TRV病毒介导的基因沉默体系在棉花中的建立及应用

以陆地棉CLA1基因为标记基因,利用烟草脆裂病毒(tobacco rattle virus,TRV)载体建立基于病毒介导的棉花基因沉默体系(virus-induced gene silencing, VIGS)。病毒RNA2的RT-PCR分析证明,棉花子叶接种TRV病毒后,该病毒可高效扩散到受体的根、茎、叶等器官。利用TRV-VIGS体系同时诱导34份不同来源棉花材料CLA1基因沉默,尽管不同材料间的抑制程度有差异,但均可有效抑制CLA1基因的表达,说明该体系在棉花研究中的广谱利用性。GhMAPKKK基因受黄萎病菌诱导表达, 接种后96 h表达量达到高峰。利用TRV-VIGS体系,成功抑制了棉花GhMAPKKK基因的表达,与对照株相比,抑制后的棉花植株接种黄萎病菌后更易感病,说明GhMAPKKK参与了棉花对黄萎病菌的抗性反应。具有广谱性、灵敏性和高通量等特点的棉花TRV-VIGS体系建立将加速棉花功能基因组研究进程。     

TRV病毒介导的基因沉默体系在新疆陆地棉和亚洲棉中的建立

为研究烟草脆裂病毒(Tobacco rattle virus,TRV)介导的基因沉默(Virus-induced gene silencing,VIGS)技术应用的广谱性,以陆地棉(Gossypium hirsutum)CLA1为标记基因,通过构建基因沉默载体,在新陆早33和亚洲棉(Gossypium arboreum)建立了TRV-VIGS体系。半定量PCR分析表明,与对照相比,TRV侵染的新陆早33和亚洲棉中CLA1基因的表达均被有效抑制,真叶表现出明显的白化症状。同时在45份新陆中系列棉花材料中重复该体系,并且通过控制培养温度来检验温度对VIGS的影响,结果表明,当昼/夜温度分别为23℃/21℃和32℃/28℃时,不同品种的新陆中系列棉花均可以维持不同程度的白化表型。证明,TRV介导的VIGS可以用于室内研究新陆中系列棉花和亚洲棉基因功能。     

‘商薯19’静置水培营养液的筛选与内源激素分析

为建立‘商薯19’脱毒苗的水培快繁体系提供依据,通过研究筛选出静置水培条件下‘商薯19’脱毒苗适宜的营养液配方,明确甘薯植株叶片中内源激素种类以及水培对甘薯苗叶片激素的影响。以‘商薯19’脱毒苗为试验材料,分别用循环水生菜营养液、霍格兰营养液和MS等营养液配方,设置不同浓度处理,并以清水培养为对照,研究不同营养液对‘商薯19’脱毒苗生长的影响。利用超高效液相色谱-三重四级杆串联质谱法对水培和土培条件下甘薯激素进行检测。结果表明,静置水培20天,在1/2霍格兰营养液中,甘薯植株最大根长、平均鲜根重、叶绿素相对含量、平均茎长均优于其他营养液处理。对16种植物激素进行检测,结果在甘薯植株体内检测到11种激素,与对照相比,水培植株中脱落酸浓度降低了71.37%,吲哚乙酸浓度降低了51.64%,茉莉酸浓度增加了231.68%。本研究首次对‘商薯19’脱毒苗开展水培研究,筛选出1/2霍格兰营养液为‘商薯19’脱毒苗静置水培最适营养液。对水培条件下甘薯植株内源激素检测,并检测到11种激素,与对照培养相比较,水培条件下甘薯植株的脱落酸和吲哚乙酸含量降低,茉莉酸含量增加,这3种激素浓度变化较大。结果为进一步研究利用甘薯水培技术、建立甘薯植物工厂等提供参考。     

镉胁迫对三个棉花品种(系)产量、纤维品质和生理特性的影响

以抗草甘膦棉花种质系ZD-90和转Bt基因抗虫棉品种s GK3为材料,以陆地棉标准系TM-1为对照,研究了镉(Cd)胁迫下棉花生育期内的植株生长、产量、农艺性状、纤维品质和抗氧化酶系统活性。结果表明,低浓度Cd对棉花植株的生长发育有一定的促进作用;高浓度Cd对植株的生产发育有显著的抑制作用,植株生长量、子棉产量和皮棉产量显著降低。Cd胁迫对棉花单株铃数、铃重和单铃种子数的影响较大,而对衣分无显著影响。不同浓度Cd处理间的棉花纤维品质性状无显著差异。棉花植株体内的抗氧化化物酶(POD、SOD和CAT)活性在棉花生长发育的初期或低浓度胁迫条件下迅速升高,但随着Cd浓度的增大和胁迫时间的延长,酶活性受到抑制。植株体内累积的MDA含量则随着Cd处理浓度的增加和胁迫时间的延长呈逐渐升高趋势。3个品种比较,TM-1对Cd较敏感,ZD-90次之,s GK3受Cd胁迫的为害相对较轻,是一个较耐Cd的棉花品种。     

棉花GbSTK基因调控开花和黄萎病抗性的功能研究

棉花是重要的经济作物,实现既抗病又早熟是棉花重要的育种目标,但棉花抗病与早熟基因之间的关联性研究报道甚少。本课题组前期鉴定到一个响应黄萎病菌诱导的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因GbSTK,可以提高转基因拟南芥的黄萎病抗性。本研究发现多个抗病棉花品种中STK基因的表达量显著高于感病对照品种H208。在抗病品种农大601中沉默STK基因,沉默植株在接菌后20d,其黄萎病抗性显著降低,病情指数由27.5(耐病)升高到63.2(感病),表明该基因正向调控棉花黄萎病抗性。对转GbSTK基因拟南芥表型鉴定发现,其开花时莲座叶片数平均为7.5个,显著低于空载体对照植株(11.9个),转基因植株开花时间较对照平均提早5~7 d。进一步对拟南芥开花途径标志基因FT、SOC1和LFY的转录水平检测发现,转基因不同株系中FT和SOC1的表达水平显著高于对照植株,而LFY基因的表达受影响较小,表明STK基因可以影响开花关键基因FT和SOC1的表达,进而调控植株提早开花。基于酵母双杂交互作蛋白筛选试验,初步获得30个与GbSTK具有互作关系的候选蛋白,为进一步揭示GbSTK的分子调控网络奠定了基础。本研究首次鉴定出可同时提高黄萎病抗性和提早开花的一个功能基因,为棉花抗病早熟遗传改良提供了参考依据。     

农杆菌介导的植酸酶基因转化棉花的研究

摘要：本研究采用农杆菌介导的方法,将外源植酸酶(Phy)基因导入棉花品种的胚性愈伤组织中,经培养获得再生植株。PCR检测证明植酸酶基因已经插入到棉花基因组中,晋棉14和陕724的转化效率分别为33%和8.3%。此外,本研究还对影响农杆菌侵染棉花胚性愈伤转化效率的因素,如卡那霉素浓度、胚性愈伤组织生长状态、受体材料的基因型等进行了较为系统的比较研究,旨在建立一种转化效率高、稳定性好的棉花农杆菌遗传转化体系。     

RNA干扰沉默BmDHS基因对家蚕生长发育的影响研究初探

用家蚕4龄起蚕为材料,以桑抗冻蛋白基因dsRNA和ddH2O为对照,利用微量注射RNA干扰技术将家蚕脱氧羟腐胺赖氨酸合酶基因BmDHS的dsRNA注入幼虫体内,抑制家蚕BmDHS基因表达,获得BmDHS基因沉默表型.通过RT-PCR方法检测沉默家蚕体内BmnDHS基因mRNA水平平均下降了约25%,BmDHS靶基因Bm...     

棉花水浸提液对西瓜、大豆的化感作用研究

为探究“瓜、棉、豆”套作体系在农业生产中可行性利用的生理基础,通过盆栽试验,研究陆地棉根部水浸提液对白菜、西瓜和大豆种子萌发及幼苗生长的化感效应。结果表明:100g·L^-1的棉花根部浸提液原液,显著抑制了3种作物的种子萌发。稀释4倍的根部水浸提液对白菜种子萌发的抑制作用显著,萌发率相比水处理下降了10.54%,但该浓度下大豆、京欣西瓜和新小玉西瓜的种子萌发率分别为86.6%、86.7%和87.53%,对比水处理无显著变化。原液浓度的棉花根部浸提液极显著抑制了白菜幼苗的生长,并使白菜植株体内的SOD、POD和CAT等保护酶活性显著下降,大豆和西瓜的POD等保护酶活性并无显著影响。不同浓度的棉花根系浸提液对白菜和大豆表现出低浓度促进而高浓度抑制现象,不同浓度的棉花根系浸提液对西瓜表现出低浓度促进而高浓度不抑制现象。     

盐穗木耐盐基因通过花粉管通道法对棉花遗传转化的研究

以新疆主栽陆地棉品种为实验材料,通过花粉管通道法导入盐穗木耐盐相关基因HcNHX1和HcVP1.经过连续两代筛选繁育,结果显示:外源基因已经整合进棉花受体材料基因组中,并且在RNA水平有表达:外源基因对T1代棉花转基因植株生长影响很大,表现为生长势弱,植株矮小,株铃少,但T2代的棉花转基因植株在株高、果枝数和株铃等方面...     

GhCPS基因沉默对棉花幼苗生长和内源激素含量的影响

利用RT-PCR从棉花中获得493 bp的GhCPS(赤霉素(GA)合成酶基因)片段,经EcoRⅠ/KpnI双酶切后连入pTRV-RNA2质粒,获得了重组载体pTRV-GhCPS;用该载体转化农杆菌后,室内盆栽条件下侵染棉花品种欣抗4的子叶苗。结果表明,病毒诱导沉默GhCPS基因的棉花幼苗中GhCPS的表达量仅为空载体对照的52%。与空载体对照相比,沉默GhCPS的棉花幼苗第1叶和第2叶的内源GA4含量分别降低33%和60%;第2叶ABA含量降低48%,IAA、ZR和iPA含量均无显著变化;株高降低64%。第1叶和第2叶的叶面积分别减小26%和47%,总叶绿素含量分别增加29%和63%,类胡萝卜素含量分别增加27%和46%。第1叶的净光合速率、气孔导度、胞间CO2和蒸腾速率分别增加23%、40%、9%和31%。可见,利用病毒诱导基因沉默技术技术沉默GhCPS后可调控棉花幼苗叶片内源激素平衡,控制棉花幼苗的生长,并提高单位叶面积的光合能力。     

转Bt基因棉花选择标记基因nptⅡ转录后沉默分析

本研究利用病毒诱导基因沉默技术对转Bt基因棉花选择标记基因nptⅡ进行沉默,分析标记基因转录后沉默的可行性。以烟草脆裂病毒载体为骨架构建nptⅡRNAi载体,利用农杆菌浸染棉花子叶,获得nptⅡ干涉的转Bt基因棉花植株,然后涂抹卡那霉素进行检测。结果表明nptⅡ沉默植株叶片出现黄斑症状,RT-PCR和q RT-PCR检测表明叶片、根和茎中nptⅡ基因转录分别被抑制了99.25%、99.05%和98.65%,沉默后期的转录抑制也达到98%。本研究结果为解决已经在环境中释放转基因生物发生意外扩散和不可预料的生物安全事件提供了快速有效的应对方法和新思路。     

VIGS技术及其在棉花功能基因组研究中的应用进展

病毒诱导的基因沉默(Virus induced gene silencing,VIGS)是一种转录后基因沉默现象,是植物体内普遍存在的遗传免疫机制,现已被开发为快速、高效、高通量的反向遗传学技术,在植物基因功能研究中得到广泛应用。近年,利用VIGS技术进行棉花基因功能研究也取得了一定进展。本文对VIGS技术的发展、操作技术的优化进行了综述,尤其总结了VIGS技术在棉花抗病、品质改良、生长发育等基因鉴定和功能研究中的应用进展,并对其应用前景进行了展望。     

棉花酰基辅酶A结合蛋白(ACBP)家族基因的发掘及在非生物胁迫抗性中的功能鉴定

酰基辅酶A结合蛋白(ACBP)家族基因在植物正常生长发育、响应逆境胁迫及生物膜修复等方面具有重要作用。本研究基于陆地棉(Gossypium hirsutum)遗传标准系TM-1基因组序列信息,鉴定并获得21个棉花ACBP家族基因成员的全序列和染色体定位等信息。聚类分析表明这21个基因分属于I~IV类。依据与拟南芥的同源性,将棉花ACBP家族基因命名为GhACBP1~GhACBP6等6大亚类。转录组分析表明,该家族基因在不同组织、不同发育时期表达差异较大。不同逆境诱导分析表明,GhACBP1、GhACBP3和GhACBP6显著受盐、旱、低温、高温逆境胁迫诱导,而GhACBP4和GhACBP5对逆境胁迫响应不强烈。进一步分析表明,GhACBP3和GhACBP6的表达受过氧化氢(H2O2)、水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)、脱落酸(ABA)和乙烯(ET)的诱导。病毒诱导的基因沉默(VIGS)试验表明,沉默GhACBP3和GhACBP6亚类基因会降低棉花植株对干旱和盐的耐性。目标基因沉默后,植株干物质积累下降,株高变矮,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性降低,丙二醛(MDA)含量升高,表明GhACBP3和GhACBP6在棉花抗旱、耐盐中发挥作用。研究为利用ACBP家族基因进行棉花抗逆性研究及应用提供参考。     

RNA干扰对烟草NtPPO8基因沉默的效应分析

多酚氧化酶（PPO）是发生酶促褐变的关键酶,PPO活性过高会使烟叶变褐。为明确烟草NtPPO8基因对PPO活性的影响,建立降低NtPPO8基因表达量的病毒诱导的基因沉默（virus induced gene silencing,VIGS）体系,探究使用RNA干扰技术对烟叶NtPPO8基因表达量及PPO活性的影响。以中烟100和K326为材料,分析在移栽后50d进行VIGS载体侵染的植株,并在侵染后10、20、30、40d分别测定NtPPO8基因表达量及PPO活性。结果表明,接种VIGS载体的转化植株,其中在侵染后20d时NtPPO8基因的沉默效率最高,为78.46%;随着侵染时间推移,NtPPO8基因的沉默效率逐渐降低,在接种后40d内有效表达;且转化植株中的病毒载体会随着植株的生长而向上传导,随着接种部位的上移,沉默效率逐渐降低。因此,研究建立VIGS体系能够有效沉默NtPPO8基因的表达,并且有效降低PPO活性,为提高烟叶耐烤性及降低烟叶褐变比例提供了新的思路和方法。     

棉花冠菌素不敏感因子GhCOI1基因分离和对大丽轮枝菌的抗性分析

为了解决黄萎病对棉花的危害,利用基因工程技术培育抗病棉花品种是当前育种的主要目标。从棉花中克隆了一个黄萎病抗性基因GhCOI1,其编码冠菌素不敏感因子。GhCOI1基因序列全长2 213 bp,编码一个600氨基酸的多肽,分子量为68 k Da,等电点p I是7.06。GhCOI1含有典型的F-box和LRR结构域。组织表达分析表明,该基因在根器官优势表达,并且其表达受到大丽轮枝菌浸染诱导。利用病毒诱导基因沉默(Virus-induced gene silencing,VIGS)技术,抑制了GhCOI1基因在棉花植株中的表达;通过大丽轮枝菌接菌分析表明,GhCOI1基因沉默能够引起植株的抗性下降,发病加重。研究结果表明GhCOI1参与棉花对大丽轮枝菌抗性调控,因此,其可以作为棉花抗病育种的候选基因。