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.     

转基因技术在水产动物中的运用

水产养殖业是动物性食物生产增长速度最快的领域,采用现代生物技术以满足人们对水产养殖产品的数量和质量增长的需求日益迫切。在水产养殖动物中已经发展了显微注射、电穿孔、基因枪轰击、精子介导、直接混合、脂质体介导、电穿孔精子载体、生殖腺直接注射等转基因方法,各种方法各有优缺点,针对不同的动物和不同的目的可以选择其中一种方法或几种方法结合使用。鱼类的转基因技术和应用发展较为成熟,但在虾类和贝类中还不稳定,目前主要集中在发展有效的转基因技术上;影响转基因技术在水产动物中的因素除技术的稳定性和基因的整合率外,转基因动物的生态和遗传风险也需要高度关注。     

Sleeping Beauty (SB)转座子介导增强型绿色荧光蛋白基因(EGFP)体内转染鸡胚胎

为了探索转座子介导技术在鸡胚中的转染效果,本研究采用鸡蛋开窗法将Sleeping Beauty (SB)单质粒转座载体pT2-SV40-EGFP-SB11注射至孵化36 h鸡(Gallus domes ticus)胚盘中,同时设开窗不注射组和不开窗组.利用体视荧光显微镜和RT-PCR方法检测增强型绿色荧光蛋白基因(EGFP)表达率,并比较不同阶段的胚胎成活率、孵化率以及蛋重变化.结果表明,EGFP在鸡胚胎中获得较高的表达率(40％～89％);开窗组和不开窗组在胚胎发育早期蛋重变化差异不显著(P＞0.05),而后期开窗注射组的蛋重比例显著低于不开窗组(P＜0.05);三组胚胎的成活率和孵化率在整个发育过程中变化显著(P＜0.05).本实验初步证明了经改良的鸡蛋开窗法可用于鸡胚转基因研究,并初步建立了SB转座子介导外源基因在鸡胚中转染方法.     

CRISPR/Cas9介导绵羊成纤维细胞MSTN基因突变系统的构建

肌肉生长抑制素(myostatin,MSTN)是肌肉生长负调控因子,MSTN基因突变可造成MSTN生物学功能缺陷,从而引起动物的双肌性状。本研究旨在筛选靶向绵羊(Ovis aries)MSTN基因的高效单导向RNA(single-guide RNA,sgRNA),并构建可标记表达载体,以提高CRISPR/Cas9(clustered regulatory interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9)介导的绵羊MSTN基因突变效率。利用Gibson Assembly法将增强绿色荧光蛋白(enhanced green fluorescent protein,EGFP)序列与串联表达原件2A序列插入pX330质粒载体中,构建pX330-EGFP质粒载体,并将设计好的12个sgRNA寡核苷酸链以Golden Gate法分别连入pX330-EGFP质粒载体,以构建12个不同的pX330-EGFP-sgRNA质粒表达载体;将构建好的pX330-EGFP-sgRNA表达载体以电转染的方法分别转入12组绵羊成纤维细胞,48 h后提取各组部分细胞基因组,利用SURVEROR分析初选获得3个具有靶向效果的细胞群(T2,T9,Q2),其对应转染质粒为pX330-EGFP-sgRNA;之后分别提取3组细胞中的阳性转染细胞基因组,扩增MSTN基因并进行测序分析,得出sgRNA-T2、sgRNA-T9、sgRNA-Q2的打靶效率分别为40%、40%、60%。本研究通过构建表达绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)的pX330-EGFP-sgRNA表达载体,成功筛选到高效靶向绵羊MSTN基因的sgRNA,并获得准确的编辑效率,为后续其他基因sgRNA的筛选提供了借鉴,并为MSTN基因编辑羊的生产提供科学依据。     

建鲤生长抑制素基因(MSTN)的分离、表达及多态性与体型、平均日增重相关性研究

肌肉生长抑制素(myostatin,MSTN)是近年来发现的肌肉生长负调控因子,属转化生长因子p(transforming growth factor-β,TGF-β)家族.本实验使用PCR方法从建鲤(Cyprinus carpio var.jian)基因组分离到4个jlMSTNs基因,4个基因具有相同的基因结构,同源性分析表明,两两分属于鱼类MSTN1和MSTN2,分别命名为jlMSTN1a、jlMSTN1b、jlMSTN2a和jlMSTN2b.jlMSTN1s和jlMSTN2s的两旁基因阅读框碱基相似性很高,分别为96%和94%,但内含子存在着长度和序列差异,jlMSTN2a两内含子明显比jlMSTN2b长,分别为1 384、1 763 bp和879、835 bp.jlMSTNs在不同组织的表达量以及各基因上SNP位点数表明,jlMSTN1s所受的选择压力高于jlMSTN2s;jlMSTN2a所受的选择压力大于jlMSTN2b.本实验还筛选到与建鲤体型和平均日增重相关的SNP位点各1个,可作为辅助育种标记.     

ICSI介导生产转基因牛胚胎影响因素的研究

采用牛体外成熟卵母细胞和冷冻解冻的精子为材料,以pEGFP-N1为模式基因,探讨DNA浓度、精子质膜破损方法、注射台温度对牛精子胞质内注射（ICSI）介导转基因效果的影响。结果表明：线性pEGFPN1质粒DNA浓度为5μg/mL、10μg/mL两组的早期胚胎发育率显著高于50μg/mL组（19.8%,16.7%VS 7.9%,p〈0.05）。以冻融、TritonX100、超声波断尾三种方法破损精子质膜,冻融组的囊胚发育率（24.7%）最高,且冻融组的早期胚胎基因表达率极显著高于超声断尾组（41%VS 20.5%,p〈0.01）;当分别在25℃、38℃的注射台进行显微注射时,两组之间胚胎的囊胚率无显著差异（p〉0.05）,但二者之间胚胎的基因表达率差异显著（46.83%VS 28.57%,p〈0.05）。以上结果表明：（1）牛精子转染外源GFP基因的浓度不宜过高,转染高浓度的DNA会影响胚胎发育;（2）精子质膜是阻碍外源DNA与牛精子相结合的主要因素,将精子冻融处理可有效破损其质膜,利于精子与外源DNA的结合,从而提高ICSI介导转基因效率;（3）25℃和38℃热台温度对牛ICSI胚胎的早期发育无影响,但25℃热台温度可提高牛ICSI介导转基因的效果。     

不同精子处理对应用ICSI—Tr技术生产转基因水牛胚胎效率的影响

本文主要探讨了不同精子处理对应用显微授精介导（intracytoplasmic sperm injection-mediatedtrans-genesis,ICSI-Tr）生产转基因水牛胚胎效率的影响。本试验以p18T—BCN5．2-IFN-1．1pA—EGFP为载体,比较了精子的不同处理方式（NaOH和冻融）、NaOH处理精子不同时间（5min,10min,20min,30min和60minl以及不同外源DNA浓度（5ng／μL,10ng／μL,25ng／μL和50ng／μL）对ICSI-Tr转基因效率的影响。结果显示：NaOH处理组的囊胚EGFP表达率（46．1％）,与冻融精子处理组（47．1％1差异不显著,但发育率显著高于冻融处理精子组（28．3％VS16．7％,P〈0．05）。处理60min组和30min组的分裂率分别为78．9％和77．5％,显著高于20min、10min和5min组的64．0％、60．0％和64．0％（P〈0．05）,其中30min处理组的囊胚EGFP表达率高达44．4％,显著高于其它处理组（P〈0．05）。25ng／μL组和50ng／μL组的早期胚胎EGFP表达效率差异不显著（41．3％VS42．5％）,但显著高于5ng／肚组和10ng／μL组（22．5％和35．5％）,25ng／μL组的囊胚EGFP表达效率显著高于其它组（P〈0．05）。本研究优化了应用ICSI-Tr生产转基因水牛胚胎技术体系,为获得ICSI-Tr转基因水牛奠定了良好的工作基础。     

多位点基因打靶技术的鳜鱼体内实验研究

在转基因动物的研究中,一般采用随机插入的方法。基因在受体动物的基因组中随机整合,严重制约了转基因动物外源基因的稳定遗传,是转基因动物研究亟待解决的问题。转基因定点整合技术,即基因打靶技术是解决上述问题的重要途径,但是基因打靶存在打靶效率太低的问题。本研究小组已建立了体外动物细胞的多位点基因打靶技术,并构建了用于鳜鱼的体内多位点基因打靶的打靶载体,本文开展多位点基因打靶技术的鳜鱼体内实验研究。以鳜鱼rDNA基因(编码rRNA的基因)及其间隔序列作为同源重组引导序列,构建含干扰素基因的打靶载体,以其间隔序列为靶位点,针对鱼类胚胎发育特点,采用精子介导技术进行多位点基因打靶,最终获得定点整合干扰素基因的鳜鱼,并建立一套适用于动物的基因定点敲入的体内基因打靶技术。主要研究内容如下:(1)采用组织培养方法,获得鳜鱼头肾淋巴细胞和脾淋巴细胞,采用脂质体介导法使多位点基因打靶载体在鳜鱼的细胞上实行基因转移。采用正负筛选方法,利用筛选药物G418和GCV(更昔洛韦)筛选转染后的细胞两周后,对存活细胞进行DNA水平和RNA水平鉴定。结果证明了干扰素基因在鳜鱼细胞上实现了定点整合和稳定表达。(2)利用精子介导法将经线性化处理后的多位点基因打靶载体在鳜鱼的胚胎上实行基因转移。(3)根据靶位点定点整合的正负筛选原理,利用筛选药物G418和GCV筛选与富集定点整合后的阳性鱼胚或鱼苗,结果成功孵化出106尾转基因鳜鱼鱼苗。(4)培育6个月后,取20尾转基因鳜鱼进行鉴定。采用PCR、RT-PCR、测序等方法进行定点整合的鉴定。结果表明:6尾检测到已转入的基因——干扰素基因,其中有3尾实现了定点整合并表达。本研究率先将多位点基因打靶技术应用到转基因鱼的研究中,建立一套适用于鱼类的高效、安全的多位点基因打靶技术,并获得外源基因定点整合并表达的鳜鱼。     

转EGFP基因猪羊水干细胞的体外分化

目的：获得转EGFP基因猪羊水干细胞并监测其自我更新、增殖和多向分化潜能。方法：利用羊水干细胞培养技术体系,从胎龄30 d猪胎儿羊水中分离培养羊水干细胞,通过脂质体介导转染技术,将EGFP基因导入羊水干细胞,诱导转基因羊水干细胞贴壁分化,观察其体外增殖、分化特点。采用RT-PCR技术检测干细胞和分化细胞表面标志或相关基因。结果：成功分离培养出羊水干细胞,获得转EGFP基因羊水干细胞,羊水干细胞在表达EGFP的同时仍具有多向分化潜能。羊水干细胞中β-Actin、NogoA、DCX、CyclinD2、CD133、Hes1、Oct4、Desmin、CD-90、Nanog和Sox2表达阳性;体外诱导的羊水干细胞可以分化为星形胶质细胞(表达GFAP)、少突胶质细胞(表达GalC)和神经元细胞(表达NF、NSE和MAP2);能分化为脂肪细胞（表达LPL和PPARγ-D）、成骨细胞（表达Osteonectin和Osteocalcin）、肌细胞（表达myf-6和myoD）和内皮细胞（表达CD31、CD34、CD144 和eNOS）。结论：从猪胎儿羊水分离羊水干细胞具有可行性和有效性,转EGFP基因羊水干细胞具有自我更新、增殖和多向分化潜能,可以用EGFP对羊水干细胞进行标记、追踪。     

实时荧光定量PCR技术在转基因猪生长激素基因差异表达中的应用

为确定猪生长激素基因(pGH)在F1代转基因猪体内的遗传稳定性及其在育肥初期表达水平的差异,利用SYBRGreenⅠReal-time PCR法检测精子介导纳米基因载体法获得的F0代母猪与非转基因公猪配种所产的7头转pGH基因猪和9头非转基因猪3月龄生长激素的表达水平。根据16个血液样品荧光定量结果绘制溶解曲线和扩增曲线图谱,并用F=(1+E)﹣ΔΔCt,公式进行Ct均值的分析,得出F1代转pGH基因猪生长激素平均表达水平是同期非转基因猪的1.77倍。结果证实,1)外源pGH基因在转基因猪体内能稳定传代;2)并非每头转基因猪体内pGH基因的表达量均高于非转基因猪;3)在F1代转基因猪体内,pGH的平均表达水平显著高于同期非转基因猪。本实验建立了能够稳定测评家猪生长激素相对基因表达水平的方法,为研究转基因与非转基因动物之间生理指标与定量表达的差异性等提供了科学依据。