高粱5-烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶基因(EPSPS)叶绿体转运肽(CTP)的克隆及其在转基因玉米中的功能验证

5-烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶(EPSPS)催化莽草酸-3-磷酸(S3P)与磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)合成5-烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸(EPSP),具有与草甘膦结合的活性位点,且结合后会抑制EPSPS的活性,在植物抗除草剂基因工程中具有重要的应用价值.为了培育抗草甘膦玉米(Zea mays),本研究通过对高粱(Sorghum bicolor)EPSPS基因的结构分析,克隆了该基因5'端的叶绿体转运肽(chloroplast transit peptide,CTP).将该转运肽与来源于农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)菌株CP4 EPSPS基因整合,以Ubiquitin为启动子,35S polyA为终止子,构建表达载体,同时以不含有转运肽的CP4 EPSPS基因为对照,遗传转化玉米得到稳定转基因株系;用PCR、Southern blot、ELISA等方法检测转基因玉米CP4 EPSPS基因的表达量并对其进行草甘膦抗性检测,研究发现,不含转运肽的转化事件虽然CP4 EPSPS基因表达量与含有转运肽的基本一致但却不具有草甘膦抗性,而含有转运肽的转化事件则抗性明显.说明转运肽并不影响CP4 EPSPS基因的表达,但对转基因植株草甘膦抗性起着重要作用,说明本研究克隆的叶绿体转运肽能够正常行使其生物学功能.研究结果为利用EPSPS基因培育抗草甘膦作物提供了重要参考资料.     

高粱EPSPS基因的克隆、修饰及在玉米中的功能验证

针对草甘膦结合位点,对高粱5-烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶（EPSPS）基因进行4种定点修饰,将修饰后的基因分别导入到玉米中。通过对转化体的抗性鉴定,确定将高粱EPSPS基因106位的脯氨酸变为丝氨酸（P106S）能够赋予转基因玉米草甘膦抗性。在喷施4倍的草甘膦时抗性事件CL38-1不产生药害。Southern杂交结果表明,目标基因在该转化事件中稳定遗传,转化其余3种EPSPS基因的植株对草甘膦没有足够的抗性。