山葡萄CBF1基因的克隆及其表达载体的构建

CBF1转录激活因子是一类受低温诱导的反式作用因子,能有效提高植物抗低温的能力。以抗寒性较强的长白山野生山葡萄(耐-40℃低温)为材料,通过RT-PCR方法成功地克隆低温诱导转录因子CBF1基因,并构建花椰菜花叶病毒CaMV35S启动子调控下的CBF1融合基因表达载体,为下一步转化农作物、利用CBF1基因综合改良农作物抗逆性提供了物质基础。     

绵果荠CBF基因启动子克隆及诱导特性分析

CBF基因不仅是植物CBF抗冷途径的枢纽,而且可以提高植物的抗冷能力。而植物的抗冷能力的提高是由于CBF基因调控下游抗冷基因的表达来实现的。本研究根据前期已克隆得到的绵果荠Ll CBF基因(JQ687132)序列,利用TAIL-PCR方法从新疆早春短命植物绵果荠基因组DNA中分离得到Ll CBF基因编码区上游1 172 bp启动子序列;将该序列连入克隆载体并测序,通过生物信息学分析表明,该序列含TATAbox、CAAT-box等典型的真核生物核心启动子元件,同时具有等逆境响应相关元件。在烟草叶片中的瞬时表达分析,进一步表明,在低温、干旱及盐胁迫诱导下该启动子序列具有驱动GUS报告基因表达的特性。本研究对新疆早春短命植物种质资源的开发利用及丰富作物逆境基因工程诱导启动子资源具有重要的实践意义。     

诱导型和组成型表达的冷诱导转录因子CBF1基因表达载体的构建

为研究冷诱导转录因子CBF1(C-repeat-binding-factor)基因对我国优良豆科牧草--苜蓿的抗寒性的改良作用,试验从拟南芥(Arabidopsis thaliana)中利用PCR方法分离了CBFI基因及其启动子,分别构建了CaMV 35S启动子和来源于拟南芥的CBFI启动子驱动的农杆菌介导的植物转化表达载体,为下一步研究利用CBF1基因改良苜蓿抗逆性奠定了基础.     

山丁子CBF1基因表达载体的构建

CBF1转录因子能调控一组抗干旱、抗低温基因的表达,更有效地提高植物抗干旱、抗低温的能力。以抗寒性较强的长白山野生山丁子(耐-42℃低温)为材料,通过RT-PCR扩增出山丁子CBF1基因,随后亚克隆到pMD18-T载体,序列分析表明与基因数据库中山丁子CBF1对应区域相似性为100%,将该片段亚克隆到原核表达载体pBI121中构建原核表达质粒,转化大肠杆菌E.coli DH5α,在AMP抗性的LB平板上挑取重组质粒,进行PCR并测序结果与预期一致。     

植物DREB转录因子及其转基因研究进展

DREB(dehydration responsive element binding protein)类转录因子是AP2/EREBP(APETALA2/an ethylene-responsive element binding protein)转录因子家族的一个亚家族,拥有保守的AP2结构域,能够特异性地与抗逆基因启动子区域的DRE顺式作用元件相结合,在低温、干旱和盐碱等条件下调节一系列下游逆境应答基因的表达,是逆境适应中的关键性调节因子.拟南芥中与逆境相关的DREB转录因子可分为DREB1/CBF和DREB2两类,其中DREB1/CBF类成员主要参与低温胁迫应答反应,DREB2类成员则主要参与干旱胁迫应答反应.根据近十年来的报道,目前已从拟南芥、水稻、玉米、小麦、黑麦、大豆、西红柿和油菜等几十种植物中分离并鉴定出调控干旱、高盐及低温耐性的DREB基因,并利用这些基因得到了抗逆性增强的拟南芥、油菜、西红柿、小麦以及杨树等转基因植株.转基因结果表明DREB转录因子家族在双子叶植物,单子叶植物,草本植物及木本植物抗逆品种改良中均具有重要的应用价值.本文总结了十多年来特别是近五年来国内外相关研究进展,并对DREB转录因子的研究前景及其在木本植物良种选育中的研究趋势进行了展望.     

棉花CBF基因的克隆及其转基因烟草的抗寒性分析

从中棉12 (Gh12)、中棉36 (Gh36)和海岛棉7124 (Gb7124)品种中克隆并鉴定了棉花的CBF基因,该基因编码一个由184个氨基酸组成的蛋白CBF,该蛋白具有CBF转录因子典型的序列标签“PKRRAGRKKFQETRHP”和“FADSAW”。Southern杂交表明,CBF基因在3个棉花品种中均以基因家族的形式存在。围绕海岛棉7124的CBF基因(GbCBF1)开展的逆境表达谱分析表明,GbCBF1基因受低温、干旱、盐和ABA等多种逆境条件的诱导表达。将GbCBF1基因构建到由强启动子35S和弱启动子NOS这2种启动子控制的植物表达载体pCambia2301上并转化烟草NC89,经过筛选及PCR鉴定,共获得26株转基因烟草。对部分T₁代植株进行的PCR和RT-PCR检测表明,GbCBF1基因可以在烟草中正常转录并遗传。分析表明,在低温下,转基因烟草的电解质渗漏率普遍低于野生型烟草,而游离脯氨酸含量和可溶性糖含量均高于野生型烟草,说明转GbCBF1基因提高了烟草的耐寒性。     

中国辣椒低温响应转录因子CBF全基因组鉴定与分析

CBF (C-repeat binding factor)转录因子在植物应对低温等非生物胁迫和提高耐寒性中发挥着重要作用。为了探究中国辣椒(Capsicum chinense Jacq.) CBF基因家族的基本特性,利用生物信息学方法,在中国辣椒基因组中鉴定获得8个CBF基因家族转录因子,对其理化性质、蛋白结构、系统发育、作用元件和基因转录进行了分析。结果表明,8个CBF蛋白长度为156～290 aa,蛋白分子量为17.75～32.21 kD;这些蛋白均包含AP2结构域。系统发育分析表明,中国辣椒8个CBF基因可分为两个亚组,其中A组包含7个基因,B组仅包含1个基因。表达分析表明,8个CBF基因对低温冷胁迫均有不同程度的响应。研究结果概括了中国辣椒CBF基因家族的基本特性,为CBF转录因子的深入研究和应用积累了基础数据。     

海岛棉5个CBF/DREB基因的克隆与表达分析

低温、干旱和盐渍是影响作物生长、产量和全球地理分布的重要非生物胁迫。CBF/DREB转录因子是参与植物非生物胁迫应答反应的重要调控蛋白。为了更好地了解棉花CBF家族基因,通过生物信息学的方法,从海岛棉中克隆了5个具有完整开放阅读框的CBF基因,命名为Gb CBF1―Gb CBF5。这5个基因编码的蛋白与其他植物冷胁迫相关的CBF蛋白具有高度的保守性,含有1个AP2功能结构域和2个特征基序。系统进化树分析表明,这5个基因与拟南芥的3个参与冷胁迫的CBF基因一起聚类在DREB亚家族中的A-1亚组。通过RT-PCR的方法分析了海岛棉基因Gb CBF1―5在高盐(200 mmol·L-1 Na Cl)、干旱、4℃低温等非生物胁迫处理下的表达模式。结果表明其中2个基因在冷胁迫下上调表达,5个基因在干旱和盐处理下均下调表达。这些为进一步探索CBF基因在棉花逆境胁迫应激反应中的作用提供了有价值的信息。     

新疆野扁桃CBF基因启动子克隆及瞬时表达分析

CBF基因主要功能是调控下游大量抗冷基因的表达。CBF基因是植物抗冷途径的枢纽,对增强植物的抗冷能力极为重要。本研究利用染色体步移法得到了新疆野扁桃(Amygdalus ledebouriana Schleche)CBF基因家族成员Als CBF翻译起始位点上游的启动子序列,长度为1 391 bp(Gen Bank登录号:KP662710)。对启动子序列进行生物信息学分析表明,该序列存在启动子的基本元件CAAT-box和TATA-box,并且含有多个与植物非生物胁迫有关的响应元件:ABA响应元件、MYB、MYC结合位点、光应答元件和LTRE低温应答元件等。在烟草叶片中进行瞬时表达的结果表明,该启动子序列具备在逆境胁迫下诱导驱动报告GUS基因表达的功能。本研究可为揭示CBF基因在野扁桃抗寒性、抗旱性等抗逆过程中的作用机理,以及为增强野扁桃CBF基因在扁桃的抗逆性遗传改良中的作用奠定一定的基础,同时对野扁桃的繁育和保护也有极为重要的意义。     

白菜脱水应答转录因子BpDREB1基因的克隆及功能研究

DREB1/CBF类转录因子在植物抵抗外界胁迫上起重要作用,利用这些基因改良作物抗逆性具有重要意义。本研究在白菜中分离到一个DREB类转录因子基因BpDREB1 (EF219470)。该基因序列全长647 bp,推测编码蛋白含213个氨基酸,相对分子量为23 kD,理论等电点为5.11,与白菜中该类转录因子序列同源性为94%。进化树表明,BpDREB1属于DREB亚家族中A1亚族。基因的诱导表达模式分析显示,BpDREB1被低温强烈、迅速诱导表达,并对干旱胁迫也有一定程度的响应,但对高盐处理几乎没有响应。过表达BpDREB1的转基因拟南芥经低温诱导后,其体内可溶性糖及脯氨酸含量大幅度提高。以上结果显示BpDREB1转录因子基因具有家族成员基因结构的特征,在低温、干旱应答途径中起重要作用。     

抗逆调节转录因子CBF1基因提高多年生黑麦草的抗旱能力

通过逆境诱导型启动子rd29B为驱动,分别构建出含有抗逆调节转录因子CBF1基因的表达载体pBAC122,pBAC127,其中pBAC127以CaMV35S启动子驱动的bar基因作为选择标记。用高压氦气基因枪PDS1000/He分别将表达载体导入多年生黑麦草(Lolium perenne)品种Topgun的幼胚、成熟胚和愈伤组织。经除草剂Bialaphos抗性筛选和植株再生,获得了36棵转基因植株。经PCR,Dot-blotting的分子检测,CBF1基因已整合到多年生黑麦草部分转基因株系的基因组中。用5种不同浓度的除草剂涂抹黑麦草叶片,非转基因植株表现为不抗,而转基因植株最高可以抗到135~200 mg/L。叶片脯氨酸含量测定表明,经干旱处理或使用15%PEG处理,转基因植株叶片脯氨酸含量比未处理时显著提高,部分转基因植株提高幅度明显高于非转基因植株。经过25 d人工温室干旱处理,有3棵植株显示出存活迹象,复水后,有1棵植株(C122-7)恢复正常生长。从而表明,利用逆境诱导型启动子(rd29B)来调控外源CBF1基因的表达,能显著改良黑麦草的抗旱能力。     

rd29A启动子的克隆及提高烟草抗逆性的研究

根据GenBank上公布的rd29A基因序列(D13044),利用PCR方法从拟南芥(Arabidopsis thaliana)基因组DNA中扩增得到了rd29A基因的启动子片段.序列分析表明,该片段与D13044有99%的同源性,它包括了DRE等4种完整的顺式作用元件.与GUS基因融合构建双元植物表达载体pBI-rd.转基因烟草的GUS活性组织染色分析及Northern杂交分析均表明,3种胁迫处理均可诱导GUS基因大量表达.其中,15%PEG和0.5%NaCl胁迫处理的转基因烟草比0℃低温处理的转基因烟草的GUS表达量高,而未经胁迫处理的转基因烟草的GUS基因只有少量表达.这些结果表明,rd29A属胁迫诱导型启动子,当植物遭受逆境胁迫时,rd29A启动子可以驱动下游目的基因超量表达,这就为通过基因工程途径提高植物抗逆性奠定了基础.     

Ta6-SFT在烟草中的逆境诱导型表达及抗旱性

分别构建CaMV35S启动子驱动的Ta6-SFT组成型植物表达载体和rd29A启动子驱动的逆境诱导型表达载体。利用农杆菌介导法分别导入烟草中,获得转基因株系,Southern杂交和Northern点杂交确定Ta6-SFT整合进转基因株系基因组中,并正常转录。以非转基因株系作对照,对2种转基因烟草株系进行干旱胁迫处理,采用半定量RT-PCR分析Ta6-SFT在转基因株系中的表达,同时测定胁迫0 d和18 d果聚糖含量及部分农艺性状。结果表明,含有rd29A启动子的逆境诱导型株系中Ta6-SFT相对表达量比在含CaMV35S启动子的组成型株系中高,而且积累更多的果聚糖;从株高、1/2株高处茎粗、叶面积数据来看,逆境诱导型转基因株系的生长势优于组成型株系,对干旱表现强的耐性。因此,在转基因植物中逆境诱导型表达Ta6-SFT基因将发挥更好的抗逆功能。     

利用Cre/loxP系统和rd29A启动子构建诱导型植物标记基因删除载体

出于对转基因作物中标记基因的安全性考虑,植物转基因育种中标记基因的删除将成为未来研究的热点之一。位点特异性重组系统之一Cre／loxP系统是目前在植物遗传转化中应用较多,较成熟的一个标记基因删除系统。为了利用Cre／loxP系统构建一种可调控的标记基因删除系统,本研究首先从拟南芥中克隆了逆境诱导型的启动子rd29A,同时从质粒pCre上克隆了Cre基因,构建了含有rd29A：Cre：Tnos表达元件的中间载体,将这一表达元件插入到另一植物双元表达载体pKsb中,最终构建了含有loxP-Pnos—nptⅡ-Toes—rd29A—Cre-Tnos-loxP的可诱导型删除标记基因nptⅡ的植物双元表达载体。     

白桦W-box元件的载体构建及驱动GUS基因表达分析

植物体内的启动子含有多种顺式作用元件,通过调控下游基因的表达,影响植物的生长发育。本研究以白桦中含有BplMYB46启动子的质粒为模板,将含有W-box元件的启动子短片段克隆出来,经过酶切、连接和热激转化到大肠杆菌中。经过PCR检测及测序分析,结果表明pCAMBIA1301-W-box-GUS重组载体构建成功。获得工程菌后,瞬时侵染烟草后进行GUS染色,结果显示,烟草叶片能被染色,但颜色较浅,说明W-box元件能够驱动GUS基因表达,但驱动能力较低。本研究为后续分析上游转录因子与W-box顺式作用元件的互作以及筛选诱导型启动子从而改良白桦品质提供前期基础数据。     

外源脱水应答转录因子CBF4基因转化玉米的获得

用PCR方法克隆了拟南芥脱水应答转录因子CBF4基因,以逆境诱导表达基因rd29A的启动子为驱动,构建了逆境诱导表达载体pBAC146。用基因枪转化法转化玉米优良自交系的幼胚和胚性愈伤组织,轰击后的愈伤组织经过筛选、分化和植株再生过程,共获得36棵转基因植株。经PCR、PCR-Southern和Southern检测表明,外源目的基因已成功整合到部分转基因玉米株系的基因组中。人工干旱处理下,抗旱生理指标测定显示,一个转基因株系的脯氨酸含量和叶绿素含量比野生型对照提高一倍,间接表明转基因株系的抗旱能力在某种程度上有所提高。     

转录因子CBF4诱导型启动子的克隆及功能分析

根据已有文献及公开的拟南芥基因组序列,利用PCR方法从拟南芥(Arabidopsis thaliana)基因组DNA中扩增得到了转录因子CBF4上游的DNA片断,对其进行序列分析表明与GenBank序列高度同源,同时对其进行初步的功能分析。采用生物信息学方法对这一序列分析的结果显示这一片段具有启动子的特殊结构域;与GUS基因融合构建双元表达载体,转化烟草的组织特异性表达检测可见明显的GUS活性,初步表明所获片断为CBF4基因的诱导型启动子。     

外源转入基因CBF1在转基因草莓中的遗传分析

以5个独立的转CBF1(C-repeat binding factor)基因草莓株系80、83、94、104和10-5-5为材料,套袋自交和正反交,通过对其后代种子中外源基因的卡那霉素筛选,PCR和Southern杂交,并统计数据,数据采用卡方检测.实验结果发现外源目的基因能够稳定遗传,并且是非细胞质遗传;在自交F1代中5个独立的转基因株系中,只有一个表现为基因互作,其余4个株系表现为一定的遗传分离模式;在自交F2代中,由于单果采收进行分析,发现既有3:1、15:1和35:1的分离模式,同时也出现基因互作等.转基因草莓中的外源基因的遗传是比较复杂的.