同步抑制FAD2与FatB基因提高烟草种子油酸组分含量的研究

该研究以烟草品系NC89的无菌苗叶片为受体材料,采用前期构建的能同步抑制种子中FAD2(Δ12-油酸去饱和酶基因)与FatB(酰基转移酶基因)表达的RNAi载体,通过农杆菌介导转化获得了转基因烟草植株,分析转基因植株种子中的脂肪酸组分。结果显示:与对照相比,转基因植株种子中FAD2和FatB基因的表达水平分别降低了23%和11%;转基因植株种子的脂肪酸组分中,饱和脂肪酸棕榈酸和硬脂酸平均含量分别为8.02%和4.45%,多不饱和脂肪酸亚油酸平均含量为76.82%,较对照分别降低了2.91%、9.92%和3.47%;而转基因植株种子中单不饱和脂肪酸油酸含量高达7.48%,比对照提高46.38%。研究表明,同步抑制FAD2和FatB基因的表达能够显著提高烟草种子中油酸组分的含量,为进一步改良油料作物品质奠定了基础。     

BnFAD2、BnFAD3和BnFATB基因的共干扰对油菜种子脂肪酸组分的影响

甘蓝型油菜是一种重要的油料作物,为了改良其种子脂肪酸组分,提升其经济价值,本研究分析了油菜种子发育时期脂肪酸合成积累模式及BnFAD2、BnFAD3、BnFATB基因的表达规律,认为这3个基因在种子发育中后期(授粉后25d起)的高效表达对油酸合成积累有着重要影响。通过Napin启动子诱导对油菜植株中BnFAD2、BnFAD3、BnFATB基因进行RNAi共干扰抑制,以达到提升油酸含量的目的。试验结果表明,转基因油菜种子中BnFAD2、BnFAD3、BnFATB基因的表达受到强烈抑制,种子中油酸含量由66.76%提升至82.98%,且油脂合成的相关基因同步出现表达上调。     

花生AhFAD2基因抑制表达的转基因后代分析

FAD2(Δ~(12) fatty acid desaturase,Δ~(12)FAD或FAD2)是催化油酸在脂肪酸碳链Δ~(12)位脱氢生成亚油酸的关键酶。在花生中,FAD2酶活性下降或失活可提高籽粒中油酸的相对含量,改善花生籽粒及制品的品质和氧化稳定性。通过将种子特异性表达Lectin启动子和Ca MV35S启动子驱动的倒位重复Ah FAD2基因RNAi干扰结构转入花生,获得了以丰花1号(FH1)和花育23(HY23)为受体、携带上述2种转化结构、稳定遗传的花生转基因纯合体株系,转基因花生主要农艺性状与非转基因对照基本一致。实时荧光定量分析发现,各转基因株系发育种子中Ah FAD2基因的转录水平普遍下调。气相色谱法进一步测定了部分转基因后代株系种子的脂肪酸含量及组成,籽粒中油酸含量分别平均提高了15.09%(HY23为受体)、36.40%(FH1为受体),相应地,亚油酸含量平均下降了16.19%、29.81%,油亚比平均增加了38.02%、98.10%。各转基因株系的油酸含量显著提高;且在以FH1为受体的转基因株系后代籽粒以及种子特异性启动子驱动的转化结构中,RNAi的抑制效果更明显。通过RNAi技术抑制花生FAD2基因的表达,可以有效提高花生籽粒油酸含量。该技术体系可以为花生品质育种提供借鉴。     

甘蓝型油菜PEP基因片段的克隆和种子特异性反义表达载体的构建及转基因油菜的获得

丙酮酸羧化酶(PEP)是控制油菜蛋白质/油脂含量比例的一个种子的含油量.本研究利用PCR法从甘蓝型油菜花油5号(H045)克隆了PEP基因片段,并与载体pBI121-B构建了反义PEP基因的种子特异性植物表达载体,通过激光微束穿刺法将其转化到甘蓝型油菜中,目前已获得了转基因植株.     

油菜转抗草甘膦、抗虫基因获得双抗植株

以草甘膦为筛选剂,用农杆菌介导法将编码5-烯醇式丙酮酸莽草酸-3-磷酸合成酶（EPSPS）的aroA—M12基因和编码苏云金杆菌毒蛋白的Btslm基因导入到甘蓝型油菜优良品种湘油15号中。在用草甘膦对转化体进行筛选的基础上．对转基因再生植株进行了PCR检测、Southern blot和Western blot分析．结果证明外源基因确已导入到该油菜品种中,而且表达了相应的蛋白。对转基因植株进行抗草甘膦、抗虫性鉴定的结果表明．转基因植株具有抗草甘膦、抗虫的双重特性。研究结果还表明抗草甘膦的aroA—M12基因在植物基因转化中,既可以用作抗除草剂基因,又可以代替常用的抗生素标记,用作植物筛选标记基因。     

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。     

Waxy基因的RNA沉默使转基因小麦种子中直链淀粉含量下降

通过RNAi策略转化小麦,以降低小麦种子中直链淀粉的含量。小麦中直链淀粉合成的关键酶是颗粒结合型淀粉合成酶（Granule—bound starch synthase l,GBSSI,即WAXY蛋白）,通过RT—PCR方法从小麦种子中分离出Waxy基因。Southern杂交分析表明,在基因组中存在3个Waxy基因。Northern杂交分析显示出在授粉后的小麦种子中检测到Waxy mRNA。利用RNA沉默策略,将Waxy编码区683bp的正向和反向片段以及150bp内含子,连接于表达载体pCAMBIA3300中玉米ubil启动子下游。以扬麦10号授粉后15d的幼胚为外植体,利用农杆菌介导的方法进行转化。通过PCR、RT-PCR和叶片离体褪绿实验鉴定出4株转基因植株。小麦胚乳I2-KI染色和直链淀粉含量测定表明这4株转基因植株直链淀粉含量明显下降。研究结果表明Waxy基因的RNA沉默使转基因小麦种子直链淀粉的含量下降。     

转星星草金属硫蛋白基因烟草的获得及其抗重金属镉能力分析

用农杆菌介导法将星星草金属硫蛋白基因（MD转化烟草,PCR及PCR—Southern检测的结果表明,该基因已导入烟草中。Real-TimePCR检测显示,该基因在转基因后代中的转录水平高于非转基因植株。Cd2＋胁迫下,转基因植株能够正常生长,鲜重、株高、叶绿素含量、Cd2＋含量和SOD活性均高于非转基因植株,表明MT基因的过量表达可提高转基因烟草的抗Cd2＋能力。     

转油菜素内酯合成基因DET2烟草对NaCI胁迫的反应

通过农杆菌介导法,将含有油菜素内酯合成基因DET2的植物表达栽体pCAMBIA2301-DET2转入烟草,获得转基因烟草植株.用T1代转基因阳性株进行耐NaCl试验,结果显示,NaCl胁迫下转基因烟草、非转基因对照烟草的出苗率、幼苗鲜重、株高及根长均随NaCl浓度增加而下降.但在相同NaCl浓度下,转基因植株鲜重、株高及根长均明显高于非转基因对照烟草,并且转基因植株的丙二醛( MDA)含量低于非转基因植株,诱导蛋白基因P5CS表达高峰出现时间晚于非转基因植株.说明DET2的表达提高了烟草的耐NaCl能力.     

转基因抗矮花叶病玉米的遗传、表达及抗病性研究

目的：研究目的基因在转基因植株及其后代中遗传表达的稳定性,以及目的基因表达与抗病性的关系,最终得到转基因纯合株系。方法：以采用花粉介导法将RDV运动蛋白缺陷型（RDV MP^-）基因导入玉米自交系478的转基因种子（T0）作为试验材料,对其或其后代进行潮霉素抗性筛选、PCR检测、目的基因表达产物含量测定、农艺性状筛选,以及田间接种病毒的抗病鉴定。结果：通过潮霉素抗性筛选从T0种子获得了11株疑似转化植株;对T1、T2、T3代转基因植株的PCR分析证实目的基因已导入玉米植株,并显示随着转化植株世代交替,目的基因可稳定遗传给下一代,且目的基因在待测材料中的检出比例也随着代数的增加而提高;目的基因表达量的测定结果为1．83-11．57ng／mg叶片鲜重之间;田间接种玉米矮花叶病病毒试验结果证明转化植株比对照植株的抗矮花叶病能力有了显著提高,个别株系在T1代的发病率就为0,T1、T2、B代转化植株的抗病性逐代提高,比临近对照的抗病性提高2～5级;目的基因表达量与植株（系）的抗病性显著相关,r=0．923,P〈0．01;入选纯合系的农艺性状也有较大变化,穗粒数比对照系增加约5％。结论：通过以上方法,可以筛选到转基因抗病玉米纯合株系。     

应用RNA干扰技术降低玉米支链淀粉含量

为了调控玉米淀粉的生物合成过程,克隆了玉米淀粉分支酶(starch branching enzymes,SBE)基因,构建高效的siRNA表达体系,通过花粉管通道法将其导入玉米自交系.PCR扩增和Southern杂交结果证明,目的基因已被整合到基因组中,且能够遗传.Northern杂交分析表明,该目的基因在转基因植株中能正常转录并导致内源SBE mRNA含量下降.对转基因植株淀粉分支酶活性和淀粉含量测定结果表明,分支酶活性明显地低于对照,相差最多的低85%;总淀粉含量与对照之间基本没有差异,但直链淀粉的含量提高了约50%.     

通过共转化和花药培养快速获得直链淀粉含量降低且无抗性标记的转基因水稻

用根癌农杆菌共转化的方法将p13W8质粒(含反义蜡质基因)和pCAMBIA1300质粒(含潮霉素抗性基因)导入水稻.经PCR检测,发现在29个T1群体中发生抗潮霉素抗性基因和反义蜡质基因的分离;从1 264个T1单株中筛选到183个只带反义蜡质基因片段的转基因植株.选择了4个直链淀粉含量降低的T1单株进行花药培养,获得正常结实的花培苗34株;经PCR检测,有23株为只含反义蜡质基因而无潮霉素抗性基因的植株.从转化到获得直链淀粉含量降低、遗传稳定的转基因植株仅用了一年半时间.     

Δ12-脂肪酸去饱和酶基因(fad2)突变对油菜叶片表面结构和透性的影响

首次报告了利用简单的叶片氧化实验可区别油菜正常株系及具有高油酸(低亚油酸)性状的fad2基因(Δ12-fatty acid desaturase gene)突变体。突变体叶片内的有色或具还原性的物质能被次氯酸钠及硝酸银溶液在5-10min漂白或氧化,正常株系及突变体的fad2基因功能补偿转化体的叶片被漂白的时间需要24-48h。通过扫描电镜观察揭示了突变体与正常株系之间叶片表面蜡颗粒沉积均匀性上的差异。实验结果表明：fad2基因的突变改变了叶片表面蜡的沉积结构并增大了叶片表层的溶液渗透性,其原因可能与木质(cutan)的合成受抑制相关。     

根癌农杆菌介导小麦幼胚遗传转化的影响因素

利用携带pC3301质粒(含bar和gus基因)的超毒根癌农杆菌菌株EHA105对普通小麦(Triticum aestivum L.)扬麦158进行了遗传转化,对筛选中的抗生素浓度、菌液浓度、共培养温度和时间、幼胚预培养时间、乙酰丁香酮(AS)浓度、洗涤用液及筛选方式等影响转化的几个重要因素进行了讨论.对从294个小麦幼胚外植体中转化得到的5株成活植株进行了PCR和Southern blot分析,结果表明其中2株小麦基因组中整合了外源DNA,转化频率为0.68%.     

反义酸性转化酶基因低温贮藏马铃薯块茎还原糖和淀粉含量的影响

对2个含有酸性转化酶(AcInv)反义基因的转基因马铃薯品系及对照品种进行低温贮藏(4℃)及室温还暖处理.随低温贮藏时间的延长,供试材料均表现出还原糖含量升高,总淀粉含量下降的趋势.低温处理40 d时,"Ac转Atlantic"和"Ac转甘农薯2号"的还原糖含量比未转基因品种低23%和18%.总淀粉含量分别比未处理前下降约1.0%和1.3%,支链淀粉含量分别下降约1.4%和1.7%,淀粉直/支比明显低于对照,分别为0.29和0.38.块茎的石蜡切片显示,转基因块茎中深蓝色淀粉颗粒明显少于未转基因对照.另外,对低温贮藏的块茎室温还暖后,2个转基因品系的还原糖含量仍低于对照品种.实验结果证明反义AcInv基因对低温贮藏下块茎还原糖和淀粉含量具有下向调节作用.     

水稻sbe1启动子驱动的反义sbe-GUS融合基因在转基因水稻中的表达

为研究水稻基因启动子对外源基因在转基因水稻中表达的影响,构建了由sbe1启动子引导的反义sbe-GUS融合基因。经农杆菌介导,将不同的融合基因导入水稻中,定量测定转基因水稻植株不同组织中的GUS酶活力。结果表明,sbe1启动子可驱动反义sbe-GUS融合基因在转基因水稻植株的胚乳中高效表达,而在颖壳、胚和茎叶等组织中的表达活性较弱。证实sbe1启动子在驱动外源基因的表达上表现有明显的组织特异性。     

利用反义RNA技术分析春化相关基因VER17在冬小麦花发育过程中的功能

为了研究小麦春化相关基因VER17的功能,应用反义RNA技术,将VER17基因的反义片段构建到载体pBI121上,通过花粉管通道法获取转基因小麦.对T0代转基因植株GUS染色以及PCR等分子鉴定,得到14株含反义VERJ7基因片段的阳性转基因植株.对T0代和T1代的表型观察结果显示,VER17反义转基因植株开花时间延迟,并且穗的顶部和基部小花出现明显的退化.表明春化相关基因VER17在小麦发育过程中可能起到促进植物开花以及穗顶端和基部花发育的作用,减少小花退化,同时对雄蕊的发育也有影响.     

转ipt和反义ACO基因番茄的叶片衰老相关特性

以ipt和反义ACO转化的两类转基因番茄纯系为材料,研究在植株不同生长发育阶段,不同叶位中,与叶片衰老相关的生理生化指标.结果表明:两类基因导入番茄后,均可增强内源iPA和IAA表达水平,增加或保持番茄叶片的叶绿素含量、提高光合效率,进而明显地延缓植株的叶片衰老,提高单株果实产量.但它们调控叶片衰老的途径不同,ipt主要通过提高CTK的水平延缓叶片衰老,而反义ACO则主要是通过抑制乙烯生成,间接提高IAA的水平来实现.     

不同启动子控制下Ac转座酶基因的表达对玉米Ds因子在水稻中切离频率的影响

用水稻愈伤组织比较了Ac启动子、35S启动子与Ubi启动子控制下Ac转座酶基因（Ts）的表达对Ds因子切离频率的影响。结果表明Ubi启动子与Ac转座酶编码区嵌合基因（Ubipro-Ts）反式激活Ds因子的切离频率最高,达到了72.9%。通过杂交将Ubipro-Ts基因导入Ds因子转化植株,得到9株Ubipro-Ts基因与Ds因子共存的F1代杂交水稻植株,其中有8株Ds因子发生了切离。用Inverse-PCR的方法从其中一株杂交植株中克隆到Ds因子的旁邻序列,其DNA顺序与亲本中Ds因子原插入位点的序列不同,表明Ds因子转座到了新的基因组位点。     

插入玉米Ds转座因子的水稻转化群体及其分子分析

转座子标签法是一种利用转座因子插入高等植物基因组中造成基因突变,然后通过分离转座因子插入的旁邻顺序,进而克隆出突变基因的策略。这种策略在高等植物功能基因组学的研究中是十分有用的。为此目的,将玉米的Ds因子及bar基因连接至载体pCAMBIA1300的T-DNA区域中,构建成重组Ti质粒pDsBar1300。pDsBar1300中T-DNA区域中的潮霉素抗性基因可在转化过程中用作水稻转化植株的选择标记。插入在Ds因子中的bar基因可追踪转化后代的Ds因子。pDsBar1300通过根瘤农杆茵介导引入水稻品种中花11号的幼胚组织。从各转化愈伤组织中获得了1400株独立的Ds水稻转化植株。通过PPT抗性检测和PCR分析证明了水稻转化植株中Ds因子的整合。Southernblot分析了转化植株基因组中Ds因子的插入拷贝数,其中单拷贝插入比率约占70％。这些插有Ds因子的水稻转化植株,当引入自主型的Ac因子反式活化Ds因子后,可使Ds因子跳跃到不同位点上,就可得到更多的突变植株。