抑制CCoAOMT表达的转基因多年生杨树检测与分析

本文以生长4年的转反义CCoAOMT基因的白杨杂种（欧洲山杨与银白杨,Populus tremula x Populus alba）及野生型对照为实验材料,测定Klason木质素含量并分析了木质素组分,结果表明转基因植株木质素含量经历4个生长季后,依然比对照降低13%,同时转基因植株木质素组分的G/S比比对照轻微降低。对茎杆切片显微观察表明转基因植株中部分导管向内凹陷,存在轻度变形。转基因植株与野生型对照在株高、胸径等外部生长形态上没有明显差别。     

抑制4CL基因表达的转基因毛白杨中木质素含量与茎杆颜色的关系

摘要： 将反义4CL（4-香豆酸辅酶A连接酶, 4-coumarate:CoA ligase）基因转入三倍体毛白杨（Populus tomentosa Carr.）可显著降低转基因植株的木质素含量。转基因植株茎杆在剥皮后呈现程度不等的红褐色,而对照为白色。茎杆全部为红褐色的转基因株系中木质素含量下降最多,茎杆局部为红褐色或呈现红褐色斑点的株系中木质素含量下降幅度减小。野生型对照茎杆的Wiesner反应为典型的紫红色,转基因植株红褐色茎杆的Wiesner反应为红色。茎杆为红褐色斑块的株系中,红褐色部分的Wiesner反应呈红色,白色部分与对照相同,呈典型紫红色,进一步证明颜色改变与转基因株系木质素含量的关系。茎杆颜色的改变可作为一个辅助指标筛选低木质素含量的转基因株系。     

过表达SlMPK3基因提高番茄低温耐受能力

促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK/MPK)级联是植物响应外界环境变化的重要信号传导途径.为了验证番茄促分裂原活化蛋白激酶3(Solanum lycopersicum mitogenactivated protein kinases 3,S1MPK3)在低温胁迫中的功能,本研究将醋栗番茄(Solanum pimpinellifolium)SlMPK3基因在栽培番茄(S.lycopersicum)M82中过表达,获得了过表达SlMPK3的转基因番茄后代.结果表明,低温胁迫下转基因番茄幼苗SlMPK3基因被迅速诱导表达.低温处理8h处,SlMPK3的表达量达到最大值,转基因植株(OE4,OE6和OE7)中SlMPK3的表达量显著高于野生型(P＜0.05).苗期耐冷性鉴定结果表明,转基因植株耐冷指数(OE4(0.81),OE6 (0.78),OE7(0.77))显著高于对照((0.37),P＜0.05).低温胁迫下表型观察发现,4℃低温胁迫24 h,野生型番茄叶片边缘失水萎蔫,叶面出现明显黄色枯斑;转基因番茄植株叶片表现正常.低温胁迫120 h后,野生型植株的相对电解质渗透率为74.66％,而转基因植株的电解质渗透率平均为59.79％,比对照低14.87％;转基因植株叶片中丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量为6.76 μmol/g FW,比对照(9.77 μmol/g FW)低30.81％;野生型植株叶片中的H2O2含量显著高于转基因植株(P＜0.05),比转基因植株高22.02％.低温胁迫处理引起了转基因植株和野生型植株的抗氧化酶(antioxidant enzymes,AOEs)活性显著增加(P＜0.05),低温处理120 h后,转基因植株中超氧化物歧化酶(super-oxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)和过氧化氢酶(catalase,CAT)活性分别比对照高29.40％、24.24％和22.83％.转基因和野生型植株中可溶性蛋白(soluble protein)和可溶性糖(soluble sugar)含量均随低温处理时间的推移逐步增加,4℃处理120 h后转基因植株可溶性蛋白含量为40.02 mg/g FW (OE-4),42.21 mg/g FW (OE-6)和40.33 mg/g FW (OE-7),显著高于对照(36.86 mg/g FW)(P＜0.05);转基因植株可溶性糖含量平均为51.87 mmol/g FW,比对照高21.82％.本研究证明,SlMPK3过表达提高了番茄植株的低温耐受能力,为进一步研究番茄SlMPK3基因的功能提供依据,同时为耐低温番茄育种提供了新种质.     

转GmPTF1基因大豆在低磷胁迫下的表现

为研究大豆磷代谢转录因子基因GmPTF1对提高大豆磷利用效率的作用,用根癌农杆菌介导大豆子叶节转化法将GmPTF1导入大豆品种豫豆22.通过测定GmPTF1在转基因植株中的表达量以及苗期转基因植株和野生型对照植株在低磷胁迫下的形态和生理生化表现差异,来分析GmPTF1基因在导入大豆后发挥的生物学功能.结果表明:转基因植株的GmPTF1表达量显著高于野生型对照,其中以T1-32和T1-40为最高.在低磷胁迫下,GmPTF1基因表达增强型转基因大豆(T1-32和T1-40)的根系总长度、根总表面积、根体积、根干重、光合色素含量及植株磷含量都显著高于野生型对照植株,而丙二醛含量显著低于野生型对照植株;植株磷含量与GmPTF1表达量呈显著正相关(R=0.97**),以上结果均表明转基因植株的耐低磷能力优于野生型对照植株.本研究结果为利用转基因手段改善大豆乃至其他作物的耐低磷能力提供依据.     

木质素对灵芝菌丝体生长的影响

为了解添加外源木质素对灵芝菌丝体生长的影响,该研究通过在灵芝培养基中添加纤维素、半纤维素和木质素,考察了外源添加木质纤维素主要组分对灵芝菌体生长的影响,发现木质素添加明显促进灵芝菌丝体生长;进一步考察添加不同浓度木质素灵芝菌丝体生长情况以及灵芝产多糖、三萜变化规律。结果表明少量添加木质素对灵芝菌丝体生长有明显促进作用,木质素加量为1.0%时,灵芝菌丝体生长情况最好,生物量比对照提高了56%,同时灵芝胞外多糖、胞内多糖及灵芝胞外三萜、胞内三萜的合成均有明显提高,其中胞内多糖提高43%;4种灵芝菌株发酵产多糖、三萜结果对比分析表明1.0%木质素添加均能提高不同菌株发酵多糖、三萜含量,木质素作为营养基质在不同灵芝菌株培养过程中添加均能促进菌丝体活性物质合成。研究结果可为灵芝菌生长代谢研究及人工栽培提供科学依据和参考。     

Ri质粒T-DNA对6年生转基因三倍体毛白杨生长和生理性状的影响

为探索外源基因在成年树木中的表达及稳定性,以转Ri质粒6年生三倍体毛白杨成年树木为材料,以同时种植的未转基因三倍体毛白杨为对照植株,对21个转基因株系和对照植株进行外源基因检测和生长、生理特性测定。PCR检测结果证明,Ri质粒T-DNA上的tms、rolC基因在各转基因株系基因组中稳定存在。转基因株系生长受到不同程度影响,各转基因株系的叶柄长、叶片长、叶片宽度和叶面积均小于对照植株,叶片长宽比大于对照植株;71%的转基因株系树高低于对照植株;81%的转基因株系胸径低于对照植株。转基因株系叶绿素a和叶绿素a+b含量、Fv/Fm值、PI值均低于对照植株。81%的转基因株系叶片内源GA3含量及所有株系叶片的内源IAA含量和IAA/ABA比值均高于对照植株,而86%转基因株系叶片的内源ABA含量低于对照植株。T-DNA能够在三倍体毛白杨成年树木中稳定表达,使植物体内内源IAA和GA3含量提高,生长受到抑制,但不同株系存在较大差异。本研究结果为进一步研究外源基因在植物体内的表达调控机制提供了参考依据。     

烟草NAC4基因的克隆及其抗旱功能分析

NAC(NAM-ATAF-CUC)转录因子在植物逆境胁迫应答过程中发挥着十分重要的作用。本研究克隆了烟草(Nicotiana tabacum)的NAC4基因,c DNA编码区全长1 422 bp,编码473个氨基酸;进化树分析表明,烟草NAC4基因编码的氨基酸序列与辣椒(Capsicum baccatum)和榴莲(Durio zibethinus)都有极高的相似性。构建表达载体pSH-NAC4,遗传转化烟草,获得32株转基因植株。选取6株不同的转基因株系和3株野生型(wild type,WT)在20%聚乙二醇6000胁迫的条件下,观察植株生长并进行抗旱性分析;选取T_1代3个转基因株系(TP_4,TP_6,TP_7)和野生型烟草种子,用3个不同浓度的甘露醇模拟干旱胁迫,对其种子的发芽率和苗期根进行耐旱性相关分析。结果发现,300 mmol/L甘露醇处理15 d,种子发芽率比野生型高40%以上,通过观察苗期根的生长发现,野生型植株根的生长明显受到抑制。用20%PEG6000处理转基因植株和野生型植株7 d,结果显示,在干旱胁迫下,转基因植株的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)和过氧化物酶(peroxidase,POD)的活性均显著高于野生型,丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量显著低于野生型植株(P0.05)。利用qRT-PCR方法分析相关基因,结果表明,在干旱胁迫时,NAC4,吡咯啉-5-羧酸合成酶基因(pyrroline-5-carboxylate synthetase,P5CS)和鸟氨酸-δ-氨基转移酶基因(ornithine-oxo-acid transaminase,δ-OAT)的相对表达量均上调;转NAC4基因的表达可能提高了植株的抗旱能力。本研究为进一步探讨NAC4基因的功能提供依据,以期为创制转基因耐旱植物提供基础资料。     

高粱SbSKIP基因的克隆及其在烟草中的抗旱功能分析

SKIP(ski-interacting protein)是一种RNA代谢相关蛋白,在植物抵抗非生物胁迫伤害中起着很重要的调节作用,本研究克隆了高粱(Sorghum bicolor)SbSKIP基因,cDNA编码区全长1 485 bp,编码494个氨基酸;进化树分析表明,高粱SbSKIP基因编码的氨基酸序列与节节麦(Aegilops tauschii)相似性为52％;定量PCR分析表明,在模拟干旱条件下SbSKIP基因表达量上调,在干旱处理16h后,表达量显著增加了2倍以上.构建植物表达载体pSH-SbSKIP,利用农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导的叶盘法遗传转化烟草(Nicotiana tabacum),获得25个转基因植株.选取3个不同株系TP4、TP9和TP13,在不同浓度甘露醇模拟干旱条件下对种子发芽率和幼苗期进行抗旱性分析,结果发现,在300 mmol/L甘露醇处理10d,种子的发芽率比野生型高60％以上,而且从苗期根的生长发现,野生型根的生长明显受到抑制.在自然条件下生长的烟草幼苗,用20％ PEG 6000处理14d,结果显示,转基因烟草正常生长,而野生型烟草大部分叶片黄化甚至出现萎蔫,其中转基因植株超氧化物歧化酶(super-oxide dismutase,SOD)的平均活性值比野生型高91.2％,H2O2和丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量分别比野生型降低了42％和32.7％,可溶性糖(soluble sugar)含量达野生型的1.1倍.结果表明,SbSKIP基因表达提高了烟草植株的干旱耐受能力.本研究为进一步研究SbSKIP基因功能提供依据,同时该基因的克隆和功能分析可为创制转基因抗旱材料提供基础资料.     

转PSAG12-BAS1基因抑制烟草叶片的衰老

衰老被认为是烟草(icotiana tabac um)叶片发育的最后阶段,伴随着叶绿素,脂类等降解,严重影响了光合产物的积累,导致作物产量降低、品质下降.因此,利用转基因技术使烟草在生长期间衰老延迟,光合产物量增加,从而增加产量,同时在收获之后,延缓衰老的叶片,可以维持烟草的新鲜程度,解决储存及运输问题.本研究利用农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导的遗传转化法将含有衰老相关基因12 (senescence-associated gene 12,SAG12)启动子驱动光敏色素B激活标签的抑制蛋白1(phyB activationtagged suppressor1,BAS1)基因表达的元件导入烟草中,经抗性筛选和PCR鉴定,共获得45株转基因植株,其中有8株转基因烟草叶片具有衰老延缓现象.在叶片开始衰老时对野生型和转BAS1基因烟草叶片叶绿素含量、保护酶活性检测以及植物生长期状态进行观察测定,结果表明,转BAS1烟草植株叶绿素含量从顶端到基部均高于野生型;野生型和转BAS1基因烟草超氧化物歧化酶(super-oxide dismutase,SOD)活性和丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量分析表明,转BAS1烟草植株中SOD活性比野生型高了31.98％,MDA含量比野生型降低了48.28％,通过对烟草生长发育过程观察,转基因烟草比野生型烟草衰老延缓10～15 d.在烟草叶片开始衰老时测定野生型和转BAS1基因植物细胞分裂素含量,结果发现,野生型烟草细胞分裂素的含量比转基因烟草降低了40.2％,上述结果说明,转BAS1基因延缓了烟草叶片的衰老,与细胞分裂素含量、保护性酶活性提高以及衰老性启动子启动有关.本研究为进一步研究SAG12-BAS1基因功能机制提供理论依据,同时该基因为创制转基因抗衰老材料提供了基础.     

过量表达pAPX基因提高水稻对镉胁迫的耐性

研究了编码大麦pAPX的基因HvAPXI导入水稻并过量表达后，转pAPX水稻在镉胁迫下的生长状况、生理指标及镉含量。结果发现，由于pAPX基因的过量表达，转基因植株的根系伸长量、生物量、叶绿素含量以及APX活性都明显高于野生型植株。与野生型植株相比，转基因水稻对镉胁迫具有明显的耐性。伴随对镉胁迫耐性的提高，转pAPX水稻对镉的累积量也同时提高。     

Effects of lignin‐modified Populus tremuloides on soil organic carbon

Several genes in the aspen genome have been modified to generate stem wood with lower lignin content and an altered lignin composition. Lower lignin in wood reduces the time and energy required for pulping. Further, this modification can also increase the allocation of photosynthate to cellulose and total biomass production, potentially increasing CO₂‐sequestration capacity. However, widespread planting of trees with altered lignin content and composition could alter soil organic‐C dynamics in complex ways. To further examine the effects of altered lignin biosynthesis on plant growth and accrual of soil organic C (SOC), we conducted a repeated greenhouse study with four lines of transgenic aspen (Populus tremuloides Michx.) and one wild‐type (control) aspen. Accrual of aspen‐derived SOC was quantified by growing aspen trees (C3 plants) in C4 soil and measuring changes in the natural abundance of δ¹³C. We measured plant growth, biomass, and C content and combined these data with SOC measurements to create C budgets for the plant mesocosms. Lignin modifications resulted in differences in the accrual of aspen‐derived SOC and total mesocosm C, primarily due to differences in biomass between genetically modified lines of aspen. One genetic alteration (low lignin, line 23) was able to perform similarly or better than the wild‐type aspen (control, line 271) without altering SOC. Alterations in lignin structure (S : G ratios) had negative effects on biomass production and SOC formation. The addition of new (aspen‐derived) SOC was proportional to the loss of existing SOC, evidence for a priming effect. The pool of new SOC was related to total plant biomass, suggesting that the effects of lignin modification on SOC are driven by changes in plant growth.     

种植与组培9年的转AhDREB1基因毛白杨耐盐性比较

为了对栽培9年后转AhDREB1基因毛白杨的耐盐性进行评价,并探究田间种植与组培继代2种不同生长条件对转基因毛白杨耐盐性的影响,以从大田种植9年的转AhDREB1基因杂种毛白杨[(Populus tomentosa×Populus bolleana)×P.tomentosa]中获得的株系(T46-F)和组培继代9年的2个转基因杂种毛白杨株系(T46、T12),以及非转基因杂种毛白杨株系(CK)为试材,通过对外源基因进行PCR检测,发现9年后AhDREB1基因仍然稳定整合在转基因植株中。通过不同浓度的Na Cl胁迫试验,对各株系的相对电导率进行分析,进一步选择测定0.6%浓度Na Cl处理水平下各株系的株高、地径生长量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸含量和叶绿素相对含量,对不同转AhDREB1基因毛白杨株系的耐盐性进行分析和比较。结果表明,所有株系的相对电导率、MDA含量均随Na Cl浓度增加而增大,但高盐浓度下转基因株系T46-F、T46、T12的相对电导率、MDA含量均显著低于CK。无论是在非盐条件,还是0.6%Na Cl胁迫下,AhDREB1基因的导入均能显著提高毛白杨植株的SOD、POD活性,脯氨酸含量。其中0.6%浓度Na Cl胁迫下,T46-F、T46、T12的SOD活性分别是CK的2.51倍、3.20倍、2.55倍;POD活性分别是CK的1.23倍、1.63倍、1.10倍;脯氨酸含量分别是CK的1.51倍、1.69倍、1.62倍。此外,转AhDREB1基因毛白杨叶绿素含量下降显著低于CK,同时株高、地径生长量显著高于CK。组培继代9年的转基因株系的脯氨酸含量、株高生长量显著高于在大田种植9年的转基因毛白杨,而相对电导率显著低于大田种植转基因株系,说明组培继代培养更有利于保持转基因毛白杨的耐盐性。综上可知,转AhDREB1基因显著提高了毛白杨的抗氧化酶活性,调控渗透调节物质的积累,从而减轻细胞膜的氧化损伤,降低了相对电导率,提高了毛白杨的耐盐性,综合考虑各个指标,各株系耐盐性的大小顺序为T46T12T46-FCK。本研究为通过转AhDREB1基因提高植物耐盐性提供了理论参考。     

根系主要成分含量对根系固土效能的影响

选取中国北方两种常见树种油松(Pinus tabulaeformis)和元宝枫(Acer truncatum),对这两种树0.2~6mm直径的根系直径、根系抗拉强度、整根的根土复合体强度、根系3种主要成分含量(纤维素含量、半纤维素含量与木质素含量)进行测定。结果表明,随着根系直径的增加,植物根系半纤维素含量增高,纤维素含量与木质素含量降低,从而植物的抗拉强度降低。植物根系抗拉强度与纤维素含量、木质素含量成正相关关系,与半纤维素含量成负相关关系。因此,在排除根系结构影响的前提下,植物根系纤维素含量与木质素含量是导致不同植物种固土效果差异的直接原因。     

转透明颤菌血红蛋白基因杨树的再生及其生长量初步测定

采用农杆菌介导法,将透明颤菌血红蛋白Vitreoscilla hemoglobin(VHb)基因vgb导入银腺杨(Populus alba ×P.glandulosa).以经无菌培养的叶片为外植体,通过450个叶盘与根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)LBA4404共培养,将植物双元表达载体pPZV中vgb基因导入银腺杨基因组,经卡那霉素筛选后,共获得60株卡那霉素抗性植株.经PCR特异性扩增和Southern点杂交分析,证明其中52株再生植株基因组DNA中整合了vgb基因.RT-PCR分析结果表明,vgb基因在其中的44个株系中获得表达.在2年温室生长条件下,转基因无性系的外部形态与对照相比无显著差异.但在株高和地径上,有3株转基因无性系较对照植株有明显增加.     

Significant increases in pulping efficiency in C4H-F5H-transformed poplars: improved chemical savings and reduced environmental toxins

The gene encoding ferulate 5-hydroxylase (F5H) was overexpressed in poplar (Populus tremula x Populus alba) using the cinnamate-4-hydroxylase (C4H) promoter to drive expression specifically in cells involved in the lignin biosynthetic pathway and was shown to significantly alter the mole percentage of syringyl subunits in the lignin, as determined by thioacidolysis. Analysis of poplar transformed with a C4H-F5H construct demonstrated significant increases in chemical (kraft) pulping efficiency from greenhouse-grown trees. Compared to wild-type wood, decreases of 23 kappa units and increases of >20 ISO brightness units were observed in trees exhibiting high syringyl monomer concentrations. These changes were associated with no significant modification in total lignin content and no observed phenotypic differences. C4H-F5H-transformed trees could increase pulp throughputs at mills by >60% while concurrently decreasing chemicals employed during processing (chemical pulping and bleaching) and, consequently, the amount of deleterious byproducts released into the environment.     

Effects of increased nitrogen supply on the lignification of poplar wood

The short-term influence of adequate and high nitrogen fertilization on poplar lignification was investigated. The high nitrogen supply decreased lignin staining in the newly formed secondary xylem, indicating that lignin deposition was affected. Acetyl bromide determinations gave a 9-10% decrease in lignin content; however, Klason lignin content was unchanged. Thioacidolysis showed that elevated N supply affected lignin structure such that there was a reduced frequency of lignin units involved in beta-O-4 bonds, a reduced syringyl/guaiacyl ratio, an increased frequency of p-hydroxyphenyl lignin units, more guaiacyl units with free phenolic groups, and more p-hydroxybenzoic acid ester-linked to poplar lignins. These features suggest that lignins from poplars grown under high N bear structural similarities to lignins formed during early stages of wood development. The findings also indicate that a gravitational stimulus inducing the formation of tension wood and high N availability lead to similar and additive effects on lignin content and structure.     

杨树和栓皮栎日光诱导叶绿素荧光及光能利用率的比较

为探究杨树与栓皮栎光合光能利用率(LUE_p)和荧光光能利用率(LUE_f)关系的日内变化及种间差异，从光能分配的角度进一步深入理解日光诱导叶绿素荧光(SIF)与总初级生产力(GPP)的关系，以典型落叶阔叶林树种杨树(Populus alba×Populus gllandulosa)和栓皮栎(Quercus variabilis BI.)幼苗为对象，在相同土壤水分和养分条件下，观测研究不同树种SIF、净光合速率(P_n)与LUE_p/LUE_f对光合有效辐射(PAR)响应的异同。结果表明：(1)SIF受PAR驱动，二者呈显著正相关关系，杨树和栓皮栎线性拟合决定系数(R²)分别为0.965和0.973，且杨树具有更高的LUE_f;P_n随PAR的增加逐渐饱和，杨树光饱和点明显高于栓皮栎，分别为998.59和674μmol CO₂·m^-2·s^-1。(2)杨树和栓皮栎...