甘蔗果糖-6-磷酸,2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酯酶基因(F2KP)的克隆及其功能研究

果糖-6-磷酸,2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酯酶(fructose-6-phosphate,2-kinase/ fructose2,6-bisphosphatase,F2KP)是影响生物碳积累和分配的调控关键酶,同时也是一个具有激酶和酯酶两种催化活性的双功能酶.本研究在已获得甘蔗(Sacc harum officinarum)蔗叶F2KP(命名为SoF2KP-L)的基础上,以蔗茎cDNA为模板克隆获得不同长度的同源片段,分别命名为SoF2KP-S1、SoF2KP-S2和SoF2KP-S3.生物信息学分析结果显示,SoF2KP-L翻译的蛋白具有完整的激酶和酯酶结构域,SoF2KP-S1、SoF2KP-S2和SoF2KP-S3所含开放阅读框长度均小于SoF2KP-L,其中SoF2KP-S1翻译的蛋白只具残缺的激酶结构域;SoF2KP-S2翻译的蛋白具完整激酶结构域但缺失酯酶结构域;SoF2KP-S3只能翻译数个氨基酸即终止翻译.选择双功能域完整的SoF2KP-L构建表达载体,农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导转化烟草(Nicotiana tabacum).RT-PCR证实,SoF2KP-L在转基因植株成熟叶中转录表达.碳水化合物等生理指标测定结果表明,转基因植株成熟叶片中可溶性总糖/淀粉、还原糖/淀粉、蔗糖/淀粉比值均有不同程度的升高,碳水化合物含量和相关分配比率发生改变.研究结果提示,甘蔗中可能存存不同的F2KP转录产物,并初步证实甘蔗SoF2KP-L在光合组织中对蔗糖和淀粉的分配起到一定的调控作用,为进一步研究甘蔗F2KP基因的功能及为甘蔗分子育种提供参考依据.     

酵母单杂交方法初步鉴定甘蔗SPSⅢ启动子区域调控序列

蔗糖磷酸合成酶(SPS,EC 2.4.1.14)是植物糖分积累的关键酶基因,在甘蔗中其家族成员SPSⅢ在成熟蔗茎中表达量高,是禾本科作物的特异成员.本研究应用酵母在甘蔗中单杂交系统,筛选SPSⅢ5’侧翼-1410～-1181 bp的光响应元件ATCT-motif和分生组织特异性元件CAT-box的调控序列,获得了54个含有cDNA片段的文库质粒,测序分析显示,14个cDNA序列为非重复性.NCBI的Blast同源性结果显示,除E1-3、E9-1和E0-3外,其余克隆都与甘蔗(Sacharum spp.)近缘物种的蛋白有很高的同源性,达到90％以上.通过SMART和SBASE,对推演的氨基酸序列进行蛋白质功能结构域预测与分析,显示编号为E0-3、E2-3、F2-1、F4-2和G8-2的5个克隆对应的氨基酸序列具有转录因子特征结构域.研究结果为分离调控SPSⅢ基因表达的转录因子提供了候选基因.     

GNA基因遗传转化甘蔗研究

虫害常常给甘蔗生产造成重大损失。GNA对蚜虫、飞虱、叶蝉等刺吸式害虫和某些咀嚼式害虫如蛴螬等具有极高的毒性。本研究对引进的GNA基因进行鉴定，并利用基因枪将其转化甘蔗愈伤组织，经筛选、分化，获得了一批抗性再生植株，抽样检测，获得了4株PCR阳性植株，为培育优良抗虫甘蔗新品种创造了条件。     

甘蔗SPSⅢ基因组DNA及5'侧翼序列的克隆与分析

甘蔗是我国南方地区重要的糖料作物。为达到增糖的育种目标,对甘蔗蔗糖积累主要限速步骤的研究是必不可少的。蔗糖磷酸合成酶(SPS)作为蔗糖合成途径的关键限速酶,对甘蔗中蔗糖合成和碳水化合物分配有着重要的影响。本研究采用长距离PCR法(LD-PCR)克隆到两条不同长度的甘蔗(Saccharum spp.cv.FN95-1702)SPSⅢ基因组DNA片段。序列分析表明,所得的片段基因结构相同,均含有13个外显子和12个内含子,其开放读码框(ORF)编码964个氨基酸,序列提交GenBank,获得查询登陆号EU278617、EU278618。以此为基础,继续从甘蔗基因组中扩增出先前未知的SPSⅢ基因5'侧翼序列,申请GenBank登陆号KC422670。转录因子结合位点生物信息学分析表明,该序列含有顺式DNA作用元件和启动子TATA启动盒。为进一步验证5'侧翼序列的启动子活性,分别截取5段不同长度的SPSⅢ基因5'侧翼序列与报告基因GUS融合,构建嵌合基因表达载体质粒,基因枪微弹轰击甘蔗愈伤组织观测瞬时表达,证实了所克隆到的5'侧翼序列具有启动子活性,是甘蔗SPSⅢ基因的启动子,且具有一定的表达特性。本研究通过克隆分析SPSⅢ基因以其启动子,为研究基因结构和生物学功能提供了基础资料。     

四价抗病虫除草剂RNAi植物表达载体构建与转化甘蔗研究

甘蔗是重要的能源作物和糖料作物,面临病虫害日益严重问题。由于甘蔗遗传背景非常复杂,且缺乏必要种质,难以通过杂交培育抗病虫、除草剂聚合品种。基因工程技术提供了新方法。本研究利用BLAST比对获得甘蔗花叶病毒ScMV-CP基因和黄叶病毒ScYLV-CP基因的保守序列作为干扰序列,通过设计内切酶位点、生物合成和连接,获得全长687 bp的两个保守序列融合片段（MYCP）。并将其正向和反向插入中间载体pHANNIBAL上,形成双价病毒干扰结构。再通过在pHANNIBAL上添加SmaⅠ内切酶位点,将双价病毒干扰结构表达框和Cry1AC基因表达框结合;利用NotⅠ酶切,回收双价病毒干扰结构和Cry1AC基因表达框片段,连接到添加Bar基因表达框的表达载体pART27-Z上,构建了抗病虫及除草剂四价植物表达载体（pART27-MYCP-Cry1AC）。采用基因枪法将构建好的四价植物表达载体转入甘蔗品种FN15的胚性愈伤组织中,通过PPT（草丁膦）筛选获得了抗性再生甘蔗植株,经过PCR、定量以及Bt蛋白试纸检测,获得同时整合四种目的基因并表达的四价转基因甘蔗植株,为培育多抗甘蔗新品种提供了材料。     

GNA基因遗传转化甘蔗研究

虫害常常给甘蔗生产造成重大损失。GNA对蚜虫、飞虱、叶蝉等刺吸式害虫和某些咀嚼式害虫如蛴螬等有极高的毒性。对引进的GNA基因进行鉴定，并利用基因枪将GNA基因转化甘蔗愈伤组织，经筛选、分化。获得了一批抗性再生植株，抽样检测，获得了4株PCR阳性植株，为培育优良抗虫甘蔗新品种创造了条件。     

配合力分析在甘蔗育种上的应用

本文总结了以往１０ａ所开展的９次不完全双列杂交的试验结果，侧重分析了甘蔗有性世代农艺性状的遗传效应，常用或新引进亲本农艺性状和抗性的一般配合力效应以及较好组合的特殊配合力效应。分析结果认为，某蔗育种上应用不完全双列杂交技术和配合力分析方法，有于甘蔗育种者合理评价亲本的遗传特点和育种潜力，提高组合选配的预见性和后代选择的效率，文章还简要讨论了某蔗更多性状配合力分析，配合力与环境互作以及亲本创新的问题     

宿根矮化病菌的竞争定量PCR检测方法建立

利用宿根矮化病菌的特异检测引物,构建竞争定量PCR检测的非同源模板,建立宿根矮化病菌的竞争定量PCR检测方法.实验中非同源模板(竞争模板)构建是采用PCR方法对大肠杆菌基因组进行低严谨度扩增,回收合适的DNA片段并将其构建到T-esay载体上,通过测序和序列比对,除两端引物序列完全相似外,其余部分没有同源性,因此可以作为定量检测的非同源模板.通过计算非同源模板的拷贝数,进行竞争定量PCR检测宿根矮化病,建立宿根矮化病菌的标准竞争曲线和直线回归方程.本研究建立的竞争定量PCR检测方法操作简单、特异性和敏感性高,适合于宿根矮化病菌的检测,并可为其它病菌竞争定量PCR检测方法的建立提供参考.     

甘蔗水分胁迫响应的δ-鸟氨酸转氨酶基因克隆及分子特征分析

通过消减文库技术,结合cDNA芯片技术筛选到1个明显受水分胁迫诱导的EST序列（Ratio值为8.1）,比对分析推测其为δ-OAT基因的片段,进而通过RACE结合PCR技术获得该基因全长cDNA序列为1782bp,其中5′端非编码区150bp,开放阅读框为1362bp,3′端非编码区为270bp且存在2个终止加A信号AATAA。预测其编码的蛋白质分子量为49.5ku,等电点为6.5,为一个跨膜蛋白。序列比对分析结果表明,δ-OAT基因家族N末端和C末端相对不保守,而主要功能区均表现保守。基因进化分析显示,单子叶禾本科植物和双子叶植物鸟氨酸转氨酶编码基因分别由各自祖先进化而来,而微生物的鸟氨酸转氨酶编码基因表现出复杂的进化关系。荧光实时PCR分析δ-OAT在根、茎、叶的表达,该基因在茎的表达较高,其次是叶而后为根,但没有明显的组织表达特异性。本文首次报道甘蔗δ-OAT基因克隆研究结果,为该基因的深入研究和应用奠定一定基础。     

CP基因遗传转化甘蔗品种Badila与福农91-4621的抗病性差异分析

利用含甘蔗花叶病病毒E株系外壳蛋白基因(CP)的质粒pUbi-SCMV-CP,用基因枪轰击法遗传转化不同甘蔗品种,所获得的转基因无性系经过3代的抗病性鉴定和H2O2代谢的分析.结果表明,Badila(TB1)转基因植株具有较强的抗花叶病能力,而福农91-4621在转基因无性系T1、T2中表现出较强的抗病性,但在T3中其抗病性开始退化,发病率高达68%;抗病生理分析表明,转基因无性系的抗病性与H2O2清除和积累有关.经RT-PCR克隆和测序分析,福农91-4621所感染的SrMV-H的CP基因氨基酸序列与转化的SCMV-E的同源性较低,仅为73.2%,福建Badila所感染的是SCMV-D,与SCMV-E同源性高达97.8%.说明CP基因对本身所来源的病毒或是与原病毒亲缘关系较近的病毒可能具有较强的抗性,而对同属于SCMV的其他病毒虽有抗性,但抗性较弱,且随着转基因世代数的增加而降低.