过量表达LAR3和Bbchit1以提高毛白杨对叶枯病的抗性

利用转基因技术将多种抗病基因共同转入毛白杨中以提高其抗性,从而获得毛白杨抗病新品种是目前解决杨树真菌病害的主要研究方向之一。本研究通过根癌农杆菌介导的二次遗传转化,将来源于球孢白僵菌几丁质酶基因Bbchit1转入过量表达无色花色素还原酶基因LAR3转基因毛白杨中,实时定量PCR显示Bbchit1与LAR3均能有效表达,离体抗病试验显示Bbchit1+LAR3共表达转基因毛白杨细胞粗提液对杨树叶枯病菌具有明显抑制作用,进一步将叶枯病菌接种在转基因和非转基因毛白杨叶片上培养30天,转基因植株的感病面积均低于非转基因植株且Bbchit1+LAR3共表达转基因株系抗病效果更明显。上述抗病试验结果表明:LAR3和Bbchit1在杨树中共表达可提高其对叶枯病的抗性。     

南林895杨抗旱耐盐基因DREB1C的转化

以美洲黑杨杂种优良无性系南林895杨为转基因受体材料,利用农杆菌介导法转化与逆境胁迫相关的DREB1C基因.经潮霉素筛选,共获得80株抗性植株,经PCR及RT-PCR检测有30株抗性植株呈阳性,初步证明DREB1C基因已整合到南林895杨基因组中.抗性试验结果初步表明,转基因植株的抗旱、耐盐性均有所提高.     

木糖选择系统下xylA&BADH双价基因对二色胡枝子的遗传转化

【目的】建立安全、无抗生素的二色胡枝子遗传转化体系,通过基因工程技术进一步提高二色胡枝子的抗逆性。【方法】采用PCR法从大肠杆菌DH5α菌株中克隆木糖异构酶基因(xyl A);构建含有xyl A和甜菜碱醛脱氢酶基因(BADH)的植物表达载体p BI121-xyl A-BADH;培养基中用木糖取代一定量的蔗糖建立二色胡枝子的木糖选择系统;以农杆菌介导法对二色胡枝子的子叶节进行遗传转化,通过PCR和Southern检测确定转基因植株;对转化植株及非转化植株进行0.5～2 g·L~(-1)Na Cl胁迫,观测植株生长表现,测定1 g·L~(-1)Na Cl胁迫下转化植株和非转化植株的甜菜碱醛脱氢酶活性、叶绿素、电导率。提取转化植株及非转化植株组培苗叶片中的可溶性总糖,用高效液相色谱仪分析糖成分。【结果】测序结果表明,克隆的木糖异构酶基因与Gen Bank公布的大肠杆菌xyl A核苷酸序列的同源性达到100%,PCR及酶切检测表明正确构建了p BI121-xyl A-BADH植物表达载体。在二色胡枝子遗传转化过程中,应在纯木糖培养基上筛选抗性芽,在抗性芽增殖和生根过程中,可以采用蔗糖5 g·L~(-1)、木糖25 g·L~(-1)的糖类混合剂进行进一步筛选。在农杆菌介导的遗传转化中,外植体预培养1天后,采用LBA4404菌株侵染20～30 min,共培养3天,可以获得相对较多的木糖抗性芽。对获得的部分抗性芽进行PCR及Southern检测,得到2个转基因株系,二色胡枝子遗传转化率低于4.7%。耐盐性观测表明,转基因植株能够在含有2 g·L~(-1)Na Cl的培养基上生长并生根,而非转基因植株在相同培养基上则叶子变黄、脱落,且不能生根。无盐胁迫时,转基因和非转基因植株在甜菜碱醛脱氢酶活性、叶绿素含量和电导率方面无显著性差异;盐胁迫后,非转基因植株的甜菜碱醛脱氢酶活性无明显变化,而转基因植株的甜菜碱醛脱氢酶活性大幅度提升,且达到非转基因植株的8～10倍;盐胁迫后,转基因植株的叶绿素含量显著高于非转基因植株,而电导率则显著低于非转基因植株。高效液相色谱的分析结果显示,转基因植株叶片中测出了果糖和葡萄糖,而非转基因植株叶片中测出了葡萄糖和一种未标示的糖类。【结论】建立了二色胡枝子在木糖选择系统下的遗传转化体系,并获得稳定表达的转基因植株。外源甜菜碱醛脱氢酶基因可提高二色胡枝子的耐盐性;来源于大肠杆菌的木糖异构酶基因的导入会影响二色胡枝子的糖代谢。     

多拷贝rol基因对转基因杨树生长及内源激素的影响

对转入多拷贝rolB、rolC基因的三倍体毛白杨进行高生长量、生根率和内源激素(IAA、ABA)含量等指标的测定,以研究多拷贝rol基因在转基因植物中的表达。结果显示:转Ri质粒三倍体毛白杨再次分别转入rolB、rolC基因后,部分株系试管苗的生长受到了抑制,但各株系生根率均有不同程度提高;rolB基因转化植株的内源IAA平均含量高于rolC基因转化植株,其IAA/ABA值亦高于rolC基因转化植株。试验结果表明rol基因的多拷贝促使转化植株快速大量生成毛状根。     

741杨双Bt基因的遗传转化及转基因株系的抗虫性

以含有Cry3Aa基因的重组质粒pBCC3为基础,利用PCR和DNA重组技术,从pBCC3中克隆出抗虫基因Cry3Aa,将其正向插入载体pCAMBIA1305的CaMV35S启动子和NOS终止子之间,构建成pCAMBIA1305-Cry3Aa植物表达载体,并导入根癌农杆菌EHA105。采用农杆菌介导的遗传转化法,将Cry3Aa基因转入已转Cry1Ac+API基因的741毛白杨无性系pB29中,获得转双Bt基因的741杨。在含潮霉素的培养基中进行多次继代筛选,获得抗性稳定的无性系9个,编号为pCCA1—pCCA9。采用特异引物分别对转基因植株进行PCR检测,结果显示Cry1Ac基因稳定存在于pB29中,Cry3Aa基因已整合到各无性系的基因组DNA中。ELISA毒蛋白检测,转基因株系都有Cry1Ac和Cry3Aa杀虫蛋白表达。用转基因植株叶片进行柳蓝叶甲(鞘翅目)和美国白蛾(鳞翅目)室内饲虫试验结果表明,转基因植株具有双抗性。根据对测试昆虫的致死率划分高中低3个抗性水平,其中pCCA2,pCCA5,pCCA6,pCCA9具有双高抗;pCCA3,pCCA4和pCCA7对柳蓝叶甲表现出中、低抗性,对美国白蛾则高抗;而pCCA1表现对美国白蛾的极低抗性,对柳蓝叶甲则高抗。     

反义磷脂酶Dγ基因与几丁质酶基因转化美洲黑杨G2

建立美洲黑杨G2组培再生体系,确立美洲黑杨G2分化最适宜培养基和生根培养基.然后分别进行卡那霉素和潮霉素敏感性试验,利用叶盘法依次将反义磷脂酶Dγ(Anti-PLDγ)基因和几丁质酶(CH5B)基因转入美洲黑杨G2中.首先转入反义磷脂酶Dγ基因,经诱导不定芽及生根阶段卡那霉素(选择性抗生素)连续筛选,获得了21株卡那霉素抗性植株.抗性植株经PCR及PCR-Southern杂交检测,有13株均呈阳性,证明Anti-PLDγ基因成功整合到美洲黑杨G2基因组中.耐盐性试验表明,4株转基因植株抗NaCl能力比对照都有不同程度提高.选择4号株系继续转入几丁质酶基因,通过潮霉素(选择性抗生素)筛选不定芽及诱导生根获6株潮霉素抗性植株,经PCR及PCR-Southern杂交检测,6株均呈阳性,证明CH5B基因成功整合到美洲黑杨G2基因组中.由于CH5B基因与报告基因GUS处于同一开放阅读框(ORF)内,因此通过GUS基因的组织化学染色分析,证明了6株转化植株几丁质酶基因均获得正常表达.     

转果聚糖蔗糖转移酶基因银腺杨的获得

采用农杆菌介导的遗传转化方法,将来自枯草杆菌的果聚糖蔗糖转移酶基因(SacB)导入银腺杨,以提高杨树对水分胁迫的抗性。以来自无菌培养的叶片为外植体,通过大约10 0 0个叶盘与农杆菌LBA4 4 0 4共培养,将植物双元表达载体pKP中SacB基因导入银腺杨基因组,经卡那霉素筛选后,共获得10 2株卡那霉素抗性植株。经PCR特异性扩增和Southern点杂交分析,证明其中97株再生植株基因组DNA中整合了SacB基因。对其中的6 2个无性系进行RT PCR分析,结果表明SacB基因在其中的5 0个无性系中获得表达。温室生长观察表明,转基因无性系外部形态与对照相比没有稳定的显著差异,少数部分转基因无性系的生长明显受到抑制,其他转基因无性系生长正常。这些转基因无性系的获得为培育抗旱转基因杨树奠定了基础。     

转TSRF1基因尾叶桉的培育及其广谱抗病性

以尾叶桉U6无性系无菌种子苗下胚轴为外植体,通过对不同生长调节剂的优化组合,建立尾叶桉高效再生体系.应用正交试验设计,优化尾叶桉遗传转化体系.经PCR和Southern杂交检测表明,TSRFI基因已整合到尾叶桉基因组中;转基因植株灌根接种青枯菌后,转基因植株表现出发病延迟,抗性提高,抗性相关酶活性显著增强.转化植株离体叶片对疫霉菌抗性明显增强.荧光定量PCR的结果表明转基因植株接种致病菌后TSRF1基因表达量得到提高.研究结果表明,转TSRF1基因尾叶桉表现出一定的广谱抗病能力.     

国槐转雪花莲凝集素基因及抗蚜性

通过农杆菌介导法将雪花莲外源凝集素基因(gna)导入国槐叶片,获得转基因再生植株,经卡那霉素抗性筛选,PCR和Southern blot检测证实,gna基因已经整合进入国槐基因组中。凝血活性检测表明,大部分转基因植株表现出一定的凝血活性,对照未转化植株的凝血活性很低。室内离体叶片虫试试验进一步证明,转基因植株较非转基因植株有一定的抗蚜虫能力。     

农杆菌介导高羊茅基因转化体系的建立

以高羊茅(FestucaarundinaceaSchrebb)品系宾哥(Bingo)为材料,建立了农杆菌介导的基因转化方法。高羊茅种子在9mgL-12,4-D作用下,获得胚性愈伤组织。愈伤组织经农杆菌侵染,在30和50mgL-1的潮霉素浓度梯度下筛选,得抗性愈伤组织。组织化学染色法证实,uidA基因在抗性愈伤组织中表达:抗性愈伤组织在分化培养基中分化得到转基因植株。PCR、Southern杂交法证实外源基因已导入到高羊茅植株中。图5参37。     

杨树油菜素内酯合成基因DET2的克隆与功能分析

[目的]DET2基因编码一个5α-还原酶,是油菜素内酯(BRs)合成过程中的关键限速基因。研究DET2基因在杨树生长发育中的作用,对于进一步研究油菜素内酯在木本植物中的调控机制有重要意义。[方法]从银腺杨84K(Populus alba×P. glandulosa,‘84K’)克隆得到拟南芥AtDET2同源基因PagDET2,利用生物信息学对其进行序列比对、生化特征分析、构建系统发育进化树。通过RT-PCR分析其在杨树中的表达模式。构建由CaMV 35S强启动子驱动的过表达载体,通过农杆菌介导的叶盘转化法转化84K杨,得到PagDET2-OE转基因植株。分析过表达DET2基因对于转基因植株内源BRs含量、植株生长和抗逆的影响。[结果]克隆了包含全长编码区PagDET2基因全长,可编码一个长度为257个氨基酸的蛋白质。其蛋白序列与毛果杨、拟南芥、水稻、棉花、大豆、番茄DET2蛋白同源性较高,说明该基因在进化过程中相对保守。PagDET2在84K杨不同组织中均检测到表达,其在茎中的表达较高。通过ELISA检测植物BRs含量发现,过量表达DET2可以显著提高杨树内源BRs含量。过量表达DET2基因,可以导致转基因植株的高生长,但对盐胁迫更加敏感。[结论]DET2基因作为BRs合成的关键基因,在杨树中过量表达可以显著提高内源BRs含量,促进植株增高。DET2转基因植株的获得为进一步分析BR参与木本植物生长发育的调控机制奠定了基础。     

ACC氧化酶cDNA克隆及其对美洲黑杨体内乙烯产生的反义抑制

利用ＲＴ－ＰＣＲ技术克隆了番茄ＡＣＣ氧化酶基因ＬＥＥＴＨＹＢＲ编码区０．９ｋｂ的ｃＤＮＡ片段,经酶切图谱分析和序列分析鉴定后,反向插入到植物表达载体ｐＢｉｎ４３８中,构建了表达ＡＣＣ氧化酶反义ＲＮＡ的二元载体。用农杆菌侵染美洲黑杨叶片,在含卡那霉素的ＭＳ培养基上选择转化子和植株再生,通过ＰＣＲ检测筛选到１６株转基因杨树植株,Ｓｏｕｔｈｅｒｎｂｌｏｔ分析初步确证了外源基因是以单拷贝插入到杨树基因组中;对杨树幼苗乙烯释放量的测定结果表明转基因杨树的乙烯释放量为对照植株的２８％。     

杨树miR393对FBL基因家族成员调控作用的鉴定

【目的】揭示ptc-miR393对杨树FBL基因家族不同成员的剪切调控作用。【方法】首先将杨树FBL基因家族成员与双子叶植物、单子叶植物和蕨类植物代表物种拟南芥、水稻和小立碗藓的FBL基因家族成员进行系统进化分析;再对杨树FBL家族成员的基因结构进行比较;最后通过ptc-miR393与杨树FBL基因家族成员的序列比对、ptc-miR393及FBL基因家族成员在杨树不同发育时期及不同组织中的表达模式以及5′-RACE检测等方面对杨树miR393与FBL基因家族成员的调控作用进行鉴定。【结果】杨树FBL基因家族共有8个不同成员,两两成员之间的同源性较高,通过基因结构和功能域分析,表明它们之间可能存在冗余的功能;PtFBL1-PtFBL4之间具有较高的同源性,位于一个进化分支上,而PtFBL5、PtFBL6和PtFBL7、PtFBL8分别位于不同的分支且与PtFBL1-PtFBL4的同源关系较远。杨树FBL基因的结构和结构域出现一定的变化,预示着它们之间可能出现了分化,在时空调控上的作用有所改变。ptc-miR393与PtFBL1-PtFBL4的互补配对率较高,而与PtFBL5-PtFBL8之间有5~7个碱基的差异,在杨树不同发育时期及不同组织中,PtFBL1-PtFBL4的表达与ptc-miR393呈相反的趋势,而PtFBL5-PtFBL8的表达不受ptc-miR393的影响,5′-RACE实验也检测出PtFBL1-PtFBL4受ptc-miR393的剪切,而PtFBL5-PtFBL8不受ptc-miR393的剪切。【结论】PtFBL1、PtFBL2、PtFBL3和PtFBL4是ptc-miR393的靶基因,而PtFBL5、PtFBL6、PtFBL7和PtFBL8不受ptc-miR393的剪切调控,这为进一步揭示ptc-miR393对杨树FBL基因的调控功能奠定理论基础。     

杨树HSP90基因的克隆及生物信息学分析

【目的】为了揭示热激蛋白90(Heat shock protein 90,HSP90)基因在杨树抗溃疡病中的功能,克隆获得毛白杨HSP90基因的全长序列,以期明确HSP90基因的表达与溃疡病菌侵染间的关系。【方法】采用RT-PCR技术和Gateway克隆的方法,获得了毛白杨的HSP90基因序列,并利用相关软件对该基因编码的蛋白的理化性质、疏水性、结构域、功能及亚细胞定位等进行了生物信息学分析。【结果】毛白杨的HSP90基因序列(NCBI登录号:AGU99972.1)全长为2 100 bp,其中A+T占52.90%,C+G占47.10%,共编码699个氨基酸。毛白杨HSP90基因的生物信息学分析结果显示,该基因编码的蛋白相对分子质量为80.08 kDa,理论等电点为4.96。毛白杨HSP90蛋白主要位于细胞核和细胞质膜中,且在N端含有1个基因保守结构域HATPase_c,可与ATP结合,具有内源ATPase活性,属于HSP90家族,为亲水性蛋白,可能具有离子通道的功能。同时,对毛白杨的HSP90基因进行系统进化分析,发现毛白杨的HSP90基因与毛果杨(gi 539331543)、大豆(gi 358248990和gi 356552478)的亲缘关系较近,而与毛果杨(gi 224124864)的亲缘关系相对较远,说明同一物种的HSP90进化可能有所不同。【结论】首次从毛白杨中成功克隆得到与抗溃疡病相关的HSP90基因,并对其序列和生物学信息进行了分析,为下一步研究HSP90基因在杨树抗溃疡病中的功能奠定基础,也为进一步研究HSP90基因在杨树抗逆胁迫中的生理功能提供了理论支持。     

Overexpression of mtlD gene in transgenic Populus tomentosa improves salt tolerance through accumulation of mannitol

The mtlD gene encoding mannitol-1-phosphate dehydrogenase, which catalyzes the biosynthesis of mannitol from fructose, was cloned from Escherichia coli and transferred to poplar (Populus tomentosa Carr.) through Agrobacterium-mediated transformation. The transgenic plants were screened and selected on Murashige and Skoog (MS) medium containing 30-50 mg l(-1) kanamycin and verified by polymerase chain reaction (PCR) and Southern blotting. Expression of the gene led to synthesis and accumulation of mannitol in the transgenic plants. Gas chromatography and mass spectrometry (GC/MS) and capillary gas chromatography (GC) showed that transgenic plants accumulated much more mannitol in their tissues than the wild-type plants, whether cultured in vitro, or grown hydroponically or in the field. Increased salt tolerance of transgenic plants was observed both in vitro and in hydroponic culture. The transgenic buds rooted normally on MS medium containing 50 mM NaCl, whereas wild-type buds did not. In the 40-day hydroponic experiments, transgenic poplar plants survived in a 75-mM NaCl treatment, whereas the wild-type poplar plants tolerated only 25 mM NaCl. Under the same NaCl stress, stomatal conductance, transpiration rates and photosynthetic rates were all higher in transgenic plants than in wild-type plants, whereas cellular relative conductivity was lower. We demonstrated that the mtlD gene was expressed in transgenic poplar plants, resulting either directly or indirectly in mannitol accumulation and improved salt tolerance. The constant mannitol concentrations in transgenic plants during the NaCl treatments indicated that mannitol accumulation caused by the mtlD gene was not a consequence of NaCl stress. Height growth was reduced by about 50% in the transgenic plants compared with the wild-type plants in the absence of salt; however, relative growth rate was much less influenced by salt stress in transgenic plants than in wild-type plants. The stunted growth of the transgenic plants may in part explain their improved salt tolerance.     

杨树钙依赖蛋白激酶基因家族生物信息学分析

为给进一步分离和克隆植物中的CDPK基因奠定基础,以已经鉴定的拟南芥的CDPK(Calcium-dependent protein kinases)基因编码的结构域为检索序列,在基因组水平上对杨树的CDPK基因家族的成员进行分析,结果共找到36个杨树CDPK基因。同时利用这些基因编码的蛋白质序列与拟南芥中的CDPK基因构建了系统进化树,并对这些蛋白序列的保守序列进行了分析。结果表明,杨树CDPK基因内含子的插入位置相对比较保守。与拟南芥相比,杨树CDPK基因家族成员含有更多的基因对。通过对拟南芥、杨树CDPK家族之间进化关系和内含子分布比较发现,一些CDPK家族成员在拟南芥和杨树未分离之前就已经形成。