一个杨树GDSL基因组织表达的特性及其在拟南芥异源的表达

GDSL酯酶为脂肪水解酶家族的一个分支,参与植物生长发育和防御反应等多种功能。半定量RT-PCR分析结果显示,毛果杨GDSL酯酶基因Potri.002G253400在顶端茎组织中高丰度特异性表达;构建Potri.002G253400-GFP融合的植物表达载体,转化模式植物拟南芥并获得其过量表达的转基因株系7个;激光共聚焦显微镜检测结果显示,GFP荧光蛋白高丰度表达于转基因植株根的细胞壁区域,说明Potri.002G253400蛋白可能定位于细胞壁。     

毛果杨富含谷氨酸蛋白PtrGARP1基因启动子特性

为了研究PtrGARP1与杨树木质化生长的相关性,明确木材发育及形成的分子机制,以毛果杨幼树为材料,提取各组织的cDNA进行PCR扩增,并构建植物表达载体在模式植物拟南芥中进行PtrGARP1组织表达分析。结果显示,PtrGARP1基因在毛果杨木质化组织内高丰度表达,且表达水平与幼茎木质化程度同步增加;用Gateway技术构建该基因启动子融合报告基因GUS的ProPtrGARP1::GUS植物表达载体,转化野生型拟南芥获得5个稳定表达的转基因株系;GUS活性染色分析显示,PtrGARP1基因启动子活性集中在转基因植株发达的维管组织内。这个结果暗示着PtrGARP1与杨树木质化生长相关,可能参与木材发育及形成。     

基于Cas9/gRNA创制毛果杨COBRA3基因突变体

目的COBRA对植物生长发育具有重要作用，已有的研究表明，植物COBRA基因与其次生生长有关。为探究树木COBRA基因信息及部分基因功能，我们对毛果杨PtrCOBRA基因家族展开识别和分析性研究。方法分析PtrCOBRA家族成员关系时运用系统进化树，确定毛果杨PtrCOBRA家族基因的各组织转录表达时采用半定量RT-PCR，创制PtrCOBRA3基因突变体时使用Cas9/gRNA基因编辑策略，毛果杨遗传转化采用农杆菌介导组培幼苗茎段浸染法。结果我们识别毛果杨基因组上存在14个PtrCOBRA基因成员，进化树显示PtrCOBRA家族分成两个分支。半定量RT-PCR表明，PtrCOBRA3和PtrCOBRA11在毛果杨木质部高丰度、特异地转录表达，在木质化茎节中其转录水平也较高。基于Cas9/gRNA技术我们敲除了毛果杨PtrCOBRA3，获得4株ptrcobra3敲除突变体。ptrcobra3突变体植株表型:植株矮小，叶片细长且卷曲，茎干略有弯曲。结论PtrCOBRA3和PtrCOBRA11是PtrCOBRA家族中与毛果杨次生生长相关的主要成员；基因敲除遗传证据显示PtrCOBRA3基因参与毛果杨茎干次生生长，PtrCOBRA11与它存在功能的冗余。      

异源表达Peu-miR473 a增强拟南芥的抗旱性

为了探究胡杨miR473a基因的功能,本文克隆了miR473a的前体Pre-Peu-miR473a,并利用农杆菌花序侵染法将其遗传转化入拟南芥。通过普通PCR和β-葡萄糖苷酸酶(GUS)组织化学染色检测获得CaMV35S: miR473a过表达植株,然后对转基因和野生型植株在甘露醇模拟高渗环境与土壤自然干旱条件下的生长状况及各项生理指标进行评价。结果表明,胡杨miR473a前体长度为100 bp,与毛果杨前体序列相似度为100%,可以形成完美的二级茎环结构。相比于野生型,过表达胡杨miR473a的拟南芥在200 mmol/L甘露醇胁迫条件下的萌发率、根长和生长状况都优于野生型;在土壤干旱处理条件下,转基因拟南芥的株高、相对含水量、脯氨酸含量以及光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光合效率均显著高于野生型10%以上(P0.05)。半定量PCR检测显示:Peu-miR473a参与胡杨受干旱胁迫的正调控,杨树中预测的靶基因Potri.012G093900、Potri.007G100200、Potri.009G165300、Potri.004G204400受干旱胁迫的负调控;拟南芥中预测的靶基因AT1G24530、AT5G45000、AT5G46070及AT3G52950在转基因株系中表达量下降。初步预测它们有可能被miR473a靶向调控。本研究表明,miR473a基因在干旱胁迫条件下通过调控植株的抗脱水能力和渗透调节能力发挥一定抗旱作用。      

杨树AP2/ERF转录因子家族生物信息学分析

AP2/ERF基因家族是植物所特有的一类转录因子,该转录因子参与多种生物学过程,包括植物生长、花发育、果实发育、种子发育、损伤、病菌防御、高盐、干旱等环境胁迫响应等。从毛果杨基因组数据库中查找210个毛果杨AP2/ERF家族基因,根据其编码氨基酸序列的相似性和AP2/ERF结构域的数量可分为4类,分别为AP2、ERF、DREB和RAV亚家族及其他(Potri.002G246100)。利用生物信息学方法分析了毛果杨210条AP2/ERF蛋白序列的系统发生、基因组定位、氨基酸组成、理化性质及二级和三级结构等。研究结果可为杨树AP2/ERF家族基因的功能分析提供参考依据。     

毛果杨PtrMYB161基因在木质部发育中的表达调控

木材形成是一个复杂的发育过程包括维管形成层分化形成次生木质部以及木质部中细胞壁的加厚等,其中MYB家族转录因子在此过程中发挥着重要调控作用。通过RNA-seq对毛果杨(Populus trichocarpa)基因组中的MYB基因表达模式分析,结果发现PtrMYB161基因在木质部特异表达,并且主要在纤维细胞中特异表达。为解析该基因在木质部发育中的表达调控功能,构建35S::PtrMYB161植物表达载体并进行毛果杨遗传转化,共获得6个PtrMYB161过表达转基因株系。RT-PCR结果表明,在过表达转基因株系中PtrMYB161基因的表达丰度增加500~5 000倍。表型和组织形态学分析表明,表达丰度增加最多的L5株系表现出明显的植株矮小、叶片面积小、茎节短、茎直径小、木质部面积减小及纤维细胞数量降低等特征,表明PtrMYB161基因参与调控毛果杨木质部发育等过程并起着至关重要的作用。     

毛果杨组蛋白去乙酰化酶基因PtHDT902在叶枯病应答反应中的功能

研究了毛果杨组蛋白去乙酰化酶(HDAC)基因PtHDT902在水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)和链格孢菌(Alternaria alternata,A.alternata)侵染条件下的表达,以及对链格孢菌引起的叶枯病的抗性功能的探究。研究结果表明：链格孢菌、SA和MeJA处理能够诱导毛果杨叶片中PtHDT902的表达。野生型84K杨(WT)和PtHDT902转基因植株叶片接种链格孢菌7 d后,与野生型相比,转基因植株的叶片感病程度较严重,表明PtHDT902基因在84K杨中的过量表达降低了植株对链格孢菌的抗性;抗病相关基因PR1-1、PR4以及JA合成相关基因LOX在转基因植株叶片中的表达量明显低于野生型的叶片,而JA合成途径的抑制因子JAZ10在转基因植株叶片中的表达量高于野生型。研究结果证明,PtHDT902在杨树响应链格孢菌侵染的过程中具有重要的作用。     

毛果杨PGR5基因转南林895杨的分子鉴定及表达量

采用农杆菌介导法将毛果杨(Populus trichocarpa)PGR5基因转化南林895杨,经潮霉素抗性基因筛选并对转基因植株进行了分子检测和表达量分析。普通PCR检测结果显示,有12株检测到阳性信号,表明该基因已整合到南林895杨基因组中;经RT-PCR检测,该12株转化子在目的基因处有阳性条带,表明该基因在转录水平表达;实时荧光定量PCR检测结果显示,12株阳性苗的表达量为野生型的2~20倍。     

PtrDREB28转录因子的克隆及抗逆性

DREB/CBF转录因子响应植物干旱、高盐和低温等非生物胁迫应答是通过特异结合DRE/CRT顺式作用元件。利用RT-PCR技术从毛果杨克隆PtrDREB28转录因子基因,用基因枪法对其进行亚细胞定位分析,结果表明其定位在细胞核中;利用农杆菌介导法对野生型大青杨进行遗传转化,并对转基因株系进行抗逆性分析,结果显示经高盐胁迫处理的转基因株系的耐受性明显高于野生型植株;通过测定和比较经盐胁迫处理后转基因株系和野生型植株的丙二醛质量摩尔浓度和相对电导率,发现转基因株系的丙二醛质量摩尔浓度和相对电导率均显著低于野生型植株,表明PtrDREB28基因的过表达可以显著提高杨树耐盐性,由此推测PtrDREB28转录因子可能参与杨树逆境胁迫应答过程。     

杨树种子萌发中内肽酶变化及其相关途径基因的表达模式

为研究杨树种子萌发过程中储藏蛋白分解的分子机制,以杨树萌发0h、0.75h、24h、48h、72h和144h的种子或幼苗为材料,对内肽酶酶活及其相关途径基因的表达模式进行研究,结果表明:随着杨树种子萌发的进行,游离氨基酸含量逐渐升高,其中在48h时变化显著,此时内肽酶活性最高;天冬氨酸内肽酶基因(Potri.006G087600)与苏氨酸内肽酶基因(Potri.002G166800)在48h时相对表达量最高,其中苏氨酸内肽酶基因(Potri.002G166800)表达模式与氨基酸含量变化呈显著正相关,其编码的酶对杨树种子萌发过程中蛋白分解起重要作用。     

转G10aroA棉花株系的获得及分子生物学鉴定

【目的】培育具有抗草甘膦除草剂的棉花材料具有极其重要的意义。利用农杆菌介导法在棉花中转入编码EPSPS酶的抗草甘膦除草剂基因G10aroA,通过体细胞愈伤诱导组织培养技术获得能够稳定遗传的转基因棉花株系材料。【方法】首先,利用不同草甘膦抗性筛选条件比较分析不同棉花受体材料的愈伤诱导效率;其次,以R15材料作为受体,利用含有G10aroA的农杆菌侵染下胚轴切段,在进行体细胞愈伤诱导的组织培养过程中通过草甘膦抗性筛选获得棉花再生植株,对获得的棉花再生植株进行纯合繁育。在此基础上,利用PCR扩增检测证实外源G10aroA在转基因植株中能够稳定遗传;利用RT-PCR分析其外源基因在转基因植株不同组织中的转录水平进行研究、并进一步利用Western-blot对转基因植株中外源蛋白的表达进行分析。【结果】在优化的草甘膦筛选条件下,以草甘膦浓度为2.5 mmol•L-1的抗性条件进行棉花愈伤诱导筛选并获得棉花再生植株;利用特异引物进行PCR检测结果表明,在检测的全部再生植株中,扩增得到1.8 kb预期大小目标条带的阳性株系32株,其中,收获的27个株系的外源目标基因能够在T0、T1转基因植株中稳定遗传;对G10aroA在转基因株系L12、L14的不同组织中的转录表达进行定量RT-PCR分析表明,外源G10aroA在转基因棉花植株的不同组织中表达具有差异,相对表达量高低依次为茎、苞叶、叶和花;另外,蛋白检测结果进一步表明,该外源基因能够在转基因株系L7、L12和L14中植株中正常表达为预期46 kD的EPSPS蛋白。【结论】通过农杆菌介导法转化外源抗草甘膦基因G10aroA,在草甘膦抗性条件下进行棉花体细胞诱导的组织培养,成功获得转外源G10aroA的棉花再生株系,并通过分子生物学方法研究证实外源G10aroA能够在T0、T1转基因株系中稳定遗传、转录以及表达。     

马铃薯Y病毒复制酶基因植物表达载体构建及转基因烟草的培育

用ＢａｍＨＩ／ＫｐｎＩ从重组克隆ＰＺＤ－１中切下马铃薯Ｙ病毒脉坏死株系复制酶基因，将其插入质粒ＰＲＯＤ２相庆切点中构成植物表达载体。用重组ｐＲＯＤ２转化农杆菌（Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｔｕｍｅｆａｃｉｅｎｓ）ＬＢＡ４４０４菌株，通过重组农杆菌侵染叶盘将复制酶基因转入烟草品种ＮＣ８９中获得转基因植株。分子生物学检测结果表明，复制酶基因在转基因烟草中获得品种ＮＣ８９中获得转基因植株。分子生物学检测     

多抗PVY、TMV和CMV转基因烟草的培育

 【目的】利用RNA介导抗性培育抗多种植物病毒的转基因烟草。【方法】分别以马铃薯Y病毒（PVY）、烟草花叶病毒（TMV）和黄瓜花叶病毒（CMV）全长衣壳蛋白（CP）基因为模板,通过设计PCR引物和亚克隆获得PVY CP 3′端长度100 bp、TMV CP 3′端长度100 bp和CMV CP 3′端长度200 bp的cDNA片段并拼接成嵌合基因,并以此为模板构建反向重复结构嵌合基因的植物表达载体pRHPTC。将pRHPTC通过冻融法导入农杆菌LBA4404,采用叶盘法转化烟草NC89,然后测定转基因烟草对3种病毒的抗性。【结果】经卡那霉素筛选和PCR检测,共获得276株转基因烟草。Southern和Northern blot分析表明,外源基因以不同拷贝数整合于烟草基因组中;不同转基因植株中病毒RNA的积累量存在显著差异。抗病性检测显示：23%左右的转基因植株表现出对3种病毒侵染的抗性。对转基因植株扩繁后代和T1代的抗性分析表明：多病毒抗性表现稳定。【结论】利用RNA介导的抗病毒基因工程可获得同时抗多种病毒的转基因烟草,其抗病性在T0代扩繁植株和T1代植株中得到稳定遗传。     

农杆菌介导的水稻草矮病毒NS6基因的转化

水稻草矮病毒(Ricegrassystuntvirus,RGSV)RNA6片段毒义链编码的非结构蛋白NS6,与病害症状密切相关,被称为病害特异蛋白.因此,应用农杆菌介导法,选取对RGSV表现不同抗性的台农67、中花6号、中花12号、中花15号、台中1号、合系28和063817个水稻品种,以其未成熟胚或成熟胚预培养4d后,诱导生长旺盛的愈伤组织为外植体,将NS6基因导入其中,对影响水稻再生及农杆菌转化的主要因素进行了比较研究,并获得了转NS6基因工程植株.结果表明,以未成熟胚为受体,获得的抗性愈伤组织转化率明显高于成熟胚;水稻不同品种对农杆菌转化反应不同;添加一定浓度乙酰丁香酮和葡萄糖,可提高抗性愈伤组织形成率;选用G418进行抗性筛选能获得转NS6基因再生植株,用卡那霉素筛选产生的愈伤组织则未能获得再生植株.     

可用于植物转化的RNAi载体构建方法

利用PCR方法扩增杨树Poptr;CYCD1;1基因的一段内含子序列,并克隆到pROKⅡ载体中,以构建可用于植物特定基因表达干扰的RNAi载体。为了验证载体的效果,构建pCAMBIA-1303载体转化烟草,经检测,转基因烟草能过量表达外源GUS与GFP融合蛋白。把GUS及GFP片段序列连接于RNAi载体,并导入pCAMBIA-1303载体转化烟草。试验结果表明,GUS及GFP干扰序列的导入均能大大降低外源GUS与GFP融合基因的表达。结果说明构建的载体能有效干扰特定基因的表达。     

拟南芥高迁移率族蛋白B族基因At2G34450的表达及功能鉴定

[目的]研究高等真核生物细胞核中的高迁移率族蛋白B（HMGB）在植物胁迫反应的转录调控中的作用方式。[方法]克隆了拟南芥中编码HMGB蛋白的基因At2G33450,将其转化拟南芥并筛选出超表达的转基因植株,检测干旱、高盐等非生物胁迫对转基因拟南芥的影响。[结果]在盐或干旱胁迫下,过度表达At2G33450的转基因拟南芥与野生型相比,出现萌发及生长迟缓现象。[结论]HMGB蛋白家族中的At2G33450蛋白对各种胁迫条件下拟南芥的生长发育具有重要作用。