母ATG10的功能性同源基因。TaATG10a和TaATG10b的基因组序列具有相似的6外显子-5内含子基因结构。RT-PCR分析还发现这2个基因都具有2种可变剪接产物。TaATG10a和TaATG10b的GFP融合蛋白被定位于洋葱表皮细胞的细胞质中。白粉菌侵染能够诱导TaATG10a和TaATG10b表达, 因此推测, 小麦针对白粉菌侵染的免疫反应涉及对TaATG10及其参与的自噬过程的调控, 其调控模式因小麦抗、感白粉病反应、不同类型抗病基因介导的免疫反应和不同遗传背景下的感病反应而差异明显, 说明TaATG10及其参与的自噬过程与小麦-白粉菌互作反应关系的复杂性。从外源激素处理诱导的表达情况还发现, 抗、感白粉病的表型差异可能涉及抗、感材料TaATG10基因对同种激素(SA、乙烯或ABA)信号的不同响应模式。