不同物种启动子结构特征比较

比较基因组分析表明植物比低等生物和动物含有更多的编码基因。研究人员猜测这主要由于植物基因组中编码转录因子等调控蛋白的基因数量多于动物导致的,意味着植物的转录调控机理可能更加复杂。本研究,针对拟南芥、大肠杆菌以及人类的全基因组启动子序列开展了DNA自由势能分布,弯折度,单核苷酸组成分布及碱基偏差等特征的计算分析比较,期望从启动子结构差异特征分析结果中找到支持上述假说的实验证据。研究结果表明：三个物种的启动子具有转录起始位点（TSS）附近热稳定性最差,弯折度强的共性特征。拟南芥和人类一样在TSS上游（-25bp）具有相似的能量降落峰,而大肠杆菌的最大降低峰出现位置与真核生物不同,约在-10 bp和-35 bp区域。研究还发现拟南芥启动子区域自由势能,可弯折度,核苷酸的分布趋势与人类和大肠杆菌相比具有显著的差异特征。拟南芥TSS上游和下游区域能量和弯折度的变化范围最大,并且具有独特的GC偏好分布特征。我们的研究结果从计算生物学角度上阐明启动子结构差异是导致物种间转录因子识别机制不同的重要原因之一,实验数据进一步支持植物启动子转录调控机制比动物更加复杂的研究推论。     

玉米ZmCOL3pro217启动子的克隆及功能分析

ZmCOL3是玉米开花期光周期调控网络中一个重要的功能基因,研究发现自然群体中该基因的启动子存在遗传变异,推测这些变异可能参与玉米开花调控。研究从热带血缘玉米材料CIMBL119中克隆了ZmCOL3启动子,命名为ZmCOL3pro217。序列比对发现,该启动子序列与温带血缘玉米B73序列存在1个217 bp大片段置换。生物信息学分析表明,ZmCOL3pro217含有分生组织特异性、光响应、胁迫响应等多个顺势作用元件,预测ZmCOL3pro217可能具有组织特异性,并通过响应光和胁迫反应参与玉米开花调控。进一步构建ZmCOL3pro217驱动gus报告基因表达载体,转化玉米,实时荧光定量PCR、酶联免疫吸附剂测定、GUS组织化学染色等研究结果发现,转基因植株中ZmCOL3pro217驱动gus基因在根和叶器官中高表达,而在茎、花丝和子粒中几乎不表达,证实ZmCOL3pro217是1个新的组织特异性表达启动子。     

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。     

分子改造Cry蛋白基因的转基因玉米创制及其抗虫功能评价

利用结构域交换和密码子优化方法对苏云金芽孢杆菌(Bt)杀虫晶体蛋白Cry1Ab进行合理化设计改造,获得新型Bt蛋白编码基因cry FLIa。利用农杆菌介导法将该基因转入玉米Hi II中,对转基因后代开展分子鉴定和抗性评价等相关工作。结果表明,cryFLIa基因已整合进玉米基因组中,连续3代自交材料检测显示,转基因玉米目标基因正常表达并稳定遗传;蛋白在植株叶片中发育各时期的表达各异,在灌浆期蛋白表达量较高(471.883 ng/g)。室内生测和田间人工接虫试验表明,转cryFLIa基因玉米具有抗亚洲玉米螟的能力。     

羊草几丁质酶ClassⅡ基因的克隆、生物信息学分析及原核表达

根据已报道的羊草几丁质酶基因的EST序列,利用RACE技术,从100 mmol/L Na2CO3胁迫的羊草叶片中克隆得到羊草几丁质酶基因cDNA序列全长(GenBank登录号为GQ397277),命名为LcChi2基因。经序列测定和生物信息学分析,结果表明该序列开放阅读框为771 bp,编码256个氨基酸,为Ⅱ类几丁质酶,属于19家族,分子量约为27.4 kDa,预测等电点为8.67,与小麦(Triticum aestivum)、大麦(Hordeum vulgare)、黑麦(Secale cereale)和水稻(Oryza sativa)等植物的几丁质酶具有高度的同源性,序列相似性分别为96.5%、965%、95.2%和80.5%,推测LcChi2蛋白与其他几丁质酶执行相似的功能。在大肠杆菌中进行了原核表达,为后期植物转化的验证准备多克隆抗体。本研究所获得的信息为今后对羊草几丁质酶基因功能的进一步研究奠定了基础。     

一种可视化快速筛选转基因玉米的方法研究

利用可视化表型分析快速筛选转基因后代可以有效提高遗传转化和基因功能的验证效率。本文研究一种高效、低成本的筛选转基因玉米的新方法,该方法利用愈伤组织和糊粉层特异性表达启动子Ltp2和可视化红色荧光蛋白编码基因DsRed构建植物表达载体pCAMBIA3300-DsRed,通过农杆菌介导法侵染玉米HiII幼胚,诱导出分子检测为阳性的红色愈伤组织,肉眼可视化筛选使得组培筛选更加直观,缩减了筛选时间。T_0代玉米子粒中呈现出阳性的红色种子和阴性的白色种子,肉眼快速分离鉴定转基因后代材料,极大地减少了分子检测工作量,降低后续基因功能验证的研究成本。     

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。