遗传转化植物中沉默基因的消除

随着基因技术在生物科学许多领域的深入开展,转基因沉默问题已引起越来越多的科技工作者的关注。大量转基因植物的研究证明许多因素与基因沉默有关,植物遗传转化中外源基因的整合具有很大的随机性,外源基因的沉默也表现出多种多样的形式,转基因生物的外源基因的沉默可由多种机理造成。外源基因以多拷贝整合到植物细胞基因组中,会发生失活;基因沉默与整合的位点也密切相关,如果整合到转录活跃的常染色体上,毗邻寄主基因的调控系统系列将会影响外源基因的表达;如果插入到重复DNA或异染色质区,外源基因可能会失活;基因沉默并非在每一个发育时期,每一个细胞中总发生,有的外源基因,在幼苗阶段表达是正常的,但萌发到一定阶段后基因表现沉默。转基因沉默通常分为两大类:一类是转录水平上的基因沉默,另一类是转录后的基因沉默。前者是发生在核内的时间,而后者是发生在细胞质中。两者都与甲基化有关,转录水平上的基因沉默主要发生在启动子区域,基因的转录受抑制;而在转录后的基因沉默中,甲基化主要发生在基因的编码区,基因能够转录,产生mRNA,但mRNA在细胞质中被特异性地降解,不能正常翻译成蛋白质造成的,转录后基因沉默发生在细胞质中,转录物能在细胞核中积累但在细胞质中mRNA迅速降解或不能正常地加工。二者在时间上并非简单的前后关系,在空间上也不因为核膜的存在而相互隔离。本文对转基因植物中外源基因沉默的机制,如何降低外源基因的沉默可能性,以提高外源基因的表达率,以及通过DNA糖基化酶等方法适当处理,激活已经沉默的基因等问题进行了评述。     

植物转基因沉默机制及消除对策

从位置效应、转录水平的基因沉默和转录后水平的基因沉默等三个方面阐述了植物转基因沉默的作用机制,并提出了相应的消除对策,以期为寻找控制植物转基因失活技术提供帮助,促进植物基因工程的发展。     

应用RNA沉默技术获取抗黄瓜花叶病毒(CMV)和烟草花叶病毒(TMV)转基因烟草

RNA沉默是迄今最为有效的抗病毒策略,利用该策略不但能获得免疫转基因植株,且所得植株不易与其他病毒基因重组或异源包壳、生物安全性较高。将本实验室已构建的携带有烟草花叶病毒(TMV)部分移动蛋白基因(ΔMP)和黄瓜花叶病毒(CMV)部分复制酶基因(ΔRep)反向重复结构的植物表达载体pBIN438-MP-Rep(i/r),用农杆菌浸润法转化普通烟草品种K326,共得196株转化植株,经卡那霉素筛选和PCR检测发现128株为阳性转基因株;PCR-Southern和RT-PCR分析表明外源基因已整合到烟草基因组并在转录水平上得到表达;ELISA结果显示20.3%的转基因植株对CMV和TMV复合侵染表现免疫性。本结果为利用RNA沉默技术进行植物抗多种病毒育种提供重要数据,为防治其他多种病毒复合侵染提供借鉴。     

VIGS技术在观赏植物中的应用

后基因组时代,基因功能研究备受关注,病毒诱导基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)技术便是一种高效的基因功能鉴定方法。VIGS虽然在模式植物以及经济作物上已经有了大量的研究基础,但在观赏植物领域研究较少。观赏植物具有一定的经济、生态和社会价值,在对其基因功能进行研究时,利用高效的技术方法有利于更好地提高其观赏性、耐胁迫等品质,实现这些价值。所以,为降低观赏植物栽培成本,提高质量,将VIGS技术用于观赏植物研究,可有效解决传统方法效率低,存在技术瓶颈等问题并实现其价值的统一。本综述对VIGS这项简便、快速的技术的分子机理、体系的优化与发展以及其在观赏植物生长发育、遗传改良、抗胁迫等方面基因功能研究上的应用进行总结,希望该技术在不断优化的同时能够在观赏植物基因功能研究中得到更广泛的运用,为观赏植物基因功能鉴定、品质改良和定向育种提供新思路。     

转基因拟南芥中外源基因的Southern blot检测

外源基因在转基因植物的稳定表达是获得理想转基因植物的首要条件。在我们进行的转基因植物研究中，根据转基因植物所带有的转基因成分和标记基因的DNA序列，采用Southemblot技术对转基因植物中的猪α-乳清蛋白基因和标记基因的拷贝数进行了分析。结果表明：外源基因的拷贝数和外源基因的稳定表达相关。     

细菌聚羟基脂肪酸酯转基因植物研究进展

本文综述了短链、中链及含短链与中链两类单体的细菌聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates，PHAs)的合成途径及关键酶基因。本研究所获得的短链与中链PHA合成酶基因的特征。以及向拟兰芥、油菜等植物中转化这些基因时，启动子和表达载体的构建，代谢流的控制，转基因烟草生产PHA的优势及其存在的问题。     

35S启动子甲基化引起棉花转基因沉默

 用带PBI121质粒的农杆菌LBA4404菌株转化泗棉3号胚性愈伤组织,获得的再生植株进一步对gus和nptⅡ基因进行PCR跟踪检测,共得到97株阳性转基因植株。GUS组织化学检测发现,97株转基因幼苗中有10株GUS检测阴性,嫁接后,只成活一株。利用来源于同一愈伤系的GUS检测阳性植株作为对照,对这一GUS检测阴性的植株进行gus基因沉默机理研究。Southern分析表明,该GUS检测阴性植株与GUS检测阳性植株有相同拷贝数。GUS组织化学检测和RT-PCR分析显示,gus基因在GUS检测阴性植株中没有表达,而nptⅡ基因在这两株转基因棉花中都表达。用限制性内切酶-PCR法分析35S启动子区甲基化发现：GUS检测阴性植株35S启动子区TATA box的HapII/MspI酶切位点发生甲基化,而GUS检测阳性植株该位点没有甲基化。以上研究表明,这株gus沉默的转基因棉花可能是由于其35S启动子区甲基化引起的。     

高效诱导植物RNA沉默的反向重复构件的设计

RNA沉默(RNA silencing)是真核生物体内普遍保守的、发生在RNA水平的、基于核酸序列同源性相互作用的一种对基因表达的调控机制.通过设计反向重复构建在植物体内产生双链RNA来诱导RNA沉默的方法是一条非常有效的植物抗病毒和功能基因组研究途径.本研究通过两个病毒基因的反向重复构建发展了两种通过小型中间载体设计反向重复构建的方法.其共同特点是构建简易,操作方便,可为通过设计反向重复构建实现植物体内高效持久的RNA沉默提供方法上的参考,促进RNA沉默技术更加广泛深入地应用于植物抗病毒基因工程研究和植物功能基因组研究.     

VIGS沉默CaCYC1基因对喜树叶片中喜树碱合成的影响

喜树是一种具有药用价值的木本植物,其主要次级代谢产物喜树碱具有良好的抗癌功效。本研究主要通过病毒诱导的基因沉默(virus induced gene silencing,VIGS)技术对喜树碱生物合成途径中的关键酶基因CaCYC1环烯醚萜合酶(Camptotheca acuminata iridoid synthase,CaCYC1)进行瞬时沉默,进而研究该基因对喜树碱生物合成的影响。以喜树叶片总RNA为模板,通过RT-PCR技术克隆CaCYC1基因片段并构建TRV-VIGS重组质粒,转化农杆菌GV3101后侵染喜树叶片,培养20 d后利用qRT-PCR与HPLC技术分析沉默对CaCYC1基因转录水平及喜树碱合成的影响。结果表明:与对照组相比,实验组中CaCYC1基因的相对表达量显著下降49%,叶片中喜树碱的积累量显著下降35%。上述结果表明,本研究所构建的由TRV介导的VIGS体系可有效沉默内源基因的表达,CaCYC1基因可正向调控喜树叶片中喜树碱的生物合成。     

植物硅转运蛋白的研究进展

在概括高等植物体内硅含量、形态、分布及作用等特征的基础上,分析了硅吸收部位、吸收机制以及水稻硅吸收突变体筛选的研究,详细综述了到目前为止在4种高等植物中发现的9种（其中水稻OsLsi1、OsLsi2、OsLsi6,玉米ZmLsi1、ZmLsi2、ZmLsi6,大麦HvLsi1和HvLsi2,南瓜CmLsi1）硅转运蛋白的吸收转运活性等特征,从植株水平上归纳了水稻、玉米和大麦体内多种硅转运蛋白分工合作的硅吸收转运机制。为了加深了解硅转运蛋白及其机理亟待拓宽研究对象。     

基于PDS基因的番茄VIGS高效沉默体系的优化

病毒诱导的基因沉默（VIGS）具有独特优势,被广泛应用于基因功能验证。高效基因沉默体系的建立和优化是对目标基因功能进行研究的前提和基础。以番茄品种money maker和携带八氢番茄红素脱氢酶（PDS）基因序列的TRV病毒载体为材料,研究了农杆菌不同OD值、不同侵染方法以及侵染后不同培养温度对PDS基因沉默株率的影响。结果表明,农杆菌OD值分别为0.50、1.00和1.50时,PDS基因的沉默株率分别为5%、13%和6%;当农杆菌OD值为1.0时,采用注射法、真空浸润法和注射处理24h后再进行真空浸润后的PDS基因沉默株率分别为13%、30%和15%;侵染后的培养温度对于基因沉默株率也有显著影响,在25℃时的沉默株率为13%,22℃时沉默株率达到46%。以上研究表明,农杆菌OD值为1.00时,注射24h后再进行真空浸润,接种后植株在22℃下生长能够提高番茄目标基因的沉默株率。     

抗虫棉生长发育过程中Bt杀虫基因及其表达的变化

目前已商品化生产的国内外抗虫棉品种在生产上均存在“苗期抗性强,后期抗性减弱”的现象。从DNA、mRNA和蛋白质3个水平上对双价抗虫棉139-20 R4代植株中Bt杀虫基因及其在整个生长发育期的时空表达进行了系统研究。研究结果表明,Bt杀虫基因在抗虫棉中的表达具有时空特异性。同一组织,Bt杀虫蛋白含量在整个生长发育期呈动态     

RNA干扰对烟草NtPPO8基因沉默的效应分析

多酚氧化酶（PPO）是发生酶促褐变的关键酶,PPO活性过高会使烟叶变褐。为明确烟草NtPPO8基因对PPO活性的影响,建立降低NtPPO8基因表达量的病毒诱导的基因沉默（virus induced gene silencing,VIGS）体系,探究使用RNA干扰技术对烟叶NtPPO8基因表达量及PPO活性的影响。以中烟100和K326为材料,分析在移栽后50d进行VIGS载体侵染的植株,并在侵染后10、20、30、40d分别测定NtPPO8基因表达量及PPO活性。结果表明,接种VIGS载体的转化植株,其中在侵染后20d时NtPPO8基因的沉默效率最高,为78.46%;随着侵染时间推移,NtPPO8基因的沉默效率逐渐降低,在接种后40d内有效表达;且转化植株中的病毒载体会随着植株的生长而向上传导,随着接种部位的上移,沉默效率逐渐降低。因此,研究建立VIGS体系能够有效沉默NtPPO8基因的表达,并且有效降低PPO活性,为提高烟叶耐烤性及降低烟叶褐变比例提供了新的思路和方法。     

病毒诱导的基因沉默的发展及在植物生物逆境上的应用

病毒诱导的基因沉默(Virus-indcued gene silencing, VIGS)技术是指带一段包基因序列的重组病毒侵染植物,引起植物同源基因沉默与表型变异,进而通过表型变异进行基因功能分析的方法,是近年发展起来的植物基因功能研究的新技术。为了进一步探讨VIGS应用策略,笔者归纳了VIGS的分子机理、VIGS的载体开发和VIGS技术在植物生物逆境方面的研究应用3 个方面近些年的研究进展,得出了VIGS在植物生物逆境方面的问题及应用价值。     

GhCPS基因沉默对棉花幼苗生长和内源激素含量的影响

利用RT-PCR从棉花中获得493 bp的GhCPS(赤霉素(GA)合成酶基因)片段,经EcoRⅠ/KpnI双酶切后连入pTRV-RNA2质粒,获得了重组载体pTRV-GhCPS;用该载体转化农杆菌后,室内盆栽条件下侵染棉花品种欣抗4的子叶苗。结果表明,病毒诱导沉默GhCPS基因的棉花幼苗中GhCPS的表达量仅为空载体对照的52%。与空载体对照相比,沉默GhCPS的棉花幼苗第1叶和第2叶的内源GA4含量分别降低33%和60%;第2叶ABA含量降低48%,IAA、ZR和iPA含量均无显著变化;株高降低64%。第1叶和第2叶的叶面积分别减小26%和47%,总叶绿素含量分别增加29%和63%,类胡萝卜素含量分别增加27%和46%。第1叶的净光合速率、气孔导度、胞间CO2和蒸腾速率分别增加23%、40%、9%和31%。可见,利用病毒诱导基因沉默技术技术沉默GhCPS后可调控棉花幼苗叶片内源激素平衡,控制棉花幼苗的生长,并提高单位叶面积的光合能力。     

植物抗病基因同源序列研究进展

以列表的形式,从引物设计、分离并登录GenBank的RGA数量、在连锁群中的分布、相关联的基因或位点等几方面综述了1995—2005所开展的各项抗病基因同源序列（RGA）研究,并对RGA的结构特征、分布与进化的特点、目前的应用现状、今后的研究前景及应注意的问题进行了评述。     

Production of Transgenic Plants: More, Better, and Faster

Over the last two decades, transgenic plants have moved from being solely laboratory vehicles for basic research work to providing new varieties grown on large areas throughout the world.