转拟南芥NPR1基因桂99 T3代植株的抗病性及农艺性状表现

以转拟南芥AtNPR1基因的恢复系品种桂99T3代纯合株系为材料,考查其农艺性状及其抗病性,并比较转基因植株与桂99侵染水稻白叶枯病菌后的农艺性状。结果表明：转基因植株表现出对水稻白叶枯病的抗性显著增强77%以上;穗长、剑叶长、有效穗数、一次枝梗数、每穗实粒数、单株产量和谷粒宽等农艺性状与未转基因桂99无显著差别。在受到水稻白叶枯病菌侵染后,转基因植株的一次枝梗数、每穗粒数、每穗实粒数和单株产量等方面均比对照桂99高出13%～78%。说明AtNPR1基因增强了水稻的抗病能力,从而降低了病害引起的产量损失。转基因植株的恢复力不受影响,稻米品质比桂99更加优良。本工作为转基因水稻抗病育种的研究奠定了基础。     

转基因水稻中ThEn-42基因的稳定遗传及其抗病性的提高*

用农杆菌介导法将CaMV35S启动子调控下的外源基因ThEn-42转入粳稻(Oryza sativa ssp．japonica)品种台北309中。对100多株再生植株进行了PCR鉴定，结果表明，90％以上的植株为阳性植株。Southern检测的结果进一步证实，外源基因已经整合到水稻基因组中。对T1代植株也进行了PCR鉴定和潮霉素抗性鉴定，结果表明，大约70％的T1代转基因株系符合3：1(阳性：阴性)的分离比，表明ThEn-42基因在这些株系中有单个插入位点；大约20％的T1代株系分离比符合15：1，表明这些株系含有2个整合位点。选择部分T1代潮霉素抗性植株进行Southern杂交鉴定，结果证实，外源基因已经稳定遗传给T1代。检测了T0代和T1代转基因植株对水稻纹枯病(Rhizoctonia solani)和两个分别属于A群和B群的稻瘟病(Magnapotthe grisea)小种的抗性，结果表明，30%株系表现了对这两种病害抗性水平不同程度的提高。有7个株系的抗性与对照相比有显著的提高，其中Tp64表现对两个稻瘟病小种完全免疫。这些结果表明内切几丁质酶基因ThEn-42已经在受体植物中准确表达，并且在提高水稻抗病性方面起了重要作用。     

含粘质沙雷氏菌几丁质酶SchiA基因的植物转化质粒pBG1112构建和水稻遗传转化

摘要:将一个2.8 kb的CaMV35S启动子/SchiA编码区/Nos终止区融合基因插入到植物转化载体pCAMBIA1301的多克隆酶切位点，得到1个14.6 kb的新植物转化质粒pBG1112,用花器介导法转化水稻（Oryza sativa ），经PCR检测，初步证实已将目的基因整合到受体植物的基因组中。一部分转基因T3代潮霉素抗性阳性植株对水稻纹枯病(Rhizoctonia solani )和稻瘟病（Pyricularia oryzae）的抗性较非转化对照增强。RT-PCR表明抗病性植株为阳性，而不抗病的植株为阴性。将RT-PCR产物测序后，用BLAST软件分析序列可知，该序列为细菌几丁质酶基因核苷酸序列而不是植物几丁质酶基因的核苷酸序列。T4代转基因水稻的几丁质酶活力高于对照未转基因植株，表明转入的外源几丁质酶基因能正常表达。     

转OsbHLH1和Bar基因水稻及相关特性分析

OsbHLH1基因编码bHLH(basic helix-loop-helix,碱性螺旋-环-螺旋)类转录因子,与水稻耐低温相关。草铵膦是一种高效低毒灭生性除草剂,Bar基因表达产物能解除草铵膦的毒性。本实验对通过农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)浸染法获得的以粳型水稻(Oryza sativaL.subsp.japonica Kato)恢复系淮C17为受体的转OsbHLH1和Bar基因水稻进行研究,鉴定其除草剂抗性和耐低温能力,考查其农艺性状。草铵膦筛选发现Bar基因正常表达;对草铵膦筛选获得的转基因植株进行PCR、Southern、RT-PCR和实时荧光定量PCR检测,发现OsbHLH1基因已经整合到水稻基因组中并且在水稻中表达。转基因T3代株系芽期(萌发芽长0.5mm)在2℃条件下处理6d,第6号转基因株系死苗率为17.8%,对照死苗率为61.1%。T3代苗期(一叶一心)在8～10℃下处理7d,第5、6、9、11号株系的根长显著长于对照,第3、5、11号株系的根数显著多于对照,第3号株系的平均鲜重显著重于对照。芽期、苗期耐冷性试验表明,OsbHLH1基因在水稻中过量表达显著提高了水稻芽期、苗期的耐低温能力。对转基因T2代的农艺性状进行考查,株高、千粒重、结实率、理论产量等农艺性状与对照相比较均出现了显著的变化,外源基因的导入对水稻的农艺性状有明显影响。研究结果将为选育抗除草剂、耐低温杂交粳稻新组合提供新种质。     

含粘质沙雷氏菌几丁质酶SchiA基因的植物转化质粒pBGll12构建和水稻遗传转化

将一个2．8kb的CaMV35S启动子／SchiA编码区／Nos终止区融合基因插入到植物转化载体pCAMBIAl301的多克隆酶切位点,得到1个14．6kb的新植物转化质粒pBGlll2,用花器介导法转化水稻(Oryza sativa),经PCR检测,初步证实已将目的基因整合到受体植物的基冈组中。一部分转基因T3代潮霉素抗性阳性植株对水稻纹枯病(Rhizoctonia solani)和稻瘟病(Pyricularia oryzae)的抗性较非转化对照增强。RT—PCR表明抗病性植株为阳性,而不抗病的植株为阴性。将RT—PCR产物测序后,用BLAST软件分析序列可知,该序列为细菌几丁质酶基因核苷酸序列而不是植物几丁质酶基因的核苷酸序列。T4代转基因水稻的几丁质酶活力高于对照未转基因植株,表明转入的外源几丁质酶基因能正常表达。     

转CBF1基因增强水稻的耐逆性

为改良水稻(Oryza sativaL.)的耐逆性,以来源于成熟种子的胚性愈伤组织为受体材料,通过农杆菌介导法将拟南芥(Arabidopsis thaliana)耐逆相关CBF1基因导入粳稻品种秀水11基因组,经GUS组织化学染色、PCR检测和Southern杂交分析验证,获得一批转基因植株。T1代检测结果显示,所转基因已遗传给后代,且大多数株系的分离比符合3∶1。试验表明,在高盐与高渗胁迫下,转基因株系较非转化对照具有显著或极显著生长优势,表现苗高负增长率较小,长出的根数较多,根长较长;经低温胁迫处理后,转基因株系的叶片相对电导率显著或极显著低于对照。这些结果证明水稻转基因株系的耐逆性得到了增强。     

农杆菌介导法获得大量转双价抗虫基因水稻植株

构建含Bt杀虫基因cryIA(c)和豇豆胰蛋白酶抑制剂基因CpTI的双价抗虫转基因载体PCAM-Bt-CpTI，并用于农杆菌（Agrobacterium tumefaciens)介导法对粳稻品系“浙大19”遗传转化，约2000块盾片愈伤组织与农杆菌共培养后，得到了约1300块潮霉素抗性愈伤，从中分化抗性再生苗约1500株，对不同抗性愈伤来源的70个T0代再生株进行PCR及PCR-Southern检测，62株为转cryLA(c)和CpTI双价抗虫基因植株，阳性植株比例为88.6%，抗虫鉴定表明，3个转基因T1代株系对二化螟有很高的毒性。     

兔角蛋白基因转化棉花及其纤维品质的改良

利用农杆菌介导转化法,将棉纤维特异表达启动子GAE6-3A驱动的兔角蛋白基因（MP）转入常规棉花“冀合713”中。PCR及Southern杂交分析表明,兔角蛋白基因已整合进棉花基因组。6个转基因株系中,4个为单拷贝插入,转基因后代的分离符合孟德尔3：1的1对基因的分离规律,外源基因在这些转基因后代中能稳定遗传。对这4个转基因株系T3代纤维检测结果表明,兔角蛋白基因对棉花纤维品质的影响主要是纤维强度的提高,其中3个株系纤维强度提高率达10％以上。     

LsICE1基因表达及调控转基因水稻抗冷通路研究北大核心CSCD

LsICE1基因是从生菜中分离的一个低温胁迫转录因子,过表达LsICE1基因的转基因水稻提高了抗寒能力。LsICE1基因在生菜的根、茎、叶中为组成型表达,其中叶的表达量较强。LsICE1基因的表达水平能被冷、ABA和NaCl处理所上调,但不被脱水处理上调。卡方测验表明,转基因T1水稻潮霉素抗性发生了3∶1抗性分离模式,大多数转基因植株中LsICE1基因是以单拷贝、单位点整合到水稻基因组中。Southern和Northern杂交检测结果表明,3个抗冷的转基因株系中LsICE1基因均是以单拷贝、单位点整合到水稻基因组中,并正常表达。冷胁迫下,LsICE1基因的超表达对水稻的OsDREB1A基因影响较大,表明LsICE1基因对转基因水稻抗寒性影响依赖OsDREB1冷反应通路。     

直接产生抗除草剂转基因水稻纯系的新方法

提出了一种提高转基因杂交后代育种选择效率的新途径，即在花药培养过程中添加抗性筛选物质，直接筛选含有目的基因的纯合体。以转bar基因水稻植株和非转基因植株杂交F1为试格进行花药培养，并对分化的绿苗进行PCR检测和田间抗性检测。结果表明，在愈伤组织诱导培养基和分化培养基中分别添加PPT0.05mg/L与未添加PPT的对照，均产生较多的愈伤组织和绿苗，并有较高比例不抗除草剂的假阳性株。当PPT浓度增至0.1mg/L时，所得花培苗全部抗除草剂，显示很好的筛选作用。PPT浓度继续增加，愈伤组织诱导率和绿苗分化率急剧下降。当PPT的浓度增至5mg/L时，愈伤组织的诱导和幼苗分化完全被抑制。对30个加倍单倍体系作连续两代农艺性状考察，约73％以上的株系在遗传率较高的性状中，变异系数很小（＜10％），说明这些株系的基因型已经纯合，证实了该方法的有效性。     

木薯枯草杆菌蛋白酶家族鉴定及MeSDD1的功能分析

枯草杆菌蛋白酶基因家族(SBT)是控制植物生长发育和响应环境胁迫的重要基因家族。为进一步了解木薯SBT基因家族的数量、基本特征、功能域和进化关系等,在全基因组水平通过生物信息学方法对SBT基因家族进行了鉴定和分析,并对其中一个成员的功能进行了分析。进化树分析结果表明,在木薯基因组中共鉴定到69个SBT成员,其中Manes.18G044300与拟南芥抗旱基因SDD1亲缘关系最近,因此将该成员命名为MeSDD1;22个成员无内含子,69个成员的蛋白携带5个高度保守的结构域,一部分SBT成员在染色体上呈紧密的串联分布,启动子存在干旱响应元件。用qRT-PCR检测筛选出表达量高的2个纯合株系用于后续研究。相关生理指标检测结果表明,2个转基因株系叶片的相对含水量均显著高于野生型;转基因株系离体叶片失水率小于野生型;转基因株系的气孔密度显著小于野生型;断水处理14 d,转基因株系的萎焉程度轻于野生型,表明MeSDD1增强了拟南芥植株的抗旱性。本研究结果为木薯抗旱育种提供了基因资源,并为后续研究MeSDD1介导的抗旱分子机制奠定了理论基础。     

Geographical distribution of genes causing hybrid breakdown in varietal crosses of Asian cultivated rice

In a backcrossing program to introduce the wx (glutinous endosperm) gene from a Thai upland rice cultivar, Col.No.15, to a Japanese cultivar, Sasanishiki, of Asian cultivated rice, Oryza sativa L., weak plants were observed in the BC1F1 generation. These weak plants were characterized by poor growth and discoloration at the tillering stage, though they were completely fertile. Hybrid breakdown, which is defined as hybrid weakness and sterility detected in the F2 and later inbred generations of varietal crosses, is controlled by a pair of recessive genes, hwd1 and hwd2, at unlinked loci. Two dominant genes at either the same or different loci, Hwd1/Hwd1 hwd2/hwd2, hwd1/hwd1 Hwd2/Hwd2 or Hwd1/hwd1 Hwd2/hwd2, are needed for normal growth. Using tester lines homozygous for a pair of recessive genes selected in the BC1F3 generation, the genotypes for hybrid breakdown of 100 Asian rice cultivars were determined based on the phenotype of F1 plants. Clinal variation for hybrid breakdown was observed. Cultivars with two dominant alleles at either hwd1 or hwd2 locus, were mainly found in insular Asia (Japan, Philippines and Indonesia), while the frequency of cultivars with four dominant alleles was more common in cultivars from continental Asia. Roles of hybrid breakdown in genetic differentiation of Asian cultivated rice are discussed.     

水稻低植酸突变基因和外源铁蛋白基因的聚合

对所获得的2份低植酸突变系和2份铁蛋白(Fer)转基因富铁系稻米进行了无机磷、种子GUS、叶片PCR、稻米矿质元素含量检测和简单的遗传分析,表明这些材料作为低植酸突变种质和Fer富铁种质具有良好的实用价值。对所配杂种F1进行了花药培养,并对愈伤组织诱导、分化、生根和花培苗倍数性、成活率、结实性等性状进行考察,认为低植酸基因和铁蛋白外源基因对花培过程影响不明显。在大量的花培后代中筛选到31份低植酸基因和外源铁蛋白基因双重表达的花培纯系,经检测,该批材料富铁效果极为显著,是难得的低植酸富铁转基因优良新种质。     

The HSP terminator of Arabidopsis thaliana induces a high level of miraculin accumulation in transgenic tomatoes

High-level accumulation of the target recombinant protein is a significant issue in heterologous protein expression using transgenic plants. Miraculin, a taste-modifying protein, was accumulated in transgenic tomatoes using an expression cassette in which the miraculin gene was expressed by the cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S promoter and the heat shock protein (HSP) terminator (MIR-HSP). The HSP terminator was derived from heat shock protein 18.2 in Arabidopsis thaliana . Using this HSP-containing cassette, the miraculin concentration in T0 transgenic tomato lines was 1.4-13.9% of the total soluble protein (TSP), and that in the T1 transgenic tomato line homozygous for the miraculin gene reached 17.1% of the TSP. The accumulation level of the target protein was comparable to levels observed with chloroplast transformation. The high-level accumulation of miraculin in T0 transgenic tomato lines achieved by the HSP terminator was maintained in the successive T1 generation, demonstrating the genetic stability of this accumulation system.     

水稻DNA损伤修复同源基因纯合突变系的鉴定

在长期的进化过程中,生物逐步形成了应对各种DNA损伤的修复机制,以保护基因组的完整性,减轻或消除DNA损伤的影响。本研究通过同源搜索找到了与DNA损伤修复相关水稻同源基因,在水稻插入突变体库中搜索出插入突变系,并成功引进了其中的26份T1代突变材料。通过对插入位点的分子鉴定和进一步培育,获得了14份涉及8个水稻DNA损伤修复同源基因的T3代纯合插入突变系,并对其进行了初步的遗传分析和表型考察。这些纯合突变系涉及的水稻基因可能在DNA错配修复(Os02g0592300、Os09g0407600、Os10g0509000)和碱基切除修复(Os02g0465112、Os06g0643600、Os05g0567500、Os04g0673400、Os09g0420300)中发挥重要作用。与亲本相比,除1份材料外,其他纯合突变体系及其野生型姐妹系的结实率均有显著降低;某些纯合突变系的千粒重与亲本相比有显著下降。这些水稻DNA损伤修复基因突变系的育成为开展水稻DNA修复的遗传学和分子生物学研究以及培育抗逆水稻提供了珍贵的实验材料。     

燕麦AsKUP1的克隆与功能分析

植物钾离子转运蛋白中的Na~+不敏感性KUP/HAK/KT转运蛋白对植物耐盐胁迫起着重要作用。为了阐明钾离子转运蛋白基因AsKUP1在燕麦中响应盐胁迫的表达模式和鉴定其生物学功能,从燕麦中克隆了AsKUP1,利用RACE方法获得AsKUP1全长序列,并对其进行生物信息学分析;构建了pCAMBIA1301-AsKUP1植物过表达载体,转化拟南芥,并运用实时荧光定量PCR方法分析AsKUP1在拟南芥中的表达情况。结果表明,AsKUP1全长2 951bp,包含2 334bp的ORF序列,预测编码777个氨基酸,等电点为8.55,分子量为87.0k D。序列分析表明,AsKUP1与山羊草和小麦KUP/HAK/KT家族亲缘关系较近,预测该蛋白有14个疏水跨膜结构域,位于细胞质膜的概率较大。此外,盐胁迫下,T2转基因种子萌发率为57%,野生型为43%;经潮霉素筛选分离比为3∶1的2个转基因株系后代T3转基因株系根长分别是野生型的1.46倍和1.34倍,T3转基因植株鲜重、干重分别是野生型的1.56倍和1.44倍,Na~+含量无显著差异,而K~+含量为野生型的1.25倍,说明AsKUP1的表达提高了拟南芥植株的耐盐性。本研究结果为揭示钾离子转运蛋白家族基因AsKUP1在植物中的耐盐机制和通过转基因技术提高植物耐盐能力奠定了基础。     

豌豆铁蛋白(pea ferritin)转基因水稻纯系重要生物学特性变异研究

选取已连续7代自交纯化，并结合GUS标记辅助选择，所获得的26份独立豌豆铁蛋白（pea ferritin, Fer）转基因水稻纯系，以秀水11为CK，就外源基因（Fer）导入可能产生对稻米Fe含量、重要农艺性状、稻米品质性状、植株耐逆性状的影响进行研究。结果表明：转基因纯系的精米平均总铁含量为10.37ug/g，仅有4份（即Fer34、Fer 36、Fer 39、Fer 65）显著高于CK（6.46ug/g），其余22份与CK无显著差异；主要农艺性状上，除单株穗数和剑叶长等2个性状的所有纯系与CK无显者差异外，播抽天数、株高、主穗长、主穗总粒数、结实率、千粒重和单株产量等7个性状均有少量纯系与CK存在显著差异，表明外源基因的导入可能对纯系有关农艺性状存在影响，但尚未发现经济性状显著变劣的纯系；稻米品质性状上，所有纯系的糙米率、精米率、整精米率、米粒长、米粒宽、米粒长/宽比等6个性状均与CK相仿，而在垩白粒率、垩白度、碱消值、胶稠度和直链淀粉性状等5个性状方面，有部分纯系发生了显著变异，其变化缺乏明显的规律性；耐逆性状方面，转基因纯系间的耐冷、热害程度变异，与稻米铁含量变化并无显著相关性，但转基因纯系间对稻瘟病、白叶枯病和褐稻虱抗（耐）性有随着稻米铁含量增加而减轻危害的趋势。本文还就有关转基因纯系重要生物学性状变异可能产生原因和外源基因作用等问题进行了讨论。