植物抗除草剂基因研究进展

自 2 0世纪 70年代重组DNA技术发展以来 ,植物基因工程取得了丰硕的成果。对抗除草剂草丁膦、草甘膦、黄酰脲类与咪唑酮类、阿特拉津以及除草剂解毒和降解酶基因的研究及其应用状况作了简要的综述     

小麦花粉管通道法转基因研究

为了培育抗穗发芽的种质资源,以13个小麦品种(品系)的植株体为受体材料,用花粉管通道及子房注射法进行了硫氧还蛋白反义基因(Anti-TrxS,与穗发芽抗性有直接关系)的遗传转化。花粉管通道法共处理小花2036朵,收获T0代种子1616粒,结实率为79.4%,将T0代种子大田点播成株行,T1代共出苗1424棵,出苗率为88.1%。对T1代苗按品种和处理组合的方式进行抽样检测,抽样株系取10个单株分别提取叶片基因组DNA,然后将单株叶片DNA等量混合,进行株系基因组DNA的PCR检测。检测结果为31个株系中有16个株系呈阳性反应。子房注射法共转化豫麦49、豫麦70、豫麦18、郑新991和95519等5个小麦品种(品系)的小花1206朵,收获种子89粒,结实率为7.4%,T1代共出苗41棵,出苗率为46.1%。对郑新991T1代株系(12棵幼苗的叶片基因组DNA混合样)进行PCR检测,电泳结果呈阳性反应。     

Cu^2＋浓度对啤酒大麦幼胚组织培养与植株再生的影响

为了提高大麦幼胚胚性愈伤组织和植株再生频率,本试验以引进的4个啤酒大麦品种为材料,在诱导、分化与生根培养基上分别进行了不同浓度Cu2+处理.结果表明,MS诱导培养基中增加Cu2+浓度对啤酒大麦愈伤组织的诱导无明显影响,但对胚性愈伤组织的形成有明显的促进作用;在分化与生根培养基中不同浓度Cu2+处理的各品种再生率也存在显著差异,都表现为在5.0～10.0μmol@L-1的浓度下明显提高了出愈率和再生率,而且每个胚性愈伤组织的平均再生率也有显著提高.通过切片技术证明Cu2+浓度主要影响胚性愈伤组织的发生.供试品种在出愈率和再生率上也存在一定的差异,同时Cu2+浓度和基因型之间表现出正互作效应.     

小麦脱水素基因TaDHN-1的特征及其对非生物胁迫响应

【目的】分析小麦脱水素基因特征及其在干旱、高盐、低温和高温胁迫过程中的表达模式,探讨脱水素在小麦抗逆过程中的功能,为脱水素基因在小麦抗逆分子育种中的应用提供理论依据。【方法】利用RT-PCR克隆小麦脱水素基因,通过生物信息学分析研究其编码蛋白特征;采用qRT-PCR分析该基因表达特性模式。【结果】克隆了包含完整编码区的小麦脱水素基因TaDHN-1,序列分析显示该基因cDNA长487 bp,编码112个氨基酸,推测编码蛋白分子量约为11.5 kD,等电点为6.6。氨基酸序列分析表明,TaDHN-1在C端具有保守的K片段,属于Kn类脱水素;二级结构预测显示,该脱水素无规则卷曲占整个蛋白的82.1%,具有很高的亲水性;PredictProtein预测显示,该脱水素无跨膜区域,亚细胞定位于细胞质中。表达特性分析表明,TaDHN-1受植物激素ABA的诱导;在干旱、高盐和低温胁迫条件下,该基因均受胁迫的诱导而表达上调,但对42℃高温胁迫不敏感;在种子发育过程中,TaDHN-1的表达呈下调趋势,且在种子发育后期的表达量极低,推测TaDHN-1不参与小麦种子成熟后期的脱水保护过程。【结论】小麦脱水素基因TaDHN-1属于脱水素基因家族的Kn亚类。该基因通过依赖ABA的非生物胁迫响应路径发挥功能,可能参与了小麦对干旱、高盐和低温胁迫的耐受调节过程,但对高温胁迫不敏感,也未参与种子发育后期的脱水保护过程。     

Trxs过量表达对UV-B胁迫的大麦幼苗叶片抗氧化酶活性的影响

以过量表达硫氧还蛋白s基因(Trxs)的转基因大麦(LSY-11-1-1,T)及其非转基因对照(LSY,CK)为材料,采用水培法研究了UV-B胁迫条件下转基因大麦幼苗(UVB-T)与对照(UVB-CK)叶片中Fv/Fm值、H2O2与MDA含量以及抗氧化酶活性的变化.结果表明,UV-B处理引起大麦幼苗叶片Fv/Fm值降低,H2O2和MDA含量升高,过氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)与过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性出现不同程度的增加;UVB-T的Fv/Fm值极显著高于UVB-CK,而H2O2和MDA含量均极显著低于UVB-CK,同时,其上述抗氧化酶活性普遍高于UVB-CK,而且UVB-T的CAT活性变化趋势与UVB-CK明显不同,其CAT出现2次活性高峰,而UVB-CK仅出现1次.     

不同发育特性小麦品种春化基因 VRN2的序列分析

为了明确小麦春化基因VRN2与春化发育表现型的关系,以6个不同春化发育特性的普通小麦品种为试验材料,采用PCR技术对春化基因VRN2的CCT保守区中43个氨基酸序列进行了分析。结果表明,不同品种间ZCCT-A1的CCT功能域的序列存在差异,肥麦有R35W突变,另外5个品种均有R39C突变;ZCCT-A2均存在R16C突变;B和D基因组中均未发现突变。这表明VRN2基因编码区的等位变异主要出现在A基因组上,而B和D基因组中的VRN2基因在目前大面积主栽品种中均为显性。     

两个小麦LEA基因的特征及其对非生物胁迫的响应

【目的】分析小麦LEA基因TaLEA4和TaLEA5及其编码蛋白的特征,比较它们在干旱、高盐、热和冷胁迫过程中的表达模式,探讨这两个LEA基因在小麦抗逆调控过程中的生物学功能,为其在小麦抗逆分子育种中的应用提供理论依据。【方法】利用RT-PCR技术克隆小麦的LEA基因,通过生物信息学方法分析克隆基因及其编码蛋白的结构特性,采用qRT-PCR技术检测克隆基因对ABA及非生物胁迫的响应模式。【结果】克隆了2个包含完整编码框的小麦LEA基因TaLEA4和TaLEA5,分别编码180和163个氨基酸,推断其分子量分别为18.8和16.9 kD,理论等电点分别为5.6和7.2。基因组序列分析发现,2个LEA基因中均包含1个100 bp的内含子。氨基酸序列分析发现,这两个LEA基因编码蛋白均富含极性氨基酸（约占整个氨基酸序列的71%）,具有较强的亲水性。结构域分析显示,TaLEA4和TaLEA5蛋白中均包含1个典型的LEA_4（pfam:02987）保守域,属于LEA_4类蛋白。蛋白质高级结构分析显示,α-螺旋分别占TaLEA4和TaLEA5蛋白的96.7%和96.3%,并可形成弓形的空间结构;在TaLEA4中,检测到1个配体PEV（C₃₉H₇₈NO₈P）的结合位点,而在TaLEA5中存在2个这样的配体结合位点。表达特性分析显示,2个LEA基因均可被植物激素ABA诱导而上调表达,其中,TaLEA4的表达水平显著高于TaLEA5;TaLEA4在干旱、高盐和高温胁迫过程中均受胁迫诱导而迅速上调表达,但TaLEA5却只受干旱胁迫的诱导,且其表达水平显著低于TaLEA4;2个LEA基因对冷胁迫均无响应;干旱和高盐胁迫过程中,TaLEA4在根系中的诱导表达水平显著高于叶片,而热胁迫过程中该基因在叶片中的表达水平要显著高于根系,这可能与根系直接感受渗透胁迫而叶片直接感受热胁迫有关。【结论】小麦TaLEA4和TaLEA5均属于LEA基因家族的LEA_4亚类,具有较强的亲水性,它们属于依赖于ABA胁迫响应基因调控网络;TaLEA4可能在干旱、高盐和热胁迫过程中均发挥重要功能,TaLEA5仅参与小麦对干旱胁迫的响应,其作用要弱于TaLEA4。     

小麦酰脲通透酶基因TaUPS2.1-D的克隆及等位变异分析

【目的】明确小麦酰脲转运蛋白TaUPS2.1-D的亚细胞定位及其在不同小麦品种中的等位变异。【方法】克隆了小麦TaUPS2.1-D基因,构建了TaUPS2.1-D与绿色荧光蛋白(GFP)的融合表达载体,通过转化烟草叶片阐明了TaUPS2.1-D的亚细胞定位。对TaUPS2.1-D基因在几千个小麦品种中的变异位点及其变异频率进行分析。【结果】TaUPS2.1-D基因在细胞质膜和内质网上均有明显表达。TaUPS2.1-D基因的等位变异位点变异频率均较低,可见该基因在不同小麦品种中功能相对保守。【结论】小麦酰脲转运蛋白TaUPS2.1-D是一种跨膜转运蛋白,且功能较为保守。     

冬前积温和春化处理对不同春化发育特性小麦品种幼穗分化的效应

以3个春性、半冬性和冬性小麦品种为材料,采用分期播种和春化处理,以热时间为尺度,研究了冬前积温对不同春化发育特性小麦品种幼穗分化进程及主要穗分化期累积GDD(生长度日,growingdegree days)的影响。结果表明,随着冬前积温的减少,不同幼穗分化时期累积GDD减小,冬前积温对小麦幼穗分化的影响主要表现在单棱期和二棱期,护颖分化期后幼穗分化受冬前积温的影响较小,冬性品种幼穗分化累积GDD对冬前积温最敏感,半冬性品种次之,春性品种则对冬前积温不敏感。春性品种幼穗分化前期适宜温度的上限为14℃,当14℃以下累积GDD达到232~243时,幼穗可正常分化进入二棱期,半冬性品种幼穗分化适宜温度的上限为12℃,12℃以下GDD达到261~277后,幼穗分化可正常进入二棱期,高于上限的GDD不能满足小穗原基正常分化的需求。在田间条件下小麦小穗原基的分化对特定温度范围的累积GDD有稳定的需求,这种需求因品种的春化发育特性而异。     

不同预处理对小麦幼胚抗除草剂基因转化效率的影响

以小麦品种豫麦18号和豫麦34号作为供试材料,用基因枪介导法进行了抗除草剂基因的转化,研究了不同预培养时间和高渗处理对小麦幼胚转化效果的影响.结果表明,幼胚以诱导培养10～15d的转化效果最好;用0 4mol·L-1的甘露醇在轰击前6h和轰击后18h对10～15d预培养的幼胚进行处理,可明显提高转化效率.