植物安全转基因技术研究现状与展望

转基因技术是进行基因功能研究和作物遗传改良的重要工具。根癌农杆菌介导转化法和基因枪轰击法是两种主要的遗传转化方法。从1996年首例转基因作物商业化种植以来,2012年全球有28个国家和地区种植转基因作物,种植面积已达1.7亿公顷。随着全球转基因作物的大面积商业化种植,转基因植物的安全性越来越多地受到公众关注。安全转基因技术的研发对于转基因植物的商业化生产具有重要意义。文章详细介绍了目前已报道的安全转基因技术原理及其应用现状。按其作用原理和目的将其分为4类：安全选择标记、标记基因删除及基因叠加、基因漂移防控法和基因定点编辑整合技术。其中,安全选择标记按其筛选原理分为糖代谢相关标记、氨基酸代谢相关标记、激素相关标记和抗逆相关标记。与抗生素和除草剂抗性标记相比,这类标记基因及其表达产物对人和其他生物更安全。标记基因删除及基因叠加技术包括共转化法、位点特异性重组法、转座子法、同源重组法以及基于位点特异性重组的基因叠加技术,其中共转化法又包括农杆菌介导的共转化法和基因枪介导的表达盒共转化法。基因叠加技术为复合性状转基因植物研发奠定了基础,有望成为未来多性状转基因植物研发的重要技术之一。基因漂流防控法包括叶绿体转化法和基因拆分法。基因定点编辑和整合技术包括锌指核酸酶、TALEN和CRISPR/Cas9系统介导的基因定点编辑和整合技术。其中,TALEN和CRISPR/Cas9技术,设计简单,成本低,易操作,靶点分布广泛,有望成为安全转基因研发和应用的重要技术。文章对这些技术原理及其应用现状进行了综述,讨论了其优缺点,并展望了安全转基因技术研发重点和发展趋势。     

钙过量对茶树光合特性及叶绿体超微结构的影响

茶树是一种嫌钙植物,本文通过砂培试验,研究了不同钙过量水平对茶树光合作用、叶绿素荧光参数、叶片色素含量、叶绿体超微结构及茶树新梢生长的影响,旨在探明钙过量对茶树光合生理的影响,同时为解释高钙茶园中茶树生长不良提供一定的理论依据。结果表明: 不同钙过量处理,随着钙浓度的升高,茶树净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs） 逐渐降低; 茶树叶片Chl a/Chl b升高,总Chl含量逐渐降低; 茶树叶片原初光能转换效率（Fv/Fm）、光合电子传递速率（ETR）、光合电子传递量子效率（ΦPSⅡ）逐渐降低,初始荧光（Fo）则升高; 叶绿体片层结构遭到破坏; 同时钙过量处理的茶树新梢生长受到抑制,其节间距、新梢长度、展叶数、叶面积均明显低于对照。上述结果说明: 钙过量处理在一定程度上可引起光合系统膜结构的破坏,导致电子传递链受阻,茶树叶片光能利用效率降低,从而影响茶树新梢的生长。     

睡莲属叶绿体基因组密码子偏好性及系统发育分析

睡莲属植物是具有重要的经济、药用和观赏价值的原始被子植物.分析其叶绿体基因组编码区密码子的使用特征,以22种睡莲的叶绿体基因组为研究对象,对睡莲叶绿体基因组密码子的偏好性及睡莲属植物间的进化关系进行了系统分析.结果表明,22种睡莲植物叶绿体基因组密码子适应指数(codon adaptation index,CAI)为0...     

Inter- and intraspecific sequence variations of the chloroplast genome in wild and cultivated Raphanus

To assess the differentiation of the chloroplast genome in wild and cultivated species of Raphanus , nucleotide sequence polymorphisms were investigated for approximately 2 kbp ranging from trnL (UAA) to psbG in R. raphanistrum and R. sativus . Eighteen plants of wild species, 10 Japanese wild radish plants ( R. sativus ), and 31 cultivated plants were used for sequence analysis. Intraspecific variations of the chloroplast genome were present both in wild and cultivated Raphanus . All three genes investigated ( trnL , trnF and ndhJ ) contained nucleotide substitutions within the genus. Whereas, larger numbers of mutations were observed in the intergenic regions. Using the detected variations, the 59 radish plants were classified into 11 haplotypes, seven of which were unique to wild species. Among the haplotypes, one type corresponded completely with the Ogura male sterile cytoplasm. All the cultivated radishes belonged to one of four types, of which three were also observed in Japanese wild radish. The haplotypes were classified into four groups by cluster analysis, and the distribution in the dendrogram confirmed that cultivated radish has multiple origins. On the other hand, the seven haplotypes uniquely observed in R. raphanistrum were considered as useful materials to provide genetic diversity of cytoplasm for breeding of cultivated radishes.     

质体发育分化对植物胚胎发育的影响

植物胚胎发育时期质体的发育及其向叶绿体的转化与胚胎发生之间有着密切关系。近年来,人们利用分子遗传学的方法对胚胎发育的调控展开了广泛的研究,分离到一系列调控胚胎发育的基因,这些基因的突变可导致胚胎在其发育的不同时期出现形态缺陷或致死现象。概述了胚胎发育时期因质体或叶绿体发育缺陷而导致胚胎发育异常（致死）的突变体及相关基因的功能,推测胚胎发育期间细胞器的形成对于保证胚胎的正常发育具有重要作用。     

Chloroplast DNA molecular characterization and leaf volatiles analysis of mint (Mentha; Lamiaceae) populations in China

Non-coding chloroplast DNA (cpDNA) was used to evaluate genetic diversity and relationships within the section Mentha collected from China. Leaf volatiles of Mentha spicata accessions and its parent were analyzed by gas chromatography (GC) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). To this end, genetic diversity of 30 Mentha accessions from different geographic origins of China, representing six species and two hybrids, was assessed. Molecular studies grouped the samples mainly according to genetic relationship established by conventional methods. Cluster analysis based on the leaf volatiles chemical composition of M. spicata accessions defined two main chemotypes: 1,8-cineole-piperitenone oxide type and limonene-carvone type. The results suggested that there was a high genetic variability among individuals of Mentha in China. A distinct correlation between cpDNA marker and volatile oils in M. spicata accessions was revealed. Moreover, the chemical composition followed maternal inheritance in M. spicata accessions. In conclusion, the genetic diversity of Mentha populations as shown in this study should play a critical role in future selection and breeding programs.     

"兰箭3号"春箭筈豌豆叶绿体全基因组草图及特征分析

箭筈豌豆(Vicia sativa)是自花授粉的二倍体一年生豆科牧草,可为我国高海拔地区的反刍动物提供优质蛋白粗饲料。以"兰箭3号"春箭筈豌豆为研究对象,采用DNase I法纯化叶绿体,利用第二代高通量测序平台Illumina Hiseq2000进行测序,并对"兰箭3号"叶绿体全基因组序列的结构特征进行分析。结果表明,"兰箭3号"叶绿体基因组仅包括一个单拷贝的反向重复序列,其叶绿体全基因组大小为121 883bp,共编码了109个基因,包括4个核糖体RNA(rRNA)基因,29个转运RNA(tRNA)基因,75个蛋白质编码基因和1个假基因。"兰箭3号"在叶绿体基因组结构、基因种类、排列顺序上与其它豆科植物基本一致。其叶绿体全基因组序列已在GenBank注册,序列号为KU053796。"兰箭3号"叶绿体全基因组测序的成功为叶绿体分子生物学研究奠定了基础,并可有效地促进箭筈豌豆遗传育种和分子进化研究。     

油菜素内酯对盐胁迫刺槐苗光合作用及叶绿体超微结构的影响

【目的】采用蘸根方式外源添加不同质量浓度油菜素内酯(BRs)处理刺槐幼苗,研究刺槐苗在盐胁迫条件下生长、光合及叶绿体结构的变化,为盐碱地造林提供技术指导。【方法】以1年生刺槐苗为研究对象,用不同质量浓度(0.1,0.3,0.5mg/L)BRs对苗木进行蘸根处理,然后经100mmol/L NaCl胁迫处理50d后,以未添加BRs和未进行盐胁迫处理的刺槐苗为空白对照(CK1),以未添加BRs只进行盐胁迫处理的刺槐苗为胁迫对照(CK2),观测分析苗木的形态和水分生理指标、光合色素、基础光合参数和叶绿体超显微结构的变化。【结果】与CK1相比,CK2的苗高/基径和叶片相对含水量显著(P0.05)降低,比叶重显著(P0.05)增加,盐害指数显著(P0.05)上升;叶片叶绿素a、叶绿素b含量显著(P0.05)下降,叶绿素a/b有所上升;叶片的光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)、瞬时水分利用效率(WUE)均有所下降,气孔限制值(Ls)上升;叶片叶绿体超显微结构遭到破坏,叶绿体排列松散,形态肿大,嗜锇颗粒减少,类囊体片层松散,叶片光合作用受到抑制。与CK2相比,外源添加BRs的各处理苗高/基径增大,除0.1mg/L BRs处理外其他处理的比叶重均有所下降,叶片相对含水量上升,盐害指数显著(P0.05)降低;叶绿素a、叶绿素b含量和叶绿素a/b上升;刺槐叶片Pn提高,0.5mg/L BRs处理可以增加盐胁迫刺槐苗叶片的Gs,并维持一定的Tr、Ci和WUE;通过观察叶片叶绿体结构,发现0.5mg/L BRs处理能够使盐胁迫刺槐苗维持一定的叶绿体数,保持叶绿体结构的完整和类囊体片层的紧密度,增加嗜锇颗粒数目,维持叶绿体基本功能。【结论】盐胁迫刺槐幼苗的光合作用受到抑制,而BRs蘸根处理能够使刺槐幼苗在盐胁迫下维持一定的光合作用,提高苗木的耐盐性,其中以0.5mg/L BRs处理效果较好。     

施氮量对甘蔗叶绿体超微结构和光合速率的影响

[目的]研究施氮量对甘蔗叶片叶绿体超微结构和光合速率的影响,明确氮素影响甘蔗光合作用的细胞学机理,为甘蔗合理施肥提供科学依据.[方法]以甘蔗品种GT11、ROC22和GXB9为试验材料,在温室内进行桶栽试验,设低氮、中氮和高氮3个施氮水平,即分别施用0、150和300 kg/ha尿素,于伸长期取叶片样品分析叶绿素相对含量(SPAD)、叶面积、比叶重和叶绿体超微结构,并测定光合速率.[结果]3个甘蔗品种叶片的SPAD和叶面积均随施氮水平的增加而增加.GT11和ROC22的比叶重随施氮量的增加显著降低(P<0.05,下同),GXB9的比叶重在中氮水平最低.GT11在高氮水平下叶绿体超微结构正常;ROC22在中氮水平下叶绿体数量最多,但基粒片层数量显著少于高氮水平;GXB9在中氮水平下叶绿体数量最多,基粒片层与高氮水平时无明显差异.GT11和ROC22的净光合速率随施氮水平的增加而增加,GXB9净光合速率在中氮水平最高.[结论]甘蔗光合速率与叶绿体数量、叶绿体超微结构及基粒片层数量密切相关,且均受甘蔗品种和施氮量的共同影响.