农杆菌介导AGPL基因转化玉米的研究

随着市场对工业用玉米淀粉需求的日益增加,培育高淀粉玉米新种质新品种目前成为解决这一问题的关键.本试验针对这一问题开展工作,成功克隆了水稻胚乳特异型启动子RP5和玉米合成关键酶基因AGPL,利用中间载体pGM-T-RP5和pGM-T-AGPL,将RP5和AGPL定向连接到表达载体pCAMBIA3301上,构建表达载体pRP5-AGPL.以东北骨干玉米自交系Y9812幼胚为受体材料,通过农杆菌介导法,获得玉米再生植株,经PCR分子检测,共有17株呈阳性,转化率达到4.4%.本研究成功地将目的基因和启动子转到玉米自交系Y9812中,并建立了一套稳定的玉米遗传转化体系,为今后转化玉米淀粉合成相关基因奠定坚实基础.     

利用分子标记辅助选择优质蛋白玉米近等基因系

为了扩增优质蛋白玉米育种新种质,用普通玉米种质转育创制优质蛋白玉米(QPM)近等基因系;利用SSR标记phi057进行辅助选择,以优质蛋白玉米种质为o2基因供体,转导、构建来自不同遗传背景普通玉米种质为受体的QPM近等基因系。结果表明：利用共显性SSR标记引物phi057在o2基因供体自交系与普通玉米受体自交系间表现多态性,能区分O2O2、O2o2和o2o2等3种基因型,来自不同遗传背景种质所构建获得的QPM近等基因系赖氨酸含量有不同程度提高,赖氨酸含量达到0.36%~0.42%,不同遗传背景受体自交系赖氨酸增加幅度9.1%~64.0%。普通玉米种质导入供体o2基因后能够提高种质赖氨酸含量。     

农杆菌介导的ZmRLK基因转化玉米的分析

玉米是世界上非常重要的粮食作物,其产量受诸多生物胁迫及非生物胁迫的影响。转基因技术是玉米遗传改良的重要途径之一。利用转基因技术把抗逆基因导入玉米优良自交系,并使其后代具有抵抗逆境的能力,减少损害,从而实现高产稳产。本研究通过将抗冷基因ZmRLK在玉米自交系Y423中遗传转化,得到过量表达ZmRLK基因的抗冷玉米新种质。结果表明,以玉米自交系Y423幼胚为受体,经检测获得ZmRLK过表达阳性植株89株;干扰载体获得121株阳性植株;空载体获得31株阳性植株。转基因阳性植株的获得为培育转基因玉米新品种提供帮助。     

抗双链RNA依赖性蛋白激酶PKR基因表达载体构建及在玉米中的遗传转化

玉米病毒性病害和杂草严重影响其产量和品质。以pCAMBIA5300为基础载体,应用In-Fusion克隆技术构建了双价植物表达载体pCAMBIA5300-Ubi-PKR-CaMV35S-EPSPS,其中含有抗双链RNA依赖性蛋白激酶PKR基因和磷酸烯醇式丙酮酸莽草酸-3-磷酸合酶EPSPS基因,分别由玉米泛素Ubi启动子和花椰菜花叶病毒35 S启动子启动。以玉米种子黄化苗的茎尖分生组织为受体,用农杆菌介导法进行遗传转化,将抗双链RNA依赖性蛋白激酶基因PKR和抗除草剂草甘膦基因EPSPS导入玉米自交系掖478中,获得转基因植株及其子代。     

农杆菌介导AtAGPS基因转化玉米茎节的研究

本研究以优良玉米自交系昌7-2为受体材料,利用农杆菌介导的方法,将带有胚乳特异性表达启动子RP5和淀粉合成关键基因At AGPS的载体p CAMBIA3301-p RP5-At AGPS转入供试玉米材料的茎节中,并对获得的再生植株进行试纸条检测,PCR分子检测以及Southern blotting分析,证明At AGPS基因已经整合到玉米基因组中,转化率约为3.5%。本研究建立了一套优良的玉米遗传转化系统,为玉米分子育种摸索出了一条新的途径。     

农杆枪法基因遗传转化技术初报

为提高遗传转化的效率,克服受体范围的限制,采用农杆枪法进行基因的遗传转化.根据已报导的VirD1和VirD2基因的序列设计特异引物,以农杆菌C58菌株的质粒为模板进行PCR扩增,对VirD1和VirD2基因进行克隆.将序列正确的VirD1和VirD2基因连接到植物表达栽体PBI121启动子CaMV 35S和终止子nos之间,构建VirD1和VirD2基因的表达载体pB-VirD1及pB-VirD2.经PCR及酶切鉴定,基因已成功构建到表达载体上,为农杆枪法进行目的基因转化的研究奠定了基础.     

转双价抗虫基因BmkIT-Chitinase玉米株系的获得

通过超声波辅助花粉介导法,将双价抗虫基因BmkIT-Chitinase分别导入以玉米自交系昌7-2及郑58的花粉为受体的不同基因型的自交系中。本研究共处理玉米雌穗1072穗,获得T0代种子1563粒,经卡那霉素初筛,T1代～T4代PCR及SouthernBlot杂交分子跟踪检测共获得20个转化株系,田间抗虫性鉴定表明共有16个转化株系与对照在抗虫性方面有显著差异,且此抗性随着各代稳定遗传。农艺性状调查结果表明,所获得的转基因玉米株系中大部分材料的农艺性状与对照无显著差异,除了N55材料及N20-1材料。N55材料的穗位高度与对照相比略低6±0.5cm,而穗粒数增加75±5粒。而N20-1材料百粒重增加5±0.5g。因此,转入此双价抗虫基因对玉米农艺性状影响不是很大。经过分子检测、田间抗虫性鉴定及农艺性状调查我们最终选育了9个转双价抗虫基因昌7-2自交系优良株系,6个郑58转双价抗虫基因自交系优良株系。     

适用于4种玉米基因型的农杆菌转化方法的探讨

利用改良的农杆菌培养液、侵染液、共培养培养基和筛选培养基等技术体系,对4个玉米基因型Hi-Ⅱ、H99、国内2个优良自交系R18-599和齐319的新鲜幼胚、预培养幼胚、胚性愈伤组织进行了农杆菌转化研究,并比较了不同共培养方式对农杆菌侵染不同玉米组织的影响。结果表明,Hi-Ⅱ新鲜幼胚在固体培养基上共培养和滤纸上共培养后GUS基因瞬间表达率分别为83.7%和4.4%,前法优于后法;Hi-Ⅱ新鲜幼胚、预培养3 d的幼胚愈伤组织经农杆菌侵染后GUS基因瞬间表达率分别为83.7%和12.1%,新鲜幼胚比预培养的幼胚愈伤组织更适合于农杆菌转化。用上述优化的条件对另外3个不同基因型的2种不同外植体H99、齐319(新鲜幼胚)和R18-599（胚性愈伤组织）进行遗传转化,共培养3 d后的GUS基因瞬间表达率分别为65.2%、52.6%和58%,表明该转化体系适合于上述4种基因型的幼胚和胚性愈伤组织的遗传转化。此外农杆菌侵染Hi-Ⅱ新鲜幼胚后经在含巴龙霉素25~100 mg L^-1培养基上3轮选择后,抗性愈伤组织获得率为2.4%,近似反映了本研究的遗传转化率。其他3个基因型的抗性愈伤也正在筛选中。结果初步表明,本研究建立的农杆菌介导的玉米遗传转化体系可能对4种基因型均适用。     

农杆菌介导的玉米合子基因转化

本研究建立了农杆菌介导的玉米合子转化方法。用农杆菌介导合子转化方法,以含有bar基因的标准双元载体PTF102和含有bar基因和双价抗虫基因Cry1A（a）或Cry1A（c）、PTA（半夏凝集素）的载体p3300-Bt-pta转化玉米自交系吉8902、丹340、吉4112、吉853、铁7922及PA91,直接从受体植株得到转化种子,用除草剂PPT筛选和PCR鉴定,获得转基因植株及后代。实验分析了2002年、2003年和2004年的3批转化操作的结实率、转化率及转基因的遗传情况：经农杆菌侵染的雌穗平均结实率为39％,合子转化频率达1％以上,转基因可以遗传下去。农杆菌介导玉米合子转化方法可以重复获得成功,表明我们成功建立起一个新的不依赖组织培养的玉米转基因技术体系。     

转录因子基因ZmDREB3转化玉米的研究

利用玉米转录因子ZmDREB3基因(Gene ID:EU964828.1)构建了Ubiquitin启动子驱动的植物表达载体PGM0229-ZmDREB3-EP-SPS,以EPSPS基因为抗性筛选标记,通过花粉管通道法将农杆菌EHA105介导的植物表达载体转化到玉米自交系吉444、Mo17中,通过喷洒350mg/L草甘膦除草剂筛选,得到7株草甘膦抗性植株,用PCR检测得到2个同时整合EPSPS标记基因和ZmDREB3目的基因的转基因株系,用PCR-Southern进一步验证,结果呈阳性。以上结果证明外源基因已经被整合到玉米基因组中。     

利用可视化标记建立Cre-loxP介导的抗生素删除载体系统并应用于玉米转基因研究

本研究通过Cre-loxP系统,构建了Kan基因的删除载体系统,利用花青素合成途径中转录因子的表达指示删除的效果。首先,利用两次PCR方法对pGreen载体进行改造,在卡那霉素抗性(Kan)基因的两侧加入两个同向的loxP位点,在多克隆位点前插入5-烯醇式丙酮酸莽草酸-3-磷酸(EPSP)合酶的表达框作为筛选标记基因,命名为pBAC823。在此载体基础上,构建了两个植物表达载体,组成一个抗生素可删除的载体系统。其一是在pBAC823载体Kan基因的一侧加入花青素合成途径中两个转录因子bi基因和cl基因的表达框,命名为pBAC9008。该载体可以作为基础植物表达载体,用于表达目的基因。其二是含Cre酶基因表达框的植物表达载体。将hsp70启动子驱动的cre基因的表达框插入pBAC823载体Kan基因的一侧,并将玉米花青素基因合成途径中转录因子bi和cl的表达框插入多克隆位点,命名为pBAC9009,此载体作为一个删除载体,单独转化植物,之后可以通过杂交方法删除目的基因表达载体中两个loxP位点之间的Kan基因片段。将上述载体转化玉米幼胚,得到T0代转基因玉米的种子,其中部分籽粒为紫色,分子检测结果表明紫色籽粒有花青素基因的插入,验证了花青素合成基因作为可视化标记的可靠性。本研究采用了可视化标记跟踪外源基因的表达和抗生素抗性基因的删除,不仅大大降低了外源基因的检测成本,为转基因食品安全提供技术保证,在转基因研究中具有重要的意义。     

糯玉米opaque2基因近等基因系的创制

opaque2基因能够提高糯玉米赖氨酸、色氨酸等必需氨基酸的含量。用2种优质蛋白玉米(QPM)CA339和鲁2548自交系作为opaque2基因供体,25个品质较好的糯玉米自交系作为受体,利用回交技术和SSR分子标记辅助选择育种,创制糯玉米opaque2近等基因系。分子标记结果表明,不同受体以及两种供体间都存在多态性。5套创制成功的opaque2近等基因系的赖氨酸含量比其轮回亲本分别提高了59.0%、52.7%、48.5%、46.3%和61.9%,分别由0.308%、0.313%、0.309%、0.341%、0.323%提高到0.489%、0.478%、0.458%、0.498%、0.522%。本研究表明,可以利用此方法通过向不同遗传背景的多种受体导入opaque2,选取赖氨酸含量提高较大、透明表型的近等基因系,提高糯玉米的营养价值和经济价值。     

多环境下玉米自交系叶片保绿度不同发育时期的遗传效应分析

采用包括基因型×环境互作效应的加性-显性遗传模型及非条件和条件的分析方法,研究多环境条件下玉米自交系叶片保绿度不同发育时期的遗传效应及与环境互作效应.结果表明玉米自交系在吐丝后某一发育时期叶片保绿度与该时段有关基因的遗传表达有关,也与它在该时段以前的叶片保绿度表现有关,同时还受到基因型×环境互作效应的影响.在不同发育时期和环境条件下,控制玉米自交系叶片保绿度基因的表达效应存在差异.     

转cspB基因玉米获得及其耐盐碱性分析

本研究依据Gen Bank数据库中发表的枯草芽孢杆菌cspB基因序列进行优化,人工合成了cspB基因序列,构建植物表达载体,通过农杆菌介导法将cspB基因转入玉米自交系Hi-Ⅱ中,获得转cspB基因玉米材料,经过分子检测获得4个阳性转化事件。在4个浓度水平的NaCl溶液(0,40 mmol/L,80 mmol/L,120 mmol/L)和Na_2CO_3溶液(0,10 mmol/L,20 mmol/L,30 mmol/L)胁迫下,研究其耐盐碱性。结果表明:80 mmol/L的NaCl溶液和20 mmol/L Na_2CO_3溶液可以作为转cspB基因玉米的耐盐碱分析条件;cspB基因已经整合到玉米基因组中,转cspB基因玉米的耐盐碱性得到了显著提高。转cspB基因玉米丰富了耐盐碱玉米种质资源。     

ZmGDH基因克隆及在玉米中的遗传转化

本研究从抗冷玉米自交系W9816中克隆了Zm GDH基因。分析发现该基因与其他植物中的谷氨酸脱氢酶基因(GDH)基因具有较高的同源性,其中与高粱同源性达到95.38%。对抗冷玉米自交系W9816进行4℃冷处理,分别在处理后0、6 h、12 h、24 h和48 h取材,采用q RT-PCR方法测定不同冷处理时间下Zm GDH在根、茎、叶中的表达情况,结果发现在不同组织中Zm GDH基因对不同时长的冷诱导响应存在显著的差异。另外通过农杆菌介导法对玉米骨干自交系Y423愈伤组织进行了Zm GDH基因的转化,PCR检测鉴定阳性转化植株,最终统计阳性转化率为4.3%。对T0代阳性植株进行q RT-PCR表达量分析,证明了阳性转化植株中Zm GDH基因的高表达。本研究所获得的Zm GDH转基因材料可用于Zm GDH基因的生物功能分析及抗冷转基因玉米新种质创制。     

玉米冷响应基因ZmCyp40克隆及其遗传转化

从抗冷玉米自交系W9816中克隆冷响应基因ZmCyp40,对该基因进行序列分析,发现其编码389个氨基酸,与高粱中的同源基因亲缘关系较近。qRT-PCR分析玉米自交系W9816低温(4℃)处理0 h、3 h、6 h、12 h、24 h和48 h后其根、茎、叶中基因ZmCyp40表达情况,发现ZmCyp40在玉米不同部位冷响应表达趋势不同,但均受冷诱导表达。构建ZmCyp40过表达载体,采用农杆菌介导法转化玉米优良自交系Y423的幼胚和愈伤。PCR检测转化植株,ZmCyp40阳性植株率为5.9%。qRT-PCR分析发现部分阳性植株中ZmCyp40基因的表达量有极显著的升高,可用于进一步的功能分析及玉米抗冷性状的遗传改良。     

小麦TaPHR1基因表达载体的构建

本研究以植物表达载体pROK2-Ubi为基础,设计带有酶切位点KpnⅠ和BamHⅠ的一对引物,从载体pAC25上扩增到目的基因TaPHR1。酶切回收后与同样双酶切的表达载体pROK2-Ubi连接,获得新的表达载体pTaPHR1,并将所构建的载体导入根瘤农杆菌LB4404菌株。另外以小麦品种济麦22为受体,利用农杆菌介导小麦成熟胚愈伤组织的遗传转化体系和构建的表达载体进行了初步的遗传转化。实验结果表明选择抗生素选择压Kan50mg/L,接种菌液浓度为OD600=0.6,侵染时间为60min时,抗性愈伤的获得率最高,达到4.08%,抗性愈伤组织的分化率达到3.28%。本研究为农杆菌介导缺磷响应基因TaPHR1的小麦遗传转化和小麦磷高效遗传改良研究提供了研究数据。     

农杆菌介导玉米愈伤遗传转化研究

以玉米自交系R18-599和齐319幼胚诱导的胚性愈伤为转化受体,对农杆菌浸染并共培养3 d后对GUS基因的瞬时表达率进行检测,优化遗传转化体系。结果表明:愈伤组织的生长状态对转化效率有很大影响,以愈伤组织继代两次、预培养7 d左右为浸染的最佳时期;另外,EHA105菌株对玉米自交系齐319愈伤的浸染效果要好于对R18-599,其平均GUS瞬时表达率分别为31.20%和23.74%,经t测验达显著水平(t<0.05)。     

玉米籽粒相关性状的QTL定位与候选基因分析

玉米籽粒相关性状作为重要的产量构成因素，也是产量遗传改良的重要指标，对提高玉米产量以及研究产量相关性状遗传基础具有重要意义。本研究以玉米骨干自交系ZNC 442和SCML 0849为亲本构建的131份F_2∶3家系为材料，基于简化基因组测序方法对该群体进行基因型鉴定，同时在两个环境下对该群体的粒长、粒宽和百粒重进行评价，并利用ICIM软件的完备区间作图法对目标性状进行QTL定位。结果表明，共定位到72个籽粒相关性状QTL,其中粒长相关QTL 23个，粒宽相关QTL 29个和百粒重相关QTL 20个。在此基础上，利用基因功能注释共筛选出控制籽粒相关性状的候选基因3个，分别是Zm00001d018839、Zm00001d018863、Zm00001d050868,通过参与苯丙烷生物合成和生长素、油菜素内酯信息传导，影响籽粒生长发育。     

根癌农杆菌介导的高效水稻遗传转化影响因素

根癌农杆菌介导的水稻遗传转化影响因素主要有农杆菌菌株和载体、水稻基因型、转化受体、共培养条件、选择标记基因和转化程序等。对影响农杆菌介导水稻基因转化效率的以上各种因素进行了综述,并对转化过程中存在的问题进行了讨论。