过表达NtHD20降低烟草腺毛密度

为解析NtHD20 (LOC107765920)基因对烟草腺毛发育的功能,将NtHD20在烟草(Nicotiana tabacum cv. Xanthin)中过表达,观察腺毛形态及数量变化,检测腺毛密度调控基因表达水平,测定内源激素含量。结果表明,NtHD20在烟草花中表达量最高,根中最低,表达具有组织特异性;过表达植株中烟草腺毛密度显著降低,腺毛密度正调控基因NtMYB123-like (LOC107773379)、NtWo-like (LOC107766155)与NtabSPL6-1 (LOC1-07789814)表达量分别为野生型植株的0.14、0.48与0.49倍,负调控基因NtCycB2 (Nitab4.5-0014697g0010.1)为野生型植株1.77倍,同时烟草ABA与JA含量显著降低,分别为野生型植株的0.56与0.16倍。表明NtHD20是烟草腺毛发育的负调控因子,可能通过ABA与JA两种激素协同介导下调腺毛发育重要基因(abSPL6-1,MYB123, Wo),同时上调细胞周期蛋白基因NtCycB2,从而降低烟草腺毛密度。     

过量表达NtCAF1基因对烟草腺毛密度的影响

为研究NtCAF1基因对烟草腺毛密度的影响,本研究通过构建NtCAF1过表达载体,并对获得的过表达烟草植株进行分析。结果表明,NtCAF1(KC 480443)在烟草叶片中表达量最高;同时,构建NtCAF1过表达载体并通过农杆菌介导的叶盘法遗传化烟草,筛选获得过表达NtCAF1的阳性转基因株系19个;对这些转基因株系叶片腺毛密度进行统计发现,过量表达NtCAF1烟草叶片的腺毛密度较野生型而言显著增加70%;此外,与野生型相比,过量表达NtCAF1烟草叶片的脱落酸(ABA)和赤霉素(GA₃)含量也显著升高。然而,茉莉酸(JA)含量无显著差异。结果表明,NtCAF1可能通过ABA和GA₃激素介导调节烟草腺毛密度变化。     

GmCYP78A5基因启动子的克隆及表达分析

利用PCR技术从大豆(Glycine max L.Merrill)中分离了细胞色素P450基因(cytochrome P450,CYP-78A5)的启动子,序列分析结果表明,扩增片段大小为1 650 bp,与已报道序列的相应区域同源性达99.21%。RT-PCR结果表明,CYP78A5基因在大豆不同组织中的表达存在差异,在未成熟种子中表达水平较高,在茎(上胚轴与下胚轴)中有微弱表达,而在根、叶、花组织中不表达。将该启动子片段与GUS报告基因融合在一起,构建了植物表达载体,并用农杆菌介导法导入了烟草(Nicotiana tabacum)中。对转基因烟草植株中的GUS表达分析表明,Gm CYP78A5启动子可驱动GUS报告基因在转基因烟草的幼苗根上部组织、花器官的花萼和花柄组织及种子中高效表达,而在其他部位均未检测GUS活性。     

超量表达CsADH17基因提高烟草抗旱性及香气成分分析

乙醇脱氢酶是植物香气物质合成的脂肪酸代谢等途径中的关键酶之一,对茶叶芳香物质的形成有着重要作用,因此探究CsADH17基因有利于茶树的生长发育与品质提升。以本课题组前期筛选的CsADH17基因为研究对象,克隆CsADH17基因并构建植物表达载体,遗传转化烟草,对转基因烟草非生物胁迫下CsADH17的表达量和相关生理指标进行测定与分析。结果表明,对转基因与野生型烟草进行模拟干旱胁迫后,转基因烟草植株在干旱胁迫处理下的CsADH17基因相对表达量比野生型植株高。野生型烟草植株和CsADH17转基因烟草植株在干旱胁迫处理21 d后,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性均高于野生型烟草;胁迫处理后,野生型烟草叶片中丙二醛(MDA)含量显著高于转基因烟草。香气成分分析,转基因烟草苯甲醛比野生型含量提高了44.4%,而烟碱含量比野生型提高不到5%。CsADH17基因在烟草干旱胁迫下具有抗旱作用,同时影响烟草的香气成分,为进一步揭示CsADH在茶树生长发育以及抗逆响应中提供参考。     

异源表达盐单胞属(Halomonas)周质磷酸盐结合蛋白基因PBP降低转基因烟草砷积累研究

为探讨PBP基因在异源烟草中的生物学功能,筛选出低砷(As)积累亲本烟草种质。以转PBP基因烟草T₂代种子和野生型烟草(Nicotiana tabacum K326)种子为材料,利用Real-time PCR分析外源PBP的时空表达模式,测定As胁迫下转基因烟株抗氧化酶(AOEs)活性变化及分析转基因烟草株系中As积累差异。AOEs活性测定表明,As胁迫第5天时CK植株中SOD和POD酶活性达到极值,分别为80.25 U/g和152.02 U/g,显著高于转基因植株;在胁迫后期(3～5 d) CK植株中H₂O₂和MDA含量也显著高于转基因植株。另外,在第7天和14天时转基因植株中As含量比CK植株均显著降低。离子转运蛋白基因表达分析表明,As胁迫不仅诱导转基因植株PBP基因表达显著上调,而且也引起转基因和CK植株中HAK1和PHT4等通道蛋白基因的显著上调,且CK植株中HAK1和PHT4的平均表达水平为转基因植株的1.5倍和3.75倍。外源PBP基因导入可有效降低转基因烟草对As的积累。     

高粱Na~+转运蛋白基因SbSKC1的克隆及其在烟草中的抗盐功能鉴定

钠离子转运蛋白基因在植物抵御逆境胁迫中起重要作用,本研究克隆了高粱钠离子转运蛋白基因SbSKC1(XM_002457691.1),其完整开放阅读框包含1497个核苷酸,编码498个氨基酸残基。氨基酸序列比对及进化树分析表明,SbSKC1与玉米(Zea mays)LOC100382359(NP_001162576.1)具有高度相似性。构建pSH-SbSKC1植物表达载体,利用农杆菌介导法将SbSKC1转入烟草(Nicotiana tabacum cv.Xanthin)。转基因植株经PCR验证后进行300 mmol L~(–1)NaCl胁迫处理,转基因植株的存活率高于野生型,其根长显著高于野生型,而且转基因烟草保持了较高的钾钠离子比。盐胁迫后,转基因烟草的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性显著高于野生型,而过氧化氢(H_2O_2)含量比野生型烟草低37.7%。根据以上结果推断,过量表达SbSKC1基因能够提高烟草的抗盐性。     

黄花蒿腺毛细胞中过表达AaADS基因显著提高青蒿素含量

为研究青蒿素合成的关键酶基因AaADS过表达对黄花蒿腺毛发育和青蒿素含量的影响,本研究根据GenBank收录的黄花蒿AaADS基因启动子和cDNA序列设计引物,采用同源克隆的方法从黄花蒿品种(428-A)中扩增出AaADS基因启动子和cDNA序列。构建GUS报告载体AaADSpro::GUS和植物表达载体AaADSpro::AaADS,利用农杆菌介导的叶盘转化法转化黄花蒿。通过对转基因植株叶片腺毛的GUS基因活性检测和不同组织器官AaADS基因RT-PCR半定量分析,以及过表达AaADS基因的植株叶片下表皮腺毛荧光显微观察、统计和植株青蒿素含量的测定,结果表明:AaADS基因能在黄花蒿腺毛细胞中高效表达;转基因植株中AaADS基因表达量明显高于对照,且在叶片组织表达量最高;转基因植株叶片腺毛细胞较对照植株明显增大,过表达AaADS基因植株中青蒿素含量达27.3 mg/g DW,比对照植株中青蒿素含量12 mg/g DW提高了2.3倍。本研究说明AaADS基因过表达能有效促进黄花蒿腺毛细胞的生长和青蒿素的生物合成,为选育高青蒿素含量的黄花蒿新品系提供可行性方法。     

转hpa1Xm基因烟草后代的分子检测及苗期生理生化指标测定

本研究以野生型三生烟(Nicotiana tabacum cv.Xanthi nc.)及T_2、T_3代转hpa Xm(即hpa1Xm)基因烟草和转hpa Xm N-端缺失突变体(标记为hpa Xm△LP)烟草为试材,对目标基因的整合表达、叶绿素含量及防御酶活性进行检测。结果表明,卡那霉素抗性筛选、PCR及RT-PCR检测证明,外源目的基因hpa Xm和hpa Xm△LP整合到烟草基因组中,在转录水平上正常表达,且两个世代中稳定遗传。叶绿素含量测定中,转基因烟草含量显著高于野生型植株,同种转基因植株T_2代含量显著高于T_3代,而转hpa Xm基因烟草的总叶绿素含量比转hpa Xm△LP基因烟草的高,无显著性差异。防御酶活性的测定,表明转基因烟草的PAL、POD和PPO活性皆显著高于野生型植株;而转hpa Xm基因烟草的PAL和POD活性显著高于转hpa Xm△LP基因烟草;同品种转基因烟草中,T_2代PAL活性显著高于T_3代。说明hpa1Xm基因在烟草中表达能显著提高其叶绿素含量及抗病防御酶活性水平,且不同世代的转基因烟草之间表现有所差异。初步探索了hpa Xm的功能、遗传稳定性及信号肽类似序列对hpa Xm的表达及功能的影响。     

水稻OPR基因的克隆及其在烟草中抗镉性分析

12-氧-植物二烯酸还原酶是茉莉酸生物合成途径的一个关键性酶,广泛参与植物生长过程中生物与非生物胁迫。本研究主要探讨OPR基因在植物非生物胁迫中的作用。从水稻中克隆了OPR基因,该基因的cDNA编码区全长1 203 bp,编码400个氨基酸,将其连接到植物表达载体pSH 737上,通过农杆菌介导的方法,将含有目的基因的载体遗传转化烟草,获得31株转基因植株。选取生长状况基本一致的8株不同转基因株系和4株野生型烟草,在非生物胁迫下,用300μmol·L~(-1) CdCl_2溶液浇灌处理,观察植株生长并对抗镉能力进行初步分析;选取T 1代3个转基因株系(TP 7、TP 8和TP 12)和野生型烟草的种子,放入含有3个不同浓度CdCl_2溶液的滤纸上萌发进行镉胁迫并统计发芽率。在300μmol·L~(-1) CdCl_2溶液胁迫15 d后,种子发芽率比野生型高40%以上,转基因烟草的抗氧化酶活性显著高于野生型,丙二醛的含量显著低于野生型植株。利用RT-PCR方法分析相关基因表达情况,结果表明,在Cd~(2+)胁迫下,OPR,Snakin-2和GRP-2基因表达均上调,因此推测OPR基因的高表达是其具有高抗性的主要原因。OPR基因的过量表达使烟草提高了对重金属Cd~(2+)的抗逆性能力。     

转入反义ScP5CS基因烟草植株对PEG和NaCl处理的反应

以转入甘蔗脯氨酸合成酶基因ScP5CS反义片段的转基因烟草与野生型烟草为材料,研究PEG6000与NaCl处理对转基因与野生型烟草植株生长及其T0代种子萌发的影响。结果表明,在17mmol/L NaCl与1%PEG6000胁迫下转入ScP5CS反义基因片段的烟草植株矮小,叶片容易发黄,根系发育迟缓,根长缩短;转基因烟草T0代种子在200mmol/L NaCl胁迫时其发芽率明显受到抑制,并随着盐胁迫处理时间达到第55天时,在50mmol/L NaCl胁迫下其叶片严重黄化,而野生型与转入空载体株系则相反。PEG6000处理对转基因烟草T0代种子萌发影响不大。可见,甘蔗ScP5CS基因在烟草中的反义表达,部分抑制了烟草P5CS基因的活力。     

陆地棉叶片发育相关基因GhRH39克隆与功能分析

【目的】研究陆地棉DEAD-box RNA解旋酶基因GhRH39在叶片发育中的功能。【方法】借助生物信息学方法分析GhRH39的基因结构和进化关系,利用实时定量聚合酶链反应PCR (Quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR)分析该基因在棉花不同组织和叶片不同发育时期的表达情况,利用病毒诱导的基因沉默(Virus-induced gene silencing, VIGS)技术对该基因进行沉默。观察阳性植株表型,检测其光合色素含量变化,对阳性植株中叶绿体发育和光合色素合成相关基因进行表达量检测。【结果】Gh RH39编码620个氨基酸,且序列较为保守。qRT-PCR分析表明,该基因在根、茎、叶片、顶芽、花瓣、纤维中均有表达,在叶片中表达量较高,且在叶片中的表达量随着叶片发育进程而变化。利用VIGS技术成功降低了GhRH39的表达水平,基因沉默的阳性棉株出现失绿表型,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素3种光合色素含量均降低。阳性沉默棉株的叶绿体发育和光合色素合成相关基因表达量出现一定程度的下降。【结论】GhRH39基因影响棉花叶绿素和类胡萝卜素合成,同时影响叶绿体发育过程。     

海岛棉GbMFT2基因能提高烟草的耐盐能力

MOTHER OF FT AND TFL1(MFT)属于磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidyl ethanolamine-binding protein,PEBP)家族,该家族在被子植物中主要起着促进或抑制开花和控制株型的作用。本课题组前期从海岛棉(Gossypium barbadense)中克隆了一个MFT-like同源基因GbMFT2,发现其在种子中表达量较高,并且受ABA诱导。为了进一步探究该基因的功能,本研究首先检测了200 mmol/L Na Cl胁迫海岛棉0、1 h、3 h、6 h、12 h后基因的表达量,表明在盐诱导1 h GbMFT2基因的表达量最高。然后构建了过量表达载体p35S:GbMFT2,并通过农杆菌介导的叶盘法将其转化到普通烟草(Nicotiana tabacum cv.NC89)中,半定量RT-PCR表明GbMFT2基因在烟草中异位表达成功。利用0、100 mmol/L、200 mmol/L、300 mmol/L、400 mmol/L和500 mmol/L Na Cl胁迫不同的转基因株系,表明转基因烟草比野生型烟草更耐盐。再分别测量300 mmol/L Na Cl处理前后的野生型烟草和转基因烟草的脯氨酸含量、POD活性,发现处理后的野生型烟草的脯氨酸含量、POD活性均明显降低,而转基因烟草株系中的脯氨酸含量、POD活性均有明显的提升。研究结果表明,GbMFT2基因能够响应盐胁迫,并增加烟草的耐盐性。本研究可为研究植物MFT-like基因的功能提供了新思路,也为进一步解析棉花发育基因的功能提供了研究基础。     

转马铃薯StPR1基因烟草抗病性及生理特性分析

为明确马铃薯StPR1基因在抗病中的作用,构建了植物表达载体pBI121-StPR1,并通过农杆菌转化法将StPR1基因导入烟草中,采用不同的致病菌对转基因烟草进行处理,对其抗病性及生理特性进行研究,包括细菌病害软腐病(胡萝卜软腐欧文氏菌、菊欧氏菌和胡萝卜软腐欧文氏菌马铃薯黑胫亚种)和青枯病(茄科雷尔氏菌)、真菌病害干腐病(接骨木镰孢、燕麦镰孢)致病菌。结果表明,接种致病菌后,转基因型烟草和野生型烟草叶片上的病斑直径会随着病菌胁迫时间的延长而增大,并且转基因型烟草病斑直径明显小于野生型烟草;在生理特性分析中,野生型烟草和转基因烟草叶片中生理指标都会随着病菌胁迫时间的延长而呈上升趋势,但转基因烟草SOD、POD和CAT活性较野生型烟草均有不同程度的提高。抗病性及生理特性分析结果均表明,转基因烟草对于致病细菌和真菌均具有更强的抗性,说明StPR1基因在马铃薯植物抗病中起着重要的作用,为PR1基因在植物的抗病方面提供了理论基础。     

甘菊DlBADH1基因启动子DBP12表达特性研究

用pCAMBIA1305.2做载体,构建含有甘菊(Dendranthema lavandulifolium)DlBADH1基因(登录号:DQ011151)启动子DBP12(登录号:DQ497621)的质粒pCHW-2.利用叶盘转化法,通过农杆菌EHA105菌株介导,将重组质粒导入烟草叶片.采用GUS组织活性检测法鉴定烟草转基因植株,结果表明:DPB12启动子驱动的GUS基因表达无组织特异性.对转基因植株进行NaCl、ABA、SA处理,GUS荧光测定发现:100μmol/L ABA胁迫处理24 h和400 mmol/LNaCl胁迫处理48 h,转pCHW-2烟草植株叶片中GUS酶活性均有大幅度提高.该结果表明:DlBADH1基因启动子DBP12是一个诱导型启动子.这一研究结果为进一步研究甘菊中BADH基因调控表达机理提供了参考.     

转毕式海蓬子水通道蛋白基因SbPIP1烟草的抗旱生理机制分析

为了研究毕氏海蓬子中水通道蛋白基因的功能,利用RACE技术克隆了毕氏海蓬子经盐诱导后差异表达的水通道蛋白基因SbPIP1,并利用生物学软件对其编码的氨基酸序列进行了分析。进一步构建SbPIP1基因的植物高效表达载体pcAMBIA2301-SbPIP1,利用农杆菌介导法转化烟草NC89,通过Kan抗性、PCR及半定量RT-PCR筛选鉴定阳性转基因苗;对转基因烟草进行抗旱性分析,同时测定转基因烟草叶片原生质体在低渗溶液中破裂所需时间,以及在不同浓度PEG6000处理后转基因烟草叶片的相对含水量(RWC)、离子外渗率(IL)、丙二醛(MDA)含量和脯氨酸含量,研究毕式海蓬子SbPIP1基因的功能,分析转基因烟草的抗旱生理机制。结果表明,从毕氏海蓬子克隆的SbPIP1基因(Gen Bank登录号:DQ451602)c DNA全长1 268 bp,开放阅读框长度为858 bp,共编码285个氨基酸。生物信息学分析显示,SbPIP1编码的蛋白包含6个跨膜区、2个NPA(Asn-Pro-Ala)单元和2个典型的质膜信号肽序列。通过Kan抗性、PCR及半定量RT-PCR鉴定筛选,最终获得10个株系转基因烟草苗。转基因植株的抗旱性与对照相比明显提高。转基因烟草叶片原生质体在低渗溶液中的破裂时间明显短于对照烟草。在不同浓度PEG6000处理下,随着处理浓度的提高,转基因烟草和对照烟草叶片RWC均呈现逐渐下降趋势;但在相同浓度处理下,转基因烟草植株叶片的RWC与对照植株相比,下降幅度较小,具有较强的抗脱水能力。转基因烟草和对照烟草叶片MDA和IL随着PEG处理浓度的提高均呈现逐渐上升趋势,但转基因烟草MDA和IL增加幅度明显小于对照植株。转基因烟草和对照烟草叶片中脯氨酸含量随着PEG处理浓度的提高也呈现逐渐上升趋势,但与对照相比,转基因烟草植株叶片中脯氨酸含量增加的更快。     

准噶尔无叶豆EsDREB2B基因在烟草中的抗逆功能分析

DREB(dehydration responsive element binding protein)转录因子在植物响应非生物胁迫上具有重要作用,是颇具潜力的植物抗逆育种候选基因。本研究旨在通过烟草体系,验证前期从准噶尔无叶豆中克隆的Es DREB2B基因在种子萌发和成苗成长阶段的抗逆功能,并初步探究其调控的下游靶基因。结果表明:转基因株系在干旱、高盐、冷和热胁迫处理下的萌发率都高于野生型烟草,其中盐和热胁迫下萌发率差异尤为显著;两月大转基因烟草与野生型植株进行干旱、高盐、冷和热胁迫处理后,转基因较野生型植株叶片萎蔫,黄化和伤害程度较轻,在热胁迫下差异最为显著;恢复培养后,大多野生型烟草表现为枯死状态,转基因植株则叶片萎蔫减轻并开始生长,并且转基因烟草存活率显著高于野生型,均达到了野生型的3~4倍。ERD10B和Hsp70基因在四种胁迫后的转基因烟草中的表达量均较野生型高,Hsp90在热胁迫下较野生型表达量升高,而Mn SOD,P5CS等基因的表达量变化不显著。以上结果表明,Es DREB2B基因能提高烟草抗干旱、高盐、冷和热胁迫的能力,是具有潜力的抗逆分子育种候选基因。     

大豆细胞色素P450基因GmCYP78A69的克隆和生物信息学分析

干旱胁迫会影响大豆籽粒发育进而影响产量,但其中的机制尚不明确。本研究通过分析基因表达综合数据库(gene expression omnibus, GEO)中受到干旱胁迫的大豆芯片数据,筛选了3个响应干旱的细胞色素P450 (CYP450)基因,且三者均为CYP78A亚家族成员。该亚家族成员在多种植物中被证明参与种子大小的调控。在大豆品种‘齐黄34’中克隆了一个对干旱胁迫响应程度最大的CYP450基因GmCYP78A69。生物信息分析发现该基因含有CYP450家族蛋白的保守结构域,亚细胞定位预测及跨膜结构域分析表明该蛋白定位于内质网,且通过一段跨膜结构域嵌入到内质网膜上。其高级结构以α螺旋和无规则卷曲为主,含有少量的延伸链和β转角。在大豆不同组织中的表达分析表明该基因在各个器官中均有表达,其中在茎尖、花和幼荚中的表达量最高,推测该基因可能与花荚发育有关。本研究为探索GmCYP78A69在抗旱和种子形成等过程中的作用提供了基础,为研究干旱影响大豆种子大小的机制提供了切入点。     

过表达截形苜蓿液泡膜H~+-PPase基因提高马铃薯的抗旱性

本研究以过表达截形苜蓿类型ⅠH~+-焦磷酸酶编码基因MtVP1的转基因马铃薯为材料,对其抗旱性进行了检测。结果显示:(1)在正常生长条件下,与野生型植株相比,两个转基因株系的叶片相对含水量、叶绿素含量、丙二醛含量和超氧化物歧化酶活性差异均不显著,而脯氨酸含量均高于野生型植株,其中OE2株系脯氨酸含量显著高于野生型植株。随着干旱胁迫的持续,两个转基因株系的叶片相对含水量、叶绿素含量的下降趋势平缓,其含量均显著高于野生型对照,且两个转基因株系的脯氨酸含量和SOD活性显著高于野生型对照,而转基因株系的MDA含量显著低于野生型植株。(2)转MtVP1马铃薯表现出表皮毛增多的新表型,茎和叶表面的表皮毛明显比野生型植株多。以上结果表明,Mt VP1基因的过表达提高了马铃薯的渗透调节能力,从而增强了马铃薯的抗旱性;还表明植物类型ⅠH~+-焦磷酸酶基因可能参与调控其他的代谢通路,具有更复杂的生理功能。     

盐角草甜菜碱合成相关基因的共表达提高转基因烟草的耐盐性

植物在逆境下能合成甜菜碱,其中磷酸乙醇胺N-甲基转移酶（PEAMT）和胆碱单加氧酶（CMO）是甜菜碱合成过程中的关键酶。本文将盐角草SePEAMT基因、SeCMO基因以及烟草的核基质结合区序列（Mar）利用Cre/loxP重组系统构建到同一表达载体上,得到植物表达载体pYLTAC747N-Mar-SePEAMT-SeCMO-Mar。该载体用电击转化法转入农杆菌EHA105中,通过农杆菌介导法转化烟草,经PCR检测确定转基因植株。在含250mM NaCl的MS培养基上35d后,转基因植株生根而野生型植株不能生根;转基因烟草植株甜菜碱积累量显著高于野生型植株,约是野生型植株的5.6~7.7倍;转基因植株与野生型相比,相对电导率显著降低,叶绿素含量明显升高。以上结果表明共表达SePEAMT 和SeCMO能有效提高烟草甜菜碱表达量从而提高烟草的耐盐性。     

转枯草芽孢杆菌纤溶酶基因对烟草氧自由基和保护酶系统的影响

除个别时期外,转枯草芽孢杆菌纤溶酶(Bacillus subtilis fibrinolytic enzyme,BSFE)基因及其信号肽和前肽序列烟草叶、茎、根氧自由基含量、超氧化物歧化酶活性均显著高于野生型烟草植株,抗坏血酸过氧化物酶活性也较野生型烟草植株高,但二者差异不显著。推测氧自由基含量的变化与BSFE的蛋白水解活性有关;超氧化物歧化酶和抗坏血酸过氧化物酶活性变化可能与该转基因烟草植株对外源BSFE基因表达和产物累积产生的逆境适应有关。