转GsCBRLK/SCMRP双价基因苜蓿耐碱性及氨基酸含量分析

从野生大豆盐碱胁迫基因表达谱中筛选并克隆到GsCBRLK基因, 与人工合成的高甲硫氨酸含量SCMRP基因构建成双价植物表达载体, 将其转入苜蓿, 获得超量表达的转基因苜蓿, 并进行耐碱性分析。结果显示, 经过100、150 mmol L^–1 NaHCO₃处理14 d后, 转基因株系生长状态良好, 而非转基因对照株系萎蔫、失绿、甚至死亡;转基因株系的丙二醛含量和相对质膜透性显著低于非转基因株系(P<0.05), 而SOD酶活性显著高于非转基因对照(P<0.05), 说明超量表达GsCBRLK基因增强了苜蓿的耐碱能力;各转基因株系的甲硫氨酸含量均比对照植株高, 表明SCMRP基因的导入提高了苜蓿叶片甲硫氨酸的含量。     

转GsPPCK1基因苜蓿植株的获得及其耐碱性分析

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶激酶(phosphoenolpyruvate carboxylase kinase, PPCK)是一种钙不依赖的丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)类蛋白激酶, 参与碳氮代谢等多个生物学过程, 然而其在碱胁迫反应中的作用尚未见报道。本研究在前期野生大豆碱胁迫基因表达谱数据基础上, 采用同源克隆的方法分离野生大豆(Glycine soja)PPCK1基因, 该基因与大豆(Glycine max) PPCK1基因(AY374445)具有99%的相似性, 被命名为GsPPCK1。在50 mmol L^–1 NaHCO₃ 胁迫处理3 h内, 根和叶中GsPPCK1基因上调表达, 属碱胁迫早期应答基因。通过农杆菌介导法对肇东苜蓿进行遗传转化, 并对RT-PCR阳性的超表达转基因株系进行耐碱性分析表明, 在100 mmol L^–1 NaHCO₃处理15 d后转基因株系生长状态良好, 而非转基因对照株系明显萎蔫、失绿、甚至死亡; 转基因株系的丙二醛含量和相对质膜透性显著低于非转基因株系(P<0.05), 而叶绿素含量和根系活力显著高于非转基因对照(P<0.05), 说明超量表达GsPPCK1基因增强了苜蓿的耐碱能力。以上结果表明, GsPPCK1参于植物耐碱胁迫反应过程, 在碱胁迫基因工程研究领域具有良好的理论和实际应用意义。     

转AtDREB2A基因苜蓿的耐碱性分析

对已获得的转基因苜蓿进行了RT-PCR检测,确定AtDREB2A基因已在转基因苜蓿中超量表达。并研究了转AtDREB2A基因苜蓿在碱胁迫(100mmol/L,pH8.5)下表型和生理生化指标的变化。结果表明,转AtDREB2A基因苜蓿的相对质膜透性及丙二醛含量显著低于野生型株系,株高、叶绿素及根系活力明显高于野生型株系,说明AtDREB2A基因的超量表达提高了转基因苜蓿的耐碱能力。     

碱胁迫相关基因GsWRKY15的克隆及其转基因苜蓿的耐碱性分析

WRKY蛋白属于锌指型转录调控因子,能够参与植物多种逆境响应。本研究利用前期野生大豆盐碱胁迫RNA-seq测序数据,从构建的碱胁迫基因调控网络中筛选并克隆到GsWRKY15基因。分析GsWRKY15在碱胁迫下野生大豆根中的表达模式,发现该基因受碱胁迫诱导显著上调表达,且在胁迫后1 h表达量最高。分析GsWRKY15基因在野生大豆各组织中的表达特异性,发现该基因在各组织中均有表达,花中表达量最高。采用根癌农杆菌侵染苜蓿子叶节方法,将GsWRKY15转化肇东苜蓿,获得39株抗性植株。通过PCR、Southern blot和RT-PCR方法分析抗性植株,获得了超量表达GsWRKY15基因的转基因株系并对其进行了耐碱性分析。在150 mmol L–1 Na HCO3处理2周后转基因苜蓿生长状态良好,而非转基因苜蓿出现萎蔫、变黄,甚至死亡;非转基因苜蓿的相对质膜透性和丙二醛含量显著高于转基因苜蓿,而叶绿素含量显著低于转基因苜蓿;同时分析碱胁迫下转基因植株中胁迫相关基因的表达模式,发现H+-Ppase、NADP-ME、KIN1、RD29A基因的表达量高于非转基因苜蓿。结果表明GsWRKY15基因的超量表达能够显著增强苜蓿的耐碱能力。     

转PvP5CS1基因拟南芥植株对干旱和盐胁迫的反应

为探索普通菜豆脯氨酸合成酶基因P5CS1在植物渗透胁迫中的作用,本研究应用农杆菌介导法,将PvP5CS1基因转入拟南芥,获得6株阳性转基因株系;通过检测转基因植株与野生型植株在干旱和盐胁迫下种子发芽率,幼苗脯氨酸含量、株系电导率、相对根长和成株死亡率,分析了PvP5CS1基因的表达对改善拟南芥抗渗透胁迫的效应。结果表明,在150 mmol L^-1 NaCl和150 mmol L^-1甘露醇渗透胁迫下,转基因植株平均相对发芽率分别是野生型的1.6倍和1.62倍;150、250 mmol L^-1甘露醇和150 mmol L^-1 NaCl处理下,转基因拟南芥植株平均脯氨酸含量分别是野生型的2.68、1.30和1.30倍;平均相对电导率分别是野生型植株的85%、77%和85%;平均相对根长分别是野生型植株的1.2、1.3和1.2倍;300 mmol L^-1 NaCl处理下,转基因植株的平均死亡率为42%,显著低于野生型(90%)(P<0.05);干旱胁迫下,转基因植株的平均死亡率为56%,显著低于野生型(70%)(P<0.05),说明PvP5CS1基因在拟南芥中的表达明显改善了转基因植株的抗旱性和耐盐性。     

GsERF6基因过表达对水稻耐盐碱性的影响

乙烯响应因子(ERF)是植物特有的一类转录因子,在响应非生物胁迫中具有重要作用。本研究通过生物信息学发现,野生大豆耐盐碱ERF转录因子GsERF6与水稻ERF同源蛋白的氨基酸序列相似性很高,均包含1个高度保守的AP2结构域。为探究GsERF6基因在水稻耐盐碱应答中的作用,通过遗传转化、PCR和半定量RT-PCR鉴定,获得了2个纯合的GsERF6过表达转基因水稻株系。表型鉴定表明, 200 mmol L^–1 NaHCO3处理下GsERF6转基因水稻的存活率、相对含水量、超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性、可溶性糖和脯氨酸含量均显著高于对照,活性氧积累则反之。实时荧光定量PCR分析表明, 40 mmol L^–1 NaHCO3处理6 h后渗透调节基因OsP5CS2和OsLEA14在GsERF6转基因水稻中的表达量显著高于对照。本研究表明,水稻中GsERF6的过表达可通过提高ROS清除水平、渗透调节能力及胁迫应答基因的表达来提高其耐盐碱性。     

菊花DmDREBa/b基因提高转基因烟草耐逆性研究

本研究组前期从菊花(Dendranthema morifolium)中克隆得到两个DREB同源基因-Dm DREBa/b,发现两者都受到低温诱导。为了进一步探究该基因的功能,本研究通过农杆菌介导的叶盘转化法将Dm DREBa/b分别导入烟草,并对这两个基因进行了耐逆性分析。结果表明,在4℃低温处理下,过表达Dm DREBa和Dm DREBb基因的烟草的鲜重和存活率都显著高于对照,并且转基因烟草的MDA含量低于对照,而POD活性高于对照;在高盐胁迫下,过表达Dm DREBb基因烟草株系的鲜重、POD活性以及脯氨酸含量都显著高于对照和过表达Dm DREBa基因烟草株系,并且过表达Dm DREBb烟草的存活率达到53%,显著高于对照的存活率20%;而对转基因烟草进行干旱胁迫后,过表达Dm DREBa烟草株系鲜重、POD活性和脯氨酸含量则均显著高于对照和过表达Dm DREBb烟草,且有60%的过表达Dm DREBa烟草恢复生长,显著高于对照(13%)和过表达Dm DREBb烟草(27%)。因此,本研究进一步证明菊花Dm DREBa和Dm DREBb基因均参与低温胁迫调控网络途径,能够提高转基因烟草耐低温能力,其中,Dm DREBa表现为更加积极调控转基因烟草的干旱胁迫,而Dm DREBb则更可能参与响应转基因烟草的高盐胁迫。     

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。     

耐碱GsCHX19基因的克隆及对苜蓿的遗传转化

基于实验室前期野生大豆G07256碱胁迫转录组数据,结合生物信息学方法筛选得到响应碱胁迫的cation/H+逆向转运蛋白基因Gs CHX19,克隆了Gs CHX19基因全长CDS编码序列并将其构建到p CAMBIA330035Su植物超量表达载体中。以肇东紫花苜蓿为受体材料,通过农杆菌介导法将重组的植物表达载体转化其子叶节,用含0.5mg/L草铵膦的筛选培养基进行筛选,获得20株抗性植株。采用PCR方法检测抗性植株中bar基因的表达,获得16株PCR阳性植株。对获得的PCR阳性植株进行RT-PCR及real-time PCR检测,鉴定共获得11株RT-PCR阳性植株,且证明Gs CHX19基因在各转基因植株中均有不同程度的表达。结果表明,Gs CHX19基因成功转化苜蓿,并且得到表达,该转基因植株将为耐盐碱转基因苜蓿新品种的培育提供重要的试验材料。     

蛋白激发子Hrip1基因在拟南芥中表达可提高植株的耐盐耐旱能力

Hrip1是从极细链格孢(Alternaria tenuissima)代谢物中分离的一种蛋白激发子。将蛋白激发子基因Hrip1转化到拟南芥,对5个T₁代转基因拟南芥株系进行分子检测, 证明Hrip1基因能够在拟南芥中转录和表达。转基因植株对盐和干旱胁迫的抗性显著增强, 75 mmol L⁻¹ NaCl和50 mmol L⁻¹甘露醇渗透胁迫2 d, 转基因植株种子平均相对发芽率为32.1%和77.9%, 分别比野生型的增加3.72倍和5.61倍; 150 mmol L⁻¹ NaCl和50 mmol L⁻¹甘露醇处理拟南芥幼苗7 d后, 转基因植株平均相对根长为81.79%和93.25%, 分别是野生型的1.53倍和1.34倍。3周龄的转基因植株在250 mmol L⁻¹ NaCl条件下胁迫20 d, 平均存活率为67%, 显著高于野生型(42%)(P<0.05); 干旱胁迫25 d后, 复水5 d转基因植株平均存活率为72%, 而野生型仅为44%。检测结果显示转基因植株叶片的抗氧化酶活性明显高于野生型, 用200 mmol L⁻¹ NaCl和200 mmol L⁻¹甘露醇处理24 h后, POD活性分别比野生型植株提高1.56倍和1.85倍, CAT活性分别比野生型植株提高1.64和1.86倍。说明蛋白激发子Hrip1基因在拟南芥中的表达能够改善和提高植株的耐盐抗旱能力。     

转BADH基因苜蓿T-DNA侧翼序列分析及转化事件特异性分析

为了从分子水平上鉴别不同的转基因株系,以转BADH基因苜蓿的T₀代基因组DNA为模版,采用热不对称交错PCR(TAIL-PCR)方法分离其外源基因插入位点的侧翼序列,获得了B127株系的左翼序列和右翼序列,以及B125、B138、B295和B196株系的左翼序列。侧翼序列特征分析表明,有的T-DNA边界序列被删除,有的边界序列被保留,并填充了一段未知来源的核苷酸序列。根据侧翼序列中插入载体序列和紧邻插入序列的基因组序列特征,分别设计PCR扩增的上、下游引物,并对获得的42个转BADH株系分别进行左、右翼序列的扩增,结果表明,转基因植株B106、B125、B138、B157、B158、B289、B295、B305和B127具有相同的扩增条带,B203、B220、B223和B196具有相同的扩增条带,说明这些株系可能仅来源于2个转化事件。本研究建立的事件特异性检测方法可以准确地将不同的转化株系区别开来。     

渗透胁迫下转BADH基因苜蓿组培苗的 抗性响应

用4种不同浓度的聚乙二醇(PEG6000)溶液处理转BADH基因苜蓿SLM01,SLM05株系及其未转基因的受体亲本,14天后测定相关生理指标的变化。结果表明：随着PEG6000浓度的提高,苜蓿叶片中丙二醛（MDA）含量升高,质膜透性增大,但转基因植株的都低于对照;PEG6000处理后渗透调节物质可溶性糖、脯氨酸大量积累,叶绿素含量降低,与受体亲本相比,转基因株系可溶性糖含量的增加幅度较大,脯氨酸积累较少,叶绿素含量下降较慢。以上结果说明转BADH基因苜蓿对PEG造成的渗透胁迫具有较强的抗性。     

干旱胁迫下PEPC过表达增强水稻的耐强光能力

以过表达磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)的水稻为材料,研究了不同程度干旱胁迫下开花期剑叶光合作用的光响应过程、叶绿素荧光参数、色素含量和活性氧代谢。结果表明,在干旱特别是重度干旱胁迫下,野生型水稻在强光下净光合速率迅速下降,而转Zmppc基因水稻没有明显的下降现象; 而且表示光化学活性的叶绿素荧光参数F_v/F_m、Φ_PSⅡ和q_P下降程度低,说明PEPC增强了干旱胁迫下水稻抵御强光胁迫的能力。这可能是因为干旱胁迫下转Zmppc基因水稻玉米黄质含量高,光系统对过剩光能的耗散能力强,能够保护光系统免受过剩光能的伤害,从而减小O₂^?产生速率; 同时干旱胁迫下转PEPC基因水稻抗氧化酶SOD、POD和CAT活性高,能有效清除活性氧,减轻膜质过氧化。     

Zn和EDTA对紫花苜蓿叶片光合特性的响应

为了探索提高紫花苜蓿的抗锌能力,以3个紫花苜蓿品种为试材,采用土培法,研究Zn胁迫(250μg/kg)下,EDTA对不同品种紫花苜蓿叶片锌富集量、光合色素含量及叶绿素荧光参数的影响。结果表明,在50 d时,紫花苜蓿叶片Zn的含量均显著增高,Zn+EDTA显著提高了苜蓿叶片对锌的吸收;大叶苜蓿品种叶片光合色素的含量高于对照,大叶苜蓿叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素的含量显著高于其他2个品种;EDTA处理可提高大叶苜蓿初始荧光值、可变荧光、最大荧光值、最大光化学效率的水平。结果显示,EDTA促进大叶苜蓿叶片的光合色素含量的增加,减少过剩激发能的耗散,提高光合电子传递效率,有效降低锌胁迫对紫花苜蓿叶片PSⅡ的伤害,提高大叶苜蓿的抗锌能力。     

异源表达棉花S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶(Gh SAMDC1)基因提高了拟南芥抗盐能力

以转GhSAMDC1基因拟南芥研究了过量表达GhSAMDC1基因对拟南芥幼苗抗盐能力的影响,以及内源多胺、过氧化氢(H2O2)、丙二醛(MDA)、叶绿素含量(Chl)、离子渗透率、抗氧化酶(SOD、CAT、POD)活性和表达量在盐胁迫下的变化。结果表明,过量表达GhSAMDC1基因能够减少拟南芥内源腐胺(Put)含量,增加亚精胺(Spd)和精胺(Spm)含量。盐胁迫下,转基因株系亚精胺合酶(AtSPDS1、AtSPDS2)和精胺合酶(AtSPMS)基因表达量明显高于野生型,Spd和Spm含量进一步增加,H2O2、MDA、Chl以及离子渗透率显著降低;与野生型相比,过氧化物酶(POD)活力无明显差异,但超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活力明显增加,其表达水平与活力变化趋势基本一致。因此,盐胁迫下,GhSAMDC1基因通过提高Spd和Spm合成相关基因的表达,增加了转基因株系Spd和Spm含量,Spd和Spm直接或间接提高抗氧化系统相关酶的活力,通过清除H2O2等活性氧的方式提高拟南芥的抗盐能力。