转基因燕麦R3代中控制耐盐性的大麦HVA1基因

干旱和盐碱环境胁迫是世界上农业生产的主要限制因子。它们不仅影响了农作物的产量潜力，而且还限制了农业生产的地域。干旱和盐碱渗透性胁迫是影响燕麦产量的主要因子之一。本研究旨在弄清连锁bar和HVA1基因的分离及其表达和在世代间的传递情况；评价转基因对植株生长的影响；在胁迫环境条件下比较转基因品系和非转基因对照的普通农艺性状表现。     

表达豌豆过氧化锰歧化酶转基因水稻的耐旱性研究

本试验研究了一种重要抗氧化酶——过氧化锰歧化酶在水稻耐旱性方面的作用。在氧化胁迫诱导SWPA2启动子的控制下，采用农杆菌介导转化法，我们将豌豆的过氧化锰歧化酶（Mn SOD）转到了水稻叶绿体中，培育出了耐旱水稻植株。在PEG6000诱导的干旱胁迫条件下，转基因水稻植株（T1）中豌豆MnSOD进行了功能表达。在经聚乙二醇（PEG）处理后，不管是否置于甲基紫精（MV）中，转基因叶片切片的电解质渗漏与原始类型（WT）相比都减少了，这说明转基因植株更抗MV或PEG诱导的氧化胁迫。当用PEG处理后，转基因植株还表现出所受损伤较少的特点（采用净光合率测定）。我们的研究结果表明SOD是植物叶绿体中ROS清扫机制的关键性成分，MnSOD的表达可改善水稻耐旱性。     

稳定表达HvA1耐旱基因的转基因小麦植株的田问评价

大麦HVAI基因编码许多第3群LEA蛋白，该基因已被转育到春小麦Hi—Ljne中，用以检测其耐旱效应。我们在6个生长季节的9个田间试验中对6个独立转基因项目（111／1、1／1、11／2、84、765和1201品系）的T4代进行了研究。在前两季中，111／1品系的生物总量和籽粒产量高于1／1品系，而且在第二季中高于对照。在第3季中，11／2品系的籽粒产量显著低于转基因品111／1和1／1，对该品系未作进一步研究。在第4季中，111／1品系的株高和籽粒产量显著高于对照。在第5季的干旱条件下，111／1品系的株高、生物总产量和籽粒产量在4个试验点中至少有2个试验点的显著高于列照，在试验点间的结果也—样。在第6季中，新近培育的转基因品系1201和765的3个产量性状和叶片相对含水量都显著高于原来的转基因品系111／1和1／1、没有表达的转基因品系84以及对照。该结果与不同基因型的HVA1转基因表达率相—致。在环境内或环境间，转基因品系和对照的种子贮藏总蛋白间的差异不显著。这些试验表明HVA1基因具有赋予转基因春小麦干旱胁迫保护的潜力。     

紫外和干旱胁迫对转基因水稻生理和抗氧化酶的影响

以携带谷胱甘肽转移酶(GST)和过氧化氢酶(CAT1)的转基因水稻和非转基因水稻(Oryza sativaL.中花11)的地上部分为材料,比较分析了二者在不同强度紫外胁迫及紫外和干旱复合胁迫下生理和抗氧化酶活性的变化.结果表明,单一紫外和紫外+干旱复合胁迫条件下,转基因水稻的株高、相对含水量、叶绿素含量、光合效率及GST、CAT、SOD和APX的活性都高于非转基因水稻;而转基因水稻MDA的积累量则低于非转基因水稻;说明转基因水稻对紫外和干旱胁迫的抵抗能力有所提高.此外,本实验条件下,紫外+干旱复合胁迫比单一紫外胁迫(尤其在强辐射组)对植株的伤害轻,说明干旱对紫外胁迫有一定的缓解作用,这种缓解作用对转基因水稻更加明显.     

番茄冷诱导基因SlCMYB1的克隆及其在水稻中异源表达研究

从番茄中克隆了一个编码MYB转录因子家族R2R3-MYB亚类基因SlCMYB1。不同逆境胁迫下的表达模式分析结果表明,该基因受低温、高盐、干旱和ABA胁迫诱导表达。洋葱表皮亚细胞定位研究表明,SlCMYB1为核定位蛋白。为深入了解SlCMYB1基因与非生物逆境应答的关系,我们构建了SlCMYB1基因过表达载体来转化水稻,获得了16个转基因水稻株系。SlCMYB1在水稻中异源表达能显著提高转基因水稻植株的苗期抗冷性,增加脯氨酸合成的关键酶基因OsP5CS1,膜转运蛋白基因OsWCOR413等低温胁迫应答基因的表达水平,这暗示着SlCMYB1与OsP5CS1、OsWCOR413基因处于同一低温调控信号转导路径。本研究结果为通过遗传工程操控低温信号通路的方法改良冷敏感植物抗冷性提供了理论基础。     

豇豆胰蛋白酶抑制剂(CpTI)基因在转基因水稻中的表达特性研究

以豇豆胰蛋白酶抑制剂(CpTI)转基因水稻自交品系和其衍生的花培品系为实验材料，通过PCR扩增和CpTI表达蛋白活性的测定，研究了CpTI基因的遗传稳定性和表达特性。结果表明CpTI基因在转基因自交后代可以稳定遗传，而在部分花培品系中发生丢失。同时CpTI基因的表达表现出一定的时空特性，同一转基因品系中叶片CpTI蛋白的表达活性通常高于茎杆，而不同发育时期的CpTI蛋白的表达活性以分蘖期最高。除花培品系DH401外，转基因品系叶片和茎杆的蛋白酶抑制剂的活性随着水稻的生长发育呈下降的趋势。     

农杆菌介导OsWRKY45基因转化油菜的研究

干旱严重影响油菜的生长,降低油菜籽的产量,造成严重的经济损失。利用农杆菌介导法把具有抗旱作用的OsWRKY45基因转入油菜获得到转基因植株,经PCR检测OsWRKY45基因已整合到油菜基因组DNA。不同品种的不同外植体的转化率不同,花油7号的抗性植株获得率稍高于湘油15,下胚轴的抗性植株获得率是愈伤组织的2倍,花油7号下胚轴的抗性植株获得率高达10.9%。干旱胁迫表明高表达OsWRKY45转基因植株的抗旱性有明显的提高。     

水稻干旱诱导型启动子的研究进展

目前在水稻转基因技术中使用的启动子多为组成型启动子,其表达不受植物体内外环境变化的影响,逆境诱导型启动子能够响应于逆境变化而灵活调控转录,因此比组成型启动子更适合控制抗逆基因的表达。筛选一定数量有实际应用价值的干旱诱导型启动子,有利于推动植物转基因技术的发展,满足抗性品种培育的实际需求,也有助于深入了解干旱等逆境条件对植物生长、发育的影响及植物对胁迫的响应机制。本综述结合目前的研究现状,对水稻干旱诱导型启动子的来源、上游元件特点和研究方法进行介绍,为水稻诱导型启动子的筛选、应用和胁迫响应研究提供参考。     

水稻BZIP类转录因子在逆境胁迫下的作用

BZIP类转录因子在植物的逆境胁迫下起着重要作用。本研究构建水稻转录因子OsBZIP88过量表达载体pHB-Osbzip88和干涉载体RNAi-Osbzip88,通过遗传转化获得转基因植株,并对转基因植株在逆境胁迫下的表型鉴定。结果表明,过表达转基因植株抗胁迫能力高于野生型和干涉转基因植株。对OsBZIP88定量表达实验表明:OsBZIP88在水稻各组织中均有不同程度表达,且在叶片中表达量最高。本研究初步探明水稻转录因子OsBZIP88在水稻逆境胁迫应答中具有重要的作用,过量表达转录因子OsBZIP88能够增强水稻的抗逆能力。研究结果为进一步了解BZIP类家族基因和挖掘水稻抗逆基因提供了一定的依据。     

干旱胁迫下转PEPC+PPDK基因增强水稻光合机构的保护能力

随着全球的经济发展和人口膨胀,水资源短缺现象日趋严重,干旱已成为粮食生产的主要限制因素之一。C_4植物(如玉米)具有较高的光合速率以及较高的水分利用效率,利用转基因技术将C_4植物高光合及耐旱特征引入C_3作物(如水稻),被认为是解决水资源短缺与全球粮食需求不断增长矛盾的重要手段。本研究以转PEPC+PPDK双基因水稻及其非转基因对照为材料,通过PEG6000模拟干旱条件,研究干旱胁迫下叶片叶绿素含量、叶绿素荧光参数、C_4光合酶活性、叶片抗氧化酶活性等光合生理相关参数变化。结果表明:干旱胁迫下转PEPC+PPDK基因水稻叶绿素含量、C_4光合酶活性、抗氧化能力等均有提升;干旱胁迫对转PEPC+PPDK基因水稻PSⅡ的光化学活性抑制较小,对细胞的损伤相对更低,表明转基因水稻对光合机构的保护能力明显增强。     

转GHABF4转录因子棉花植株的耐盐性研究

AREB/ABFs转录因子家族基因主要参与干旱、高盐、低温等胁迫应答反应。为了获得具有较高耐盐水平的棉花新种质材料,通过农杆菌介导法将耐盐转录因子基因(GHABF4)导入陆地棉中棉35中,通过对转化植株的卡那霉素初步筛选及T1、T2、T3目的基因PCR的分子检测,获得T3转基因棉花纯合系。通过盐胁迫试验对5个T3转基因棉花株系和非转基因棉花对照进行耐盐性分析。结果表明,在200 mmol/L Na Cl胁迫下,与非转基因对照相比,5个转基因棉花株系株高提高2.5~4.4 cm,地上部分的鲜质量增加3.6%~11.8%;且抗氧化物酶SOD、POD、CAT活性以及叶绿素含量提高。在盐胁迫条件下,转GHABF4基因棉花表现出优良的生长和生理优势,转GHABF4基因能够提高棉花的抗盐能力。     

盐胁迫下转甜菜碱醛脱氢酶基因水稻幼苗耐盐生理的研究

在NaCl浓度0，3．0，5．0，7．0g／L下，对转甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因水稻的两个品系51—22，52—7及其受体亲本中花8号进行幼苗耐盐性试验。结果表明：转BADH基因水稻比其受体亲本耐盐性强，在高NaCl浓度(5．0，7．0g／L)胁迫下，甜菜碱醛脱氢酶基因可以提高盐胁迫下水稻幼苗过氧化氢酶(CAT)活性，提高根系活力和叶绿素含量，稳定细胞膜的透性，降低植株体内Na^ 的积累，从而减轻幼苗受盐害的程度。盐胁迫下水稻幼苗的CAT活性、SNa^ ／K^ 、叶Na^ ／K^ 、叶绿素含量是影响幼苗生长的主要生理指标。     

转CryIAb水稻在不同生长条件下的适合度

携带提高适合度抗性基因的转基因植物如果长期处于栽培系统之外,可能带来很大的生态问题。为了评价转CryIAb抗虫基因水稻的生态适合度,本研究以转CryIAb水稻Mfb及其非转基因对照MH86为材料,连续2年定点实验,通过常规栽培和半野生生长等不同生长方式以及虫害及杂草的自然压力下比较转CryIAb基因水稻与非转基因水稻的营养生长、繁殖能力、种子延续能力,评价转基因水稻在自然环境下的生存竞争能力。2年观测数据显示:常规栽培和模拟自然生长条件下,转CryIAb基因水稻的植株高度、分蘖数与非转基因水稻相比没有显著差异。转基因与非转基因水稻繁殖能力则与栽培方式、虫害发生程度密切相关。在常规栽培条件下,虫害发生较重的2011年,转基因稻单株总粒数、实粒数和穗重分别为1890.3、1182.6和30.1g,显著高于非转基因稻的1402.8、864.5和23.6g;在虫害发生轻的2012年,转基因稻与非转基因稻繁殖指标没有显著差异。半野生生长条件下,虫害发生重的年份,转基因稻繁殖能力指标有升高趋势,但没有达到显著差异水平。在虫害发生轻的年份,转基因稻的大部分繁殖指标与非转基因稻相当或下降,其中结实率为57.3%显著低于非转基因稻的73.2%,显示出一定的适合度成本。转基因稻与非转基因稻的种子萌发能力没有显著差异。不论何种种植方式,2年均未调查到田间自身苗发生。研究结果表明在半野生条件下转基因水稻存在适合度负效应。     

转TERF1和LeERF2双价基因旱稻及其逆境光合特性研究

为了提高旱稻对干旱、盐及低温综合胁迫的抗性，构建了含有抗旱抗盐功能的TERF1和抗盐抗冷功能的LeERF2转录因子的双价植株表达载体；以秦爱、旱65和旱297三种旱稻品种为材料，通过农杆菌介导法将以上两转录因子转入受体材料中，获得了经PCR及Southern检测证实同时整合双价基因的T0及T1转基因植株。T1代转基因植株经不同程度NaCl、PEG、冷单一逆境处理和冷盐综合逆境处理后，仍保持着较高的净光合速率（Pn）和PSⅡ最大光化学效率（Fv／Fm），能量转换机构不易受损，有较强的光保护机制。3个品种的转基因株系对这三种胁迫的抗性均比对照有明显提高。     

干旱胁迫对转IrrE基因甘蓝型油菜生理生化指标的影响

以转IrrE基因与非转基因甘蓝型油菜为材料,用10%(W/V)PEG6000(聚乙二醇)进行了干旱胁迫实验,比较研究了转IrrE基因与非转基因甘蓝型油菜幼苗的耐受性应答情况。结果表明:转基因油菜植株含水量下降趋势小于非转基因油菜植株;转基因油菜植株叶绿素含量和荧光参数F0的上升趋势均明显大于非转基因油菜植株;转基因油菜植株的Fv/Fm值和可溶性蛋白含量均大于非转基因油菜植株,但丙二醛(MDA)含量小于非转基因油菜植株。以上结果从侧面证实了:在干旱胁迫下,转IrrE基因油菜植株较非转基因植株有更强的耐受能力;IrrE基因作为一种转录调节因子,广泛参与了油菜幼苗对干旱胁迫的耐受性应答过程,增强了植株的耐旱能力。     

PEPC过表达可以减轻干旱胁迫对水稻光合的抑制作用

为了明确磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)过量表达能否提高水稻的光合速率,测定了42个表达不同PEPC水平的转玉米PEPC基因水稻株系及对照(受体亲本中花8号)开花期和灌浆期的光合速率。结果表明,在水田条件下,转基因株系光合速率与未转基因对照相比没有明显差异;而在旱地条件下,转基因水稻的光合速率显著高于对照(27%和24%)。随机选取2个PEPC相对活性分别为10倍和25倍的转基因株系进行网室精确控水盆栽实验得到相似的结果。说明单纯导入PEPC并不能提高水稻的光合速率,而干旱胁迫下转基因水稻的光合优势可能是由于PEPC参与水稻的抗旱反应而减轻了干旱胁迫对光合作用的抑制作用。     

转逆境诱导型启动子SWPA2驱动Cu/Zn SOD和APX基因甘薯(Ipomoea batatas(L).)Lam.)耐盐性

本研究以盐胁迫下逆境诱导型启动子SWPA2驱动转Cu/Zn SOD和APX基因甘薯叶片一些生理指标的变化研究转基因甘薯耐盐性.结果表明:无胁迫时,转基因甘薯叶的生理指标与未转基因植株无明显差异.相同胁迫条件下,转基因甘薯叶的超氧化物歧化酶(SOD),抗坏血酸过氧化物酶(APX),过氧化物酶(POD),过氧化氢酶(CAT...     

水稻OsAMTR310基因的克隆与在干旱胁迫下的功能分析

为了探究水稻转氨酶基因Os AMTR310的功能以及明确其作用机制,利用多种分子生物学手段对Os AMTR310基因进行了功能分析。实时定量PCR的分析结果表明,Os AMTR310在干旱条件下相对基因表达水平是正常条件下的3.0倍;根据NCBI上获得的Os AMTR310基因序列设计引物,扩增其全长CDS序列,并利用NCBI对蛋白序列的功能结构域进行预测;将Os AMTR310的CDS序列连入p CAMBIA1302中构建超表达载体,并转入受体材料,通过PCR及蛋白质免疫印迹分析来确定Os AMTR310阳性转基因植株,进而分析Os AMTR310转基因植株与野生型植株在干旱胁迫下的差异来验证Os AMTR310基因的功能。结果表明,Os AMTR310 c DNA全长1 873 bp,CDS全长1 533 bp,编码510个氨基酸。Os AMTR310蛋白具有3个保守的结构域,属于乙酰鸟氨酸氨基转移酶家族。在正常条件下,Os AMTR310转基因植株与野生型相比没有明显的差别;然而,在干旱条件下,Os AMTR310转基因植株的存活率是野生型的1.5~2.0倍。通过测定叶片游离脯氨酸含量发现,Os AMTR310转基因植株游离的脯氨酸含量在正常条件下与野生型相比并无显著差异,而Os AMTR310转基因植株的游离脯氨酸含量在干旱条件下是野生型植株的1.5~2.0倍,说明水稻转氨酶基因Os AMTR310赋予了水稻更高的耐旱性。     

利用水稻基因组阵列分析水稻耐旱性QTLs分离的表达图谱

植株会对干旱作出响应而改变其基因表达模式。有时，这种转录的变化是对干旱的适应性；而在另外一些情况下，植株最终不能适应胁迫环境而被认定为对此条件敏感。我们测定了21000份表现型各不相同的水稻材料及其基因渗透的分离后代材料中近一半基因的表达，以便建立受胁迫调控的基因的表达变化与渗透调节（OA，与耐旱性有关的性状）数量性状位点（QTL）间的关系。在亲本品系中，共有662个转录得到有效的表达。在中等脱水胁迫条件下，在OA较低的亲本CT9993中，只诱导了12个基因；而在OA水平高的亲本IR62266中，却诱导了200个基因。OA水平高的亲本和OA水平低的亲本对脱水胁迫具有完全不同的响应，这说明CT9993中缺少恰当的响应机制，而不只是其对干旱胁迫响应缓慢的缘故。所有OA水平高的品系中有69个基因被上调，其中，有9个基因在所有OA水平低的品系中都不能诱导。有4个基因，即编码蔗糖合成酶、孔蛋白、热击蛋白、LEA蛋白的基因，在保持较高的OA水平和膜稳定性方面起作用。在QTL区间相对应的3954套探针中，极少有在OA水平高的品系和OA水平低的品系间出现分化表达模式，这表明它们在表型变异中起一定的作用。然而，在包括snRNP辅助因子、LEA蛋白、蛋白磷酸酶2C、Sar 1同系物在内的5个QTL中都鉴定到几个有希望的候选材料。     

转水稻OsSIK1基因玉米植株的获得及抗旱性分析

类受体激酶基因Os SIK1具有通过激活抗氧化系统,增强水稻对于干旱和盐胁迫抗性的作用。为了丰富可利用的作物抗旱基因,获得具有较高抗旱水平的玉米新种质,通过超声波辅助花粉介导法,将水稻类受体激酶基因Os SIK1导入玉米自交系郑58中,并对转化株进行卡那霉素筛选及T1、T2、T3的PCR及Southern Blotting杂交等分子检测,获得转化植株并在T3获得转基因纯合株系。对T3转基因玉米和非转基因玉米对照以16.1%的PEG模拟水分胁迫进行抗旱性分析。结果表明,与对照相比,在水分胁迫处理下,转基因玉米株系叶片相对含水量提高了7.4%~19.8%,叶绿素含量提高了11.3%~106.9%,SOD活性上升45.8%~93.4%,而转基因玉米叶片的相对电导率下降了35.4%~58.1%,MDA含量下降了25.7%~50.4%,说明转Os SIK1基因玉米植株抗旱性得到提高,其中,5个转化株系与对照在抗旱性方面有显著差异,且生长状况明显优于对照。综上所述,研究最终获得5个转Os SIK1基因玉米株系,并证明导入水稻Os SIK1基因可以提高玉米植株的抗旱性。