水稻Ds插入纯合体的筛选和鉴定

采用Basta抗性鉴定、潮霉素抗性鉴定和PCR检测相结合的方法筛选和鉴定了水稻Ds插入纯合体。在T1代236个转化株系中,有16个株系的全部植株表现出对Basta的敏感,其余220个株系的植株表现出对Basta的抗性。经过3代的纯合筛选,共鉴定出Ds插入纯合体203个．这些Ds插入纯合体可用于构建Ac／Ds系统和对Ds插入突变体进行筛选和鉴定,为水稻功能基因组学研究提供了材料。     

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。     

含Ds转座因子的T-DNA在水稻染色体上的分布研究

应用农杆菌介导的方法获得了有Ds因子插入的3000多株水稻转化群体, 用Inverse PCR方法, 从部分独立转化植株中分离了590条含Ds因子的T-DNA插入位点处的右侧旁邻水稻染色体序列. 根据旁邻序列中T-DNA右边界与侧翼水稻序列之间的插入序列的特征可分成6个主要类别, 其中类型Ⅰ是主要类型, 为通常的T-DNA整合, 即T-DNA右边界序列与水稻染色体序列相连, 或者其间插入小于50 bp的序列片段; 类型Ⅱ为T-DNA右边界旁先接T-DNA载体序列, 再与水稻序列相接的重组类型. 340个类型Ⅰ和Ⅱ的旁邻序列通过与已知的水稻染色体序列数据库一致性比较分析, 确定了它们在水稻染色体上的分布位置, 构建了一个Ds因子在水稻12条染色体插入的框架结构. 这340个有Ds因子插入的位点在整个染色体上平均相距0.8 Mb. 分析在第1条染色体上T-DNA(Ds)插入情况显示有21％的频率插入到预测基因的外显子中. T-DNA(Ds)在染色体上分布位置的确定, 使我们可以选择合适的Ds因子插入株作为起始株系, 导入Ac转座酶基因后, 使Ds发生转座, 从而获得新的Ds插入突变株, 为进一步利用Ds转座标签法分离水稻基因创造了条件.     

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。     

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。     

水稻第4号染色体不同位置的Ds转座子转座行为的分析

使用农杆菌介导的方法转化粳稻品种中花11,构建了在第4号染色体不同位置插入了Ds（dissociation）因子的水稻转化群体和带有Ac（activator）转座酶基因的转化植株。将携带了Ac转座酶基因的植株与不同Ds转化植株杂交,杂交F1代同时带有Ac转座酶和Ds因子（Ac／Ds植株）。用PCR方法检测了杂交F1代Ds的切离频率,结果发现靠近第4号染色体着丝粒附近的Ds转座子切离频率低,而靠近第4号染色体末端区域的Ds转座子切离频率高,这表明Ds转座子的原始插入位置对其杂交后代的切离频率有很大的影响,推测与原始插入位点附近的染色体结构有关。     

水稻脆杆突变体bcm581-1茎杆形态结构观察、理化测定和遗传分析

在根癌农杆菌介导的Ds转座因子转化的水稻株系中,发现了脆杆突变体bcm581-1.经Basta除草剂抗性检测和PCR检测,这个脆杆突变不是由Ds转座因子插入引起;通过光学显微镜观察发现突变体的小维管束数目多于对照,小维管束之间的凹陷比对照深,而皮层纤维细胞层数少于对照;扫描电镜观察发现突变体表皮细胞外侧的硅质没有对照丰富.虽然,单位面积内的细胞数与对照相近.但是,突变体的细胞壁薄,维管束内纤维细胞壁的加厚程度也低于对照.因此,细胞腔明显比对照大.茎杆的力学测定结果表明突变体的载荷低于对照9.6倍;延伸低5.4倍;延伸率低6.9倍;应力低6倍.茎杆的相对含水量和粗纤维含量测定表明突变体的含水量高于对照3.5%,粗纤维含量则低于对照8.12%.bcm581-1与中花11号杂交试验显示,F1植株全部正常,F2群体中,正常杆和脆杆以31分离,以中花11号为回交亲本的F1B1植株,表现正常;而以脆杆为回交亲本的F1B1植株,正常茎杆和脆杆则以11分离,结果表明bcm581-1的茎杆变脆是受隐性单基因控制的突变.     

Ac／Ds转座系统在水稻转化群体中的转座活性及转座子插入位点旁侧序列的分析

利用本实验室构建的转Ac(Ac TPase)及Ds(Dissociation)的水稻(Oryza sativa L.)转化群体,配置了Ae×Ds的杂交组合354个。检测了转基因植株的T-DNA插入位点右侧旁邻序列,研究了Ac/Ds转座系统在水稻转化群体中的转座活性。结果表明,有些转化植株T-DNA插入位点相同或相距很近,插入位点互不相同的占65.4％。检测到T-DNA可插入到编码蛋白的基因中。在Ac×Ds的F2代中,Ds因子的转座频率为22.7％。对Ac×Ds杂交子代中Ds因子旁侧序列的分析,进一步表明了Ds因子在水稻基因组中的转座活性,除了从原插入位点解离并转座到新的位点之外,还有复制——转座和小完全切离等现象。获得的旁侧序列中,有些序列与GenBank中的数据没有同源性,目前有2个DNA片段在GenBank登录。探讨了构建转座子水稻突变体库进行水稻功能基因组学研究的策略。     

Ac/Ds转座系统在水稻转化群体中的转座活性及转座子插入位点旁侧序列的分析

利用本实验室构建的转Ac(AcTPase)及Ds(Dissociation)的水稻(Oryza sativa L.)转化群体,配置了Ac×Ds的杂交组合354个.检测了转基因植株的T-DNA插入位点右侧旁邻序列,研究了Ac/Ds转座系统在水稻转化群体中的转座活性.结果表明,有些转化植株T-DNA插入位点相同或相距很近,插入位点互不相同的占65.4%.检测到T-DNA可插入到编码蛋白的基因中.在Ac×Ds的F2代中,Ds因子的转座频率为22.7%.对Ac×Ds杂交子代中Ds因子旁侧序列的分析,进一步表明了Ds因子在水稻基因组中的转座活性,除了从原插入位点解离并转座到新的位点之外,还有复制--转座和不完全切离等现象.获得的旁侧序列中,有些序列与GenBank中的数据没有同源性,目前有2个DNA片段在GenBank登录.探讨了构建转座子水稻突变体库进行水稻功能基因组学研究的策略.     

水稻脆杆突变体bcm581-1茎杆形态结构观察、理化测定和遗传分析

在根癌农杆菌介导的Ds转座因子转化的水稻株系中,发现了脆杆突变体bcm581-1。经Basta除草剂抗性检测和PCR检测,这个脆杆突变不是由Ds转座因子插入引起;通过光学显微镜观察发现突变体的小维管束数目多于对照,小维管束之间的凹陷比对照深,而皮层纤维细胞层数少于对照;扫描电镜观察发现突变体表皮细胞外侧的硅质没有对照丰富。虽然,单位面积内的细胞数与对照相近。但是,突变体的细胞壁薄,维管束内纤维细胞壁的加厚程度也低于对照。因此,细胞腔明显比对照大。茎杆的力学测定结果表明：突变体的载荷低于对照9．6倍;延伸低5．4倍;延伸率低6．9倍;应力低6倍。茎杆的相对含水量和粗纤维含量测定表明：突变体的含水量高于对照3．5％,粗纤维含量则低于对照8．12％。bcm581-1与中花11号杂交试验显示,F1植株全部正常,F2群体中,正常杆和脆杆以3：1分离,以中花11号为回交亲本的F181植株,表现正常;而以脆杆为回交亲本的F181植株,正常茎杆和脆杆则以1：1分离,结果表明：bcm581-1的茎杆变脆是受隐性单基因控制的突变。     

OsCesA4的等位基因Bc7(t)的精细定位和分离

水稻中已经发现并确认了许多脆秆突变体,本研究利用60Co-γ射线诱变粳稻品种中花11得到一脆秆突变体,命名为bc7(t)。与野生型相比,该突变体除了整个植株变脆、纤维素含量降低约10%外,表型与野生型品种相似。遗传分析表明该突变性状受控于单隐性基因,并将该基因精细定位在第1染色体长臂上8.4kb的区段内,基因注释信息表明该区域仅有一个编码纤维素合酶催化亚基(CesA)的基因,与OsCesA4基因等位。进一步的测序分析发现,在突变体中该基因的第10个外显子和第10个内含子的连接处缺失了7个碱基,导致阅读框改变而不能编码功能正常的蛋白。此外,RNA干涉试验表明,将Bc7(t)基因敲除,得到的所有转基因植株表现出类似突变体的脆性。OsCesA4新等位基因的发掘有助于阐明水稻细胞壁的生物合成机理,本文同时也讨论了该突变体用作动物饲料的潜在利用价值。     

T—DNA插入水稻群体中卷叶突变体R1—A2的遗传分析

在根癌农杆菌介导的T-DNA(携带有除草剂Basta抗性基因bar和Ds因子)转化中花11水稻群体中,获得了一个叶片发生明显内卷的突变体Rl-A。经过连续三代的分离鉴定,获得突变体的纯合株(Rl-A2),并与中花11号进行杂交,在调查的36个F1植株中,全部表现为卷叶,并对Basta除草剂都表现为抗性。在852个F2单株中,卷叶为645株,正常叶207株,卷叶和正常叶的比例为3：1,其中,卷叶株均对Basta表现抗性,正常叶株均对Basta表现敏感,表明卷叶性状和Basta抗性存在着共分离关系。用扩增DS因子的引物,对F2中45个卷叶抗性株进行PCR鉴定,都获得预期长度的Ds因子片段,进一步表明在这些卷叶的植株中都有T-DNA的插入;而30个正常叶敏感株都不能检测到DS的特征片段。在以卷叶突变(Rl-A2)为回交亲本的F1B1植株中,全部植株表现卷叶;在以中花11号为回交亲本的F1B1植株中,卷叶和正常叶植株的分离比为1：1。上述结果表明该卷叶突变是个显性突变,受一个基因所控制,且该基因的突变与T-DNA的插入有关。     

玉米转座因子Ac／Ds导入水稻花药悬浮细胞并再生成植株

使用电激法将分别含玉米转座因子ＡＣ或Ｄｓ因子的质粒ＤＮＡ同时导入水稻花药悬浮系细胞团,得到转化抗性意伤组织,并分化成可育植株。对一些植株的ＤＮＡ进行了Ｓｏｕｔｈｅｒｎ分析和ＰＣ且扩增,发现导入的外源ＤＮＡ已整合到了水稻染色体上而且Ｄｓ因子已发生了转座。抗性测定表明转化植株Ｆ１代和Ｆ２代种子中的大多数仍有Ｄｓ因子存在。     

T-DNA插入水稻群体中卷叶突变体R1-A2的遗传分析

在根癌农杆菌介导的T-DNA(携带有除草剂Basta抗性基因bar和Ds因子)转化中花11水稻群体中,获得了一个叶片发生明显内卷的突变体R1-A。经过连续三代的分离鉴定,获得突变体的纯合株(R1-A2),并与中花11号进行杂交,在调查的36个F_1植株中,全部表现为卷叶,并对Basta除草剂都表现为抗性。在852个F_2单株中,卷叶为645株,正常叶207株,卷叶和正常叶的比例为3:1,其中,卷叶株均对Basta表现抗性,正常叶株均对Basta表现敏感,表明卷叶性状和Basta抗性存在着共分离关系。用扩增Ds因子的引物,对F_2中45个卷叶抗性株进行PCR鉴定,都获得预期长度的Ds因子片段,进一步表明在这些卷叶的植株中都有T-DNA的插入;而30个正常叶敏感株都不能检测到Ds的特征片段。在以卷叶突变(R1-A2)为回交亲本的F_1B_1植株中,全部植株表现卷叶;在以中花11号为回交亲本的F_1B_1植株中,卷叶和正常叶植株的分离比为1:1。上述结果表明该卷叶突变是个显性突变,受一个基因所控制,且该基因的突变与T-DNA的插入有关。     

用无启动子的GUS报告基因捕获水稻基因启动子

构建了嵌合质粒p13DGUTs,它是在Ds转座子中插入了无启动子的B．葡萄糖醛酸酶报告基因(GUS),用于分离水稻基因启动子。将p13DGUTs转化粳稻品种中花11的胚性愈伤组织,获得了496个转基因植株。抗性愈伤组织与转基因植株的GUS染色与PCR分析表明整合在水稻染色体上的Ds因子都发生了随机跳跃。转基因植株T0代与部分T1代的GUS染色结果表明,M92转基因植株中Ds转座子整合位置上游的水稻基因启动子指导GUS基因的表达及表达的特性是可遗传的。文章对此方法在分离水稻基因启动子与基因上的应用进行了讨论。     

Ac/Ds(GUS)结构介导的水稻启动子捕获系统的建立

构建了基于Activator/Dissociation(β-glucuronidase)[简称Ac/Ds(GUS)]结构的捕获质粒p13B,用于分离水稻基因启动子.以此质粒用衣杆菌介导的方法转化粳稻品种中花11的胚性愈伤组织,对获得的18个独立转化株的T2代植株进行了抗除草剂筛选,从141个抗除草剂转基因植株中用PCR方法检测到其中37株是Ds因子发生了转座的植株,而且这种转座到新位置上的Ds因子是遗传的.初步观察到其中5株的GUS染色呈阳性.