玉米ZmNAOD基因的克隆与功能分析

玉米籽粒发育和光周期特性是影响产量的关键因素。本文通过RT-PCR方法, 从玉米骨干自交系昌7-2籽粒的cDNA中克隆得到一个乙酰鸟氨酸脱酰酶基因, 命名为ZmNAOD。ZmNAOD的CDS (coding DNA sequence)长1344 bp, 编码447个氨基酸。qRT-PCR分析表明, ZmNAOD基因在玉米雄穗中的表达量最高, 其次是在籽粒、叶、茎、根中; 该基因在授粉后不同天数籽粒中的表达趋势为, 0~15 d快速上升, 之后迅速下降。对该基因的过表达转基因拟南芥的研究表明, ZmNAOD基因在转基因拟南芥的根中表达量最高; 经暗处理10 d后, 转基因株系根的长度显著长于野生型; 转基因拟南芥的生育期明显提前, 其粒长和千粒重显著大于野生型拟南芥。这些结果表明, ZmNAOD基因的表达可能与籽粒发育和光周期调控有关。     

小黑麦TwNA C01基因功能分析

NAC是一类调控植物发育、衰老、生物与非生物逆境以及在激素反应方面具有重要作用的转录因子。为解析小黑麦TwNAC01基因的初步功能,本研究以从六倍体小黑麦中克隆到NAC转录因子基因TwNAC01为基础,构建了过表达载体pCAMBIA1300-35S-Tw NAC01,并通过蘸花法转化拟南芥,获得转基因拟南芥株系,对转基因与野生型拟南芥在干旱胁迫下的该基因表达量与相关生理指标进行了检测。结果表明,在干旱胁迫下,TwNAC01基因在拟南芥根部表达量显著高于叶部,同时在转Tw NAC01基因植株根和叶部的表达量均显著高于野生型及转空载体拟南芥。转TwNAC01基因拟南芥叶片在干旱胁迫下失水率较转空载体和野生型拟南芥降低,其电导率、H2O2和MDA含量较转空载体及野生型株系显著降低,但叶片含水量在转TwNAC01基因株系与较转空载体及野生型株系间差异不显著,而转Tw NAC01基因拟南芥根系长度分别是野生型和转空载体拟南芥根系长度的1.5倍和1.2倍,差异显著。可见Tw NAC01在拟南芥根部优势表达,其优势表达促进了根系的伸长,提高了拟南芥抗旱能力。本研究对于理解小黑麦的抗旱分子机制提供了重要依据,也为小黑麦抗旱育种奠定了分子基础。     

转betA基因增强小麦的干热风抗性

甜菜碱是细胞内重要的渗透调节物质,其积累能有效提高植物对非生物逆境的抗性。以转betA基因小麦和未转基因的野生型为材料,在灌浆期模拟干热风胁迫处理植株3 d,研究干热风对植株生长和籽粒产量的影响。胁迫处理后,转基因植株保持较好长势,叶片青枯失水较少,旗叶持绿面积显著大于野生型。各株系植株的光合作用能力和蔗糖磷酸合成酶(SPS)及蔗糖合成酶(SS)活性在胁迫处理后都下降,转基因植株的净光合速率下降到2.3~3.7 μmol CO₂ m^-2 s^-1,而野生型下降到1.2 μmol CO₂ m^-2 s^-1;野生型植株的SPS和SS活性的下降幅度分别为处理前56.8%和53.9%, 而转基因株系的下降幅度分别为62.3%~69.8%和56.5%~64.5%。干热风胁迫使得各株系植株的旗叶甜菜碱含量升高,但转基因株系的叶片甜菜碱含量比野生型的高18%~87%。在甜菜碱保护作用下,转基因植株在胁迫条件下能够维持较高的光合速率,合成较多的碳水化合物,使得百粒重和单株产量均高于野生型。因此,通过转betA基因可显著提高小麦在干热风处理条件下的甜菜碱含量从而增强其抗干热风能力。     

基于FAE1和FAD2基因的油菜种子脂肪酸生物合成遗传调控

脂肪酸延伸酶1基因FAE1和Δ~(12)-脂肪酸脱饱和酶基因FAD2是植物脂肪酸生物合成途径中的两个关键酶基因,在同一甘蓝型油菜品种CY2中对这两个关键酶基因进行单表达和双表达遗传调控获得五种不同类型的具有相同遗传背景的转基因株系。本研究分析比较了种植于相同环境条件下的五类转基因株系及野生型对照的种子脂肪酸组成和含油量,结果表明,两基因单独和双重调控可显著改变油酸、亚油酸、亚麻酸、花生烯酸和芥酸等多种脂肪酸含量,其中两个内源目标基因同时沉默种子中的油酸含量从20.5%提高到了82.8%,拟南芥FAE1基因籽粒特异表达种子中的芥酸含量由43.9%增加到了60.2%。与野生型对照相比,五类转基因种子中的十八碳不饱和脂肪酸相对比率和油酸脱饱和比例均发生了显著变化。此外,增强FAE1基因表达后种子含油量有所提高,而沉默两个目标基因的表达则使种子含油量降低,表明两个关键酶基因调控对油脂合成与积累也产生一定影响。     

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。     

HvLBD19基因对大麦不定根发育的调控

植物LBD基因家族是植物特异的转录因子家族,在调控植物生长发育和氮素代谢方面起到重要的作用。基因组共线性分析表明,大麦(Hordeum vulgare L.) HvLBD19基因为水稻ARL1和玉米RTCS基因直系同源基因。基因时空表达分析结果表明,该基因在不定根中表达丰度最高,且受外源生长素诱导表达,所编码蛋白定位于细胞核内。转基因功能验证结果表明,苗期超表达株系相对于野生型不定根长度增长近1倍,不定根数目增加40%。本研究初步明确了HvLBD19基因影响大麦不定根发育,为进一步深入探究大麦HvLBD19基因调控不定根发育的分子机制提供了基础。     

转PSAG12-IPT基因对棉花叶片衰老及产量和纤维品质的影响

探讨P_SAG12-IPT基因导入对棉花叶片衰老性状、产量和纤维品质的影响。本研究以9个转化事件的纯合阳性株系为试验材料,于2011—2012年在中国农业大学上庄实验站开展研究。结果表明,转基因株系叶片衰老阶段IPT基因表达量大幅上调,Z+ZR类细胞分裂素含量显著高于野生型冀合321。根据Z+ZR类细胞分裂素含量将9个转P_SAG12-IPT基因株系聚类分为抗衰老能力强、弱和中间型3大类,不同类型株系在叶片衰老阶段的叶绿素和可溶性蛋白含量较野生型增加幅度不同。转基因株系单株成铃数(直径≥2 cm)和铃重与野生型相当或高于野生型,但各株系第一次收获时的吐絮率显著低于野生型,且降低幅度与抗衰老能力成正比。这导致抗衰老能力较强和中等的P_SAG12-IPT过表达株系(OE-37和OE-38)因有效吐絮铃少而减产,而抗衰老能力弱的株系(OE-30)籽棉产量与野生型相当。P_SAG12-IPT基因过表达株系的纤维长度整齐度指数显著高于野生型,马克隆值有增加趋势,其他品质指标与野生型差别不大。     

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。     

异源表达棉花GhPRP5基因增强了拟南芥对盐和ABA的敏感性

富含脯氨酸的蛋白(proline-rich proteins, PRPs)代表一类富含脯氨酸和羟脯氨酸的细胞壁结构蛋白质,最先在伤害诱导的胡萝卜贮藏根中被发现。越来越多的证据显示这类蛋白在应答多种生物和非生物胁迫中起作用。我们之前从棉花cDNA文库中分离了一个命名为GhPRP5的编码富含脯氨酸蛋白的基因,为研究其功能,构建了GhPRP5的过量表达载体,转化拟南芥,获得GhPRP5高表达的8个株系的纯合体。在正常培养条件下,转基因株系和野生型种子的萌发率一致,但盐胁迫和ABA处理显著抑制了转基因拟南芥株系种子的萌发。盐胁迫条件下野生型的绿苗率明显高于转基因拟南芥株系,与正常生长条件相比,ABA处理抑制转基因拟南芥主根伸长的程度更大。利用Quantitative RT-PCR技术分析几个胁迫相关标记基因的表达情况表明,盐和ABA诱导了RD29A、RD29B和KIN1的表达,但诱导水平在转基因株系和野生型中不一样,说明GhPRP5参与调控拟南芥胁迫相关标记基因的表达,但具体参与的胁迫应答信号传导途径仍需进一步研究。     

NDPK1在细胞分裂中的功能分析

为明确NDPK1在细胞分裂过程中的作用及作用机制,本研究利用过表达技术,分析过表达NDPK1转基因拟南芥的株高和茎粗;用扫描显微镜观察比较过表达NDPK1转基因拟南芥细胞大小和形态、统计单位面积中细胞数目;利用RT-PCR技术,检测过表达NDPK1转基因拟南芥中细胞分裂相关基因的表达情况,初步分析NDPK1对细胞周期的调控机理。结果表明:过表达NDPK1转基因拟南芥下胚轴长度高于Col-0野生型拟南芥;过表达NDPK1转基因拟南芥的下胚轴细胞数目多于Col-0野生型拟南芥;过表达NDPK1中细胞分裂的促进因子CDC2和CycD2的表达量明显高于Col-0野生型拟南芥。以上结果表明,NDPK1可通过调控CDC2和CycD2的表达进而促进细胞分裂。     

籽粒蛋白质含量不同的转基因水稻株系产量形成特点

水稻籽粒蛋白质含量与产量的关系仍不十分清楚。本试验以日本晴和以其为亲本通过转基因方式获得的5个籽粒蛋白质含量有明显差异的水稻株系为材料,在大田栽培条件下研究上述株系产量的形成特点。结果表明,在相同施氮量条件下,蛋白质含量高的水稻株系,其产量水平相对较低,结实率与籽粒蛋白质含量呈显著负相关。随着施氮水平的提高,各株系籽粒蛋白质含量和产量明显增加,产量增加的主要原因是单位面积穗数和每穗粒数的增加。抽穗前积累的干物质少,抽穗后叶片功能期相对较短,光合速率低,灌浆结实期茎秆中的干物质和非结构性碳水化合物向籽粒转运率低,引起结实率下降,是导致籽粒蛋白质含量高的水稻株系产量降低的重要生理原因。     

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。     

过表达海马齿SpSOS1基因能增强转基因拟南芥的耐盐性

细胞膜Na~+/H~+逆转运蛋白SOS1在植物耐盐过程中起重要作用。本研究将盐生植物海马齿中的细胞膜Na~+/H~+逆转运蛋白基因SpSOS1构建到植物双元表达载体pCAMBIA1304上,采用农杆菌介导的方法将SpSOS1基因转入到拟南芥中,在含有50μg/mL潮霉素B的MS培养基上筛选转基因后代,结合目标基因和标记基因的PCR验证,获得了超表达的转基因拟南芥。利用T_3代转基因幼苗进行耐盐性分析。研究表明,转SpSOS1基因的拟南芥在50 mmol/L NaCl的培养基中发芽率在80%以上,明显高于野生型拟南芥的45%。转SpSOS1基因拟南芥幼苗的耐盐性明显提高,在100 mmol/L NaCl条件下能正常生长,具有较高的生物量、根长和侧根数,而野生型拟南芥在50 mmol/L NaCl的胁迫下明显萎蔫、失绿、甚至死亡。说明过表达SpSOS1基因显著提高了拟南芥的耐盐性。     

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。     

工业用高油高芥酸转基因油菜株系的获得

芥酸在工业上具有诸多用途,目前主要从菜籽油中制取,提高芥酸含量和含油量是工业专用高芥酸油菜育种的两个重要目标。本研究在甘蓝型油菜高油品种CY2中籽粒特异正向表达拟南芥At FAE1基因,增强脂肪酸延伸酶的活性,获得了两个高油高芥酸转基因株系,其芥酸含量由CY2的43%提高到了60%左右,含油量超过了50%,稍高于CY2。这一研究表明,极长链脂肪酸生物合成关键酶基因FAE1表达的上调不仅能显著促进芥酸合成,而且对提高含油量也有一定作用。田间观察和考种结果显示,两个株系的主要农艺性状与CY2相仿,未发生显著变化。该转基因油菜的产业化开发将有助于降低企业的原材料和芥酸产品的生产成本。     

过表达AtCBF4、BoWS大豆对干旱胁迫的响应

本研究利用农杆菌介导法获得的过表达At CBF4基因、过表达Bo WS基因大豆株系的后代,研究其在干旱胁迫下转基因大豆生理特性、光合性状以及产量性状的表现,以揭示其转基因大豆耐旱性特点。研究结果表明:过表达CBF4基因株系在丙二醛、气孔导度、细胞CO2浓度、蒸腾速率,单株荚数、单株粒数上表现优于过表达Bo WS基因大豆株系;过表达Bo WS基因大豆株系在脯氨酸、可溶性糖、净光合速率、瞬时水分利用率、株高、节数、百粒重、单株产量以及结荚期单株荚数和单株粒数上耐旱性更强。研究结果表明通过灰色关联分析以及聚类分析表明过表达Bo WS基因大豆株系比过表达At CBF4基因株系具有更强的耐旱性。     

玉米ZmMGT0基因过表达载体的构建及拟南芥遗传转化研究

CorA/MRS2/MGT-型镁离子转运蛋白在维持植物镁离子平衡中具有重要作用。为探讨一个表达受缺镁胁迫诱导的玉米MRS2/MGT-型镁离子转运蛋白基因ZmMGT10在缺镁胁迫中的功能,构建了ZmMGT10的过表达载体并遗传转化拟南芥,获得了转基因拟南芥株系。同野生型拟南芥植株相比,过表达ZmMGT10增加了低镁胁迫生长下转基因植株的生物量、根长和叶绿素浓度。进一步研究表明,在低镁生长条件下,转基因植株的根和叶中积累的镁离子含量均明显高于野生型植株。此外,在低镁生长条件下,转基因植株根对镁离子的吸收能力明显强于野生型植株。结果表明,过表达ZmMGT10基因可以增强转基因拟南芥植株对低镁胁迫的抵抗。     

异源表达四季秋海棠BsRbohD基因高光下促进花色素苷合成积累

为了探究四季秋海棠BsRbohD基因的功能,本研究以异源表达四季秋海棠BsRbohD基因的‘哥伦比亚’野生型拟南芥为材料,通过最大光化学效率(F_v/F_m)、活性氧(ROS)水平、花色素苷含量及相关合成基因表达的变化来分析BsRbohD基因与花色素苷之间的关系。结果显示:四季秋海棠BsRbohD基因异源转入拟南芥后可正常表达。在对照条件下,两个过表达株系OE1、OE2的超氧阴离子(O₂·^-)产生速率和过氧化氢(H₂O₂)含量虽然略高于野生型,但F_v/F_m、花色苷含量和相关结构基因没有显著差异;高光条件下,与野生型相比,BsRbohD在OE1和OE2中显著表达,使得O₂·^-产生速率和H₂O₂含量显著增加;之后,花色素苷的含量及合成相关基因的表达响应高光而显著上调的时间显著提前、上调幅度也较野生型高。本研究的结果表明,四季秋海棠Bs...     

水稻类受体激酶OsBRR1对稻瘟病抗性分析

基因OsBRR1是LRR-RLKs基因家族中的一员,LRR-RLKs的成员大多参与调控植物的生长发育以及防卫反应.本研究分别对OsBRR1的转基因干涉株系和超表达株系进行了稻瘟病抗病鉴定.结果显示,转基因干涉株系比转空载体和野生型对照株系对具有中等毒性的稻瘟病菌株研54-04显示更强的感病性;而超表达株系对三种不同的强...     

过量表达拟南芥NPR1基因提高小麦纹枯病的抗性

拟南芥NPR1基因是植物重要的抗病调控因子,转基因过表达该基因可以赋予植物广谱抗性.为明确该基因在小麦抗纹枯病基因工程中的应用潜力,本研究构建了由玉米ubiquitin启动子驱动的拟南芥NPR1表达载体,采用基因枪介导法导入到小麦品种扬麦12号中,获得20株转基因植株.对14个外源基因纯合株系的半定量RT-PCR和测序分析结果显示,外源拟南芥NPR1基因已经导入转基因小麦并有不同水平的表达,部分转基因株系拟南芥NPR1基因发生重排；纹枯病抗性鉴定结果表明,转基因株系中拟南芥NPR1基因的正确表达可以减轻纹枯病菌引起的病症发展,提高转基因小麦的纹枯病抗性.