抗病虫基因新资源:绞股蓝核糖体失活蛋白基因

核糖体失活蛋白(ribosome-inactivating protein,RIP) 具有广谱的抗植物病毒活性和抵抗多种植物病原真菌以及农业害虫的活性,在植物保护上具有广阔的应用前景.从传统中草药绞股蓝中分离的13个核糖体失活蛋白基因序列,基因序列登录代码为:AY075115,AY134616-7,AY279104-7,AY279218-20,AY160767-9,为培育抗病虫作物新品种提供了新资源.     

抗病虫基因新资源:绞股蓝核糖体失活蛋白基因

核糖体失活蛋白(ribosome-inactivating protein，RIP)具有广谱的抗植物病毒活性和抵抗多种植物病原真菌以及农业害虫的活性，在植物保护上具有广阔的应用前景。从传统中草药绞股蓝中分离的13个核糖体失活蛋白基因序列，基因序列登录代码为：AY075115，AYl34616-7，AY279104-7，AY279218-20，AYl60767-9，为培育抗病虫作物新品种提供了新资源。     

转几丁质酶和b-1,3-葡聚糖酶双价基因小麦的获得和鉴定

利用农杆菌介导法将几丁质酶基因和b-1，3-葡聚糖酶双价基因导入小麦品种扬麦10号和Bobwhite，共得到了13棵T0代转基因植株，2个小麦品种的转化效率分别为1.4%和1.0%。T1代植株赤霉病抗性鉴定结果表明，转基因植株对赤霉病具有一定抗性，小穗发病率4.76%～11.76%，低于抗病对照和感病对照。T1代植株分子检测结果表明，外源基     

转几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶双价基因小麦的获得和鉴定

利用农杆菌介导法将几丁质酶基因和β-1,3-葡聚糖酶双价基因导入小麦品种扬麦10号和Bobwhite,共得到了13株T0代转基因植株,2个小麦品种的转化效率分别为1.4%和1.0%.T1代植株赤霉病抗性鉴定结果表明,转基因植株对赤霉病具有一定抗性,小穗发病率4.76%～11.76%,低于抗病对照和感病对照.T1代植株分子检测结果表明,外源基因分离比例为2.33∶1,较低的分离比例可能与外源基因的丢失有关.     

绞股蓝核糖体失活蛋白的分离、克隆与表达

核糖体失活蛋白(ribosome-inactivating protein，RIP)具有抗肿瘤和抗病毒等医用价值，以及抗植物病毒和病原真菌等农用价值。它是一种多活性的物质，不同RIP具有各自独特的功能，其潜在活性还在不断发现之中。葫芦科(Cucurbitaceae)植物大多药食同源，其中蕴涵着极其多样的RIP，但多数已知的RIP其基因尚未被克隆，而目前仍无一套快速筛选RIP新基因的方法。葫芦科中的绞股蓝(Gynostemma pentaphyllum)具有抗癌和抗衰老等特殊功效，其中的皂甙和黄酮成分的研究已有大量报道，但．其活性蛋白成分未见报道。为此，本研究开展绞股蓝RIP的分离纯化、基因克隆、原核表达以及转基因植物研究。率先对绞股蓝活性蛋白成分进行研究，从中分离到一种新的核糖体失活蛋白(绞股蓝毒蛋白，Gynostemmin)。它具有很高的抗TMV活性。其分子量约为27kDa。测得其N-端19个氨基酸序列：DINFSLAGADGQTYNTFIA，与其它植物RIP的同源性为10％一73％，与葫芦科RIP的同源性为37％一73％。根据葫芦科RIP上、下游两段高度保守的氨基酸序列设计简并引物对LYl／LY2，对基因组DNA进行PCR扩增，首次建立了RIP新基因快速筛选体系。从冬瓜和南瓜中分别获得了1个和5个RIP新基因，长度为408bp，编码136aa，与其它葫芦科RIP对应区段的同源性约为35％一85％。比较发现，19个葫芦科RIP的LYl／LY2区段上完全相同的氨基酸有29个，其中7个在其它科属来源的RIP中也完全保守，包括构成活性中心的3个残基E160、R163和W192。根据LYl／LY2区段同源性构建的系统进化树表明，葫芦科RIP之间的进化关系与其来源植物间的亲源关系大体一致。通过DNA片段克隆、RACE扩增、cDNA克隆和DNA克隆，从绞股蓝中分离了13个RIP基因，其中10个为cDNA序列，3个是DNA序列(GP609、DNA-750和DNA-8001)。它们之间在碱基水平和氨基酸水平上的同源性都很高，可根据序列上发生缺失的有无及其类型将其分为4组：组1，发生6bp缺失(535 GAAAAC 540，与574-579间的序列完全一样)，包括GynostemminⅡ、GP609和CX8405A，编码275aa；组2，缺失87bp(122-208)，包括DNA-750和CX820，编码248aa；组3，包括5RACE和DNA-8001，不发生组2的87bp缺失，但因其序列较短，无法确认是否具备组1的6bp缺失；组4，包括GynostemminⅠ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ以及EMUZW和RHXJB，既无87bp缺失也不发生6bp缺失，编码277aa。其中GP609与其它葫芦科RIP的LYl／LY2区段的同源性，碱基水平为47％-61％，氨基酸水平为37％-49％。5RACE中包含了由23aa组成的信号肽“MRVARFCTVVAILLYFGFHIAEC”，同时包含有5’UTR序列，其中含有kozak序列“AAAAA”。对绞股蓝RIP基因家族及其编码氨基酸进行的比较分析发现，绞股蓝RIP前体成熟过程中可能发生C-末端切除，并因此造成等电点从弱酸性跃迁至强碱性，这种现象以前未见报道。分析结果进一步支持了RIP基因无内含子的观点。5个含有3’UTR的成员中，GynostemminI比另外4个多了两个小的茎环结构和一富含AU的不稳定子元件ARE(AU-rich element)，其mRNA的稳定性可能因此受到影响。运用生物信息学软件对绞股蓝RIP前体进行碱基组成和密码子偏倚性、氨基酸组成特征、功能位点、亚细胞定位、跨膜结构、核酸结合基序以及空间结构等方面的分析。分别将GP609和RHXJB转入pGEx-2T融合表达载体，在大肠杆菌DH5a菌株中实现融合表达。将DNA-8001连接到pET-5a表达载体上，在大肠杆菌BL21(DE3)菌株中实现天然表达，表达产物对TMV的抑制效果很差，其原因可能是C-末端延伸序列的存在抑制了抗TMV活性的发挥。分别构建了含有GP609和EMUZW的pEmu-mcs-N植物表达载体，同时构建了含有RHXJB的pKYLX71：35S^2植物表达载体(ZW-pK)。采用三亲交配法将ZW-pK转入土壤农杆菌LBA4404中，用于转化烟草品种K-326，分子鉴定表明绞股蓝RIP基因已经整合到再生烟苗的基因组中并发生了转录。重点讨论了绞股蓝RIP的应用前景、RIP基因的内含子、以及RIP的C-末端及其延伸序列的修饰和功能等方面的问题。研究结果为绞股蓝RIP的开发利用奠定了坚实基础，并对探讨其酶学活性、生理功能以及抗病毒机理等RIP研究的难点和热点问题具有一定的指导意义。     

南瓜核糖体失活蛋白的研究进展

从南瓜中提取出的核糖体失活蛋白,因具有抗癌症和抗肿瘤等功能,引起了人们的广泛关注。综述了近年来发现的南瓜核糖体失活蛋白的种类、基本特性、提取纯化和药理作用。     

转几丁质酶和葡聚糖酶双价基因棉花株系对黄萎病的抗性

 采用人工病圃、重病田及苗期室内鉴定相结合的方法,研究了转双价（Chi+Glu）基因的棉花株系61217-1对棉花黄萎病的抗性。结果表明,转基因棉花株系61217-1在人工病圃连续3年达抗病水平,病指极显著低于其受体中棉所24。2009年该转基因株系在河南安阳、江苏大丰及新疆石河子棉花黄萎病重病田的病指分别为18.7、18.1和16.7,均极显著低于受体中棉所24的病指。该转基因株系对来自河北、湖北、新疆的3个强致病力落叶型菌株均达抗病水平,病指分别为16.4、16.8和15.6,也极显著低于受体中棉所24的病指。表明转双价（Chi+Glu）基因的棉花株系61217-1具有优异稳定的抗黄萎病性。     

核糖体失活蛋白的研究进展

核糖体失活蛋白是一类作用于rRNA而抑制核糖体功能的毒蛋白,广泛存在于高等植物体内。核糖体失活蛋白分为3类：第1类是单肽链蛋白,分子量大约30kD,一般为碱性糖蛋白,具有RNAN-糖苷酶活性;第2种类型是异源二聚体蛋白,分子量大约为60kD,A链具有RNAN-糖苷酶活性,B链是一个对半乳糖专一的凝集素,B链可以分别或同时与真核细胞表面的糖蛋白或糖脂的半乳糖部分结合,介导A链逆向进入胞质溶胶;第3种类型是先合成无活性的核糖体失活蛋白前体,然后在涉及形成活性位点的氨基酸之间进行酶解加工。核糖体失活蛋白通过对核糖体大亚基RNA的3’端茎环结构中一个高度保守的核苷酸区域的作用,破坏核糖体大亚基RNA的结构,使核糖体失活。核糖体失活蛋白的功能主要通过2个方面产生,即RNA的N-糖苷酶活性和RNA水解酶的活性。核糖体失活蛋白不仅对病毒具有广谱抗性,而且对真菌和昆虫也有抗性。核糖体失活蛋白可以给植物提供对病毒和真菌的广谱抗性,这为我们利用有关的核糖体失活蛋白基因提高植物对病毒和真菌的抗性提供了一条新的途径。     

绞股蓝核糖体失活蛋白的分离、克隆与表达

核糖体失活蛋白(ribosome-inactivating protein,RIP)具有抗肿瘤和抗病毒等医用价值,以及抗植物病毒和病原真菌等农用价值.它是一种多活性的物质,不同RIP具有各自独特的功能,其潜在活性还在不断发现之中.葫芦科(Cucurbitaceae)植物大多药食同源,其中蕴涵着极其多样的RIP,但多数已知的RIP其基因尚未被克隆,而目前仍无一套快速筛选RIP新基因的方法.葫芦科中的绞股蓝(Gynostemma pentaphyllum)具有抗癌和抗衰老等特殊功效,其中的皂甙和黄酮成分的研究已有大量报道,但其活性蛋白成分未见报道.为此,本研究开展绞股蓝RIP的分离纯化、基因克隆、原核表达以及转基因植物研究.率先对绞股蓝活性蛋白成分进行研究,从中分离到一种新的核糖体失活蛋白(绞股蓝毒蛋白,Gynostemmin).它具有很高的抗TMV活性.其分子量约为27 kDa.测得其N-端19个氨基酸序列:DINFSLAGADGQTYNTFIA,与其它植物RIP的同源性为10%-73%,与葫芦科RIP的同源性为37%-73%.根据葫芦科RIP上、下游两段高度保守的氨基酸序列设计简并引物对LY1/LY2,对基因组DNA进行PCR扩增,首次建立了RIP新基因快速筛选体系.从冬瓜和南瓜中分别获得了1个和5个RIP新基因,长度为408 bp,编码136 aa,与其它葫芦科RIP对应区段的同源性约为35%-85%.比较发现,19个葫芦科RIP的LY1/LY2区段上完全相同的氨基酸有29个,其中7个在其它科属来源的RIP中也完全保守,包括构成活性中心的3个残基E160、R163和W192.根据LY1/LY2区段同源性构建的系统进化树表明,葫芦科RIP之间的进化关系与其来源植物间的亲源关系大体一致.通过DNA片段克隆、RACE扩增、cDNA克隆和DNA克隆,从绞股蓝中分离了13个RIP基因,其中10个为cDNA序列,3个是DNA序列(GP609、DNA-750和DNA-8001).它们之间在碱基水平和氨基酸水平上的同源性都很高,可根据序列上发生缺失的有无及其类型将其分为4组:组1,发生6 bp缺失(535 GAAAAC 540,与574-579间的序列完全一样),包括GynostemminII、GP609和CX8405A,编码275 aa;组2,缺失87 bp(122-208),包括DNA-750和CX820,编码248 aa;组3,包括5RACE和DNA-8001,不发生组2的87 bp缺失,但因其序列较短,无法确认是否具备组1的6 bp缺失;组4,包括GynostemminI、III、IV、V以及EMUZW和RHXJB,既无87 bp缺失也不发生6 bp缺失,编码277 aa.其中GP609与其它葫芦科RIP的LY1/LY2区段的同源性,碱基水平为47%-61%,氨基酸水平为37%-49%.5RACE中包含了由23 aa组成的信号肽“MRVARFCTVVAILLYFGFHIAEC“,同时包含有5UTR序列,其中含有kozak序列“AAAAAA“.对绞股蓝RIP基因家族及其编码氨基酸进行的比较分析发现,绞股蓝RIP前体成熟过程中可能发生C-末端切除,并因此造成等电点从弱酸性跃迁至强碱性,这种现象以前未见报道.分析结果进一步支持了RIP基因无内含子的观点.5个含有3UTR的成员中,GynostemminI 比另外4个多了两个小的茎环结构和一富含AU的不稳定子元件ARE(AU-rich element),其mRNA的稳定性可能因此受到影响.运用生物信息学软件对绞股蓝RIP前体进行碱基组成和密码子偏倚性、氨基酸组成特征、功能位点、亚细胞定位、跨膜结构、核酸结合基序以及空间结构等方面的分析.分别将GP609和RHXJB转入pGEX-2T融合表达载体,在大肠杆菌DH5α菌株中实现融合表达.将DNA-8001连接到pET-5a表达载体上,在大肠杆菌BL21(DE3)菌株中实现天然表达,表达产物对TMV的抑制效果很差,其原因可能是C-末端延伸序列的存在抑制了抗TMV活性的发挥.分别构建了含有GP609和EMUZW的pEmu-mcs-N植物表达载体,同时构建了含有RHXJB的pKYLX71∶35S2植物表达载体(ZW-pK).采用三亲交配法将ZW-pK转入土壤农杆菌LBA4404中,用于转化烟草品种K-326,分子鉴定表明绞股蓝RIP基因已经整合到再生烟苗的基因组中并发生了转录.重点讨论了绞股蓝RIP的应用前景、RIP基因的内含子、以及RIP的C-末端及其延伸序列的修饰和功能等方面的问题.研究结果为绞股蓝RIP的开发利用奠定了坚实基础,并对探讨其酶学活性、生理功能以及抗病毒机理等RIP研究的难点和热点问题具有一定的指导意义.     

大豆品种豫豆25抗疫霉根腐病基因的鉴定

大豆疫霉根腐病是大豆破坏性病害之一。防治该病的最有效方法是利用抗病品种。迄今,已在大豆基因组的9个座位鉴定了15个抗大豆疫霉根腐病基因,但是只有少数基因如Rps1c、Rps1k抗性在我国是有效的。因此,必需发掘新的抗疫霉根腐病基因,以满足抗病育种的需求。豫豆25具有对大豆疫霉菌的广谱抗性,是目前筛选出的最优异的抗源。以豫豆25为抗病亲本分别与豫豆21和早熟18杂交构建F_2:3家系群体。两个群体的抗性遗传分析表明,豫豆25对疫霉根腐病的抗性由一个显性单基因控制,暂定名为RpsYD25。用SSR标记分析两个群体,RpsYD25均被定位于大豆分子遗传图谱N连锁群上。由于Rps1座位已作图在N连锁群,选择Rps1k基因中的一些SSR设计引物,检测RpsYD25与Rps1座位的遗传关系。结果表明,一个SSR标记Rps1k6与RpsYD25连锁,二者之间的遗传距离为19.4 cM。因此,推测RpsYD25可能是Rps1座位的一个新等位基因,也可能是一个新的抗病基因。     

利用与大豆灰斑病抗性基因连锁的SSR标记构建品种(系)的分子身份证

以黑龙江省29个大豆育种单位的103份已鉴定大豆灰斑病3个生理小种抗性的大豆品种(系)为材料,选择与大豆灰斑病抗病基因连锁的19个SSR标记检测,获得等位变异数86个,每个标记检测到的等位变异数分布在2~6个之间,平均为4.42个。应用遗传统计软件(genetics statistics 3.0)分析表明, 标记的多样性指数介于0.198~0.751之间,平均多样性指数为0.606。品种(系)特异指数差异较大,介于46.592~481.541之间,平均为87.415。根据标记的等位基因数,使用ID Analysis 1.0软件分析表明,利用与大豆抗灰斑病基因连锁的7个SSR标记(Satt565、Satt547、Satt431、Sct_186、SOYGPATR、Satt244、Sat_151)就能有效区分各品种(系),因此利用这7个标记构建了供试品种(系)的分子身份证。     

抗全蚀病、根腐病的转PgPGIP1基因小麦的获得与鉴定

全蚀病和根腐病是小麦(Triticum aestivum)重要的土传真菌病害。PgPGIP1是人参(Panax ginseng)的一种多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白,可以抑制部分病原真菌分泌的多聚半乳糖醛酸酶的活性。本研究人工合成了PgPGIP1基因,并构建PgPGIP1基因的单子叶植物表达载体pA25-PgPGIP1,通过基因枪介导法将其转入小麦品种扬麦18中。对转PgPGIP1基因的T₀至T₄代植株进行PCR、RT-PCR和Q-RT-PCR分析,并对其全蚀病和根腐病抗性进行鉴定。结果表明,PgPGIP1基因能够在4个转基因小麦株系中遗传、转录与表达。与未转基因的小麦扬麦18相比,4个转基因小麦株系对全蚀病与根腐病的抗性明显提高,说明PgPGIP1表达增强了转基因小麦对全蚀病与根腐病的抗性。     

转抗虫基因Cry1Iem大豆的分子鉴定与功能验证

通过转抗虫基因来提高作物的抗虫性是一条有效途径,以此来提高作物的产量和品质。本研究以转抗虫基因Cry1Iem大豆的T2、T3株系作为试验材料,利用常规PCR检测、Southern杂交、荧光定量PCR技术对转抗虫基因Cry1Iem株系进行分子鉴定;同时对40个转基因阳性株系进行室内人工接虫、200个转基因阳性株系室外网室接虫并进行抗虫性鉴定。选取其中10个株系进行常规PCR检测,结果在T2、T3当中都检测到了Cry1Iem、Bar、启动子CaMV35S、Nos目标片段,表明目的基因已被顺利导入受体JN28大豆植株当中并得到了稳定遗传;选取其中5个T2、T3转基因株系进行Southern杂交,结果显示:目的基因以单拷贝的形式整合到了大豆基因组当中;荧光定量PCR检测结果表明,Cry1Iem基因在选取的3个转基因株系中均得到了表达,而在非转化的受体JN28当中未检测到荧光信号。室内抗虫性鉴定结果显示40个转Cry1Iem基因株系豆荚内活虫的成活数量明显低于受体材料JN28大豆豆荚内的活虫数量,表明转基因材料具有显著的抗虫性。室外抗虫性鉴定结果表明:JN28大豆受体植株的虫食率为6.72%,属于感虫品种;而200个转Cry1Iem基因株系的平均虫食率为3.81%,属于抗虫品系。本研究结果为中国转基因抗虫大豆新品种的选育提供部分参考数据。     

黑龙江省大豆根腐病致病病原种类分布及抗病种质鉴定

为了明确黑龙江省大豆根腐病菌种类并筛选抗病种质资源,2008年以来,从黑龙江省大豆产区100个地点采集根腐病株,通过采用PDA培养基分离镰刀菌、立枯丝核菌、腐霉菌,选择培养基分离疫霉菌的方法。分离结果表明,各主要致病菌出现频率为：镰刀菌42.7%,腐霉菌25.2%,立枯丝核菌7%,疫霉菌25.2%。对1249份大豆材料在自然发病条件下鉴定的结果表明,病情指数15%以下的材料有471份,占鉴定材料的37.7%;对471份材料人工接种出现频率最高的镰刀菌的结果表明,病情指数15%以下的材料69份,占供试材料的14.6%。通过试验研究明确了大豆根腐病致病病原菌种类;明确了现行大豆品种和资源中有抗根腐病的材料。     

转水稻OsSIK1基因玉米植株的获得及抗旱性分析

类受体激酶基因Os SIK1具有通过激活抗氧化系统,增强水稻对于干旱和盐胁迫抗性的作用。为了丰富可利用的作物抗旱基因,获得具有较高抗旱水平的玉米新种质,通过超声波辅助花粉介导法,将水稻类受体激酶基因Os SIK1导入玉米自交系郑58中,并对转化株进行卡那霉素筛选及T1、T2、T3的PCR及Southern Blotting杂交等分子检测,获得转化植株并在T3获得转基因纯合株系。对T3转基因玉米和非转基因玉米对照以16.1%的PEG模拟水分胁迫进行抗旱性分析。结果表明,与对照相比,在水分胁迫处理下,转基因玉米株系叶片相对含水量提高了7.4%~19.8%,叶绿素含量提高了11.3%~106.9%,SOD活性上升45.8%~93.4%,而转基因玉米叶片的相对电导率下降了35.4%~58.1%,MDA含量下降了25.7%~50.4%,说明转Os SIK1基因玉米植株抗旱性得到提高,其中,5个转化株系与对照在抗旱性方面有显著差异,且生长状况明显优于对照。综上所述,研究最终获得5个转Os SIK1基因玉米株系,并证明导入水稻Os SIK1基因可以提高玉米植株的抗旱性。     

圆盘分割法在转基因大豆抗虫鉴定上的应用

大豆食心虫是大豆的主要害虫之一,随着大豆种植面积的扩大,其为害逐年加重。应用转基因抗虫品种防治大豆食心虫是现阶段应用研究热点,但其抗虫性一直存在着不易检测的困难。针对这一问题,本实验室设计、提出一种新型室内抗虫生测方法———圆盘分割法。该方法是根据大豆食心虫发生规律和取食习性来进行转基因大豆抗虫鉴定。试验证明了圆盘分割法的可行性;同时,该方法结合网室接虫鉴定法可以使转基因大豆抗虫鉴定更为高效和准确。     

抗根腐病的转GmPGIP3基因小麦扬麦18的获得与鉴定

GmPGIP3是大豆的一种多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白, 能够特异性地抑制部分病原真菌内切多聚半乳糖醛酸活性, 从而减弱病原菌对植株的侵害。利用基因重组技术构建了GmPGIP3基因的单子叶植物表达载体pA25-GmPGIP3, 通过基因枪介导法将pA25-GmPGIP3转入小麦品种扬麦18中。对转GmPGIP3基因扬麦18的T₀至T₂代植株进行PCR、Southern杂交、半定量RT-PCR和荧光定量Q-RT-PCR分析, 并对根腐病进行抗性鉴定。结果表明, GmPGIP3已转入扬麦18, 并在转基因小麦中遗传、转录和表达;比受体材料相比, 5个GmPGIP3过表达的转基因小麦株系对根腐病的抗性有明显提高。