白桦BpBEE2基因的遗传转化及抗逆性分析

Brassinolide Enhanced Expression2（BEE2）基因属于bHLH转录因子家族,是调控油菜素内酯信号转导的上游调控因子。本研究通过RT-PCR技术克隆BpBEE2基因的全长cDNA序列,构建植物过表达及抑制表达载体,并通过农杆菌介导法进行白桦的遗传转化,对获得的转基因株系进行生长量及盐、旱胁迫分析,结果表明：获得了长度为1 080 bp的全长cDNA序列,成功构建了该基因的过表达及抑制表达载体,并获得了过表达和抑制表达的白桦株系。BpBEE2基因过表达白桦株系的苗高高于对照株系,而抑制表达株系的苗高低于对照株系。同时发现BEE2基因对盐、旱胁迫后对植株的鲜重也产生了影响。说明BpBEE2可能参与了植物的生长发育过程,并且改善了植物的抗旱、耐盐性。     

白桦BpERF98基因的遗传转化及非生物胁迫应答反应

非生物胁迫严重影响植物的生长发育,植物通过内部的分子调控机制抵御这种伤害,其中转录因子发挥了至关重要的作用。从野生型白桦（Betula platyphylla）叶片克隆BpERF98基因,通过农杆菌介导法获得过表达BpERF98的转基因白桦植株。测量转基因白桦和野生型白桦在低温、冻害和盐胁迫下的生理指标并进行差异性分析。通过分析发现,在非生物胁迫下转基因白桦的丙二醛含量及相对电导率均低于野生型株系,且转基因株系SOD和POD活性的增长明显高于野生型株系。结果表明,过表达BpERF98基因可以提高白桦对非生物胁迫的抵御能力,这为研究白桦在非生物胁迫下形成的分子机制及白桦抗性分子育种提供了依据。     

转基因金叶银中杨叶色及生长变异分析

转PaGLK基因银中杨抑制表达株系叶绿素含量显著降低,叶片呈现黄色（命名为金叶银中杨）,以转PaGLK基因的银中杨为材料,测定其叶色参数和叶绿素含量的时序变化规律、分析生长特性。结果显示,转PaGLK基因的银中杨使叶片颜色发生改变,抑制表达株系整个生长期叶绿素含量显著低于WT（P<0.05）,叶色亮度显著高于WT（P<0.05）,并且在生长发育期叶片一直呈现深黄绿色。抑制表达株系中的Y2速生期内苗高日生长量（GD）高于对照株系,苗期株高不受影响。而过表达转基因银中杨的当年高生长都显著低于对照株系 （P<0.05）,其速生期内苗高日生长量均值（GD）也低于对照株系,其均值为对照株系的22.19%。PaGLK抑制表达株系在城市园林绿化具有潜在的应用价值。     

转BpCUCt白桦生长特征及内源IAA含量的变化

为了揭示白桦BpCUCt基因的功能,分别构建了BpCUC2启动子及35S启动子驱动的BpCUCt载体,以白桦合子胚为受体开展转基因工作,观察转基因株系表型变化,并测定转基因株系和WT的内源激素IAA含量。结果表明,对比转基因株系生长特性可知,转BpCUCt基因白桦株系比WT矮小,生长也比较缓慢,转基因株系节间距均变长,而ProCUC2：：BpCUCt转基因株系叶片边缘比WT叶片平滑,35S：：BpCUCt转基因株系叶边缘与野生型并无明显区别。由转基因白桦和WT的内源激素IAA含量可知,83.33%的转基因株系左侧叶片、右侧叶片及主脉IAA含量均显著高于WT株系。表明BpCUCt基因在一定程度上与BpCUC2基因表现出相同的功能,同时改变白桦内源生长素IAA的含量。     

白桦BpSPL2基因启动子的克隆及表达分析

SPL(SQUAMOSA promoter-binding protein-like)是植物特有的转录因子,研究表明其在参与发育阶段转变、花和果实发育等方面起着重要作用。利用PCR技术从白桦基因组DNA中扩增获得BpSPL2基因上游1 960 bp启动子序列,使用PLACE和Plant CARE在线软件分析序列,发现BpSPL2基因启动子序列中含有与开花、非生物胁迫及激素响应等相关的顺式作用元件,暗示其在植物的生长发育和胁迫应答中起重要作用。进而构建了BpSPL2基因启动子驱动GUS报告基因的植物表达载体,并利用农杆菌介导将其瞬时转化至白桦和拟南芥,通过GUS组织化学染色检测BpSPL2基因启动子的组织表达特性,结果表明BpSPL2基因启动子具有启动子活性,能够驱动GUS基因在白桦和拟南芥中表达;而其表达活性在白桦的叶片、芽及根部中较强,在拟南芥的花药、雌蕊和叶片较强,为进一步研究白桦BpSPL2基因的表达调控及其功能分析提供参考。     

沙柳SpsLAS基因超表达对拟南芥营养生长的影响

用沙柳SpsLAS基因构建35S∷SpsLAS超表达载体并转化野生型拟南芥,对转基因拟南芥进行表型观察,利用荧光定量PCR,对分枝、生长素及细胞分裂素相关基因进行表达分析。结果显示:(1)成功构建35S∷SpsLAS超表达载体,并获得9株纯合转基因株系,且转基因株系的萌芽速率快于野生型(对照),生活周期也较长;其中7个株系表现为生长迅速、株高增加、莲座叶叶片增大、分枝增加,2个株系表现为矮化、分枝增加、育性降低等一系列变化。(2)荧光定量PCR显示,与对照相比24h时转基因株系幼苗生长素及细胞分裂素途径关键基因无明显变化,4d时各基因在各转基因株系呈上调趋势;30d时分枝相关基因RAX1、RAX3表达量均上调,而MAX1、MAX3、REV、AXR1无明显变化。研究表明,SpsLAS基因过表达对拟南芥株型、莲座叶有明显影响,该研究结果为进一步研究该基因对分枝调控机制奠定了基础。     

白桦反义CCoAOMT基因调控木质素生物合成

白桦是我国北方重要的造林树种,但其中的高木质素含量严重制约了它作为造纸资源植物的开发利用。本文利用RACE技术获得了白桦咖啡酰辅酶A-3-O-甲基转移酶（CCoAOMT）基因全长ORF序列,并构建了白桦CCoAOMT基因的反义表达载体,通过农杆菌介导法将其导入到白桦中。PCR检测表明反义CCoAOMT基因已整合到白桦的基因组中。对转化植株的半定量PCR检测显示转基因株系的CCoAOMT基因表达量下降;Wiesner染色发现,与野生型相比,转基因植株木质素含量有所下降。对七年生的转基因白桦和野生型对照进行了化学成分分析,结果表明转基因白桦的苯醇抽提物和Klason木质素显著减少,聚戊糖含量升高。上述结果暗示BpCCoAOMT基因参与白桦木质素的合成,反义表达该基因后木质素含量减少,更易于去除。白桦CCoAOMT基因对木质素的合成起重要作用,这为培育低木质素含量的制浆新品种白桦奠定了基础。     

以胆碱脱氢酶基因对小黑杨花粉植株的遗传转化

以小黑杨（Populus simoniixP．nigra）花粉植株叶片为外植体,用根癌农杆菌介导法将胆碱脱氢酶基因（betA）导入其中,将获得的4株卡那霉素抗性转基因株系进行PCR检测,结果均为阳性。用荧光定量PCR对转基因株系的betA基因转录结果检测表明,4个转基因株系均已表达外源基因,但表达量有差异。对获得的4株转基因株系及对照进行NaCl胁迫处理,当NaCl浓度为0．55％时,非转基因小黑杨花粉植株生根率为0,转基因株系生根率为80％～100％;在NaCl为0．70％～0.80％时,则转基因株系生根率也为0。4个转基因株系的甜菜碱含量显著高于未转基因对照,说明抛融基因的导入提高了转基因株系的耐盐性。     

转基因白桦中GUS基因表达的定量分析

以转基因白桦（Betula platyphylla）为材料,采用单酶切结合Southern杂交的方法揭示不同转基因植株中GUS基因的整合拷贝数为1—4个。采用组织化学染色法定性分析不同整合方式转基因白桦植株中GUS基因的表达。结果表明,11个转基因植株中有2株出现了GUS基因沉默,其余植株均有不同水平的GUS表达。在此基础上应用分光光度法定量分析不同拷贝数的GUS转基因白桦中β-葡萄糖醛酸酶活性。结果表明,在11个转基因尢性系中除2个株系的GUS基因沉默外,其它9个转基因植株中GUS酶活力差异明显,但这种差异与GUS基因的拷贝数没有必然联系。     

小黑杨PsnHB22基因在烟草中的遗传转化研究

HD-Zip转录因子在光信号转导、非生物胁迫、叶片发育等方面发挥重要的作用，HB22转录因子是HD-ZipⅠ亚家族的成员之一。为研究PsnHB22基因的功能，从小黑杨（Populus simonii×P.nigra）cDNA中克隆PsnHB22基因并构建植物表达载体进行烟草（Nicotiana tabacum）的遗传转化，以获得该基因过量表达的转基因株系。对转基因株系进行PCR、qRT-PCR分子检测后观察表型，结果显示在营养生长时期，转基因烟草叶片窄小并且株高显著低于野生型对照。测定转基因烟草及野生型叶片的叶绿素含量，发现转基因烟草叶绿素含量显著高于野生型。由此推测PsnHB22基因在植株高生长、光合作用及叶片的形态建成等过程中起着重要的作用。     

利用CRISPR/Cas9鉴定玉米发育相关基因ZmCen*

目的: 利用CRISPR/Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9) 系统构建玉米中心蛋白(Centrin)的表达载体,经转化后分析其对玉米生长发育的影响。方法: 针对ZmCen基因的第一个外显子设计sgRNA,将其连入pOMS01-Cas9-ZmCen-sgRNA表达载体,转化农杆菌GV3101后,侵染玉米自交系材料B104的愈伤组织,经继代、诱导、分化成苗,筛选出转基因后代。对T₀代和T₁代基因组DNA进行PCR验证、测序及表型分析。结果: 成功构建ZmCen的表达载体。侵染农杆菌后,PCR测序显示,T₀ 代和T₁ 代突变率分别为 20.13% 和 64.52%,其中T₁ 代的纯合缺失突变率为5%。序列分析表明,ZmCen基因的编辑靶点附近发生了碱基的替换、插入或缺失。经与野生型表型比对发现,ZmCen 突变体T₁代植株出现发育缓慢且雄花序不完全发育表型,纯合突变体植株雄花序则完全不发育。结论: 通过 CRISPR/Cas9技术成功地对玉米ZmCen基因进行了编辑,ZmCen突变体的获得为玉米雄性器官发育相关基因的研究奠定了基础。     

利用CRISPR/Cas9鉴定玉米发育相关基因ZmCen*

目的: 利用CRISPR/Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9) 系统构建玉米中心蛋白(Centrin)的表达载体,经转化后分析其对玉米生长发育的影响。方法: 针对ZmCen基因的第一个外显子设计sgRNA,将其连入pOMS01-Cas9-ZmCen-sgRNA表达载体,转化农杆菌GV3101后,侵染玉米自交系材料B104的愈伤组织,经继代、诱导、分化成苗,筛选出转基因后代。对T₀代和T₁代基因组DNA进行PCR验证、测序及表型分析。结果: 成功构建ZmCen的表达载体。侵染农杆菌后,PCR测序显示,T₀ 代和T₁ 代突变率分别为 20.13% 和 64.52%,其中T₁ 代的纯合缺失突变率为5%。序列分析表明,ZmCen基因的编辑靶点附近发生了碱基的替换、插入或缺失。经与野生型表型比对发现,ZmCen 突变体T₁代植株出现发育缓慢且雄花序不完全发育表型,纯合突变体植株雄花序则完全不发育。结论: 通过 CRISPR/Cas9技术成功地对玉米ZmCen基因进行了编辑,ZmCen突变体的获得为玉米雄性器官发育相关基因的研究奠定了基础。     

棉田棉铃虫寄生峰对常规棉及转Bt棉品种的趋性反应

连续4年采用人工定期释放棉铃虫卵、幼虫和定期回收法,研究了不同棉花品种与棉铃虫卵期、幼虫期寄生蜂种群数量变化的关系.通过对卵、幼虫寄生率反正弦转换后进行方差分析表明,无论是在棉铃虫卵期还是在其幼虫期,转基因棉田中棉铃虫卵和幼虫的被寄生率始终显著低于其亲本对照棉.运用“Y”型嗅觉仪测定转基因棉及其亲本对照棉对棉铃虫幼虫寄生蜂———中红侧沟茧蜂的选择性行为反应,用成对数据进行方差分析,并进行了“T”测验.结果表明,转基因棉对棉铃虫寄生蜂有较强的忌避反应,且取食转基因棉的棉铃虫幼虫与被害转基因棉两者的共同组合与单独被害棉之间对寄生蜂的忌避效应基本一致.     

转RRM2基因棉生长势和产量及对棉田节肢动物群落的影响

为了评估新型转基因棉花的育种价值, 评价其对棉田生态环境安全性的影响, 2012-2013年连续2年以新型转RRM2基因棉花(Gossypium hirsutum)为材料, 以其亲本‘中棉所12’为对照, 系统研究了棉田节肢动物群落的结构与组成、群落特征参数及其季节性动态变化, 同时结合气候条件分析比较了转基因棉花和非转基因棉花的生长势和产量构成因素。结果表明: 相同年份新型转RRM2基因棉田昆虫群落、害虫亚群落和天敌亚群落的结构与组成、多样性指数、均匀度指数、优势集中性指数及棉花生长期相对丰度动态变化均与对照无显著差异; 与2012年相比, 2013年转基因棉田和非转基因棉田节肢动物群落、棉花生长及产量构成因素的各项指标总体上呈下降趋势; 转基因棉田和非转基因棉田优势天敌功能团动态均滞后于优势害虫功能团, 因此棉花生长前期应适时防治棉花害虫。     

靶标昆虫杨扇舟蛾对转Bt基因741杨胁迫效应的SSR分析

应用SSR分子标记技术,研究了以不同抗性转基因741杨为食物的杨扇舟蛾实验种群的遗传分化,探讨以转Bt基因杨树作为食物对靶标昆虫的胁迫效应.利用筛选出的10对引物,分别对经取食转基因741杨高抗品系‘Pb29’、中抗品系‘Pb17’及未转基因杨(对照)筛选出的杨扇舟蛾实验种群进行遗传多样性和遗传分化研究.结果表明: 10对引物共检测到76条等位基因,平均等位基因7.6个,平均有效等位基因为2.2,平均观测杂合度为0.5167,平均期望杂合度为0.5167,平均多态位点百分率达96.7%.经取食转基因741杨筛选出的杨扇舟蛾实验种群的遗传多样性水平显著高于未转基因种群,且取食转基因741杨的杨扇舟蛾与CK样本间的遗传相似性最低,表明经取食转Bt基因杨树的杨扇舟蛾实验种群遗传多样性有增高趋势.基于SSR分析,转基因741杨对杨扇舟蛾实验种群的胁迫筛选效应明显.     

靶标昆虫杨扇舟蛾对转Bt基因741杨胁迫效应的SSR分析

应用SSR分子标记技术,研究了以不同抗性转基因741杨为食物的杨扇舟蛾实验种群的遗传分化,探讨以转Bt基因杨树作为食物对靶标昆虫的胁迫效应.利用筛选出的10对引物,分别对经取食转基因741杨高抗品系‘Pb29’、中抗品系‘Pb17’及未转基因杨(对照)筛选出的杨扇舟蛾实验种群进行遗传多样性和遗传分化研究.结果表明: 10对引物共检测到76条等位基因,平均等位基因7.6个,平均有效等位基因为2.2,平均观测杂合度为0.5167,平均期望杂合度为0.5167,平均多态位点百分率达96.7%.经取食转基因741杨筛选出的杨扇舟蛾实验种群的遗传多样性水平显著高于未转基因种群,且取食转基因741杨的杨扇舟蛾与CK样本间的遗传相似性最低,表明经取食转Bt基因杨树的杨扇舟蛾实验种群遗传多样性有增高趋势.基于SSR分析,转基因741杨对杨扇舟蛾实验种群的胁迫筛选效应明显.     

Structural and physiological changes in the roots of tomato plants over-expressing a basic peroxidase

Previous studies on the tomato ( Lycopersicon esculentum Mill.) peroxidase TPX1, including the development of transgenic tomato over-expressing this gene, supported an involvement of this peroxidase in the synthesis of lignin and suberin. The transgenic plants showed a wilty phenotype at flowering, but the relationship between this role in ligno-suberization and this phenotype was not clear. In the present study a histological approach and the measurement of water-related parameters have been performed in order to obtain an insight into the origin of this phenotype. Clear differences between transgenic and non-transgenic roots were observed in the cross-sections of the basal root zones where secondary growth was evident. The diameter of the xylem vessel was diminished in the transgenic plants. Total area corresponding to xylem in the basal cross-sections decreased 3.9 fold in the transgenic roots. In addition, the radial and outer tangential walls of the exodermis cells were more ligno-suberized in transgenic than in non-transgenic plants. After fruit set, predawn and midday water potentials were lower in transgenic than in-non-transgenic plants. At midday, the stomatal conductance was also lower in the transgenic plants, 494±69 versus 594±60 mmol m⁻² s⁻¹. Root hydraulic conductances of the transgenic and non-transgenic plants were 1.4±0.38 and 3.47±0.19 g water min⁻¹ MPa⁻¹, respectively. The results obtained support that the phenotype is caused by the anatomical differences found in the transgenic roots. These differences would be the cause of a increased resistance to water flow in the roots that would negatively affect the water supply to the shoot and, as a consequence, resulted in a decreased water potential in the leaves.