加工番茄SlAGO4A基因过表达及干扰载体构建与遗传转化北大核心

[目的]构建加工番茄SlAGO4A基因过表达及干扰载体,获得相应的转基因番茄植株。[方法]利用PCR技术从番茄c DNA文库中获得2 727 bp的加工番茄SlAGO4A基因。构建SlAGO4A基因的过量表达载体35S:SlAGO4A。以获得的SlAGO4A基因为模板,获得了SlAGO4A PIWI的220 bp的片段,构建SlAGO4A基因的RNAi干扰载体RNAi-PIWI,通过农杆菌介导的遗传转化,获得SlAGO4A过表达及干扰转基因番茄阳性植株,并利用实时荧光定量PCR(QRTPCR)技术检测过表达番茄阳性植株中的SlAGO4A基因的表达水平。[结果]经PCR鉴定获得5株独立转化的里格87-5干扰转基因加工番茄株系,获得6株独立转化的里格87-5过量表达转基因加工番茄株系,其6株SlAGO4A基因过表达的阳性植株的表达量均有不同程度的上调。[结论]为阐明SlAGO4A基因在加工番茄抗病毒信号通路中的功能奠定基础。     

加工番茄SlAGO4A基因过表达及干扰载体构建与遗传转化

[目的]构建加工番茄SlAGO4A基因过表达及干扰载体,获得相应的转基因番茄植株。[方法]利用PCR技术从番茄c DNA文库中获得2 727 bp的加工番茄SlAGO4A基因。构建SlAGO4A基因的过量表达载体35S:SlAGO4A。以获得的SlAGO4A基因为模板,获得了SlAGO4A PIWI的220 bp的片段,构建SlAGO4A基因的RNAi干扰载体RNAi-PIWI,通过农杆菌介导的遗传转化,获得SlAGO4A过表达及干扰转基因番茄阳性植株,并利用实时荧光定量PCR(QRTPCR)技术检测过表达番茄阳性植株中的SlAGO4A基因的表达水平。[结果]经PCR鉴定获得5株独立转化的里格87-5干扰转基因加工番茄株系,获得6株独立转化的里格87-5过量表达转基因加工番茄株系,其6株SlAGO4A基因过表达的阳性植株的表达量均有不同程度的上调。[结论]为阐明SlAGO4A基因在加工番茄抗病毒信号通路中的功能奠定基础。     

ACC氧化酶和ACC合成酶反义RNA融合基因导入番茄和乙烯合成的抑制

从番茄品种强力米寿的总DNA中克隆番茄果实特异启动子2A11,以番茄成熟果实的RNA为模板,进行RT-PCR扩增,克隆番茄全长的ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因片段。完成两个基因的克隆和测序后,将888bp的番茄ACC氧化酶基因和943bp的ACC合成酶基因片段串联,构成全长1837bp的融合基因。将该融合基因以反义的方向插入植物双元载体pYPX145中番茄果实表达特异启动子下游,获得ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因融合的植物双元载体pOSACC。该载体外源基因表达单元的两端含两个烟草SAR序列,利于转基因的稳定遗传。以番茄栽培品种合作903子叶和下胚轴为外植体,利用根癌农杆菌进行基因转化,通过200mg／L卡那霉素选择和GUS检测,获得了105株番茄GUS阳性植株,转基因番茄果实在当代表现明显耐贮特点。经过4代的耐贮和果实农艺性状的综合选择,获得了两个表现良好的株系DR-1和DR-2,两株系果实乙烯释放量显著下降,是未转基因材料的9．5％,番茄的贮存期在50天以上。     

CRISPR/Cas9系统介导的棉花GhNAC3基因编辑

为创制棉花耐旱种质资源，解决棉花耐旱资源贫乏以及提高水资源利用率，研究依据CRISPR/Cas9编辑原理，对课题组前期利用RT-PCR技术筛选耐旱相关基因GhNAC3(Gh＿D02G0790)的第一外显子区域设计2个20 bp的编辑靶点，并在陆地棉基因组数据库中比对分析靶点序列，排除非特异性编辑，将2个靶点核苷酸片段分别与gRNA-AtU6载体连接，通过2次PCR扩增，得到含特异性连接接头的AtU6-GhNAC3表达盒，再将表达盒连接到CRISPR/Cas9(pRGEB32-7)载体上，获得CRISPR-GhNAC3重组表达载体，利用农杆菌介导法转化陆地棉受体YZ-1,再生培养得到T₀代转基因幼苗，通过PCR检测Cas9蛋白基因获得阳性株系。对T₀代植株的靶点区域序列进行PCR扩增和测序分析，鉴定GhNAC3编辑类型。结果发现，CRISPR9-GhNAC3表达载体成功转化YZ-1,并获得40株转基因再生植株，经Cas9蛋白基因鉴定得到30株阳性株系，从阳性植株选择10株进行编辑类型测序分析，发现7株在靶点区域发生编辑，编辑类型主要为碱基片段缺...     

ACC氧化酶和ACC合成酶反义RNA融合基因导入番茄和乙烯合成的抑制

从番茄品种强力米寿的总DNA中克隆番茄果实特异启动子2A11,以番茄成熟果实的RNA为模板,进行RT-PCR扩增,克隆番茄全长的ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因片段。完成两个基因的克隆和测序后,将888bp的番茄ACC氧化酶基因和943bp的ACC合成酶基因片段串联,构成全长1837bp的融合基因。将该融合基因以反义的方向插入植物双元载体pYPX145中番茄果实表达特异启动子下游,获得ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因融合的植物双元载体pOSACC。该载体外源基因表达单元的两端含两个烟草SAR序列,利于转基因的稳定遗传。以番茄栽培品种合作903子叶和下胚轴为外植体,利用根癌农杆菌进行基因转化,通过200mg/L卡那霉素选择和GUS检测,获得了105株番茄GUS阳性植株,转基因番茄果实在当代表现明显耐贮特点。经过4代的耐贮和果实农艺性状的综合选择,获得了两个表现良好的株系DR-1和DR-2,两株系果实乙烯释放量显著下降,是未转基因材料的9.5%,番茄的贮存期在50天以上。     

Taqman定量PCR技术检测基因编辑番茄中外源基因拷贝数体系的建立

近些年CRISPR/Cas9基因编辑技术已广泛应用于作物遗传育种中,经过拷贝数筛选得到的单拷贝基因编辑株系,可以进行遗传分离获得具有改良性状但不携带外源基因成分的非转基因植株,消除转基因安全性的风险。目前拷贝数的检测主要采用Southern杂交,但是该方法存在操作复杂,需要相对大量的植物材料等缺点,不能进行高通量的筛选。为建立简便高效的基因编辑番茄植株中外源基因拷贝数的检测体系,以内源性基因APX(抗坏血酸过氧化物酶基因)作为内参基因,外源性基因HPT(潮霉素磷酸转移酶基因)作为目的基因,利用Taqman法的实时荧光定量PCR技术,检测有12株PDS基因(八氢番茄红素脱氢酶基因)编辑番茄中外源抗性基因HPT的拷贝数为1,初步建立了一种检测基因编辑植株中外源基因整合拷贝数的方法,为快速可靠的筛选单拷贝改良株系奠定了一定的技术基础。     

利用Inverse PCR快速筛选单个T-DNA拷贝转基因水稻植株的方法

为了获得单个T-DNA插入拷贝的植株, 我们建立了一套利用Inverse PCR(IPCR)快速检测转基因水稻中T-DNA拷贝数的方法。用IPCR的方法可以扩增出与已知T-DNA序列相邻的水稻基因组DNA未知序列,由此推测转基因水稻植株中T-DNA的拷贝数。我们共对15个转化株系20棵不同植株的DNA进行了IPCR检测。其中12株表现为T-DNA单拷贝插入,3株为双拷贝插入,1株为三拷贝插入。另外4株未检测到T-DNA插入拷贝。IPCR分析结果经过Southern杂交和测序的验证。     

鸡Visfatin基因9 bp indel杂合突变异源双链DNA的鉴定

内脂素(Visfatin)是脂肪细胞因子家族的新成员,主要由内脏脂肪组织产生.研究表明内脂素具有类胰岛素样作用.在检测固始鸡-安卡鸡资源群体3代(亲本,F1,F2)964只鸡Visfatin基因9bp插入/缺失(9 bp 'TAACCTGTG' insertion-deletion)多态的过程中,发现其杂合子的变性和非变性聚丙烯酰胺胶上除2条同源双链DNA(282bp和273bp)外有2条未知条带(命名为A和B).A,B条带经回收、二次PCR、再次聚丙烯酰胺凝胶电泳及DNA测序表明:Visfatin基因第10内含子中9bp insertion-deletion突变杂合子的PCR产物中,本身包含2种同源双链DNA片段和2种异源双链DNA片段,不需要经过额外的变性、退火处理,其PCR产物可以直接进行突变检测,在229个杂合突变中异源双链DNA的检出率为100%.因此,通过异源双链DNA这一标示物作为基因分型时的依照或者参考,建立适当的异源双链DNA分析法可进行基因中几个核苷酸插入/缺失多态的检测.     

中国水仙NtSAMT基因的克隆及转化金鱼藤

本研究以中国水仙花瓣总RNA为模板进行反转录PCR,扩增得到与预期大小相同的PCR产物带,回收反转录PCR产物,将其与p EASY-T1克隆载体连接并导入大肠杆菌DH5α进行克隆,经菌落PCR和双酶切鉴定,筛选带有目的基因的重组质粒并进行测序。测序结果表明中国水仙花香基因SAMT c DNA的ORF片段1 131 bp编码376个氨基酸残基,与已报导的中国水仙SAMT(JX273470)的同源性为99.2%。将目的基因片段与PBI121表达载体连接,并利用农杆菌介导法将Nt SAMT基因转化到金鱼藤(Asarina procumbens)中,以金鱼藤无菌苗茎段为遗传转化外植体,通过抗性筛选获得12株转化植株,对获得的12株疑似转基因植株进行PCR检测,其中有8株呈阳性;通过RT-PCR检测得到的阳性植株,其中有5株呈阳性。检测结果表明,该研究成功克隆水仙花Nt SAMT基因并在金鱼藤植物中得到表达。     

PSAG12-ipt嵌合基因转化樱桃番茄的研究

利用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefacienst)介导法将嵌合基因P SAG12-ipt导人樱桃番茄,经双重PCR检测和基因组总DNA Southern杂交测验,共获得17株转基因植株。田间生长实验观察结果显示,这17株转基因植株生长发育及形态正常,但其中的14株长势明显好于对照。对14株中的2株进行叶片叶绿素、细胞分裂素检测结果表明,转基因植株基本定型叶下部,不同叶位叶片叶绿素、细胞分裂素含量明显高于对照,基本定型叶上部叶片与对照基本一致,同一叶位叶片比对照延缓衰老15～20d。     

降落PCR法快速检测高羊茅转基因植株

通过CTAB微量提取高羊茅(Festuca arundinacea)转基因再生植株基因组DNA。用9600型PCR仪器设计降落PCR反应程序,对高羊茅转基因植株两个片段OSISAP1(495bp)和GFP-nos(1 000bp)进行扩增;同时进行了PCR扩增的初步检测。结果表明降落PCR法能快速准确检测转基因植株;而且更适合多个基因片段同时检测,从而提高PCR分子检测的效率,以提高转基因植株鉴定效率。     

Cas9蛋白变体VQR高效识别水稻NGAC前间区序列邻近基序

成簇的规律间隔短回文重复序列及CRISPR相关蛋白(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated 9, CRISPR/Cas9)系统是近年来发展起来并被广泛应用的第三代基因组编辑工具。但是,该系统的酿脓链球菌Cas9(Streptococcus pyogenes, SpCas9)仅能识别NGG前间区序列邻近基序(protospacer adjacent motif, PAM),极大地限制了基因组编辑的范围。SpCas9变体VQR(D1135V/R1335Q/T1337R)在水稻中可识别NGAA、NGAG和NGAT PAM,但尚不清楚是否能识别NGAC PAM。本研究利用改进后的CRISPR/VQR系统对水稻中3个相对低效的VQR靶位点NAL1-Q1、NAL1-Q2和LPA1-Q进行了编辑,结果表明改进后的CRISPR/VQR系统可以高效编辑这3个靶位点,编辑效率分别为9.75%、43.90%和29.26%。为了明确改进后的CRISPR/VQR系统对NGAC PAM的识别情况,本研究选择水稻叶片宽度调控基因NARROW LEAF 1 (NAL1)中的NAL-C位点和蜡质合成基因GLOSSY1 (GL1)中的GL1-C位点进行基因编辑,并获得57株转基因水稻。靶位点PCR扩增及测序结果表明,NAL1-C和GL1-C靶标位点突变的植株分别为27株和44株,突变率分别为47.36%和77.19%;其中NAL1-C/GL1-C双突变植株为26株,双突变率为45.61%。进一步分析表明,CRISPR/VQR系统造成的突变有4种类型,分别为杂合突变、双等位突变、嵌合体突变和纯合突变,其中以杂合突变和双等位突变为主。这些结果表明,改进的CRISPR/VQR系统可以高效编辑水稻NGAC PAM位点,并产生丰富的突变类型。本研究为水稻及其他植物相关基因NGAC PAM位点的编辑提供了理论依据。     

番茄叶片胞壁转化酶cDNA克隆及反义沉默表达分析

参考GenBank登录的植物胞壁转化酶基因序列,设计1对PCR引物,以番茄(‘中蔬四号’)叶片总RNA的反转录产物为模板,扩增出长为416bp的cDNA片段,Blast结果表明,其为番茄胞壁转化酶基因LIN6片段;将其反向插入双元载体pBinAR的CaMV 35S启动子和OCS终止子间,构建反义植物表达载体pBinAR-aLIN6。通过农杆菌EHA105介导转化番茄MicroTom,PCR和Southern斑点杂交检测表明,共获得5株转基因番茄;生化检测表明,5个转化植株叶片胞壁转化酶活性分别比未转化植株下降67.9%、13.4%、73.5%、85.6%和58.0%。     

果实特异性RNAi介导的Lcy基因沉默来增加番茄中番茄红素的含量

根据GenBank中番茄的番茄红素β-环化酶(Lcy)基因序列和八氢番茄红素去饱和酶基因(Pds)启动子序列设计特异引物从番茄基因组DNA中分别扩增出了Lcy基因的高度保守的长302bp的DNA片段和长1790的Pds启动子片段。根据RNAi的原理,将Lcy基因的DNA片段以正反两个方向通过一段内含子序列连接在一起形成RNAi片段,将该片段与Pds启动子一起插入到pVCT2020的表达载体中,通过农杆菌介导的方法转化番茄,获得转基因植株5棵,PCR检测证实外源片段已成功导入番茄基因组中。收获转色期后20d左右的完全成熟的番茄果实提取番茄红素进行含量分析,结果显示转基因番茄果实中番茄红素的含量极大的增加了。上述结果表明通过RNAi果实特异性的抑制类胡萝卜素代谢途径中生物合成酶基因的表达能够极大的增加番茄果实中番茄红素的含量。这为通过基因工程手段提高番茄果实中的营养价值提供了参考。     

基于CRISPR/Cas9系统的拟南芥双链结合蛋白AtHyl1基因编辑

RNA沉默是植物重要的抗病毒防御机制,双链RNA结合蛋白(dsRNA-binding proteins, DRB)是RNA沉默信号途径中的关键蛋白。DRB1/HYL1是拟南芥基因组编码的7个DRBs之一,本研究将人工合成含2个AtHyl1靶位点序列的串联t RNA-gRNA片段导入CRISPR/Cas9表达载体中,构建双靶点的CRISPR/Cas9表达载体,通过转化拟南芥dcl2drb4双突变体获得36株转基因阳性植株。对经测序分析可能已发生基因编辑的3株进行单克隆测序分析,测序结果表明均已发生编辑,获得了AtHyl1基因被编辑的拟南芥dcl2drb4突变体T_1代转基因植物。该结果为研究AtHyl1是否参与DCL4介导的抗病毒RNA沉默通路提供了帮助。     

利用CRISPR/Cas9技术创制高油酸甘蓝型油菜新种质

在低硫苷低芥酸的双低甘蓝型油菜基础上,培育稳定的高油酸油菜是当前重要的育种目标之一,本研究通过利用CRISPR/Cas9基因编辑对湖南农业大学选育的品种湘油15号(XY15)进行品种改良。BnaFAD2和BnaFAE1是油酸合成不饱和脂肪酸和超长链脂肪酸的两个关键基因。利用CRISPR/Cas9基因编辑系统与高效油菜转化技术相结合,对甘蓝型油菜XY15的BnaFAD2.A05、BnaFAD2.C05、BnaFAE1.A08和BnaFAE1.C03同时进行基因编辑,获得了7株T0代转基因植株,通过靶基因克隆测序,发现均未发生基因编辑。然而,在T1代植株中发现并检测到了基因编辑的发生,BnaFAD2.A05、BnaFAD2.C05、BnaFAE1.A08和BnaFAE1.C03的总基因编辑效率分别为38.89%、27.78%、22.22%、30.56%。在T2代植株中,筛选到了5株4个靶基因均发生了突变,且无外源基因的突变体材料Cas9-1-12-4、Cas9-1-12-5、Cas9-2-7-11、Cas9-5-5-3、Cas9-6-6-1,它们的相对油酸含量为68.69%、80.16%、75.82%、75.97%、74.37%,相比于野生型XY15(相对油酸含量为62.04%)均有显著提高。     

植物介导的RNA干扰南方根结线虫Mi-eft2基因的转基因番茄的研究

本研究构建了植物干扰南方根结线虫Mi-eft2基因的载体pBI-RNAi;建立了番茄再生体系和番茄农杆菌侵染后的再生体系;并利用该体系转化了对照空载体pBI121和干扰载体pBi-RNAi,经过卡那霉素抗性筛选和基因组DNA中报告基因及RNAi片段的PCR检测筛选,一共获得5株pBI121转化的阳性植株,获得9株p BI-RNAi转化的阳性植株。该研究为今后进行转基因植株介导的干扰线虫目的基因的表达,降低线虫侵染能力的研究奠定了基础。     

利用CRISPR/Cas9多基因编辑系统在水稻中快速引入遗传多样性

成簇的规律间隔的短回文重复序列(CRISPR)-核酸内切酶9(CRISPR/Cas9)系统已经成为许多物种特定基因组编辑的强大工具.利用CRISPR/Cas9多基因编辑系统成功构建共敲除水稻(Oryza sativa)中8个农艺性状基因的载体.通过遗传转化实验和DNA测序,发现8个基因在T_0代有较高的突变效率,并且T_0代突变株的突变类型包括杂合突变和纯合突变.此外,还在T_0代突变株中发现了纯合的六突突变株、七突突变株、八突突变株.由于T_0代植物中获得丰富的突变体组合类型,因而,观测到靶基因多样的突变表型.该研究表明,CRISPR/Cas9系统在作物育种过程中快速引入遗传多样性方面的潜力.     

一种检测线粒体核酸酶靶向剪切活性的新方法北大核心CSCD

旨在建立一种简便检测线粒体DNA(mt DNA)核酸酶靶向剪切活性的方法。利用转基因技术,将一段含有两个靶向目标序列(T1、T2)的线粒体DNA序列随机整合到宿主基因组中,通过实时荧光定量PCR筛选单拷贝或低拷贝的单克隆转基因细胞株。将含有T1、T2的CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)/Cas9质粒分别瞬时转染到所选细胞株中,靶向剪切核基因组,在靶向目标序列处造成DNA双链断裂,引发非同源末端连接修复机制,引入插入或缺失突变。观察测序峰图,证明两个靶向目标序列T1、T2均有剪切效率,且T1高于T2。建立了一种高效快速检测线粒体核酸酶靶向剪切活性的新方法。     

一种检测线粒体核酸酶靶向剪切活性的新方法

旨在建立一种简便检测线粒体DNA(mt DNA)核酸酶靶向剪切活性的方法。利用转基因技术,将一段含有两个靶向目标序列(T1、T2)的线粒体DNA序列随机整合到宿主基因组中,通过实时荧光定量PCR筛选单拷贝或低拷贝的单克隆转基因细胞株。将含有T1、T2的CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)/Cas9质粒分别瞬时转染到所选细胞株中,靶向剪切核基因组,在靶向目标序列处造成DNA双链断裂,引发非同源末端连接修复机制,引入插入或缺失突变。观察测序峰图,证明两个靶向目标序列T1、T2均有剪切效率,且T1高于T2。建立了一种高效快速检测线粒体核酸酶靶向剪切活性的新方法。