经基因工程改良的抗白叶枯病水稻粳型恢复系“C418—Xa21”及其杂交稻

通过农杆菌介导的转化系统,将业已克隆的水稻抗白叶枯病基因Xa21导入重要的粳型杂交稻恢复系“C418”。PCR和抗性分析表明单拷贝整合的Xa21在T1代的分离比为3：1。在T2代通过PCR和抗性分析选择了Xa21纯合的转基因株系“C418－Xa21”。将选择的转基因纯合系“C418－Xa21”与常用的雄性不育系“屉锦A”杂交,产生了带有转基因Xa21的杂交稻“屉优418－Xa21”（简称转基因杂交稻）。分子分析表明转基因Xa21在杂交稻“屉优418－Xa21”中能稳定遗传,抗性分析表明转基因恢复系“C418－Xa21”和转基因杂交稻“屉优418－Xa21”对白叶枯病具有高度的广谱抗性,并保持了受体对照的优良农艺性状。另外我们还转基因杂交稻“屉优418－Xa21”对白叶枯病的抗性水平高于转基因恢复系“C418－Xa21”,这可能是遗传背景的差异所致,抗白叶枯病转基因粳型恢复系数 杂交稻的育成将有益于杂交稻在我国北方稻区的推广。     

无选择标记和载体骨干序列的Xa21转基因水稻的获得

利用双右边界T-DNA载体通过根癌农杆菌介导法将水稻白叶枯病广谱抗性基因Xa21导入杂交稻重要恢复系C418中。T₀代共获得27个独立转基因株系,通过田间抗性鉴定与PCR分析,有17个株系的Xa21基因分子鉴定为阳性,且对白叶枯病原菌P6生理小种具有抗性。通过对17个株系的后代植株进行田间抗性鉴定,分子标记辅助选择及Southern杂交分析,结果显示4个株系的T₁代植株中能分离出无潮霉素标记基因的Xa21转基因植株。无选择标记Xa21转基因株系的获得率为15%。PCR检测还表明,这些无选择标记的Xa21转基因植株不带有载体骨架序列。通过对转基因后代进一步的抗性鉴定与PCR辅助选择,获得了无选择标记和载体骨架序列的转基因Xa21纯合的抗白叶枯病水稻。     

水稻单拷贝Xa21近等转基因系的培育与抗性分析

植物转基因的表达在一定程度上受其所在宿主基因组整合位置的影响 ,通常称为转基因位置效应。利用农杆菌介导法将抗白叶枯病基因Xa21转入水稻品种明恢 63,获得带有不同转基因拷贝数的转化体。对转化体连续自交 ,并对转基因整合位点进行鉴定和筛选 ,获得了明恢63遗传背景下整合在不同染色体位点的单拷贝Xa21转基因纯合系。这些转基因系除一个单拷贝转基因整合位点外 ,在基因组水平上是等同的 ,构成了近等转基因系。经分子杂交和遗传定位验证 ,共获得明恢63遗传背景下的6个近等转基因系。对这些近等转基因系进行抗白叶枯病分析,显示出几乎相同的高抗水平。这表明整合位点对Xa21的抗性没有影响 ,不存在转基因位置效应.     

无选择标记和载体骨干序列的Xa21转基因水稻的获得

利用双右边界T-DNA载体通过根癌农杆菌介导法将水稻白叶枯病广谱抗性基因Xa21导入杂交稻重要恢复系C418中。T0代共获得27个独立转基因株系,通过田间抗性鉴定与PCR分析,有17个株系的Xa21基因分子鉴定为阳性,且对白叶枯病原菌P6生理小种具有抗性。通过对17个株系的后代植株进行田间抗性鉴定,分子标记辅助选择及Southern杂交分析,结果显示4个株系的T1代植株中能分离出无潮霉素标记基因的Xa21转基因植株。无选择标记Xa21转基因株系的获得率为15%。PCR检测还表明,这些无选择标记的Xa21转基因植株不带有载体骨架序列。通过对转基因后代进一步的抗性鉴定与PCR辅助选择,获得了无选择标记和载体骨架序列的转基因Xa21纯合的抗白叶枯病水稻。     

利用Ac/Ds转座子系统在水稻中获得无选择标记转基因植株的方法

获得无选择标记转基因植株是进行重复转基因及消除转基因植株中标记基因潜在危害性的关键。实验采用了Ac/Ds转座子系统在水稻(Oryza sativa L.)中进行无hpt选择标记的转基因。将含有目的基因bar的Ds元件和hpt标记基因置于同一个T-DNA中,通过农杆菌(Agrobacterium tumefaciens) EHA105介导将Ac-T-DNA及Ds-T-DNA分别转入到不同的水稻植株,再将单拷贝的Ac-T-DNA植株与单拷贝的Ds-T-DNA植株杂交得到同时含有Ac和Ds元件的F₁植株,F_{1自交产生F2后代,F2植株中转座后的Ds元件与T-DNA独立分离,在总共100株F2水稻植株中筛选得到2株只含有Ds元件插入而无hpt标记基因的转基因水稻植株。结果表明,利用Ac/Ds转座子系统在水稻中获得无选择标记的转基因植株是可行的。}     

马铃薯Y病毒HC-Pro中心区域在病毒协生作用中的主导地位

利用PCR方法获得了马铃薯病毒中国株系(PVY-C)HC-Pro基因的5个缺失突变体,构建了相应的植物表达载体。通过土壤农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导法转化了烟草品种K₃₂₆(Nicotina tabacum cv.K₃₂₆)。PCR和Southern blot分析证明了HCPro基因及其缺失突变体已整合到烟草基因组中,Western blot表明它们在转基因烟草中得到了表达。侵染性试验发现HCPro中心区域介导转基因烟草中PVY-C和黄瓜花叶病毒(CMV)、PVYC和马铃薯X病毒(PVX)之间的协生作用,从而明确了PVY-C HC-Pro中心区域为病毒协生作用的功能区域。     

钝齿棒杆菌天冬氨酸激酶基因的克隆和序列分析

运用PCR方法,从野生型钝齿棒杆菌株(Corynebacterium crenatum)AS1542及具有AEC抗性的突变株CD945染色体上分别扩增出天冬氨酸激酶(AK)基因(ask),构建了重组质粒。核苷酸序列分析表明,C.crenatum AS1542AK基因与C.crenatum CD945相比,第1199位的碱基由T变为C,引起酶蛋白β亚基第80位氨基酸从亮氨酸变成脯氨酸。该氨基酸的突变在蛋白结构上位于ACT结构域内,该区受赖氨酸调控。C.crenatum AS1542的AK基因的编码区核苷酸序列与C.glutamicum\,C.flavum及B.lactofermentum相比,同源性分别为97.23%、97.55%和97.62%,酶蛋白氨基酸序列的同源性分别为99.76%、99.52%和99.76%。但在AK基因的启动子上游序列部分与其它棒杆菌相比有较大差异。     

利用四价抗病基因提高超级杂交稻的抗性

以籼型超级杂交稻(Oryza sativa L. subsp. indica)恢复系9311的胚性愈伤组织为受体, 采用改良的基因枪轰击法将构建在同一植物表达载体上的四价抗真菌病基因(RCH10, RAC22, β-Glu和B-RIP)导入到9311的基因组中. Southern印迹杂交结果表明, 潮霉素抗性再生植株中, hpt标记基因和四价抗真菌病基因是连锁在一起并以孟德尔遗传方式进行传递的. 部分转基因R₁代和R₂代植株分别在烟溪和三亚的典型稻瘟病鉴定圃中表现出对稻瘟病菌(Magnaporthe grisea (Hebert) Barr.)的高抗性. 在高抗的转基因植株中, 多个外源基因均能正常表达. 将高抗稻瘟病的9311 R2代转基因纯系与培矮64S原种进行杂交, 杂种F₁代除对稻瘟病仍可表现出高抗性外, 还同时表现出对稻曲病和黑粉病明显提高的抗性.     

农杆菌介导抗储粮害虫转基因小麦(Triticum aestivum L.)的获得及分析

以本实验室选育的小麦优良品系的胚性愈伤组织为材料,采用农杆菌介导将抗虫基因豇豆胰蛋白酶抑制剂基因CpTI转入小麦培养细胞,经筛选获得抗卡那霉素的愈伤组织并再生植株。经PCR和实时PCR检测、PCR-Southern和Southern blot验证,确定了3株独立再生植株为含有CpTI的转基因植株。农杆菌菌浓度、侵染时间及转化处理方式对小麦转化率均有明显影响。3株转基因植株正常可育并结籽,形成转基因株系。外源基因在转基因植株T₁代中的分离呈多样性,部分株系（转基因株系T-Ⅰ、T-Ⅲ）表现出孟德尔遗传规律。抗虫试验表明,3株转基因植株T₂代籽粒对储粮害虫麦蛾具有一定的抗性,转基因株系T-Ⅰ、T-Ⅱ、T-Ⅲ及非转基因植株的T2代籽粒虫蛀率分别为19.8%、21.9%、32.9%和58.3%。转基因植株T₁代群体农艺性状调查显示,3个株系具有良好的农艺性状,为小麦的遗传改良提供了新的种质抗虫材料。     

转反义trxs基因小麦株系00T89分子鉴定及抗穗发芽特性研究

以皖麦48为受体导入反义trxs基因已获得00T89第4代（T₄）转基因株系,对其进行反义基因的PCR鉴定、相对定量RT-PCR基因表达检测以及抗穗发芽特性研究。结果表明,18个T₄代转基因株系中,13个株系目的基因检测呈阳性;成熟期籽粒萌发过程中,8个株系转录水平上mRNA丰度极显著降低（P<0.01）,mRNA丰度与穗发芽指标呈显著和极显著的相关性（r=0.7181）。其中6个株系在开花后30d至成熟后10d表现出明显的抗穗发芽特性。与非转基因对照相比,平均穗开始发芽时间推迟2.7d（P<0.01）,穗粒发芽率和穗发芽度分别降低35.5%（P<0.01）和47.5%（P<0.01）,成熟后25d这些株系又逐渐恢复发芽特性,无显著差异（P>0.05）。     

水稻白叶枯病抗性基因Xa23鉴别菌株突变体库的构建及无毒基因突变体的筛选

利用invivo转座技术构建了白叶枯病抗性基因Xa23鉴别菌株的突变体库,特异性引物PCR扩增和转座子插入位点旁侧序列分析结果表明转座子插入到白叶枯病菌的基因组中。经人工接种鉴定,筛选到4个毒力发生变化的突变体。为进一步克隆Xa23无毒基因提供了条件。     

利用FLP/frt重组系统产生无选择标记的转基因烟草植株

在植物转基因植株产生过程中,对转化细胞进行抗性筛选是通用程序,转化细胞的抗性一般是抗生素抗性或除草剂抗性,将赋予转化细胞抗性的选择标记基因删除是提高转基因植物生物安全性的重要措施。来自于啤酒酵母的FLP/frt位点特异性重组系统可有效删除同向定点重组位点frt之间的基因。通过多步骤重组,建立了可在植物中广泛应用的FLP/frt位点特异性重组系统。该系统包括含有frt位点的植物表达载体pCAMBIA1300-betA-frt-als-frt和含有由热诱导启动子hsp启动的FLP重组酶基因的植物表达载体pCAMBIA1300-hsp-FLP-hpt。利用二次转化的方式将二者先后转入烟草植株,热激处理后,热诱导型启动子hsp调控的重组酶FLP基因的表达催化位于选择标记基因als两侧同向frt位点间的重组反应,有效地删除了选择标记基因als。41%的经热激处理的二次转化植株发生了选择标记基因的删除,表明该系统在获得无选择标记基因的转基因植株中有很好的应用价值。     

热带假丝酵母细胞内pH的测定及其与生长代谢活性的关系

应用荧光探针5(6)-双醋酸羧基荧光素 (Carboxyfluorescein diacetate) 测定了产长链二元酸热带假丝酵母 (Candida tropicalis) 细胞内pH (pHi) 值,确定了该探针载入C. tropicalis细胞的适宜条件。用摇瓶培养C. tropicalis细胞,考察了细胞外pH和生长碳源对pH_I的影响,实验结果表明：细胞外pH对pH_I略有影响,而生长碳源对pH_I的影响略为明显。利用5L发酵罐进一步研究了细胞生长代谢活性与pHi的关系,结果表明：细胞比生长速率、CO₂比生产速率和葡萄糖比消耗速率与pHi变化密切相关,pH_I的增加伴随着细胞生长活力的增加,反之亦然。在pH6.0条件下用葡萄糖和醋酸钠共作碳源培养C. tropicalis细胞时,测得的pH_I值维持在5.72～6.15范围内。     

来源于Pyrococcus furiosus的耐高温α-淀粉酶基因在衣藻叶绿体中的表达

来源于Pyrococcus furiosus的耐高温α-淀粉酶是一种重要的酒精工业用酶,在植物中表达耐高温α-淀粉酶可以大大降低用植物秸秆生产酒精的成本。选择衣藻叶绿体基因组同源片段clpP-trnL-petB-chlL-rpl23-rpl2和壮观霉素抗性基因,构建了来源于Pyrococcus furiosus的耐高温α-淀粉酶基因的衣藻叶绿体表达载体P64a。通过基因枪将其导入衣藻叶绿体中,经壮观霉素抗性(100mg/L)筛选,获得了9 个抗性衣藻转化子。转化子经过抗性继代筛选后,经PCR、Southern blot 检测分析及暗培养,证实耐高温α-淀粉酶基因已整合到衣藻叶绿体基因组中并得到表达。酶活性检测表明,转基因衣藻表达产物具有耐高温α-淀粉酶活性,每克鲜重衣藻最高达77.5u。 实验结果证明在植物叶绿体中表达工业酶制剂是可行的。     

抗草甘膦抗虫植物表达载体的构建及其转基因烟草的分析

构建了含草甘膦抗性突变基因（aroAM12）和人工合成重组Bt抗虫基因（Bts1m）的植物表达载体pCM12_s1m。aroAM12基因的表达由CaMV35S启动子控制,Bts1m基因的表达由2E_CaMV35S启动子和Ω因子控制。通过农杆菌介导,将aroAM12和Bts1m基因转化到烟草中,转基因烟草通过在含草甘膦的MS培养基上筛选而获得。Southern blot分析表明所有经过草甘膦筛选出的转化植株都整合有aroAM12基因,约70%的转化植株同时整合有aroAM12和Bts1m基因。Northern blot、Immunodot blot分析进一步证明整合的两个基因在转录、翻译水平上均进行了表达,不同植株之间表达存在着差异。草甘膦抗性和虫试实验证明,获得的转基因烟草对草甘膦和烟青虫具有很强的抗性。     

丝状真菌表达分泌系统中受体菌的构建

黑曲霉糖化酶高产菌株T21经紫外诱变后, 通过酪蛋白平板和蛋白酶活性测定筛选出胞外酸性蛋白酶活力仅为原株076%的菌株A.nigerT21-201,其生长特性和产糖化酶活力与原株基本一致。利用原生质体PEG法将含有报告基因vhb的表达分泌质粒Pgt10-vhb通过与选择标记质粒的共转化导入此蛋白酶部分缺陷株及其原株T21,检测在蛋白酶缺陷株Aspergillus niger T21-201 和原株T21中VHb的分泌表达,结果表明在A.nigerT21-201中VHb表达水平显著高于原株,但Northern blot却显示在两菌株中^vnb基因的转录水平近似,由此证明酸性蛋白酶缺陷对保护外源蛋白产生了显著效果。      

水稻基因文库的构建

本文以λ系列EMBL4DNA作载体,在国内条件下建成了水稻(Oryza sativa)“Mudgo”褐稻虱抗性品种(λMBL4／OSM(Bam-Sau3A)]和“南粳15”水稻白叶枯病抗性品种[λ—EMBL4/OSNG15(Bam-Sau3A]的两个基因文库。所得重组子值分别为1．6×10⁶pfu和9．6×10⁶pfu,均超过了建库要求的理论值。     

温度对谷胱甘肽分批发酵的影响及动力学模型

研究了24～32℃范围内产朊假丝酵母生产谷胱甘肽的分批发酵过程,发现较高温度对细胞生长有促进作用,而较低温度则更有利于谷胱甘肽产量的提高。应用改进的Logistic和LuedekingPiret方程分别对细胞生长动力学和谷胱甘肽合成动力学进行了模拟,得到不同温度下各种动力学参数。在此基础上,进一步研究了温度同细胞生长动力学参数之间的内在联系,得到谷胱甘肽分批发酵过程中细胞浓度的变化同温度以及底物浓度之间的一般关系式：dX-dt＝［0.0224(T+1.7)］2X(1-X/X_max)1+S｛8.26×10.6×exp［-31477/R/(T+273)］｝。验证实验结果表明,该模型具有很好的适用性。     

含易降解有机质时对苯二甲酸(TA)厌氧降解动力学

含易降解有机物的对苯二甲酸有机废水在厌氧处理时,其中的易降解有机质通过甲烷发酵被优先利用,其中间代谢物对对苯二甲酸的降解有抑制作用,同时,对苯二甲酸自身的降解也存在底物抑制现象。本文建立了有易降解有机质存在时对苯二甲酸厌氧降解的抑制动力学模型方程：q=q_max SS+Ks[1+(I-0.86)/K_I,s,并利用非线性回归,确定了模型参数q_max=1972.0mgTA/gVSS·d;K_s=20.2844gTA/L;K_I,I=2.041gCOD/L;K_I,s=0.0108 gTA/L,实验数据对该动力学方程能较好拟合。在此基础上提出两段厌氧处理新工艺。     

抗反馈抑制的天冬氨酸激酶基因在钝齿棒杆菌中的表达

将来自钝齿棒杆菌（Corynebacterium crenatum）CD945具有AEC抗性的天冬氨酸激酶(AKfbr)基因克隆到穿梭载体pJC1上,构建重组质粒pLY153。用电击法将质粒pLY153转化到野生型菌株C. crenatum AS1.542及其突变株C. crenatum CD945中。携带AKfbr基因的C. crenatum AS1.542菌株能抗浓度皆为12mg/mL的AEC和苏氨酸。AKfbr基因在C. crenatum CD945中得到表达,天冬氨酸激酶活性提高4倍。摇瓶发酵实验结果表明,重组菌在对数前期和中期生长正常,不受抑制;与对照菌相比,赖氨酸终产量提高22％,赖氨酸生产率提高23％。