抗植物真菌病害基因及其介导的抗性机理

抗植物真菌病害基因种类繁多,其介导的抗性机理各不相同。在试验研究中应用比较成功的主要有9类,分别是:细胞毒素RNA酶基因、RNA酶抑制剂编码基因、几丁质酶基因、β-1,3-葡聚糖酶基因、核糖体失活蛋白基因、植保素合成酶基因、抗真菌蛋白基因、过氧化物酶基因和病程相关蛋白基因。     

白粉菌(Erysiphe graminis)侵染诱导表达的小麦糖苷水解酶基因TaGlc2的克隆与鉴定

真菌病害是世界小麦生产中的最重要的病害之一。目前,在小麦中已经鉴定出一批小麦病菌侵染诱导基因,包括病程相关基因和抗真菌水解酶基因（葡聚糖酶基因和几丁质酶基因）。最近的研究表明,植物1,3-β-葡聚糖酶参与对真菌侵染的防卫。本研究从小麦cDNA文库中克隆出一个编码小麦1,3-β-葡聚糖酶的新基因,命名为 TaGlc2。该基因编码的氨基酸序列与糖苷水解酶基因家族17高度同源。采用实时定量PCR分析方法对TaGlc2基因在白粉菌侵染(Erysiphe graminis)后小麦叶片中的表达模式进行研究,发现TaGlc2基因在白粉菌侵染6 h后表达明显增强,至24 h达到峰值,说明该基因受白粉菌侵染诱导表达。还获得了TaGlc2基因5'上游调控区序列,发现存在与病菌侵染响应有关的顺式元件。小麦TaGlc2基因在小麦白粉病抗性上可能具有重要作用。     

毛竹β-1,3-葡聚糖酶基因的克隆及序列分析(英文)

β-1,3-葡聚糖酶是一种植物病程相关蛋白,在植物抵御病害中有重要作用。本研究以毛竹为实验材料,利用RACE技术,克隆毛竹β-1,3-葡聚糖酶基因的外显子序列,并在β-1,3-葡聚糖酶基因的编码区两端设计引物,以毛竹基因组DNA为模版扩增该基因的内含子序列。序列结果表明,该基因全长1693bp,包含两个外显子和一个内含子,命名为PheGLU(GenBank登录号GU238236)。该基因包含1个996bp的开放阅读框,编码332个氨基酸,相对分子质量为3.541×104Da,其等电点pI为6.389,是一个酸性蛋白且分泌到胞外;其中,该蛋白的二级结构中包含35.15%的α-螺旋,21.82%的β-转角,43.03%的延伸链和无规则卷曲等;三级结构同源建模预测显示,它与大麦β-1,3-葡聚糖酶(PDB number:1ghsA)具有80.4%的同源性;聚类分析显示,该基因序列与已报道的其它植物具有较的高氨基酸序列同源性。本研究为进一步鉴定毛竹β-1,3-葡聚糖酶基因的抗真菌病害能力奠定了基础。     

木霉双价基因表达载体的构建

利用几丁质酶基因和β-1,4-葡聚糖酶基因构建双价基因表达载体,为木霉转化奠定基础。利用限制性内切酶酶切得到目的基因片段,通过T4 DNA ligase将基因插入表达框中,并采用PCR、酶切和核苷酸序列分析验证双价基因表达载体的正确性。利用启动子CaMV35S和终止子PolyA构建几丁质酶基因chi42的表达框,获得表达载体pC1302-C42;利用启动子CaMV35S和终止子Nos构建β-1,4-葡聚糖酶基因glu14的表达框,获得表达载体pC1300-2-G14;在单基因表达载体的基础上,通过串联构建双价基因表达载体pC1300-2-G14-C42,该表达载体含有潮霉素B抗性基因。经检测证实表达元件35S-chi42- PolyA和35S-glu14-Nos连接成功。得到的双价基因表达载体pC1300-2-G14-C42可直接用于木霉等丝状真菌的遗传转化,为构建木霉广谱高效工程菌株奠定基础。     

野罂粟花粉管通道法转双价抗真菌病基因方法研究

以野罂粟开放花蕾为受体,以载有几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶基因双价植物表达载体pBLGC的质粒为供体,在11％浓度的蔗糖溶液中,加入花粉和含有目的基因的质粒DNA．得到药粉处理液。然后辅以人工授粉的方法将花粉处理液滴注野罂粟柱头上获得种子,将种子经卡那霉素筛选和PCR检测。有目的基因特异带出现。实践证明：在野罂粟上,利用花粉管通道法进行几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶基因转化方法可行,为特殊中药材转基因技术提供一个新方法。     

南瓜韧皮部特异性启动子在转基因棉花中的表达

以自行构建的重组南瓜韧皮部特异启动子dENP构建了植物表达载体pBII2.利用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)LBA44O4介导转化棉花(Gossypium hirsutum L.)品种珂字312,共获得转pBII2和对照pBI121的抗卡那霉素棉花再生植株243株,筛选出172株为转基因阳性植株.Southern blot分析确证外源Gus基因插入拷贝数在1个或2个以上.对这些转基因棉花植株进行Gus染色结果表明dENP和CaMV35S启动子一样均能驱动Gus基因的表达,前者仅在棉花的韧皮部内特异表达,而CaMV35S启动子驱动的Gus基因为组成性表达.Gus酶活力测定结果进一步表明dENP和CaMV35S启动子驱动Gus基因表达水平相当,但是转pBII2棉花植株的Gus富集在韧皮部组织.证明了dENP启动子驱动的外源基因在棉花中具有韧皮部特异而高效表达的特征,从而可用于棉花抗病、抗蚜虫转基因研究.     

几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶基因导入甘蔗

将含有经过修饰的烟草(Nicotiana tabacum L.)Ⅰ类几丁质酶基因和Ⅰ类β-1,3-葡聚糖酶基因的双价植物表达载体pCG-Ⅱ在农杆菌介导下转化甘蔗优良品种ROCI0和ROC22,获得抗G418的转化植株52株,经PCR检测33株呈阳性;对部分经PCR检测呈阳性的转化植株进行Southern杂交和黑穗病抗病性的体外抑菌实验,结果显示这两个基因均已整合到部分甘蔗的基因组中,且它们对甘蔗黑穗病的抗性均有不同程度的提高.     

获得抗稻瘟病和纹枯病的转多基因水稻

将多个抗真菌病基因连同筛选基因hpt一起导入一水稻品种中，共获得49个独立的整合有1～4个抗真菌病基因的转基因植株系。转基因植株中几丁质酶的酶活均高于非转化对照植株，且转多个几丁质酶基因或与β-1，3-葡聚糖酶基因一起的转基因植株较转单个几丁质酶基因的植株有更高的酶活性。抗病试验表明，这些不同组合的R2代转基因     

维管特异表达启动子BSP的克隆与活性检测

为了研究维管特异表达启动子BSP的活性和组织特异性,从杨树基因组中克隆得到维管特异表达启动子BSP,利用该启动子与绿色荧光蛋白（GFP）报告基因构建植物表达载体,采用基因枪法转化烟草叶片,并在高渗培养基上培养过夜,后转移到诱导培养基上(MS+6-BA 0.5 mg/L+NAA 0.05 mg/L+Kan 100 mg/L)培养生根并长到一定高度后,剪下已形成维管组织的叶脉和根,制成切片,然后在OLYPUS BX51/BX52型荧光显微镜下用蓝光激发,观察各个组织细胞中的绿色荧光,同时以未转化的烟草材料做为对照。结果表明：BSP启动子所驱动的GFP基因在烟草的维管组织细胞中得到了高水平的表达,而在烟草的其他组织及对照的任何组织中几乎不表达。通过GFP在烟草维管组织中的瞬时表达,表明了该启动子具有维管组织特异性表达活性特点。     

转基因抗病棉花基因类型及原理研究进展

评述了几丁质酶基因、β-1,3-葡聚糖酶基因、葡萄糖氧化酶基因和天麻抗真菌蛋白基因等抗病基因的抗病机理及其在转基因抗病棉花中的应用,并分析了抗病转基因棉花研究目前存在的问题,为进一步研究转基因抗病棉花提供方向。     

菜豆几丁质酶基因Bchi的克隆及其在转基因烟草中的表达

本文根据GenBank中公布的菜豆几丁质酶基因cDNA序列设计引物,通过RT-PCR得到一个菜豆几丁质酶基因家族基因Bchi.该基因编码一个327个氨基酸的多肽,其结构包括信号肽、几丁质结合区、铰链区、催化区和液泡定位多肽,属于Class Ia类内切几丁质酶.构建该基因的植物表达载体pMHL7133-Bchi,并通过发根农杆菌R1000介导转化烟草,经PCR和Southern blot鉴定获得了4株转基因烟草株系.几丁质酶活性分析表明,转基因烟草几丁质酶活力明显高于对照.抗真菌实验结果显示,转基因烟草的叶片基本无病斑产生,表明Bchi基因在烟草中高水平的表达显著提高了烟草对真菌病害的抗性.     

苯并噻二唑(BTH)诱导苹果抗斑点落叶病研究

研究苯并噻二唑（BTH）诱导苹果抗斑点落叶病的组织病理学特征,及其诱导抗病性与苯丙氨酸解氨酶活性（PAL）、几丁质酶活性和β-1,3-葡聚糖酶活性的关系。用整叶组织透明染色法进行组织病理学观察,用比色法测定PAL、几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活的变化。结果表明：BTH能诱导苹果提高对斑点落叶病的抗性,接种前6d处理时可引起苹果斑点落叶病病情指数由对照的21.3下降到9.3。组织病理学观察发现,BTH诱导抑制病菌侵染钉的形成,限制病菌向细胞内扩展;酶活测定发现,BTH诱导能提高苹果叶片PAL、几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性。处理的果苗比对照果苗防卫反应启动的要早。     

基于底物压力法高效筛选葡萄霉菌病生防菌

为高效获得葡萄霉菌病生防菌菌株,以病原真菌细胞壁的关键组分几丁质和β-1,3-葡聚糖为唯一碳源,通过底物压力筛选法,选择性地富集同时具有几丁质酶活和β-1,3-葡聚糖酶活的目的菌株。结果表明,此筛选方法有效地富集了潜在的目标菌株。挑取的10株菌均具有几丁质酶活和β-1,3-葡聚糖酶活。其中,1号菌株单位菌体几丁质酶活和单位菌体β-1,3-葡聚糖酶活分别达到2. 52,0. 76 U/m L; 6号菌株的则分别为1. 45,3. 99 U/m L。酶学研究证明2株菌的酶均为诱导型,模拟自然条件下,2株菌在培养24或36 h酶活最高。经16S r DNA测序鉴定,2株菌均为假单胞菌,是一种极具生防潜力的内生细菌。     

转抗真菌基因水稻几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性的时间变化

为了研究外源几丁质酶基因和β-1,3-葡聚糖酶基因在水稻植株上表达的时间变化规律,利用酶促反应结合3,5-二硝基水杨酸(DNS)比色法测定了4个转基因水稻株系不同生育期叶片中几丁质酶活性和β-1,3-葡聚糖酶活性。结果表明,无论是亲本还是转基因株系,2种酶活性随生育期的后延而增大。生育前期,转基因株系的2种酶活性与亲本的酶活性水平差异小,随生育期的后延,与亲本酶活性的差异越来越大,说明外源基因前期表达量小甚至沉默或抑制内源基因的表达,后期表达量多。同时转基因株系的酶活性的波动性较亲本的大,且酶活性的高低与转入基因数量无相关性。因此,外源基因的表达具有时效性但不具有数量优势。     

Ri质粒介导双价抗真菌病基因转化番茄的初步研究

以番茄新品种T431、1911、0701为材料,以9天苗龄的叶片为受体,通过农杆菌Ri质粒介导,将几丁质酶基因和?-1,3葡聚糖酶基因转化番茄。共获得再生植株100株,经PCR技术检测,导入几丁质酶基因和?-1,3葡聚糖酶基因的植株分别为27株和13株,转化率为27% 和13%;两个目的基因同时导入的植株10株,转化率为10%。PCR-Southern检测呈阳性,表明外源基因已经整合到番茄基因组中。对9株双转化的植株进行RT-PCR检测,几丁质酶基因和?-1,3葡聚糖酶基因的阳性植株分别为5株和4株,证明转化的基因已表达。     

转几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶双价基因小麦的获得和鉴定

利用农杆菌介导法将几丁质酶基因和β-1,3-葡聚糖酶双价基因导入小麦品种扬麦10号和Bobwhite,共得到了13株T0代转基因植株,2个小麦品种的转化效率分别为1.4%和1.0%.T1代植株赤霉病抗性鉴定结果表明,转基因植株对赤霉病具有一定抗性,小穗发病率4.76%～11.76%,低于抗病对照和感病对照.T1代植株分子检测结果表明,外源基因分离比例为2.33∶1,较低的分离比例可能与外源基因的丢失有关.     

花生抗黄曲霉的植物双价表达载体的构建

通过常规育种培育的抗黄曲霉品种皆表现抗性不稳定,鉴此开展通过基因工程手段以培育高抗以及无筛选标记的转基因花生品种。几丁质酶基因CHI和葡聚糖酶基因GLU皆为广谱性的抗病基因且具有协同增效作用。分别以pSC1300-8-CHI和pSC1300-13-GLU载体为基础,通过PCR技术在CHI基因的特异启动子8#前端和T-nos末端分别加入NcoⅠ酶切位点和AflⅡ酶切位点,在GLU基因的特异启动子13#前端和T-nos末端分别加入ApaⅠ酶切位点和SpeⅠ酶切位点,通过酶切、连接将上述2个基因连接在抗生素自我删除载体pLoxp上,获得了具有抗生素自我删除选择标记的双价果种皮特异表达载体pLoxp-8-CHI-13-GLU。经过限制性内切酶鉴定,该植物表达载体构建成功。     

硅酸盐诱导黄瓜系统抗病中主要酶活性的变化

采用水培法,研究了K2SiO3对黄瓜（Cucumissativus L．）幼苗叶片中几丁质酶和p-1,3-葡聚糖酶活性的影响。结果表明：黄瓜易感白粉病品种ZJ02-09幼苗第2叶喷施20mmol／LK2Si03溶液之后,叶片中几丁质酶和p-1,3-葡聚糖酶活性明显升高,并诱导第3、4片叶中几丁质酶和p-1,3-葡聚糖酶活性增强,从而抵制以后白粉菌（Sphaerotheca fuliginea）的侵入。喷施20mmol/L K2SiO3溶液能安全、有效地诱导黄瓜抵抗白粉病。     

甘蔗葡聚糖酶ScBG1基因的电子克隆及序列分析

为了揭示甘蔗β-1,3-葡聚糖酶基因的结构特点和功能特性,从而为该基因的研究和应用提供基础。本研究以水稻β-1,3-葡聚糖酶基因(U72255.1)为搜寻探针,运用电子克隆技术,获得一条甘蔗β-1,3-葡聚糖酶基因全长cDNA,命名为ScBG1,并对其进行生物信息学分析。结果表明：该基因的cDNA序列全长为1842 bp,包含一个1488 bp完整的开放读码框,编码495个氨基酸残基,属于糖基水解酶第十七家族,为疏水性蛋白,含有信号肽。将ScBG1与其他植物种的β-1,3-葡聚糖酶基因进行序列比对,发现该基因具有保守和典型的葡聚糖酶结构域,碱基序列的保守性为45%~73%。研究结果为该基因的实验克隆奠定基础,也为甘蔗β-1,3-葡聚糖酶基因的分子功能研究提供参考。     

发育对番茄叶片防御相关酶活性的影响

以不同发育阶段及开花期番茄植株为材料,研究了不同发育时期番茄防御酶同工酶酶谱及防御酶活性的差异。结果发现,同叶龄番茄叶片过氧化物酶、超氧化物歧化酶和酯酶同工酶酶活性随植株生长均显著增加;叶龄较植株发育阶段对三种同工酶酶谱的影响较小。同叶龄番茄叶片的β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶在不同发育阶段有显著差异,β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶活性分别在开花初期和六叶期植株中最高;β-1,3-葡聚糖酶活性随着叶龄的增加而升高,而几丁质酶活性变化不大。该研究表明,植物的一些抗病防御相关因子与植物发育时期密切相关,植株发育阶段对叶片防御相关因子的影响显著高于叶龄对它的影响。