转基因水稻标准质粒分子的构建与分析

针对目前转基因(GM)产品检测标准分子的缺乏,构建适用于转基因水稻的标准质粒分子pMDSPS和pMDTheli,其中包含水稻内源基因SPS通用序列,耐盐基因ThST3和Ubiquitin启动子序列的构建特异性Theli序列。对其特异性及制备标准曲线的可靠性进行鉴定研究,研究结果显示,在进行普通PCR扩增时,采用质粒标准分子为阳性对照,均能特异扩增目的条带。以标准质粒分子构建的标准曲线,SPS基因的定量标准曲线的相关系数平均为0.9993,PCR扩增效率在1.0004~1.034之间;ThST3基因的定量标准曲线的相关系数平均为0.9937,PCR扩增效率在0.9358~0.9486之间。因此,构建的标准分子pMDSPS和pMDTheli既能作为普通PCR的阳性对照,也能用于定量标准曲线的构建,为转基因水稻的定量检测提供简便、价格低廉的标准分子打下基础。     

转基因抗虫棉中cry1Aa基因表达盒的序列测定和检测

从转基因抗虫棉南农6号F1中克隆了一种新的Bt基因表达盒-cry1Aa基因表达盒,与已经测定的我国转基因棉花中的cry1Ac基因和cry1Ab/Ac基因的表达盒序列比较发现,它们在Bt基因与7S UTR的连接区域存在较大差异.根据这个差异区域的序列,设计特异性引物对cry1Aa-F/cry1Aa-R,建立了cry1Aa...     

转基因双价抗虫棉中Cry1Ac基因与CpTI基因的共表达

以转基因双价抗虫棉自交后代为材料,利用PCR、Southern杂交、ELISA检测方法,分析了Cry1Ac基因与CpTI基因在基因组中的整合情况,结果显示,除sGK321和3517外,其余品种Cry1Ac基因和CpTI基因的整合位点不同,并且sGK321中两基因也只有一个位点相同;ELISA结果表明,同一个品种同一部位Cry1A蛋白和CpTI蛋白不能完全同步表达,它们的表达量存在差别,且这种差别在整个生长阶段并不稳定.     

甘蔗Na~+/H~+逆转运蛋白基因的克隆与表达分析

Na~+/H~+逆向转运蛋白基因SOS1(salt overly sensitive 1)是植物耐盐性的必需基因之一,在植物抵御盐胁迫过程中发挥十分重要的作用。本研究以小麦EST序列KJ563230为探针,利用电子克隆技术结合RT-PCR,获得一条甘蔗SOS1基因的cDNA序列,命名为ScSOS1(GenBank登录号为KT003285)。序列分析结果表明,该基因全长1403 bp,包含一个1272 bp的开放阅读框,编码423个氨基酸的蛋白质。ScSOS1蛋白的相对分子质量为47.6 kD,理论等电点(pI)为9.12。氨基酸序列分析表明,ScSOS1蛋白具有一个CAP-ED superfamily结构域。生物信息学预测显示,ScSOS1的编码蛋白为亲水性蛋白,不存在信号肽,二级结构元件多为无规则卷曲,主要参与中间代谢。实时荧光定量PCR分析表明,ScSOS1基因的表达具有组织特异性,在甘蔗叶鞘、蔗皮、蔗髓、侧芽和根中均有表达,其中在叶鞘中的表达量最高,根中的表达量最低。此外在NaCl、PEG、ABA、SA和MeJA的胁迫过程中,该基因表达均受到调控,其中受NaCl和PEG诱导后上调表达,均在24 h表达量达最高,分别约为对照组的1.5倍和4.0倍。推测该基因的表达与甘蔗耐盐性和抗渗透胁迫有关。     

芥菜型油菜TT1基因的克隆和SNP分析

拟南芥的TT1基因(编码含有WIP结构域的锌指蛋白)对种皮的发育和颜色的形成具有重要的调控作用。本研究利用同源克隆和RACE技术分离了芥菜型油菜TT1基因,在芥菜型油菜黄黑籽材料的种皮中进行转录水平的分析,比较了黑籽油菜与黄籽油菜基因序列的差异,并采用等位基因特异(allele-specific)PCR技术对可能存在的单核苷酸多态位点进行验证。结果表明,芥菜型油菜TT1基因的DNA序列全长为2197bp,包含1个内含子,与甘蓝型油菜TT1-1基因的DNA序列的相似性为99%,与拟南芥的TT1基因DNA序列的相似性为85%;推导的TT1蛋白序列为300氨基酸残基,理论分子量为33.97kD,等电点为6.99;TT1在所有材料的种皮中均检测到表达;比较紫叶芥、四川黄籽、NILA和NILB的TT1基因序列,共发现8个核苷酸变异位点,均在基因的外显子区域,其中紫叶芥和NILA的序列相同,四川黄籽和黒籽近等基因系NILB的序列相同。与紫叶芥相比,黒籽近等基因系NILB有8个核苷酸差异,但种皮颜色与紫叶芥一样,均为黑色,TT1基因这些位点的突变并不影响芥菜型油菜种皮的颜色。通过等位特异PCR可以区分来自四川黄籽与紫叶芥的TT1基因。     

甘蓝、大白菜和甘蓝型油菜EXO70A1基因的克隆与表达特性

从甘蓝、大白菜与甘蓝型油菜中分离出EXO70A1基因,对该基因的序列进行生物信息学分析, 然后转化酵母Y187, 应用半定量RT-PCR检测BoEXO70A1基因的表达特性。结果表明, 3种芸薹属植物EXO70A1序列长度均为1 917 bp,相似性97.1%, 它们的gDNA序列均为单一序列,长度分别为3 797、3 752和3 770 bp,一致度达91.0%,均由12个外显子及11个内含子组成,除了第4、第5、第6、第8个内含子外,其余内含子的保守性低于外显子; 推导的3种蛋白质序列(BnEXO70A1、BrEXO70A1和BoEXO70A1)的相似度与一致性分别达99.8%与98.1%,其二级结构、三维结构及理化特性高度相似。EXO70A1基因的11个内含子的剪切位点均符合“GU-AG”法则,剪切受体(AG)的前20~50个碱基存在一段保守的序列“CU(A/G)A(C/U)”; 3种芸薹属植物与拟南芥EXO70A1基因的12个外显子的对应序列长度完全相同,所构成的编码区的序列一致性达90.1%,相应的蛋白质序列的相似度与一致性分别达99.8%与93.7%; 分子进化分析表明, EXO70A1在整个EXO70蛋白家族中及不同的植物间表现出较高的保守性; BoEXO70A1在酵母细胞Y187呈现弱表达; EXO70A1在甘蓝的雄蕊、幼茎、幼嫩花瓣、雌蕊、幼根及叶片中均能表达,可能属于组成型表达基因,但是其表达量在不同发育时期的不同器官中存在差异,授粉前雌蕊中最高,雄蕊中最低。由此可知,EXO70A1在芸薹属植物中整体高度保守, 但在酵母转化株和甘蓝各器官中的组成型表达有所差异,推测EXO70A1在植物细胞中具有多种重要的功能。     

中国黄淮海地区小麦品种抗寒性及其与VRN1基因型的关系

冬季冻害是当前小麦生产面临的主要自然灾害之一。以我国黄淮海地区近年主栽的71个小麦品种为材料,通过对其抗寒性调查和VRN-A1、VRN-B1、VRN-D1位点基因型的分子标记鉴定,研究小麦抗寒性的生物学基础,探讨VRN1基因在小麦抗寒性中的作用。结果表明,小麦的抗寒性与其他抗逆性状相关联,生产和国家区域试验证实具有较好抗旱节水、耐盐碱等抗逆特性的品种多具有较强抗寒性。VRN1是小麦抗寒性的关键性遗传调控位点之一,显性基因VRN1的存在会显著降低品种的抗寒性,具有2个或3个VRN1基因的品种一般抗寒性都很弱,而3个位点均为隐性基因是品种具有强抗寒性的必备条件。因此,建议我国黄淮海北部地区应加强选育、推广基因型为vrn-A1vrnB1vrn-D1的品种,以保证小麦安全生产。     

转cry1Aa基因抗虫棉整合结构解析及转化体特异性检测方法的建立

【目的】cry1Aa基因是2011年本实验室在我国棉花商品种子中发现的1种未经批准的转基因成分,本研究旨在通过整合结构解析,建立特异性检测方法,对市售棉种进行初测,明确该外源基因在我国棉种中的存在情况。【方法】通过Genome walking、长链PCR分离获得了转cry1Aa基因棉花转化体(定名为NN6转化体,简称NN6)的外源基因整合结构,同时基于插入位点基因组及外源DNA连接区,建立了NN6转化体特异性的定性聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)方法和实时荧光定量PCR方法。【结果】NN6整合结构主要包括cry1Aa、aad和Npt II基因,插入棉花基因组7号染色体37 169 450位,产生91 bp基因组缺失;所构建的定性PCR检测方法能特异、快速地对棉花单株和种子单粒中NN6转化体的纯/杂合状态进行鉴定,实时荧光定量PCR检测限为44拷贝,能满足国内外对转基因标识的需要;对含有cry1Aa基因的3个市售棉种进行检测,其纯合度分别为1.51%,5.21%和21.09%。【结论】本研究解析了NN6的整合结构,并建立特异性检测方法,为我国转基因棉花新品种选育及转基因安全管理提供技术手段。     

转cry1C*及cry2A*基因早粳稻Bt蛋白的时空表达和抗螟虫性

早粳稻空育131为受体, 以根瘤农杆菌介导遗传转化法创制了转ubi启动子调控下的cry1C*及cry2A*基因早粳稻空育131 (cry1C*)和空育131(cry2A*)。为了研究转基因水稻Bt蛋白的时空表达特性及抗螟虫性, 将不同转化事件形成的转基因早粳稻品系种植于田间, 利用酶联免疫吸附测定(ELISA)法检测转基因水稻不同生长发育阶段不同器官的、以及成熟期糙米的Bt蛋白量, 采用室内离体茎秆法接虫鉴定转基因水稻的抗螟虫性。结果显示, 转基因早粳稻不同抗虫基因Bt蛋白量不同, cry1C*基因总是低于cry2A*基因的蛋白质表达量; 不同生长发育时期Bt蛋白量不同, 叶片和茎鞘等器官的Bt蛋白量为分蘖期<抽穗期<灌浆期, 幼穗或糙米等器官的Bt蛋白量为抽穗期幼穗>灌浆期幼穗>成熟期糙米; 不同器官Bt蛋白量不同, 高低次序在分蘖期为叶片、茎鞘, 抽穗期为叶片、幼穗和茎鞘, 灌浆及成熟期为叶片、茎鞘、幼穗和糙米; 同一抗虫基因不同转基因品系间抽穗期叶片、茎鞘和幼穗等器官Bt蛋白量及抗螟虫性、糙米Bt蛋白量等性状存在差异, 抽穗期各器官Bt蛋白量与抗螟虫性及成熟期糙米Bt蛋白量之间相关不显著, 不论Bt蛋白量高或低的品系均表现为高抗螟虫。转基因早粳稻营养器官生长发育前期Bt蛋白量较低、后期较高, 繁殖器官生长发育早期Bt蛋白量较高、晚期较低, 营养器官通常比繁殖器官的Bt蛋白量高。在本研究范围内, 不同基因及不同转化事件培育的转基因水稻Bt蛋白表达量高低不同, 但所有的转基因早粳稻品系均表现高抗螟虫。     

水稻半矮秆基因iga-1的鉴定及精细定位

在前期通过空间诱变获得半矮秆隐性突变基因iga-1的基础上,进一步对iga-1进行鉴定。农艺性状调查表明携带iga-1的矮秆株系CHA-2、CHA-2N与原种特籼占13相比存在明显变异。节间长度测量显示CHA-2、CHA-2N节间比例正常,属dn型。外源GA₃处理、内源GA₃测定和α-淀粉酶活性检测揭示iga-1与GA₃调控无关。利用CHA-2与粳稻品种02428杂交获得的F₂群体将iga-1定位在水稻第5染色体两个InDel标记DL18和DL19间32.01 kb的物理距离内。该区域有5个阅读框架,其中包括赤霉素信号传导调控基因D1。序列分析表明CHA-2、CHA-2N和特籼占13在D1位点上基因组序列不存在差异,推测D1并非iga-1的候选基因。比较水稻第5染色体上其他矮秆基因发现iga-1可能与半矮秆基因sd-7来自同一位点。     

苏云金杆菌vip1A/vip2A基因的鉴定及其与cry1基因的联系

利用PCR方法检测vip1A/vip2A基因在野生型Bt菌株中的分布,进行基因片段的克隆和序列分析.结合cry1基因的PCR-RFLP基因型鉴定体系,分析与vip1A/vip2A基因有联系的cry1类基因.结果表明,分离保存的171株野生型Bt菌株中,有20株菌株含有vip1A/vip2A基因,分布率为11.69%.成功克隆了菌株Bt16的vip1A/vip2A基因片段,命名为vip1A/vip2A-16,GenBank 登录号为EU594327.cry1基因的PCR-RFLP鉴定结果表明,该20株菌株均含有cry1Fa基因,说明vip1A/vip2A基因与cry1Fa可能具有某种联系.     

转双价基因棉田主要害虫及其天敌的种群动态

2002—2003年在田间小区研究了转双价基因(Cry1Ac+CpTI)棉田主要害虫及其天敌的种群动态。结果表明,2、3、4代棉铃虫平均百株幼虫数量分别比常规棉减少81.4%、87.1%和87.0%,比Bt棉田减少11.1%、33.3%和57.1%,比常规棉用药田减少20.0%、66.7%和40.0%;百株棉苗蚜数量比Bt棉田减少4.0%,但分别比常规棉田和常规棉用药田增加21.6%和153.9%;百株伏蚜、棉粉虱数量分别比Bt棉田和常规棉田减少5.5%和23.3%、16.7%和13.0%,但比常规棉用药田增加61.7%和33.3%;百株棉叶螨、棉盲蝽和棉蓟马的数量比Bt棉减少34.0%、39.6%和5.9%,但分别比常规棉田和常规棉用药田增加158.3%和287.5%、20.8%和52.6%、23.1%和60.0%。百株草间小黑蛛、龟纹瓢虫和小花蝽的数量均明显高于常规棉用药田,与Bt棉和常规棉田差异不显著;百株棉蚜茧蜂和中红侧沟茧蜂数量均明显低于常规棉田,与Bt棉和常规棉用药田差异不显著。     

甘蔗谷胱甘肽硫转移酶基因SoGST-1a的克隆与表达分析

克隆甘蔗谷胱甘肽硫转移酶(Glutathione S-transferase,GST)基因,并分析其序列特征和表达谱,为甘蔗抗旱育种提供基因来源。本研究采用电子克隆和RT-PCR技术从甘蔗品种‘新台糖22号’中克隆到一个甘蔗GST基因,命名为SoGST-1a。通过生物信息学软件分析其序列特征,采用实时荧光定量PCR检测其表达谱。序列分析表明该基因cDNA全长702 bp,编码224个氨基酸,预测的蛋白分子式为C₁₁₁₇H₁₇₅₀N₃₀₀O₃₂₈S₆,蛋白分子量为24.82 kDa,等电点为5.96。蛋白疏水性分析推测其为亲水性蛋白。保守结构域预测表明SoGST-1a蛋白具有2个GST结构域。系统进化树分析表明该基因与玉米Zeta类GST蛋白亲缘关系最近。荧光定量PCR分析显示,干旱胁迫下SoGST-1a基因下调表达。研究结果表明,SoGST-1a基因可能在甘蔗干旱胁迫中并不发挥一定作用。这些结果为深入了解SoGST-1a基因的生物学功能奠定了基础。     

转植酸酶基因玉米phyA2基因标准质粒分子构建及其检测应用

质粒分子以其良好的适应性被较多地用作转基因标准材料的替代品。本文根据转植酸酶基因玉米phyA2基因设计引物与探针,并构建了一种包含phyA2基因片段(243 bp)和内标基因片段(178 bp)的质粒分子pPZ。选取不同转基因模板DNA作用于phyA2特异性引物,PCR结果显示只有转植酸酶基因玉米出现131 bp的目的条带;选取不同转基因作物检测体系作用于质粒分子pPZ,只有以pPZ DNA为模板时出现目的条带(131 bp和88 bp)。同时采用pPZ质粒分子和转基因玉米阳性基因组DNA为标准对4个转植酸酶基因玉米混合样品(3.0%、1.0%、0.5%和0.1%)进行定量检测,t检验表明,2种标准产生的斜率、线性相关系数和定值结果没有显著差异。这些结果表明,pPZ质粒分子可以作为转植酸酶基因玉米替代品用于定性和定量检测。     

SNAC1基因作为筛选标记基因用于棉花的遗传转化

以SNAC1基因作为筛选标记基因,NaCl作为筛选剂,通过农杆菌介导法将SNAC1和GUS基因导入棉花细胞并得到胚性愈伤组织。经过PCR检测证实,外源基因已经整合到棉花基因组中,GUS染色证明GUS基因得到表达。研究了NaCl作为棉花转化细胞的筛选剂在农杆菌介导转化中的应用浓度及方法,即NaCl的筛选浓度在1.1%～1.5%(W/V)之间,在愈伤组织诱导初期适当低一点,随着愈伤组织的生长而加大筛选浓度。由于NaCl不利于胚的分化,经过2～3次继代筛选后要及时去除NaCl以促进胚的分化。     

苏云金芽孢杆菌cry1基因的克隆、植物表达载体的构建及转化大豆

此研究利用醋酸钠-抗生素加热法从土壤中分离获得1株产晶体的苏云金芽孢杆菌菌株（Bacillus thuringiensis）。通过已知cry1基因设计引物,以分离得到的菌株DNA为模板进行PCR扩增,将克隆到的目的片段进行测序。测序结果表明：该序列与cry1基因同源性达到90%~99%。将该基因连接到植物双元表达载体pBI121中,构建了该基因的植物表达载体,并将阳性重组质粒转化根癌农杆菌EHA105,利用农杆菌侵染子叶节的方法进行大豆的转化。通过初步的PCR验证,成功获得了转基因植株,建立了大豆的转化体系。