转基因玉米pNK603质粒分子的构建与应用

随着转基因植物和相关产品的迅速发展,转基因检测相关标准物质的需求越趋紧迫,本文针对转基因玉米(Zea mays)NK603进行了质粒分子标准物质的构建和适应性研究.通过从转基因玉米NK603阳性材料中定性扩增转化体特异性片段(NK603-108bp)和玉米的内标基因片段(zSSIIb-151 bp),将得到的PCR产物酶切连接后构建到T载体上,经过酶切、PCR扩增和测序三重验证,得到了pNK603质粒分子.选用不同转基因作物的转化体特异性引物和内标准基因引物对构建的pNK603质粒分子的特异性进行检测,PCR结果显示除了特异性目的条带外,并未发现非特异性扩增.同时采用pNK603质粒分子和转基因玉米阳性基因组DNA作定量标准对已知含量的3个水平的转基因基体物质进行转基因含量测定,实时荧光定量PCR结果发现,两种标准所得到测定的数据没有达到统计学差异显著.T检验表明,PCR扩增效率、两种标准所产生的内源或外源基因的标准曲线的斜率和截距没有显著性差异.这些结果表明,pNK603质粒分子可以作为转基因玉米NK603转化体特异性的定性和定量检测用标准物质.     

转基因大豆MON89788基体标准物质的研制

转基因产品成分检测是转基因生物安全管理和标识的重要支撑,而转基因生物标准物质是获得准确、可靠、具有可比性检测结果的保证.转基因大豆(Glycine max) MON89788为我国批准进口用作加工原料的农业转基因生物,因此,制备转基因大豆MON89788基体标准物质是对其进行安全管理所必需的.本研究通过将转基因大豆MON89788和其受体材料A3244分别冷冻研磨成粉末,按质量分数称量配制,得到转基因含量为49.3 g/kg的标准物质.采用方差分析法(F检验法)进行均匀性检验,统计量F值为1.618,小于临界值F(0.05,11,24)标准物质均匀性良好;短期稳定性考察结果表明,标准物质可在常温下稳定储存4周,在-20℃下长期稳定性达到30个月.本批MON89788基体标准物质有两个特性量值,一是基于重量法配比混合的粉末质量分数,量值为49.3 g/kg,扩展不确定度为2.0 g/kg;二是基于qRT-PCR 8家实验室联合定值的转基因DNA与总DNA的质量分数,量值为49.8 ng/μg,扩展不确定度为5.9 ng/μg.本批标准物质每瓶1.0 g,使用时最小取样量为100mg,可用于对转基因大豆MON89788进行定性和定量检测,以及转基因大豆MON89788特异性检测方法的评价和实验室质量控制.本研究为我国转基因检测基体标准物质的研制提供了理论基础和技术支持.     

水稻淀粉分支酶基因(RBE4)作为转基因水稻基体标准物质的内标准基因的研究

内标准基因(endogenous reference gene)是指具有物种专一性、不显示等位基因变化、拷贝数恒定的保守DNA序列,对基因定量分析时具有重要意义.本研究选取了5个水稻内标准基因:根部表达的水稻基因(rice root-specific,GOS9)、磷脂酶D基因(phospholipase D,PLD)、蔗糖磷酸合成酶基因(sucrose phosphate synthase,SPS)、水稻淀粉分支酶基因(rice starch branching enzyme,RBE4)、泛素蛋白基因(ubiquitin 5,UBQ5)和2个外源基因:苏云金芽孢杆菌CrylAb杀虫晶体蛋白基因CrylAb和cryl Ab/cryl Ac融合杀虫晶体蛋白基因(CrylA c/CrylAb),分别以转基因水稻(Oryza sativa L.)克螟稻2号和TT51-1为模板,比较各自的外源基因(CrylAb =KMD2和CrylA c/CrylA b=TT51-1)与5个内源基因的PCR产物量,筛选出和外源基因PCR产物量最接近的内标准基因为RBE4.在此基础上,数字PCR不依赖于已知浓度的标准曲线来定值,可以避免标准样品的标准曲线和样品目的基因的扩增曲线在扩增效率上的不一致等因素所带来的误差,定值结果更加准确、可靠,采用数字PCR分析外源基因拷贝数与内标准基因RBE4拷贝数的比值,荧光定量PCR方法分析内标准基因RBE4和外源基因的定量检测稳定性、灵敏度等.结果表明,外源基因拷贝数与内标准基因RBE4拷贝数的比值在转基因水稻克螟稻2号和TT51-1上都较接近于1∶1,分别为115.9％和105.3％.RBE4的荧光定量PCR体系重复性、定量检测稳定性和灵敏度好,符合作为转基因水稻基体标准物质定量分析的内标准基因的要求,RBE4定量体系在TT51-1和克螟稻2号的最小检出限(LOD)分别为5～11 copies/μL和3～12 copies/μL,最小定量限(LOQ)分别为11～22和12～24 copies/μL.RBE4是转基因水稻标准物质研制和产品定量检测的适宜内标准基因.研究结果为转基因作物标准物质研制和定量检测的内标准基因选取提供一定的参考.     

转基因植物标准物质研究进展

转基因产品的安全性一直都备受关注,因此转基因产品的定性、定量检测越来越重要,而转基因标准物质的使用是转基因产品检测结果有效和可比的重要保证.本文针对国内外转基因植物标准物质的研究现状及相关技术进行综述,重点介绍了转基因植物标准物质的种类、转基因标准物质定值技术,分析了转基因标准物质研制过程中的关键点.更重要的是综述并提出了质粒DNA分子标准物质的定值模式,包括如何合理评价质粒分子可替代性问题,此外还总结了目前国外转基因标准物质的种类,目的是为我国转基因植物标准物质研制和相关研究提供有价值的参考.     

实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测转基因成分的数据分析及其标准化研究

在利用实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR,q RT-PCR)检测转基因成分的含量时,数据分析的规范化与标准化对保证实验数据的准确性及实验室间数据的可比性具有重要意义。本研究以转基因玉米(Zea mays)NK603为研究材料,分析了分别以q RT-PCR中3次平行反应的单个Ct值和3次平行反应Ct值的平均值所绘制标准曲线的差异;分析了分别以盲样3次平行反应的Ct平均值和3次平行反应的拷贝数平均值(算术平均值或几何平均值)计算转基因成分含量的差异;并研究了结果准确性判定的方法。结果表明,标准曲线应基于单个Ct值;在计算转基因成分的含量时,Ct值应取算术平均值,拷贝数应取几何平均值;最后通过比较样品的测量结果与标准值之间的差异是否显著(UΔ>Δm,表明测量结果的平均值与样品的标准值无显著差别)来判断实验结果的可靠性。本研究为转基因产品检测中q RT-PCR实验数据处理的标准化提供了参考资料。     

转基因棉花GHB119品系特异性定量PCR检测方法的建立

为了保障和促进我国口岸进口转基因产品安全相关法律法规的顺利实施,针对我国农业部未颁发农业转基因生物安全证书的棉花品系GHB119,本研究利用TaqMan实时荧光PCR(Real-time PCR)技术,根据转基因棉花(Gossypium sp.)GHB119 3'端外源插入片段与棉花基因组DNA之间的邻接区序列设计引物和探针,并对引物、探针以及扩增体系进行了筛选和优化,建立了转基因棉花GHB119品系特异性实时荧光定量PCR检测方法。结果表明,建立的检测方法特异于转基因棉花GHB119成分检测,检测下限(limit of detection,LOD)为10拷贝的基因组DNA,定量下限(limit of quantification,LOQ)为25拷贝GHB119基因组DNA,对盲样的定量结果显示,测定值与设定值间的偏差(bias)、标准偏差(standard deviation,SD)、相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)等均在可接受范围内。本研究建立的GHB119品系特异性实时荧光定量PCR检测方法特异性好,灵敏度高,能够快速、准确地对混合样品中转基因棉花GHB119成分进行定量检测分析。     

实时荧光PCR检测转基因大豆外源基因的拷贝数

快捷、准确地检测转基因植物中外源基因的拷贝数,是转基因生物育种的重要研究内容,具有较大的应用前景。本研究以7个抗虫BT(Bacillus thuringiensis)和抗草甘膦EPSPS-G10转基因大豆事件为材料,以SYBR Green I为荧光染料,利用实时荧光定量PCR方法,根据PCR反应获得的Ct值与起始模板数的对数值存在线性反比关系这一原理,建立了相关性系数在0.99以上的模板定量标线。通过目的基因与内参基因——大豆肌动蛋白编码基因ACTIN的起始模板量比较,估算出各株系的目的基因拷贝数。数据显示,株系1、2、3和4的2个基因均为单拷贝,株系6的2个基因均有2个拷贝,株系5和7的2个基因的拷贝数为3。利用Southern印迹方法对材料1~4的拷贝数进行验证,结果表明,两者的检测结果基本一致,证明实时荧光PCR检测法是大豆外源基因拷贝数检测中快速有效的方法。实时荧光PCR高效快速检测基因拷贝数,对于大规模转基因株系的外源基因拷贝数检测应用具有重大意义。     

多重PCR筛查检测进口转基因玉米

为获得进口转基因玉米筛查检测策略,并根据策略建立多重PCR方法,对15个进口转基因玉米分子特征进行分析。结果表明,将P-Ca MV 35S、T-NOS等2个基因组合作为检测策略可全部检出15个进口转基因玉米至少1次;将P-Ca MV 35S、P-ract1、T-NOS、bar、pat、PMI等6个基因组合作为检测策略,除MON810检出1次外,其他每个转化体可检出至少2次。同时,利用获得的筛查检测策略建立多重PCR体系,对2个基因组合的策略优化,结果表明适宜退火温度为58℃,适宜引物终浓度(μmol·L-1)配比为0.2∶0.2;对6个基因组合的策略优化,结果表明适宜退火温度为60℃,引物终浓度配比为0.2∶0.1∶0.1∶0.1∶0.1∶0.05。采用已知样品对多重PCR体系进行验证,图谱显示与转化体分子特征完全一致。该研究结果将为进口转基因玉米筛查检测提供参考。     

转基因产品检测标准物质的定值和不确定度研究进展

转基因产品检测标准物质(genetically modified organisms detection reference materials,GMOs detection RMs)是转基因生物(genetically modified organisms,GMOs)安全监管、转基因产品定性与定量检测、检测方法研究与标准化工作中必不可少的物质基础。为了解决我国转基因产品检测标准物质匮乏的问题,我国启动了转基因产品检测标准物质研制研究课题,旨在借鉴欧盟和美国等研制转基因产品检测标准物质的先进经验,建立适合中国国情的转基因产品检测标准物质研制体系,以满足我国转基因生物安全性评价和监管的需求。本研究针对国际上转基因产品检测基体、基因组DNA和质粒DNA不同类型标准物质的研制流程与量值表达方式进行概述,阐述了不同类型标准物质量值不确定度的评定方式,分析目前转基因产品检测标准物质研制中存在的问题,为我国转基因产品检测标准物质的研制提供参考资料,为标准物质的定值和不确定度的评定提供理论依据。     

不同转化方法获得的转基因棉花外源基因拷贝数分析

转基因植物中外源基因拷贝数是影响其自身表达水平与遗传稳定性的重要因素.本研究旨在比较农杆菌介导法、基因枪轰击法和花粉管通道法等3种常用方法转化同一植物表达载体的转基因棉花(Gossypium hirsutum)中外源基因拷贝数的差异.本文主要采用实时定量PCR技术及相应的PfaffI分析法检测转基因棉花单株拷贝数,并与Southern杂交做了相互验证.实时定量PCR研究结果显示,农杆菌介导法、基因枪轰击和花粉管通道注射法获得的T0代转化体中,外源基因拷贝数为1～2的单株占群体总数的百分比分别为26.2%、60%和42.8%.外源基因拷贝数为3～5的单株比例分别为47.5%、40%和57.1%.另外,农杆菌介导获得的转基因群体中有高达27.3%的单株整合有5拷贝以上的外源基因,而基因枪轰击和花粉管通道注射法获得的转基因群体中没有发现5拷贝以上的转基因单株.研究结果表明,基因枪轰击和花粉管通道注射法均能获得较高比例低拷贝(1～3拷贝)的转化体.本研究结果对棉花转基因育种中转化方法的选择有一定的理论指导意义.     

利用QuantStudioTM 3D数字PCR分析转基因玉米MON863含量

QuantStudioTM 3D数字PCR (QuantStudioTM 3D digital PCR,3D-dPCR)是一种基于超高密度亲疏水微孔芯片实现数字PCR分液原理的新型核酸绝对定量平台,在转基因生物定量领域具有极大的应用前景.本研究基于3D-dPCR平台,以转基因玉米(Zea mays)MON863混合样品为例,建立基于单重和双重数字PCR体系的转基因生物(genetically modified organisms,GMOs)含量分析方法.与传统qRT-PCR比较发现,在缺乏样品纯度、纯合度信息的情况下,数字PCR能够较好地排除这些因素的影响,测定准确的量值.研究结果表明,QuantStudioTM 3D数字PCR是一种适用于转基因生物含量分析的精确定量方法,还可反映转基因玉米种子的基因型.本研究基于3D-dPCR建立的转基因玉米MON863单重和双重定量方法为转基因检测提供了新的方法和参考.     

Comparison of the nutritional profile of glyphosate-tolerant corn event NK603 with that of conventional corn (Zea mays L.)

The composition of glyphosate-tolerant (Roundup Ready) corn event NK603 was compared with that of conventional corn grown in the United States in 1998 and in the European Union in 1999 to assess compositional equivalence. Grain and forage samples were collected from both replicated and nonreplicated field trials, and compositional analyses were performed to measure proximates, fiber, amino acids, fatty acids, vitamin E, nine minerals, phytic acid, trypsin inhibitor, and secondary metabolites in grain as well as proximates and fiber in forage. Statistical analysis of the data was conducted to assess statistical significance at the p < 0.05 level. The values for all of the biochemical components assessed for corn event NK603 were similar to those of the nontransgenic control or were within the published range observed for nontransgenic commercial corn hybrids. In addition, the compositional profile of Roundup Ready corn event NK603 was compared with that of traditional corn hybrids grown in Europe by calculating a 99% tolerance interval to describe compositional variability in the population of traditional corn varieties in the marketplace. These comparisons, together with the history of the safe use of corn as a common component of animal feed and human food, support the conclusion that Roundup Ready corn event NK603 is compositionally equivalent to, and as safe and nutritious as, conventional corn hybrids grown commercially today.     

玉米根际土壤芽胞杆菌的多样性

为了解玉米(Zea mays)不同品种根际芽胞杆菌种群多样性信息,本研究采用稀释平板法,对10个玉米品种根际的芽胞杆菌进行了分离,并对其进行16S r RNA序列分析。结果表明,从10个玉米品种根际共分离到69个形态差异的芽胞杆菌菌株;16S r RNA序列分析表明,69个菌株鉴定为23个种,归属于3个属,芽胞杆菌属(Bacillus)、赖氨酸芽胞杆菌属(Lysinibacillus)和嗜冷芽胞杆菌属(Psychrobacillus),其中芽胞杆菌属的种类和数量最多。玉米不同品种根际的芽胞杆菌的种类数量不同,QB662×QB2219和QB1013×QB446根际分离到的芽胞杆菌种类最多,均为8种;J106×QB572的芽胞杆菌菌落含量最高。玉米根际的优势种群主要为嗜气芽胞杆菌(B.aerophilus)、阿氏芽胞杆菌(B.aryabhattai)、简单芽胞杆菌(B.simplex)和苏云金芽胞杆菌(B.thuringiensis),其他芽胞杆菌种类仅在一种或少数的玉米品种出现。QB662×QB2219根际的芽胞杆菌种类香农-威纳(Shannon-Wiener)指数(H)最大;QB948×QB48根际的芽胞杆菌种群香农-威纳多样性指数次之,但均匀度指数最高;J106×QB572的多样性指数和均匀度指数皆最低。菌株FJAT-17411、FJAT-17472、FJAT-17430和FJAT-17442与Gen Bank中已报道16S r RNA基因序列的相似性为97%~98%,可能为芽胞杆菌的新种。本研究结果表明,玉米根际具有较为丰富的芽胞杆菌种群多样性,并存在一些潜在的新的微生物菌种资源。本研究对芽胞杆菌资源的开发和利用提供良好的实验材料和理论基础。     

玉米中植酸代谢及其育种

植酸及其代谢中间体具有重要的生物学功能.禾谷科和油料作物的种子中积累了丰富的植酸.植酸既是一种抗营养因子,也是一种重要的健康因子.然而自植酸被发现至今,人们对于其在植物中的合成过程仍然知之甚少,对其生物学功能更是缺乏全面的了解.近年来,有关于植酸代谢及其功能分析的研究逐渐引起了人们的关注.在玉米(Zea mays)、水稻(Oryza sativa)、大豆(Glycine max)中,人们发展、分离了一系列的低植酸突变体,以期降低种子中的植酸含量,从而获得可用于生产的、能够增强动物磷和矿质营养利用效率并能降低环境污染的新品种.早期的研究发现,植物中植酸的合成途径有两条:依赖于磷脂酰的合成途径和不依赖于磷脂酰的合成途径.有证据表明,作物种子中植酸的积累主要是不依赖于磷脂酰途径的贡献.玉米是中国主要的粮食和饲料作物,关注玉米中植酸代谢和育种的相关研究将有利于动物营养强化以及人类和环境健康.本文综述了植酸的生物学功能以及植酸代谢研究现状,分析并总结了植酸的代谢通路,评述了植酸在玉米中代谢的研究成果,为今后植酸代谢相关的研究提供参考.     

玉米性分化调控机制的研究进展

玉米是雌雄同株异花植物，成为研究植物性分化的重要模式植物。玉米雄花着生在顶生分枝的雄穗上，雌花着生在腋生的不分枝穗上。雌花和雄花发育前期，含有雌，雄蕊原基，表现为两性花发育特征，只是后期雄花中雌蕊和雌花中雄蕊分别退化败育。雌蕊和雄蕊退化分别与雌性化功能基因和雄性化基因作用有关。     

Thermal Properties of Starch from Selected Maize (Zea mays L.) Mutants During Development

The changes in thermal properties of maize starches during five stages of kernel maturity, (12, 18, 24, 30, and 36 days after pollination [DAP]), from three mutant genotypes, amylose extender (ae), sugary-2 (su₂), and waxy (wx) in an OH43 background, and the OH43 genotype were studied using differential scanning calorimetry (DSC). Within a genotype, DSC values of starches at 24, 30, and 36 DAP were similar to each other and often were significantly different (P < 0.05) from the values at 12 DAP, indicating possible differences in the fine structure of starch during endosperm development. For su₂ starches, the gelatinization onset temperature (T_oG) significantly decreased after 12 DAP and remained low throughout the study. The gelatinization range (R_G) had a similar pattern. For wx starches, T_oG at 18 DAP was significantly lower than at 12 DAP but tended to increase after 18 DAP. The R_G increased significantly after 12 DAP and significantly decreased after 30 DAP. Thus, thermal properties of starches during early development were different from those of their mature counterparts, and differences among the mutant genotypes and the normal starch originated from the earliest endosperm development stage studied (12 DAP).     

Maize (Zea mays L.) genetic factors for preventing fumonisin contamination

Fusarium moniliforme and Fusarium proliferatum are the most frequently isolated fungi from maize (Zea mays L.) in Spain. Both Fusarium species produce toxins potentially dangerous for animals and humans, the fumonisins being the most significant of those toxins. White maize is preferred for human consumption, and extra care should be taken to avoid kernel mycotoxin contamination. The objectives of this study were to identify and quantify kernel infection by Fusarium spp. and contamination by fumonisin on white maize hybrids, to search for white maize sources of resistance to infection by Fusarium spp. and mycotoxin contamination, and to preliminarily study the genetics involved in such resistances. Ten F(1) single crosses derived from a diallel mating design among five white maize inbreds were evaluated in a randomized complete block design with three replications in 2002 at two locations. Fusarium verticilloides and F. proliferatum were detected on kernels of white maize hybrids cultivated in northwestern Spain. No differences in fungal infection were found among maize genotypes, but differences in fumonisin contamination were significant and could be related, in part, to differences in husk tightness. Among the genotypes studied, general combining ability (GCA) effects were the most important for resistance to fumonisin contamination. Inbreds EP10 and EC22 showed the most favorable GCA effects for husk tightness and fumonisin content, and the cross between them, EP10 x EC22, had the most favorable specific combining ability (SCA) effect for husk tightness. Inbreds EP10 and EC22 showed favorable GCA effects for fumonisin contamination and husk tightness, and the cross EP10 x EC22 was the only one with an average fumonisin level below 1 mug/g. Although this should be confirmed with more extensive studies, white maize inbreds developed from white maize landraces could be sources of resistance to fumonisin contamination.