转TiERF1-RC7双价基因小麦的鉴定及其全蚀病抗性

为探讨TiERF1和RC7基因对小麦抗全蚀病的防御反应,本研究对转TiERF1-RC7双价基因小麦进行了分子检测以及全蚀病抗性的室内和田间鉴定。结果表明,转入的TiERF1和RC7基因在转基因小麦中可以遗传和转录;与受体扬麦18相比,5个转TiERF1-RC7小麦株系在整个生育期抗病性显著提高,苗期的全蚀病严重度在10%以下,成熟期的白穗率在13%以下,而扬麦18的严重度为62.98%,白穗率为26.09%。电子显微镜观察结果表明抗病转基因小麦根表的全蚀病原菌菌丝数量及生长势明显低于感病材料。上述结果说明,转入的TiERF1和RC7基因抑制了全蚀病原菌的侵染及在转基因小麦中繁殖,进而提高了转基因小麦对全蚀病的抗性。     

中国小麦品种对白粉病的抗性反应与抗病基因检测

利用来自不同生态区的8个白粉菌菌株对20世纪80年代以来国家审定(认定)品种、近期参加国家区域试验的品系和核心种质等小麦材料进行抗病性评价,同时利用与Pm4a、Pm8和Pm21基因连锁的分子标记检测了相关抗病基因的存在。在148个国家审定品种中有16.9%的品种能够抗多个菌株,其中大多是近10年选育的品种。不同年代审定的品种中感病品种的频率均超过50%。各个小麦生产区抗病品种的频率高低与该地区白粉病的严重性和育种的关注程度有一定关系。在1 160份小麦核心种质中抗E09菌株的地方品种和育成品种的比例只有3.4%和4.2%。西南冬麦区和新疆冬麦区入选的品种抗病频率较高,华南冬麦区、东北春麦区和北方春麦区没有发现抗E09菌株的品种。多菌株鉴定结果表明,263份微核心种质中33.7%的品种表现抗病性,其中大多数品种能够抗1~2个菌株,因此在核心种质的利用中应注意选用抗性强的品种作为轮回亲本,同时有必要构建抗白粉病的应用核心种质,以提高核心种质的利用效果。根据抗病基因分子标记检测结果,我国小麦品种有43.2%含有Pm8基因,该基因在区域试验参试品种中的频率也很高,特别是在黄淮麦区培育的品种中频率仍高达50%;Pm4a和Pm21基因主要出现在长江流域培育的品种中。有些抗性突出的品种可能含有其他抗病基因。     

转Gastrodianin基因提高小麦赤霉病和纹枯病的抗性

天麻抗真菌蛋白Gastrodianin在体外可以抑制多种病原真菌的生长。为检验转Gastrodianin基因小麦对真菌病害的抗性,采用基因枪法将由ubiquitin启动子驱动的Gastrodianin基因导入小麦品种扬麦158和Alondra, 获得14株纯合的转基因株系。外源基因的PCR检测、染色体荧光原位杂交、半定量RT-PCR分析结果表明,外源Gastrodianin基因在转基因小麦T₅代植株中已经纯合并有不同水平的表达;赤霉病和纹枯病抗性鉴定结果显示,Gastrodianin基因的表达能抑制病原菌在转基因植株中生长,从而减轻病原菌引起的病症发展,且两种病害的减轻程度与Gastrodianin基因的表达水平正相关。     

BvGLP1过表达增强了转基因小麦对根腐病的抗性

类萌发素蛋白(germin-like protein, GLP)是一类含有cupins结构域的糖蛋白, 在植物基础抗性等方面起着重要作用。本研究人工合成了甜菜GLP基因BvGLP1, 并利用基因重组技术构建了受韧皮部特异表达启动子RSS1P驱动的BvGLP1基因单子叶植物表达载体pA20-RSS1P::BvGLP1。通过基因枪介导法将其转入小麦品种扬麦18中, 对转基因扬麦18的T₀至T₃代植株中BvGLP1进行了PCR、半定量RT-PCR和荧光定量QPCR检测, 并对转基因小麦进行根腐病和纹枯病抗性鉴定。结果表明, BvGLP1已转入转基因小麦扬麦18, 并能在转基因小麦中遗传、转录表达; 5个转BvGLP1基因小麦株系的根腐病抗性比受体品种扬麦18有显著提高, 说明BvGLP1过表达增强了转基因小麦对根腐病的抗性。     

转苦瓜几丁质酶基因McCHIT1水稻及其稻瘟病抗性

稻瘟病是危害水稻的最严重病害之一,探索利用外源基因提高水稻抗稻瘟病水平对现代育种具有重要意义。本研究从T₂代起逐代增加抗性选择压,采用苗期人工混合接种和病圃田自然诱发等鉴定方法,对转基因水稻后代进行稻瘟病抗性鉴定和筛选,在T₅代获得了7个稻瘟病抗性极显著增强的转McCHIT1基因水稻稳定株系。通过7个生理群26个生理小种的115个稻瘟病有效单孢菌株苗期抗谱测定,这7个株系的抗病频率为52.2%~61.4%,比受体对照缙恢35 (36.8%)高16个百分点以上,主要增加了对ZE群生理小种的抗性,提高了对ZG群、ZF群和优势种群ZB群生理小种的抗性。C36-2-1、C21-6-2、C21-3-1等3个株系的结实率达80%以上,是丰抗结合较好的转McCHIT1基因株系。McCHIT1基因具有广谱抗性,将其遗传转化水稻,采用“逐代增加选择压,抗中选抗”的方法,可筛选出稻瘟病抗性优良、抗谱明显拓宽、产量性状较好的转基因稳定株系。     

转Rs-AFP2基因小麦的分子分析及其纹枯病抗性

Rs-AFP2属于r-硫堇类抗菌肽,主要通过形成离子通道直接破坏细胞来杀灭病原菌。本研究通过基因枪介导法结合对目标基因的分子检测,证明已将外源Rs-AFP2基因转入小麦推广品种扬麦12中。通过逐株抗纹枯病接种鉴定、PCR、PCR-Southern blot、Southern blot和 RT-PCR/荧光定量RT-PCR(Q-RT-PCR)分析,对转Rs-AFP2基因小麦T₁至T₄代植株跟踪检测。结果表明,Rs-AFP2在转基因小麦中能够稳定遗传,以单拷贝整合到小麦基因组中,遗传方式符合孟德尔遗传规律,并能在转录水平上表达。对转Rs-AFP2基因小麦的抗病性、主要农艺性状以及Rs-AFP2表达活性分析结果表明,与受体扬麦12相比,Rs-AFP2表达活性高的转基因小麦植株对纹枯病抗性有明显提高,其抗病性可以遗传,而主要农艺性状没有明显差异,证明可以利用Rs-AFP2基因和基因工程途径创制抗纹枯病小麦新种质。     

转Rs-AFP2基因小麦的分子分析及其纹枯病抗性

Rs-AFP2属于r-硫堇类抗菌肽,主要通过形成离子通道直接破坏细胞来杀灭病原菌。本研究通过基因枪介导法结合对目标基因的分子检测,证明已将外源Rs-AFP2基因转入小麦推广品种扬麦12中。通过逐株抗纹枯病接种鉴定、PCR、PCR-Southern blot、Southern blot和 RT-PCR/荧光定量RT-PCR(Q-RT-PCR)分析,对转Rs-AFP2基因小麦T₁至T₄代植株跟踪检测。结果表明,Rs-AFP2在转基因小麦中能够稳定遗传,以单拷贝整合到小麦基因组中,遗传方式符合孟德尔遗传规律,并能在转录水平上表达。对转Rs-AFP2基因小麦的抗病性、主要农艺性状以及Rs-AFP2表达活性分析结果表明,与受体扬麦12相比,Rs-AFP2表达活性高的转基因小麦植株对纹枯病抗性有明显提高,其抗病性可以遗传,而主要农艺性状没有明显差异,证明可以利用Rs-AFP2基因和基因工程途径创制抗纹枯病小麦新种质。     

抗纹枯病、根腐病的转SN1基因小麦的获得与鉴定

SN1是源于马铃薯的一种抗菌肽, 可以抑制多种植物病原菌的生长。小麦纹枯病(主要病原菌为禾谷丝核菌Rhizoctonia cerealis)和根腐病(主要病原菌为平脐蠕孢菌Bipolaris sorokiniana)是小麦的主要土传真菌病害。本研究利用基因工程技术构建了SN1基因的单子叶植物表达载体pA25-SN1, 它受玉米泛素(ubiquitin)启动子的控制;采用基因枪法将pA25-SN1转化小麦推广品种扬麦18幼胚愈伤组织4 000块, 获得203株再生植株, 通过PCR检测出阳性植株55株, 转化率为1.38%。对转SN1基因小麦T₀~T₂代植株, 进行外源基因的PCR、Southern blot、RT-PCR、荧光定量RT-PCR(Q-RT-PCR)分析和小麦纹枯病菌与根腐病菌接种及其抗病性鉴定。结果表明, 转入的SN1基因已经整合到转基因小麦的基因组中, 能够在转基因小麦中遗传、转录与表达。SN1基因的表达提高了转基因植株对小麦纹枯病和根腐病的抗性, 其抗病性可以遗传。     

转BADH基因苜蓿T-DNA侧翼序列分析及转化事件特异性分析

为了从分子水平上鉴别不同的转基因株系,以转BADH基因苜蓿的T₀代基因组DNA为模版,采用热不对称交错PCR(TAIL-PCR)方法分离其外源基因插入位点的侧翼序列,获得了B127株系的左翼序列和右翼序列,以及B125、B138、B295和B196株系的左翼序列。侧翼序列特征分析表明,有的T-DNA边界序列被删除,有的边界序列被保留,并填充了一段未知来源的核苷酸序列。根据侧翼序列中插入载体序列和紧邻插入序列的基因组序列特征,分别设计PCR扩增的上、下游引物,并对获得的42个转BADH株系分别进行左、右翼序列的扩增,结果表明,转基因植株B106、B125、B138、B157、B158、B289、B295、B305和B127具有相同的扩增条带,B203、B220、B223和B196具有相同的扩增条带,说明这些株系可能仅来源于2个转化事件。本研究建立的事件特异性检测方法可以准确地将不同的转化株系区别开来。     

小麦抗病品系5R625抗叶锈病基因的分子鉴定

小麦品系5R625苗期和田间均对小麦叶锈病有良好抗性,但其所携带的抗病基因还不清楚。利用36个携带已知抗叶锈病基因的对照品系和15个中国小麦叶锈菌小种对5R625携带的抗病基因进行了苗期人工接种鉴定和基因推导,结果 5R625对这15个叶锈菌生理小种的侵染型与Lr9、Lr19、Lr24、Lr28、Lr39、Lr47、Lr51、Lr53相同。利用5R625和感病品种郑州5389的杂交后代F1、F2和F2:3群体对5R625的抗病性进行了遗传分析,苗期和成株期的分析结果均表明5R625对小麦叶锈菌的抗性由1个显性基因控制。进一步利用F2:3家系和分子标记方法将该基因定位在3DL染色体上。与5R625携带的抗病基因连锁的5个分子标记中,STS标记24-16和SCAR标记OP-J09此前已经被证明与已知抗叶锈病基因Lr24共分离,因此,推测5R625携带的抗病基因与Lr24可能为同一基因。     

小麦近缘属种纹枯病的抗性鉴定

用土壤接种法对２６份小麦近缘材料、栽培品种及其杂交后代的抗纹枯病性能进行了鉴定。结果表明,小麦近缘植物中存在着丰富的抗纹枯病资源,其中有５份材料表现免疫,他们是节节麦３４、峨观草、野燕麦、八倍体小黑麦、六倍体小黑麦;有１２份材料表现高抗,他们是斯卑尔脱小麦、峨观草（河南）、圆锥小麦、密穗小麦、二棱大麦、阿比西尼亚小麦、节节麦３４×Ｂ１８６、波兰小麦、六棱大麦、硬粒小麦、四棱小麦、茹可夫斯基小麦;有５份材料表现中抗,他们是波斯小麦、东方小麦、节节麦２８×冀麦５４１８、印度圆粒小麦、节节麦２８;只有节节麦３４×豫麦９号为高度感病。     

兼抗全蚀病和白粉病小麦新种质的创制与鉴定

TaLTP5是从小麦中分离到的一个脂质转移蛋白编码基因。利用基因枪介导法将TaLTP5表达载体pA25-TaLTP5转入抗白粉病的小麦品种扬麦18 (含抗白粉病基因Pm21)中, 旨在选育兼抗全蚀病和白粉病的小麦新种质。对转基因小麦T₀~T₃代植株中引入TaLTP5基因进行分子检测和抗病性鉴定。PCR检测、Southern杂交分析结果表明, 外源TaLTP5基因已转入、整合到3个转基因小麦株系的基因组中, 并能稳定遗传; 荧光定量RT-PCR的分析以及全蚀病菌的接种与鉴定结果表明, 与受体小麦扬麦18相比, 这3个转基因小麦株系中TaLTP5表达量显著提高, 其对全蚀病的抗性也明显增强。对3个转基因株系的Pm21分子标记和白粉病抗性鉴定表明, 外源TaLTP5基因的导入没有影响受体小麦对白粉病抗性, 说明这些转基因株系为兼抗全蚀病和白粉病小麦新种质。     

转AcAMP-sn基因抗全蚀病小麦新种质的创制与鉴定

抗菌肽是一类具有广谱抗菌性的小分子多肽,在植物防卫反应中起着重要作用。本研究人工合成了洋葱抗菌肽基因AcAMP-sn,利用基因重组技术构建了该基因的单子叶植物表达载体pAHC25::AcAMP-sn,使AcAMP-sn基因的表达受玉米Ubiqutin启动子控制。采用基因枪介导法,将AcAMP-sn基因导入小麦品种扬麦18,利用PCR、半定量RT-PCR及荧光实时定量RT-PCR检测、分析转基因小麦T0~T4代目的基因及其表达量,并对转基因植株进行全蚀病的抗性鉴定。PCR检测结果表明,导入的AcAMP-sn基因能够在转基因小麦中遗传。与受体扬麦18相比,在5个转基因小麦T4代株系中,AcAMP-sn基因的表达量及全蚀病抗性均显著提高,且全蚀病菌的相对含量明显下降,说明AcAMP-sn基因的过表达可以增强转基因小麦对全蚀病的抗性。     

小麦TaPIM1基因的克隆及其转基因烟草的抗病性分析

TaPIM1是从小麦中克隆获得的1个病原诱导的小麦MYB基因,编码由323个氨基酸残基组成的蛋白TaPIM1。TaPIM1具有R2R3类MYB转录因子的典型结构,即2个保守的MYBDNA结合域(R2和R3)、核定位位点和酸性激活区。TaPIM1的全长氨基酸序列与已克隆MYB蛋白的一致性仅为43.69%以下,为植物MYB转录因子家族R2R3亚群的一个新成员。小麦纹枯病菌(Rhizoctonia cerealis)、根腐病菌(Bipolaris sorokiniana)侵染可快速诱导抗病小麦中TaPIM1基因的上调表达,说明TaPIM1可能参与小麦对纹枯病菌、根腐病菌的防御反应。将TaPIM1基因构建到由组成型强启动子CaMV35S控制的双子叶转化载体pBI121上,通过农杆菌介导法将其转入烟草W38品系。通过卡那霉素抗性筛选和PCR检测,鉴定出转TaPIM1基因烟草T0代株系M66、M102、M110等12个株系。对转基因烟草T1代株系进行PCR、RT-PCR分析和青枯病菌抗性分析,结果表明,TaPIM1超量表达的转基因烟草株系M66、M102和M110对青枯病菌(Ralstonia solanacearum)的抗性显著高于未转基因烟草对照,TaPIM1正向调控烟草对某些病原菌的防御反应。     

小麦Mlo反义基因的转化及转基因植株的白粉病抗性分析

采用基因枪法将小麦反义Mlo基因导入扬麦158和济麦20的幼胚愈伤组织中,在含除草剂的分化培养基上经两轮筛选,获得抗性再生植株。PCR检测、PCR-Southern杂交、基因组DNA斑点杂交和除草剂BASTA抗性分析结果证实已获得转基因扬麦158和济麦20阳性植株,荧光定量表达分析亦证明Mlo基因发生沉默。对T₀和T₁代转基因植株的白粉病抗性鉴定表明,有6个转基因株系高抗白粉病。对T₁代转基因小麦接种白粉菌后孢子发育的显微观察结果显示,Mlo反义基因的导入明显加快了乳突的形成和维持时间,有效抑制了吸器的发育,因而使转Mlo反义基因材料表现抗病性。