共转化法删除转基因植物筛选标记基因的研究

筛选标记基因因其在植物基因工程中的重要作用而得到了普遍应用,目前使用的筛选标记主要是抗生素抗性基因或抗除草剂基因,然而一旦获得转基因植株,它的存在不但没有必要,而且还引起人们的种种顾虑。因此如何从转基因植物中删除筛选标记基因成为植物基因工程研究的重要内容。目前已有多个系统用来删除选择标记基因,从而获得无筛选标记基因的转基因植株。其中共转化法操作简便因而得到了广泛的应用。本文综述了共转化法研究的最新进展并对其实际应用的可行性进行探讨。     

利用共转化方法创制携带Pi9抗稻瘟病基因的无选择标记转基因水稻

水稻稻瘟病是由子囊菌(Magnaporthe oryzae)引起的水稻灾害性病害。培育抗病品种是防治稻瘟病最经济有效的措施之一。水稻Pi9抗稻瘟病基因来源于小粒野生稻并已被克隆和应用于转基因育种。为了提高无选择标记转基因植株的选择效率,将绿色荧光蛋白(GFP)用作可视遗传标记,对双菌株共转化系统进行改良:目的基因载体携带Pi9抗稻瘟病基因;标记基因载体用潮霉素磷酸转移酶(HPT)作为植物转化选择标记,用GFP作为负选择标记,筛除标记基因分离植株。两种载体的农杆菌转化株混合,分别与水稻品种‘浙恢414’、‘浙粳22’、‘浙11B’、‘日本晴’、‘空育131’和‘粤泰B’的愈伤组织共培养,然后从5%~38.3%的起始愈伤组织筛选获得了转化愈伤组织(HPT+GFP+)。对T0植株进行Pi9基因PCR检测,11.8%~77.8%的T0植株为共转化植株(HPT+GFP+Pi9+)。对共转化植株T1代进行绿色荧光检测,筛选阴性植株(GFP-),再通过PCR筛选Pi9+植株。根据13个T1群体的研究结果,61%的共转化植株在T1代分离出无选择标记转基因植株(HPT-GFP-Pi9+)。转Pi9的无选择标记植株和后代株系对水稻稻瘟病呈抗病反应。因此,本研究通过GFP标记提高了双菌株共转化系统的选择效率,转Pi9的无选择标记水稻株系为水稻抗稻瘟病育种提供了有用的遗传资源。     

获得安全转基因水稻的几种可能途径

随着转基因技术的不断发展,转基因水稻食用安全和环境污染问题日益引起人们的关注.本文从转基因水稻的安全性考虑概述了标记基因和目的基因的选择和应用,共转化法、位点专一性重组法、转座子介导重组法和双右边界T-DNA载体法等从转基因植株中剔除标记基因的原理和具体操作过程,荧光标记基因、磷酸甘露糖异构酶基因、阿拉伯糖脱氢酶基因等作为正向选择生物安全标记基因的应用情况,以及AtSTP3、Rubisco、Wx等特异表达启动子在安全性方面的最新研究.并对实现转基因水稻规模化生产的可能途径进行了讨论.     

商陆抗病毒蛋白基因在麝香百合中的转化和表达

以麝香百合叶片愈伤组织为受体,利用根瘤农杆菌介导法将美洲商陆蛋白（PAP）基因和抗卡那霉素筛选基因以共转化的方式转入百合叶片愈伤组织中,然后在含有MS培养基中筛选愈伤组织并得到再生植株,在建立的农杆菌转化百合的遗传转化体系中,获得49株再生植株,经PCR检测表明PAP基因已经转移到有抗性愈伤组织再生出百合植株中。     

含双边界序列植物双价表达载体的构建

转基因植物的安全性是基因工程改良作物的一个重要问题.构建含双边界序列（双T-DNA区）载体,将选择标记基因和目标外源基因分开在不同的T-DNA区,通过转基因植株有性杂交及后代分离,可在转基因后代中获得无选择标记的转基因安全植株.将2个外源基因置于同一载体上,可以提高其共转化的效率.本研究构建了1个中间载体pAHC17-PTA和1个含双边界序列的植物双价表达载体pDB13PS.pAHC17-PTA含有由Ubiquitin启动子引导的具有抗虫效果的半夏凝集素基因（PTA）.pDB13PS含2个独立的T-DNA区,在其中一个T-DNA区,含两个目的基因的完整的表达盒,一个是由Ubiquitin启动子引导的半夏凝集素基因（PTA）,另一个是由水稻胚乳特异表达启动子（Glutelin-B1 promoter）驱动的马铃薯高赖氨酸蛋白基因的cDNA（SB401）.pDB13PS的成功构建,为提高PTA和SB401的共转化效率和获得无选择标记的转基因后代植株奠定了基础.     

基因枪法将LEAFY基因导入甘蔗的研究

利用基因枪介导的方法,以LEAFY基因为目的基因,NPTⅡ为选择/标记基因进行共转化.对影响基因枪法转化甘蔗的影响因素进行了探讨,结果表明转化前预培养2 d获得的转化效率最高,转化前后进行高渗处理可以提高转化效率.大量转化后,将LEAFY基因导入到3个甘蔗品种Badila、ROC22和ROC16中去,获得了转LEAFY基因的甘蔗植株.其中抗性愈伤     

基因枪法转Bt/GNA基因超甜玉米植株的获得及抗虫性鉴定

以超甜玉米自交系S1幼胚诱导的愈伤组织为受体材料,利用基因枪法共转化Bt和GNA基因,获得了128株再生植株,移栽成活31株,其中26株可育.经PCR检测外源基因整合进玉米基因组中,含Bt基因11株,其中有5株能扩增出GNA基因.Southern杂交证明,目的基因已经整合在玉米基因组中.对9株转基因T1代植株叶片室内接虫抗性鉴定,结果显示,5株转基因植株叶片饲喂6 d后明显抑制玉米螟幼虫的发育,幼虫体重增加较少,幼虫死亡率高,表现较强的抗性.     

植物转基因删除技术研究进展

植物转基因删除系统是以删除外源基因、选择标记基因、报告基因等为基础发展起来的分子育种技术,因其独特的技术特点,迅速在分子育种上得到了广泛的应用和发展。本研究介绍了5种基因删除技术,包括位点特异重组系统(FLP/FRT重组系统, Cre/loxP重组系统, R/RS重组系统)、共转化系统、转座子系统、染色体内同源重组4种传统的基因删除技术,以及由CRISPR/Cas9基因编辑系统介导的基因删除技术;并分析了这5种基因删除技术的基本原理、自身的优缺点及目前的实际应用研究现状。本研究挖掘了这些技术作为基因删除以外的应用潜力,探讨了它们各自作为基因开关的应用前景。     

花粉管通道法转Bar基因胡麻后代的分子检测

以花粉管通道法转Bar基因胡麻T1代胡麻为研究对象,用CTAB法提取DNA,经PCR分别扩增外源基因Bar基因的片段,扩增产物用琼脂糖凝胶电泳进行检测分析,筛选Bar基因成功整合到基因组的单株,结果在114个T1系亚麻植株中检测出5株含有Bar基因的阳性亚麻植株,转化率为4.4%。探讨了花粉管通道法转Bar基因在亚麻中的应用前景。     

优化的VHb基因和GFMcryIA基因构建的双价基因在烟草中的表达

利用人工合成的、密码子优化后的透明颤菌血红蛋白（VHb）基因与人工合成的GFMcryIA基因构建成双价基因植物高效表达载体。通过根癌农杆菌介导转化烟草,获得了36株卡那霉素抗性植株。经转基因植株的PCR及Southern blot检测,证实了双价基因在35株烟草基因组中的整合。Western blot检测证实了VHb基因的表达,杀虫实验证实GFMcryIA基因也表达出活性毒蛋白。且转基因烟草平均每株干重比非转基因烟草植株高7％。本研究结果表明转基因育种技术在培育出既高产又具抗虫性的作物或经济作物新品种方面具有良好的应用前景。     

转基因植物中选择标记基因的控制策略

近年来,转基因植物中的选择标记的安全性问题引起公众关注,如何消除选择标记,培育无选择标记基因的转基因植物已成为基因工程研究的热点。本文系统介绍了通过共转化、转座子、染色体内重组和位点特异性重组消除选择标记及用正向选择标记基因代替负向选择标记基因手段培育无选择标记的转基因植物的发展策略。     

Using biolistics and hybridization to combine multiple glycosidase inhibitor transgenes in wheat

Several approaches are available to achieve multi-transgene-stacking in plants for the introduction of complex or multiple traits. We used co-transformation with multiple plasmids using particle bombardment and hybridization of plants carrying separate transgenes in wheat. In the co-transformation approach, four constructs containing the defence genes Pvpgip2, Acpmei, Taxi-III or Xip-III and the bar gene were co-bombarded into immature embryos of durum or common wheat. The four transgenes integrated into the wheat genome at co-transformation frequencies of 58 and 27 % in durum and common wheat, respectively. Segregation analysis of the T₁ and T₂ generations showed that 45–90 % of the progeny inherited all four transgenes together in both durum and common wheat. In the hybridization approach, pyramiding of Pvpgip2, Acpmei and Taxi-III was achieved by crossing durum wheat plants containing the Pvpgip2 and Acpmei transgenes with transgenic plants carrying Taxi-III. Segregation analysis showed that only 4.5 % of the progeny inherited all four transgenes together, including the bar gene. Co-expression analyses of Pvpgip2, Acpmei and Taxi-III or Xip-III showed loss of mRNA or protein activity in the progenies of both transgenic and hybrid wheat lines. Particle bombardment yielded progenies with either tightly linked transgenes or with different transgene combinations that could be useful in research applications. However, its efficiency was constrained by the occurrence of transgene silencing.     

The cell biology of plant transformation: Current state,problems, prospects and the implications for the plant breeding

Summary The DNA delivery systems which are routinely used to introduce genes into crop plants are Agrobacterium tumefaciens, electroporation and particle bombardment. The differences and similarities between these different transformation techniques are outlined. The influence of the cell biological approach, and more specifically the impact of the state of the plant cell at the moment of transformation, on the genotype and phenotype of the regenerated transgenic plant is analysed. In this respect phenomena such as position effects, gene silencing, co-suppression, epistasis, co-transformation and somaclonal variation are discussed. The relevance of these factors for plant breeders is discussed.     

大豆磷高效基因GmPHR1和GmPAP4共转化及新种质创制

磷对大豆生长发育至关重要,土壤有效磷缺乏严重影响其产量和品质。目前已有学者通过转基因手段将磷高效相关基因转入大豆,并获得转基因新材料,但多数集中于单基因转化,而双基因共转化研究甚少。本研究在前期获得转磷高效相关基因GmPHR1、GmPAP4大豆新材料基础上,利用农杆菌介导与常规杂交技术进行双基因共转化,结果发现,采用这2种方案均可实现双基因共转化,获得了经PCR及DNA测序分析验证正确的转GmPHR1与GmPAP4双基因新材料“JD12-PHR1-PAP4”。     

用基因枪法获得转异天南星基因aha抗蚜虫小麦

凝集素是一类具有特异糖结合活性的蛋白,对蚜虫等害虫有很强的抗杀作用。利用异天南星凝集素基因aha(Arisaema heterophyllum agglutinin)以及水稻Rubisco小亚基启动子,构建了aha基因植物绿色组织特异性表达载体,并采用基因枪转化方法, 与携带bar基因的pAHC20载体共转化到小麦品种科农199中。经过愈伤诱导、再生和筛选以及PCR鉴定,获得aha转基因植株42株,平均转化效率为2.41%。对转aha基因植株后代PCR鉴定表明,T₁代转基因植株的分离比例基本符合孟德尔遗传规律。利用室内多目标综合判别法评定抗蚜虫特性,8个T₁代转基因株系中有高抗材料1份,低抗材料3份,占参试比例44.4%。本研究为获得抗蚜虫转基因小麦新材料奠定了基础。     

利用酵母双杂交系统筛选花生AhCaM相互作用蛋白

CaM是目前已知的胞内Ca2+受体蛋白中最重要的一种,参与多种生理活动的调节。为深入研究CaM蛋白的作用机制,探索其在花生钙信号途径中的作用靶点,用花生CaM基因构建了既无自激活性又无毒性的p GBKT7-AhCaM诱饵表达载体;同时从花生叶片组织中提取总RNA,分离得到mRNA,利用SMART技术合成并纯化双链cDNA后建立花生叶片cDNA文库;通过共转化法筛选与CaM相互作用的蛋白,并对阳性克隆分析和鉴定,筛选到5个与Ah CaM互作的蛋白,其中NAD激酶是已知能与钙调素互作的蛋白;而泛素能与AhCaM互作,说明AhCaM在花生发育及抗逆方面起作用。通过分析这些靶蛋白的已知功能,为研究AhCaM的未知生物学功能提供了重要信息。     

The transformation of the photo-thermo sensitive genic male-sterile line 261S of rice via an expression vector containing the anti-Waxy gene

Transgenic photo-thermo sensitive genic male sterility Oryza sativa L. cv. “261S” plants with the anti-Waxy gene were successfully obtained using an Agrobacterium tumefaciens-mediated co-transformation method. Marker-free homozygous transgenic lines with the anti-Waxy gene were obtained. The setting seed rates of the transgenic plants via self-pollination or via crossing with the restorer line WX99075 rice and the 1000-grain weight of the transgenic plants and the F₂ hybrid seeds obtained by crossing the transgenic or non-transgenic plants with the restorer line WX99075 rice, and the number of panicles of the transgenic plants and yields of the F₂ hybrid rice, were analysed. Quality indexes of the transgenic plants and of the F₂ hybrid seeds were analysed. Our researches results indicate that hybrid female and hybrid descendant edibility could be improved via the introduction of the anti-Waxy gene, but the grain yields of the reserve seeds via self-pollination of the transgenic photo-thermo sensitive genic sterile lines and of the hybrid rice were not affected.     

甘蓝型油菜BnMAPK1的原核表达、亚细胞定位及酵母双杂交文库筛选

植物的丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-ActivatedProteinKinases,MAPKs)级联是生长进程中多种信号跨膜传递的共同通路,它可以将外源刺激转入细胞内并引发细胞应答。目前C族MAPKs在甘蓝型油菜中的研究报道还很有限。本研究通过1个甘蓝型油菜的C族BnMAPK1基因的生物学进程聚类分析发现, BnMAPK1可能参与蛋白磷酸化、生长素介导的信号途径、逆境应答、细胞周期及转录等过程。BnMAPK1具有369个氨基酸残基,其相对分子质量约为42.5 kD,其可溶性蛋白可在原核系统中被诱导表达。BnMAPK1的亚细胞定位结果显示, BnMAPK1主要在细胞核内表达。Bait质粒pGBKT7-BnMAPK1在酵母双杂交系统中无毒性及自激活活性。为深入研究BnMAPK1蛋白参与的生物学进程,从甘蓝型油菜中油821苗期根、茎、叶中分别提取总RNA,分离得到mRNA,利用SMART技术合成并纯化双链cDNA后建立甘蓝型油菜混合cDNA文库。以共转化法筛选与BnMAPK1相互作用的蛋白,对其分析与鉴定显示, BnMAPK1在生长发育、非生物及生物逆境、转录、蛋白合成及代谢、翻译及翻译后修饰等过程中起作用。研究结果为MAPKs级联,尤其是C族MAPKs的研究提供了新的视野,为甘蓝型油菜抗性的机理研究及分子育种奠定了重要的理论依据。