种子蛋白体靶向表达口服重组胰岛素原载体构建及转化水稻

应用水稻种子生物反应器开发口服重组胰岛素原具有重要应用前景。通过分子设计保证重组胰岛素原在人体肠道内的自主加工成熟,根据水稻密码子偏爱性人工合成了霍乱毒素β亚基和人胰岛素原的融合基因(cholera toxin B subunit fused with human proinsulin,CTBIN),并在C末端添加内质网滞留信号KDEL。通过PCR技术从粳稻品种日本晴全基因组中克隆谷蛋白启动子及其信号肽序列pGluB1sig(GluB1promoter and its signal peptide)用于驱动融合基因CTBIN的表达,插入载体pCAMBIA1302,构建了水稻种子蛋白体靶向表达口服重组胰岛素原的载体pCAMBIA1302-pGluB1sig-CTBINNos。采用农杆菌介导法转化日本晴,获得了46株转基因水稻植株,Western杂交检测到CTB-人胰岛素原融合蛋白在水稻种子中表达。     

水稻种子特异性谷蛋白GluB1启动子在水稻愈伤组织中驱动外源基因表达

【目的】水稻谷蛋白启动子GluB1(GluB1promoter,pGluB1)常用于外源基因在种子中特异性高效表达的研究,也是研究种子储藏蛋白基因表达调控机制的模型。前人研究表明,pGluB1只在水稻胚乳中表达,而在根、茎、叶片、叶鞘、颖壳等组织中均无表达活性。研究的目的是为了克服种子特异表达启动子筛选周期长的缺点。【方法】将由pGluB1驱动的霍乱毒素B亚单位和重组胰岛素原组成的融合基因(a fusion gene of the cholera toxin B subunit and human proinsulin, CTBIN)表达载体pCAMBIA1302-pGluB1sig-CTBIN-NOS经农杆菌介导法转化水稻成熟胚愈伤组织。通过RT-PCR和蛋白质印迹杂交试验检测融合基因CTBIN在水稻愈伤组织中的转录和翻译表达。【结果】获得的7个转基因愈伤克隆中,有6个克隆的融合基因CTBIN在转录水平上表达。选取其中4个克隆进一步进行蛋白质印迹杂交试验检测证实融合基因CTBIN均在翻译水平上表达,而且从分子量大小推断融合蛋白包含的谷蛋白GluB1的N-端信号肽序列(24个氨基酸残基)在所测的愈伤组织细胞中均被成功切除。【结论】水稻种子特异性启动子pGluB1在愈伤组织中具有驱动外源基因表达活性,种子蛋白体亚细胞定位信号肽序列可在愈伤组织细胞中被切除。这为在愈伤组织细胞中快速检测种子特异表达启动子活性和探索愈伤组织中蛋白质的亚细胞分拣机制奠定了基础。     

水稻OsWRKY7基因的表达研究

WRKY蛋白是植物中一类重要的转录因子,不仅参与植物生长发育的调控,还参与植物对各种生物和非生物胁迫的响应。本研究从水稻日本晴中分离OsWRKY7基因的编码序列(CDS),并克隆其启动子序列进行表达研究。首先通过实时定量PCR的方法检测不同组织中OsWRKY7基因的相对表达量,结果表明,OsWRKY7在叶片中的表达水平较高,且开花期的剑叶中表达量高于7 d苗龄的幼叶。进一步将OsWRKY7启动子与GUS报告基因融合,构建了植物表达载体pOsWRKY7-GUS,并将此载体转化日本晴。转基因植株不同组织染色分析结果显示,该启动子在植株的主根尖、叶片、颖壳中有GUS活性,其中叶片上可见全叶范围分布的大量蓝色斑点,这些染色结果与实时定量PCR的结果一致。进一步的接菌和激素处理还显示,OsWRKY7启动子在根和叶中的表达均受水稻白叶枯病菌[Xanthomonas oryzae pv. Oryzae(Xoo)]P10生理小种侵染的诱导,同时还受外源施加的细胞分裂素和生长素诱导,而水杨酸则会抑制其在根和叶中的表达。此外,我们还将OsWRKY7基因的CDS序列分别与绿色荧光蛋白和酵母GAL4的DNA结合域融合,对该基因进行水稻茎原生质体亚细胞定位分析和酵母自激活检验,结果显示该基因定位于细胞核中并具有转录自激活活性。上述结果表明OsWRKY7具有明显的转录激活因子特征,其很可能参与了水稻对白叶枯菌的防御反应以及对多种激素信号的转导过程。     

Patatin启动子驱动的人胰岛素原基因的植物表达载体的构建

使用马铃薯的偏爱密码子设计合成人胰岛素原基因,以植物表达载体pCAMBIA1301为基础,构建由patatin启动子调控的人胰岛素原基因植物表达载体p1301Ph,并将导入根癌农杆菌LBA4404中,经PCR鉴定证明,此基因已整合到农杆菌Ti上。表达载体的建立为日后转基因工作奠定了基础。     

玉米耐冷基因ZmCOLD1的结构和表达模式分析

低温冷害是影响玉米生产的重要环境因素之一。基于水稻中调控耐低温的OsCOLD1基因编码序列,通过Blast比对获得高度同源的玉米ZmCOLD1基因编码序列,进而对ZmCOLD1基因的分子特征和编码蛋白的亚细胞定位进行分析,并进行ZmCOLD1基因过表达遗传转化载体的构建。结果表明,ZmCOLD1基因编码区长度为1 647 bp,编码548个氨基酸,理论等电点(pI)4.95,估计分子量为137 457.13 Da,属疏水蛋白。利用ClustalX进行蛋白质序列的比对,进行ZmCOLD1基因系统进化树分析,ZmCOLD1氨基酸序列与水稻的亲缘关系较近。通过构建目的蛋白与GFP融合的表达载体pCAMBIA1302-GFP-ZmCOLD1并注射烟草,发现ZmCOLD1蛋白主要集中在细胞质膜中。     

甘蔗锌指蛋白基因ShSAP1表达产物的亚细胞定位

甘蔗锌指蛋白ShSAP1可能参与了甘蔗成熟与逆境应答的过程。为了研究ShSAP1的功能,可通过亚细胞定位研究ShSAP1的定位特点。首先将ShSAP1基因的编码区序列连接到植物表达载体pCAMBIA1302中,构建ShSAP1与绿色荧光蛋白基因融合的植物表达载体pCAMBIA-ShSAP1,然后采用基因枪转化法转入洋葱表皮细胞,在荧光显微镜下观察ShSAP1与GFP融合表达产物在洋葱表皮细胞中的亚细胞定位,结果表明ShSAP1-GFP融合蛋白定位在细胞膜、细胞质和细胞核中。     

天然橡胶合成关键酶基因Hmg1启动子克隆与序列分析

在巴西橡胶树天然橡胶的生物合成途径中,3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(3-Hydroxy-3-MethylglutarylCoenzymeAReductase,HMGR)是关键酶之一,为了利用其基因的启动子和瞬时表达系统来筛选促进橡胶树生物合成的调节剂,利用GenomicWalking方法从高产树热研7-33-97的叶片基因组DNA中克隆了Hmg15′端调控序列。序列分析结果表明,巴西橡胶树Hmg1启动子转录起始位点的保守序列CTCATCA,与其他植物基因的非常一致;在5′端调控序列中发现几个典型的真核生物顺式调控元件TATA-motif、CAAT-motif、CGTCA-motif、ERE等。用克隆得到的Hmg15′端启动子序列分别替换了pCAMBIA1302中的CaMV35S启动子,构建了序列缺失pCAMBIA1302表达载体pCAMBIA1302H900、pCAMBIA1302H500和pCAMBIA1302H300。     

水稻OsF-box基因表达的初步研究

为研究水稻中OsF-box基因的功能,构建了该基因的RNAi表达载体转化水稻日本晴,通过PCR、Southern-blot鉴定出阳性植株.与野生型植株相比,阳性植株抽穗期延迟,且在进入生殖生长期后出现很多高位分蘖.进一步克隆了OsF-box基因的启动子序列,构建与GUS报告基因融合表达载体转化水稻,染色结果表明,该基因在水稻茎秆和花药部位有明显的表达,而根和叶片中没有检测到明显的表达活性.     

水稻半显性矮秆基因Si-dd1的表型分析和精细定位

以粳稻品种日本晴在组织培养过程中分离出来的一个半显性矮秆突变体Si-dd1为研究对象,通过形态学分析,发现与野生型日本晴相比,矮秆Si-dd1(AA)和半矮秆Si-dd1(Aa)植株的株高降低。结实率下降,生育期延长,一次枝梗和二次枝梗增加。激素处理结果表明突变体Si-dd1(AA)与野生型对油菜素内酯反应基本相同,而在高浓度赤霉素处理下,突变体Si-dd1(AA)表现为一定程度上的钝感。Western blot对GID2表达量分析也确定这一结果。组织切片实验表明,突变体Si-dd1(AA)相对于野生型叶片主脉气孔变小,叶肉细胞增多,茎维管束数目增加。遗传分析结果表明该突变体基因受一对核基因控制。进一步利用分子标记将该基因定位在水稻第6染色体约244 kb区间内,目前该区段并未发现已报道的矮秆相关基因。     

OsLOX10正调控水稻对稻瘟病和白叶枯病的抗性

【目的】由稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）引起的稻瘟病和由水稻黄单胞菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae，Xoo）引起的白叶枯病严重影响水稻的产量和品质。创制转OsLOX10基因水稻材料，进行稻瘟菌和白叶枯菌的抗病性分析，有助于揭示其调控水稻对稻瘟病和白叶枯病的抗性机制。【方法】采用CRISPR/Cas9系统构建OsLOX10的敲除载体，利用限制性内切酶XcmⅠ线性化pCXUN-HA，TA连接构建OsLOX10的过表达载体，遗传转化获得OsLOX10转基因水稻，筛选过表达株系和纯合敲除株系进行真菌和细菌的抗病性分析。在稻瘟菌（Guy11）侵染水稻后，对水杨酸（salicylic acid，SA）、茉莉酸（jasmonic acid，JA）途径的标志基因进行qRT-PCR分析;在几丁质（chitin）和flg22诱导下，观测水稻活性氧（reactive oxygen species，ROS）的暴发情况。【结果】 qRT-PCR分析表明，接种稻瘟菌和白叶枯菌24 h后，OsLOX10表达量上调;OsLOX10的纯合敲除和过表达水稻转基因株系接种稻瘟病菌Guy11孢子悬浮液，与野生型（日本晴）相比，OsLOX10敲除株系更易感病，过表达株系则无典型的病斑症状;接种 6、12、24和36 h时，3个病程相关蛋白基因OsPBZ1、OsPR1a、OsPR1b和SA通路基因OsPAL1，以及JA合成通路上的2个基因OsAOS2、OsLOX5的转录水平在敲除转基因株系中显著下调，而在过表达转基因株系中显著上调。对转OsLOX10基因水稻接种白叶枯菌（PXO99A），发现敲除OsLOX10的转基因水稻对白叶枯菌更易感病。qRT-PCR分析OsPR1b和OsPAL1以及JA合成通路上的3个基因OsAOS2、OsAOC和OsJAZ在OsLOX10过表达基因水稻中表达量明显上调，而在敲除OsLOX10的转基因水稻中却保持在较低水平，在接种7 d后表现出显著性差异。在几丁质和flg22诱导下，OsLOX10敲除株系的ROS水平显著性降低，而且在几丁质诱导下，ROS的起峰时间推迟。【结论】稻瘟病菌和白叶枯病菌能够诱导OsLOX10的表达，OsLOX10通过病原菌分子模式触发的免疫途径（PTI）参与抗病反应，其在水稻抵御稻瘟病和白叶枯病中起着正调控作用。同时，OsLOX10可能通过调节SA和JA介导的信号通路来正调控水稻对稻瘟病和白叶枯病的抗性。     

铁皮石斛DoAGL6基因及启动子克隆与分析

AGL6基因是MADS-box转录因子家族中的一员,是植物特有的转录调控因子,参与花器官形成,对唇瓣的形成起到关键作用。获得铁皮石斛DoAGL6基因及其启动子,并进行生物信息学分析,对DoAGL6基因启动子进行瞬时表达活性验证,可为进一步研究DoAGL6基因的功能提供参考。本研究克隆DoAGL6基因及其上游的启动子序列,利用在线软件对克隆得到的目的基因序列、启动子序列进行预测,分别构建由全长启动子和5'端缺失启动子驱动GUS的重组表达载体并瞬时转化拟南芥及铁皮石斛原球茎,探究其表达活性。结果表明,成功克隆了DoAGL6基因及其启动子,DoAGL6基因编码区长729 bp,编码243个氨基酸,编码蛋白分子式为C₁₂₁₃H₁₉₅₅N₃₅₉O₃₇₅S₁₂,预测亚细胞定位于细胞核中;保守结构域分析表明,DoAGL6具有保守的MADS-box和K-box两个结构域,属于MADS基因家族MIKC亚家族。启动子序列长度为1891 bp,顺式作用元件分析结果显示,DoAGL6基因启动子中除了核心启动元件TATA-box、CAAT-box外,还有许多其他顺式作用元件,如脱落酸响应元件（ABRE）、光反应顺式调节元件（G-Box）、茉莉酸甲酯响应元件（TGACG-motif）、MADS-box蛋白结合位点（GArG-Box）等。成功构建融合表达载体pCAMBIA1300-A1-promoter::GUS、pCAMBIA1300-A2-promoter::GUS、pCAMBIA1300-A3-promoter::GUS,拟南芥和铁皮石斛原球茎瞬时转化及GUS组织化学染色结果表明,随着启动子5'端缺失片段的增长,GUS活性逐渐降低,启动子活性逐渐减弱,即全长启动子A1（-1891~1）的活性最强,5'端缺失片段A2（-1488~1）次之,A3（-784~1）活性最弱。瞬时转化后的拟南芥和铁皮石斛原球茎GUS染色均呈现蓝色,但与对照相比均较浅,说明全长启动子和2个5'端缺失启动子都具有驱动GUS的活性,但启动活性都比CaMV35S启动子的启动活性弱。     

新霉素磷酸转移酶基因nptⅡ的原核表达、蛋白纯化及其活性鉴定

 通过PCR方法从pCAMBIA1305载体上克隆了新霉素磷酸转移酶基因nptⅡ的全编码序列,并插入到原核表达载体pET30a（+）中,构建了重组质粒pET30a nptⅡ。将重组质粒转化大肠杆菌BL21（DE3）宿主菌,经IPTG诱导,获得了相对分子量为35 kD的表达蛋白,约占全菌总蛋白的45％。表达蛋白以可溶性和包涵体两种形式存在。用5 mmol/L 二硫苏糖醇和1％十二烷基肌氨酸钠变性溶解包涵体,经透析后复性获得了可溶性重组蛋白。将可溶的表达蛋白用Ni2+ NTA亲和层析纯化,获得纯化的NPTⅡ蛋白,电泳谱带扫描分析表明蛋白纯度达95％以上。体外活性检测显示,NPTⅡ蛋白具有良好的生物活性,在浓度30 μg/mL以上时可使卡拉霉素失去抑菌活性。     

刺葡萄DFR基因植物表达载体构建及转化茉莉花愈伤组织的研究

本研究以从刺葡萄克隆获得的DFR基因为目的基因，同时从质粒pCAMBIA1302中扩增获得CaMV35S启动子和NOS终止子，并利用双酶切法构建由CaMV35S启动子驱动DFR基因且带有NOS终止子的表达载体，验证测序结果显示成功构建了pCAMBIA1302-35S-DFR-NOS植物表达载体，并将该载体转化到农杆菌EHA105中。采用农杆菌注射渗透法转化烟草叶片进行瞬时表达，经鉴定，转化后的烟草叶片中能检测到GFP基因的表达。采用农杆菌介导法将该植物表达载体转化受体茉莉花愈伤组织，经多轮抗性筛选获得了转基因抗性愈伤组织，经PCR鉴定，茉莉花转基因抗性愈伤组织中检测到GFP、Hyg和DFR基因等的存在，初步证明目的基因DFR已成功整合到宿主的基因组中。茉莉花愈伤组织遗传转化体系的建立，验证了花色苷合成相关基因转化茉莉花愈伤组织的可行性，为今后通过植物转基因技术丰富茉莉花的花色奠定基础。     

Prokaryotic Expression, Purification and Characterization of a Novel Rice Seed Lipoxygenase Gene OsLOX1

Lipoxygenase (LOX, EC1.13.11.12) is a key enzyme during the degradation of lipids in animals and even plants, and also the first key enzyme responsible for the biosynthesis of jasmonate. To purify and characterize the OsLOX1 gene from rice seeds, the entire coding region of the OsLOX1 gene was inserted into an expression vector pET30a(+) and transformed into Escherichia coli BL21 (DE3). Expression of the fusion protein was successfully induced by isopropyl-β-D- thiogalactopyranoside (IPTG) and the purified ...