含双病原物诱导启动子植物安全表达载体的构建

 本研究用来自烟草的具有高度病原物特异性的两个诱导启动子EAS4和hsr203J,串联驱动GUS基因的表达,同时考虑到转基因植物的安全性,引入双边界序列,构建了含双病原物诱导启动子的植物安全表达载体。将表达载体转化烟草获得转基因植株。分析显示,在正常生长情况下转基因烟草检测不到GUS活性,或活性极低;而受疫霉激发子parasiticein、Phytophthora nicotianea[0]的孢子悬浮液和Ralstonia solanacarum的菌悬液诱导后,转基因烟草叶片中可检测到明显的GUS活性。结果表明,构建的植物表达载体所含双病原物诱导启动子均具有良好的诱导活性,可用于植物遗传转化。     

几丁质酶基因和β-1.3-葡聚糖酶基因的克隆及双价基因在枯草芽胞杆菌B-908中的表达

 本文综述了几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶的研究历史及特点,几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶的分子生物学方面研究进展,以及几丁质酶基因和β-1,3-葡聚糖酶基因在植病生防方面的应用概况。以几丁质酶产生菌粘质沙雷氏菌Serratia marcescens和β-1,3-葡聚糖酶产生菌环状芽孢杆菌Bacillus circulans为供体菌株,提取其染色体DNA。经Sau3 Al部分酶切后,插入克隆质粒pUC19,分别建立了几丁质酶基因文库和β-1,3-葡聚糖酶基因文库。     

一个水稻褐飞虱为害诱导型启动子的克隆

目前组成型启动子在基因工程中的应用最为广泛,然而驱动外源基因在各组织中持续恒定地表达可能引起植物发育迟缓等问题。诱导型启动子能够在特定条件下实现目的基因定时优势表达,最大限度减少由于非必需蛋白在转基因植物内的积累对其造成的伤害。依据基因芯片数据并通过定量RT-PCR验证,找到了一个受水稻褐飞虱(Nilaparavata lugens)为害诱导表达基因(LOC_Os01g73940)。用PCR技术从籼稻品种‘TN1’的基因组中获得Os01g73940上游1 953bp的启动子片段,命名为BPHIP。将BPHIP连接到带有β-glucuronidase(GUS)报告基因的植物表达载体上,通过农杆菌介导转化水稻品种‘中花11’。通过GUS组织化学染色法及定量RT-PCR检测证明,BPHIP是一个受褐飞虱为害和茉莉酸处理诱导上调的启动子。利用此类启动子在基因工程中可以减少对水稻生理方面产生的副作用,对抗虫转基因水稻具有良好的应用价值。     

水稻白叶枯病菌harpin基因的克隆与表达

 用PCR方法从水稻黄单胞菌白叶枯致病变种(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo) JxoIII菌株中克隆到编码诱导植物过敏性反应激发子的基因hrfA。同源性比较发现其推测产物与水稻白叶枯病菌菲律宾小种Pxo86的Hpa1有97.2%的序列一致性,比Hpa1少了一个-GGG-GG-氨基酸残基序列重复。基因经NdeI和BamHI双酶切后连到含T7启动子的高表达载体pET 30a (+)上构建重组质粒pHRF4,并转化宿主菌BL21(DE3)产生表达菌株BLHR4。经过IPTG诱导之后,BLHR4产生一分子量为15.6 kD的蛋白质。研究表明,该蛋白在性质与功能上类似于其它已发现的harpins,即能够在烟草上引起典型的过敏性反应,富含甘氨酸、热稳定以及对蛋白酶敏感。因此,我们把该蛋白定名为harpin_Xoo。harpin_Xoo还具有诱导植物抗病性的功能。     

水稻抗病基因Xa21转入3个粳稻品种的抗性初步分析

 通过农杆菌介导转化,将已克隆的水稻白叶枯病抗性基因Xa21转入我国辽宁省3个粳稻品种:沈农606、辽粳454、辽粳294,共获得独立转基因系205个。通过PCR、GUS染色和Southern blot分析,证明Xa21基因已经整合到3个粳稻栽培品种的基因组中。通过温室接种菲律宾白叶枯病小种6的代表菌系PXO99,T₀代转基因水稻除了3-34表现部分抗性外,其它的转基因材料均表现高度抗病,表明Xa21转基因水稻已经获得抗性;温室接种T₁和T₂代试验表明,单拷贝整合的转化体呈现3:1分离,同时单拷贝3-34材料也表现部分抗性和感病3:1分离,证明已整合的Xa21基因能稳定遗传;同时对3-34部分抗性机制进行了分子生物学检测,证明GUS基因全部丢失、Xa21基因部分丢失并导致部分抗性。获得部分抗性材料,对于深入研究Xa21基因的功能区和研究抗病分子机制具有重要的意义。     

田旋花 EPSPS 基因启动子的克隆、序列分析及转化

根据已克隆的田旋花（ Convolvulus arvensis L．） EPSPS基因mRNA序列设计引物,通过染色体步移技术获得了1142 bp的EPSPS-P启动子片段（ GenBank 登录号：KC107822）。对启动子序列分析显示,该片段富含A/T碱基、TATA-box、CAAT-box及其他作用元件如GATA-motif、TC-rich repeats、sp1等。将该启动子与GUS报告基因连接以构建植物表达载体,利用农杆菌介导法获得转基因拟南芥;PCR和GUS组织化学染色分析证明, EPSPS-P已转化到拟南芥中。     

利用桥梁载体策略构建水稻条斑病菌T3SS基因诱导表达检测体系

 水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)侵染水稻,引起细菌性条斑病(bacterial leaf streak, BLS)。Xoc主要依靠hrp基因簇(T3SS基因)编码的III型分泌系统(type III secretion system, T3SS)将效应蛋白注入水稻细胞中,激发寄主水稻的感(抗)病性。为了准确在Xoc中进行T3SS基因表达调控的分析,本研究设计出桥梁载体策略,将目标基因的启动子或者功能片段构建在高拷贝的桥梁载体,获得融合表达元件,通过亚克隆的方式将融合元件转入骨架载体上,获得用于转录表达和蛋白表达分析的载体。为了验证该策略的可行性,选取hrpG、hrpX和hrcC基因构建了相应的启动子探针载体和蛋白表达载体,将这些载体导入毒性调控子基因trh、lrpX和zur的突变体中,GUS活性测定、荧光定量PCR以及蛋白免疫杂交结果显示:在trh、lrpX和zur的突变体中,hrpG、hrpX和hrcC的转录表达水平、mRNA水平和蛋白表达水平呈现一致。这表明这套桥梁载体策略能够有效应用于T3SS基因转录表达和蛋白表达的分析。综上所述,运用桥梁载体能够克服低拷贝载体DNA遗传操作效率低的缺陷,这一策略也适用于毒性相关基因调控机理的研究,这将为Xoc-水稻互作研究提供高效的工作系统。     

利用桥梁载体策略构建水稻条斑病菌T3SS基因诱导表达检测体系

 水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)侵染水稻,引起细菌性条斑病(bacterial leaf streak, BLS)。Xoc主要依靠hrp基因簇(T3SS基因)编码的III型分泌系统(type III secretion system, T3SS)将效应蛋白注入水稻细胞中,激发寄主水稻的感(抗)病性。为了准确在Xoc中进行T3SS基因表达调控的分析,本研究设计出桥梁载体策略,将目标基因的启动子或者功能片段构建在高拷贝的桥梁载体,获得融合表达元件,通过亚克隆的方式将融合元件转入骨架载体上,获得用于转录表达和蛋白表达分析的载体。为了验证该策略的可行性,选取hrpG、hrpX和hrcC基因构建了相应的启动子探针载体和蛋白表达载体,将这些载体导入毒性调控子基因trh、lrpX和zur的突变体中,GUS活性测定、荧光定量PCR以及蛋白免疫杂交结果显示:在trh、lrpX和zur的突变体中,hrpG、hrpX和hrcC的转录表达水平、mRNA水平和蛋白表达水平呈现一致。这表明这套桥梁载体策略能够有效应用于T3SS基因转录表达和蛋白表达的分析。综上所述,运用桥梁载体能够克服低拷贝载体DNA遗传操作效率低的缺陷,这一策略也适用于毒性相关基因调控机理的研究,这将为Xoc-水稻互作研究提供高效的工作系统。     

水稻抗病性反应的cDNA微阵列分析及一个新基因OsBTB的发现

 利用含1106条水稻独立基因的cDNA微阵列,检测水稻近等基因系H7R/H7S受稻瘟病菌诱导8h的表达谱差异。结果显示:基因表达谱变化明显,在980组有效数据中,共检测到170条基因的表达丰度发生显著变化,其中上调表达基因106条,下调表达基因64条。通过与NCBI水稻数据库进行BLASTn比对分析,发现这些差异表达基因包含β-1,3-葡聚糖酶、富甘氨酸蛋白在内的已知基因33条,未知基因137条。对10个未知基因进行生物信息学分析后,其中获得一个含全长基因并具有BTB/POZ结构域的克隆T007F02(http://www.estarray.org),该基因命名为OsBTB。该克隆的cDNA序列具有完整的ORF区,OsBTB上游具有典型的启动子区。结果经测序得到证实。高通量的RNA斑点杂交证实:在抗性供试水稻中,该基因在水稻接种稻瘟病菌早期(8~12h)受诱导高表达;在感病品种中,该基因表达无明显改变。结果提示OsBTB基因在功能上可能与水稻抗瘟性过程密切相关。     

螺旋毛壳ND35 β-1,3-葡聚糖酶的诱导、性质及其抑菌作用

 以病原菌Rhizoctonia solani的细胞壁为诱导物,模拟毛壳菌自然的重寄生过程,研究了内生真菌螺旋毛壳(Chaetomium spirale) ND35 β-1,3-葡聚糖酶的产酶条件、性质,尤其是不同碳源的调控作用。结果表明,不同种类的真菌细胞壁及几丁质和昆布多糖,均可诱导产生β-1,3-葡聚糖酶,而作为分解代谢产物的葡萄糖则抑制产酶。经硫酸铵沉淀、DEAE-Sepharose阴离子交换层析及Phenyl-Sepharose疏水层析,并通过SDS-PAGE鉴定,纯化了一种分子量约为73 kDa的内切β-1,3-葡聚糖酶GLUC73。其最适反应温度为55℃,在40℃以下较稳定;最适pH值为5.5,在pH 5-9范围内均很稳定;酶活性受Hg²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Mg²⁺等金属离子不同程度的抑制,Mn²⁺和Co²⁺对酶有激活作用;以昆布多糖为底物时,该酶的米氏常数K_m为0.412 mg·mL^-1,最大反直速度V_max为3.876 U·mL^-1。粗酶液同时具有β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶活性,离体抑菌试验表明,对苹果炭疽病菌(Glomerella cingulata)、杨树腐烂病菌(Valsa sordida)、苹果树腐烂病菌(Valsa mali)的菌丝生长和孢子萌发有明显的抑制作用。通过对β-1,3-葡聚糖进行免疫细胞化学标记和超微结构观察,间接证明了β-1,3-葡聚糖酶在螺旋毛壳重寄生过程中的作用。     

内生细菌EBS05对烟草诱导抗性的信号转导途径研究

 樟树内生枯草芽胞杆菌EBS05是一株对多种植物病原菌具有较强拮抗活性,并能诱导烟草系统抗性的生防菌株。本文以缺失Surfactin A合成相关基因的突变菌株EBS05^T为材料,研究了内生细菌EBS05对烟草诱导系统抗性的激发子及其信号转导途径。结果表明,菌株EBS05产生的Surfactin A是诱导烟草对TMV系统抗性的有效激发子;Surfactin A诱导处理后,SA信号转导途径下游的关键调节基因NPR1首先被激活,并持续超量表达,进而触发PR1b和PR1a基因持续超量表达,表明Surfactin A诱导烟草对TMV的系统抗性是通过激活SA信号转导途径实现的。同时,Surfactin A诱导处理后24~72 h,JA/ET信号转导途径调节基因PDF1.2被激活,且超量表达,表明在Surfactin A诱导烟草对TMV系统抗性的信号转导过程中,可能存在SA信号途径和JA/ET信号途径的交叉协同作用。     

脂肽对稻瘟病菌几丁质酶和葡聚糖酶的影响

 研究经比基尼链霉菌(Streptomyces bikiniensis)HD-087发酵产物脂肽处理后的稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)菌丝体内的几丁质酶活性和β-1,3葡聚糖酶活性的变化情况,分析chit基因和β-1,3 glu基因的表达量变化,旨在探究脂肽抗稻瘟病菌的作用机理。采用HPLC分析法鉴定了S. bikiniensis HD-087产生的脂肽种类,利用荧光定量PCR技术检测稻瘟病菌菌丝中chit基因和β-1,3 glu基因mRNA的表达情况。结果表明S. bikiniensis HD-087产生的脂肽主要是伊枯草素。经EC₉₀浓度的脂肽提取物处理6 h后,稻瘟病菌菌丝中几丁质酶活性和chit基因的mRNA表达量分别比对照组上调了6.77倍和51.27倍;处理12 h后,β-1,3葡聚糖酶的活性和β-1,3 glu基因的mRNA表达量分别比对照组上调了2.44倍和14.13倍。表明脂肽能够诱导稻瘟病菌菌丝体chit基因和β-1,3 glu基因的大量表达,从而破坏细胞壁结构,推测脂肽阻遏了稻瘟病菌的细胞自噬进程。     

水稻和稻瘟病菌互作中的信号传导及防御反应基因诱导表达的研究

 水稻和稻瘟病菌互作是研究植物与病原菌互作的模式体系。本文利用3个水稻抗稻瘟病近等基因品系(CO39、C101LAC和C101A51)和2个特异性菌株(M209和M210)构成不同亲和程度的互作关系,研究了稻瘟病菌对3个水稻信号传导途径关键酶合成基因、5个防御反应病程相关蛋白基因和1个防御反应转录因子调控基因诱导表达的作用。结果表明:稻瘟病菌诱导了各种互作关系中水稻OsLOX、OsAOS和OsPAL酶合成基因的表达,水稻启动了茉莉酸和水杨酸防御反应信号传导途径。在不亲和的互作反应中,稻瘟病菌能不同程度地诱导水稻OsPR1a、OsPR2、OsPR3-1、OsPR3-2和OsPR4基因的表达,从而有效激活了防御反应系统,使水稻植株表现为抗病;而在亲和的互作反应中,多数OsPR基因的表达水平低、时间短或没有表达,水稻植株表现为感病。OsMyb基因在各种互作关系中有不同的诱导表达。说明这些防御相关基因的诱导表达可能与水稻抗稻瘟病性相关。     

解淀粉芽孢杆菌LJ02对黄瓜抗灰霉病菌的生防效果及其诱导抗性机理的初步研究

 为了解生防解淀粉芽孢杆菌LJ02诱导黄瓜抗灰霉病菌的防治效果和作用机制,分别测量了LJ02的发酵上清液和菌体悬浮液的诱导持效期、最适使用浓度以及最佳施用方法,并采用荧光定量PCR的方法法测定了LJ02诱导处理后黄瓜根部和叶部组织中分别表达PR1a蛋白、β-1,3-葡聚糖酶、几丁质酶、过氧化物酶的抗性基因PR-1、PR-2、PR-3、PR-9的相对表达量。结果表明,LJ02诱导黄瓜抗灰霉病菌的持效期在7 d左右,且原液与100倍稀释液效果最好,灌根施用效果最佳。LJ02发酵上清液可诱导PR-1、PR-3、PR-9的表达,LJ02菌体悬浮液可诱导PR-1、PR-2、PR-3的表达。     

解淀粉芽孢杆菌LJ02对黄瓜抗灰霉病菌的生防效果及其诱导抗性机理的初步研究

 为了解生防解淀粉芽孢杆菌LJ02诱导黄瓜抗灰霉病菌的防治效果和作用机制,分别测量了LJ02的发酵上清液和菌体悬浮液的诱导持效期、最适使用浓度以及最佳施用方法,并采用荧光定量PCR的方法法测定了LJ02诱导处理后黄瓜根部和叶部组织中分别表达PR1a蛋白、β-1,3-葡聚糖酶、几丁质酶、过氧化物酶的抗性基因PR-1、PR-2、PR-3、PR-9的相对表达量。结果表明,LJ02诱导黄瓜抗灰霉病菌的持效期在7 d左右,且原液与100倍稀释液效果最好,灌根施用效果最佳。LJ02发酵上清液可诱导PR-1、PR-3、PR-9的表达,LJ02菌体悬浮液可诱导PR-1、PR-2、PR-3的表达。     

串联双病原物诱导启动子驱动基因表达的特性

 在植物抗病基因工程中,目标基因可控的高效表达是一重要目标。在前期的研究中,我们将串联的病原物高度特异性诱导启动子EAS4(EP)和hsr203J(HP)转入烟草,uidA基因在相应病原物或激发子诱导后可被驱动表达。为进一步研究此串联双启动子驱动的基因表达特性,采用荧光法对GUS诱导表达活性进行了定量检测。结果发现,双启动子表现较高的诱导表达活性,双启动子与单启动子的活性差异均达极显著水平。研究还发现,两个启动子串联的顺序对其活性强度和时间动态有影响,双启动子HP+EP的诱导表达高峰出现在诱导后6~10 h,而EP+HP的活性高峰出现在诱导后8~14 h。同时,初步分析了串联的EP和HP协同促进基因高水平表达的原因。串联的双病原物特异性诱导启动子不但可响应较广谱的病原物的诱导表达,而且可协同促进基因的高效表达,因而在植物抗病基因工程中具有广阔的应用前景。     

拟南芥诱导型启动子rd29A的克隆及其功能鉴定

以改善作物抗旱性为目的,采用PCR方法从拟南芥中克隆了诱导型启动子rd29A,序列分析发现克隆的rd29A启动子与已发表的rd29A启动子序列(D13044)的同源性为99.47%。利用DNA重组技术成功构建了rd29A启动子驱动GUS基因的植物表达载体p BI121-rd29-GUS,并通过农杆菌介导法转化烟草,转基因烟草叶片中GUS酶活性的组织化学检测结果表明,rd29A启动子能驱动目的基因的有效表达。因此,可以在后续的马铃薯抗旱转基因研究中直接应用。     

2个适于水稻条斑病菌致病相关基因转录表达分析的启动子探针载体的构建

 水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)为稻黄单胞菌种下的致病变种,引起细菌性条斑病(bacterial leaf streak, BLS),对水稻安全生产构成严重威胁。为准确在水稻条斑病菌中进行致病相关基因的转录表达和调控分析,本研究构建了包含终止子、gusA报道基因和多克隆位点等启动子探针元件的载体pUTG01和pUTG14。选取Xoc的hrpF启动子,构建在pUTG01载体上,将其导入hrpX突变体RΔhrpX中,GUS活性测定结果显示,hrpF基因的表达显著减低,验证了hrpF受HrpX正调控,证实该载体可有效进行基因的转录表达分析;通过双质粒兼容共存策略,在hrpX突变体中同时实现了hrpX基因的功能互补和通过GUS活性定量测定hrpF基因的转录表达分析。该载体系统的建立,为后续分析稻黄单胞菌致病相关基因的表达调控提供了有效的工作系统。     

β-葡寡糖诱导植物抗病性的研究进展

β-葡寡糖作为一种植物激发子,可高效诱导植物产生抗病性,因此被普遍认为是一种病原物相关的分子模式.其作用的发挥主要是通过与细胞膜上的受体相互识别,引起受体构象改变产生跨膜信号,再经过一系列的胞内信号传导,调控防卫基因的表达,积累次生代谢产物,诱导植物抗性来实现.诱抗活性不仅受到寡糖聚合度和化学修饰基团的影响,而且植物对于结构上有差异的β-葡寡糖激发子的识别也是大相径庭.本文就β-葡寡糖诱导植物产生抗病性的研究进展进行了综述.     

水稻悬浮细胞中稻瘟菌激发子诱导性受体类似激酶cDNA的克隆及特征分析

 采用改进的差异显示方法由稻瘟菌激发子处理的水稻悬浮培养细胞中得到7个诱导表达的蛋白激酶cDNA片段。为获得这些蛋白激酶的编码全长序列,构建了稻瘟菌激发子处理的水稻细胞cDNA文库。以上述一个cDNA片段作为探针筛选文库,得到一个含有完整阅读框的cDNA克隆OsEPK1分析OsEPK1的推定氨基酸序列的结果表明:它由N端信号肽、胞外区域、跨膜结构和胞内蛋白激酶结构域等几部分组成,可能为一受体类似蛋白激酶。对比OsEPK1与其它植物受体类似蛋白激酶在胞外区域的相似性,结果显示OsEPK1与小麦叶锈激酶家族同源性较高,推测它们可能属于同一类植物受体类似蛋白激酶。此外,northern杂交显示,OsEPK1可由稻瘟菌激发子迅速瞬时诱导,因而它的诱导可能也是水稻对稻瘟菌侵染做出的一种早期防卫反应。