在转基因水稻植株中蜡质基因第1内含子对-基因表达影响的分析

为阐明水稻Wx基因第1内含子在整体植株的胚乳发育阶段是否确有增强基因表达的功能,以及弄清高和中、低直链淀粉含量的水稻品种Wx基因第1内含子1 126个碱基之间有差异的16个碱基中哪几个碱基影响了该内含子的正常剪接从而降低了基因的表达水平,我们分别用高直链淀粉含量品种的Wx基因翻译起始密码子ATG上游3.1和2.1 kb片段与GUS基因编码区融合构建成嵌合质粒,并在此基础上,(1)去除嵌合质粒中Wx基因的第1内含子;(2)将嵌合质粒Wx基因的第1内含子中(3.1 kb)与中、低直链淀粉含量的水稻品种Wx基因第1内含子有差异的6个碱基以中、低直链淀粉含量的水稻品种的碱基替换.将上述改造过的几种质粒分别转化粳稻品种中花11,测定转化植株未成熟种子胚乳中的GUS活性.结果表明第1内含子的缺失或此内含子的5′端剪接点上的碱基G以T替换均造成GUS活性的急剧下降,说明第l内含子在植株体内的确有增强基因表达的功能,而且在中、低直链淀粉含量的水稻品种中Wx基因第1内含子5′端剪接点上自然存在的G→T突变是造成这些品种中该内含子剪接不正常、从而使Wx基因表达水平和直链淀粉含量下降的主要原因.     

在转基因水稻植株中蜡质基因第1内含子对基因表达影响的分析

为阐明水稻Wx基因第1内含子在整体植株的胚乳发育阶段是否确有增强基因表达的功能,以及弄清高和中、低直链淀粉含量的水稻品种Wx基因第1内含子126个碱基之间有差异的16个碱基中哪几个碱基了该内含子的正常剪接从而降低了基因的表达水平,我们分别用高直链淀粉含量品种的Wx基因翻译起始密码子ATG上游3．1和2．1kb片段与GUS基因编码区融合构建成嵌合质粒,并在此基础上（1）去除嵌合质粒中Wx基因的第1内含子;（2）将嵌合质粒Wx基因的第1内含子中（3．1kb)与中、低直链淀粉含量的水稻品种Wx基因第1内含子有差异的6个碱基以中,低直链淀粉含量的水稻品种的碱基替换。将上述改造过的几种质粒分别转化粳稻品种中花11,测定转化植株未成熟种子胚乳中的GUS活性。结果表明第1内含子的缺失或此内含子的5′端剪接点上的碱基G以T替换均造成GUS活性的急剧下降,说明第1内含子在植株体内的确有增强基因表达的功能,而且在中、低直链淀粉含量的水稻品种中Wx基因第1内含子5′端剪接点上自然存在的G→T突变是造成这些品种中该内含子剪接不正常,从而使Wx基因表达水平和直链淀粉含量下降的主要原因。     

糯性水稻中蜡质基因第1内含子的剪接活性

以前的研究结果表明,非糯性的稻米中直链淀粉的含量与各品种中蜡质基因（Ｗｘ）第１内含子被剪接的效率有关,即剪接效率高的品种直链淀粉含量也高。为弄清糯米中不含直链淀粉是否也与此内含子剪接效率有关系,构建了蜡质基因启动子,（来自灿稻品种２３２）、蜡质基因第１内含子「来自籼稻品种２３２（高直链淀粉含量的品种）或粳稻品种寒丰６３６６（中、低直链淀粉含量的品种）或粳稻品种寒丰６３６６（中、低直链淀粉含量的品种     

糯性水稻中蜡质基因第1内含子的剪接活性

以前的研究结果表明 ,非糯性的稻米中直链淀粉的含量与各品种中蜡质基因 (Wx)第 1内含子被剪接的效率有关 ,即剪接效率高的品种直链淀粉含量也高。为弄清糯米中不含直链淀粉是否也与此内含子剪接效率有关系 ,构建了蜡质基因启动子 (来自籼稻品种2 32 )、蜡质基因第 1内含子 [来自籼稻品种 2 32 (高直链淀粉含量的品种 )或粳稻品种寒丰 6 36 6 (中、低直链淀粉含量的品种 ) ]与GUS报告基因组成的两种嵌合基因 ,将含有这两种嵌合基因的质粒分别转化进粳性糯稻品种奉糯 5 93中 ,同时还分别转化进非糯性的籼稻品种特青和粳稻品种中花 11中作为对照 ,测定它们的抗性愈伤组织与转基因植株未成熟种子胚乳中的GUS酶活性。结果表明与在非糯性的籼稻和粳稻中一样 ,这两种嵌合质粒在不合成直链淀粉的糯稻中也有相当水平的表达。从此结果可以推测 ,糯稻品种有从嵌合基因的转录本中剪接蜡质基因第 1内含子的正常能力 ,而在糯稻中缺乏直链淀粉可能是糯稻蜡质基因第1内含子中的其它突变所造成的     

籼稻转反义蜡质基因后代的直链淀粉含量测定和纯系选育

通过根癌农杆菌介导将反义蜡质基因导入籼型雄性不育保持系龙特甫B中,获得30个PCR检测为阳性的转基因植株,其中,28个为Southern检测阳性。T1种子直链淀粉含量测定结果表明,有21个转基因植株比龙特甫B明显下降,下降幅度为3％-13％,并在部分转基因植株的种子中观察到蜡质状籽粒;对6个转基因植株进行了不同世代的直链淀粉含量测定,在L3和L5的T4代中,选择到直链淀粉含量分别为15．9％和8．4％的纯合株系,经凝胶电泳测定,WX蛋白量明显降低,并与直链淀粉含量下降表现一致。以L3-1-1-1(15．9％)和L5-8-2-1(8．4％)纯合株系为亲本,分别与龙特甫A进行成对杂交和回交,并测定了F1和B1F1种子直链淀粉含量,以L3-1-1-1作亲本的F1为21．4％,B1F1为17．1％;以L5-8-2-1作亲本的F1为13．6％,B1F1为9．3％,结果表明：在不育系的转育过程中,以中低直链淀粉含量的转基因纯合株系为亲本,能有效降低F1和B1F1的种子直链淀粉含量。     

籼稻转反义蜡质基因后代的直链淀粉含量测定和纯系选育

通过根癌农杆菌介导将反义蜡质基因导入籼型雄性不育保持系龙特甫B中,获得30个PCR检测为阳性的转基因植株,其中,28个为Southern检测阳性.T1种子直链淀粉含量测定结果表明,有21个转基因植株比龙特甫B明显下降,下降幅度为3%-13%,并在部分转基因植株的种子中观察到蜡质状籽粒;对6个转基因植株进行了不同世代的直链淀粉含量测定,在L3和L5的T4代中,选择到直链淀粉含量分别为15.9%和8.4%的纯合株系,经凝胶电泳测定,Wx蛋白量明显降低,并与直链淀粉含量下降表现一致.以L3-1-1-1(15,9%)和L5-8-2-1(8.4%)纯合株系为亲本,分别与龙特甫A进行成对杂交和回交,并测定了F1和B1F1种子直链淀粉含量,以L3-1-1-1作亲本的F1为21.4%,B1F1为17.1%;以L5-8-2-1作亲本的F1为13.6%,B1F1为9.3%,结果表明在不育系的转育过程中,以中低直链淀粉含量的转基因纯合株系为亲本,能有效降低F1和B1F1的种子直链淀粉含量.     

同源四倍体水稻籼型突变体Wx基因序列分析及特异识别分子标记的建立

同源四倍体水稻突变株D4063-1直链淀粉含量比来源二倍体明恢63下降一半,即其直链淀粉含量为5.23%。为研究其直链淀粉含量下降的原因, 根据普通水稻Wx基因设计引物, 扩增测序获得了D4063-1Wx基因的全序列, 并与已报道的Wx基因进行比对分析; 同源四倍体水稻D4063-1Wx基因最显著变化为在外显子序列中发生碱基缺失, 导致移码突变, 在第9外显子终止密码子提前出现。D4063-1Wx基因碱基位点的变化还导致其序列上酶切位点的变化,对常用限制性内切酶位点分析结果表明, 同源四倍体水稻相对于籼稻和粳稻多了2个sphⅠ酶切位点, 相对于粳稻减少了6个AccⅠ, 增加了4个XbaⅠ, 1个XhoⅠ, 1个PstⅠ和1个SalⅠ酶切位点。聚类分析表明D4063-1Wx基因序列与籼稻亲源关系较近, 由此推测D4063-1Wx基因来源于籼稻的Wxa基因型。另外, 根据D4063-1Wx基因的碱基差异, 推测D4063-1Wx基因外显子碱基变化导致的RNA加工障碍是其直链淀粉降低的主要原因, 并可能与其米饭较软等品质相关。本研究还根据D4063-1和籼稻、粳稻的序列差异及D4063-1在该片段上的特征序列位点设计了用于识别D4063-1的寡核苷酸片段,并作为PCR反应的引物命名为AUT4063-1,将该引物与作者设计的扩增普通籼稻、粳稻Wx基因的引物F5配合使用, 建立了识别D4063-1的显性和共显性两种检测方式的分子标记, 为快速、准确鉴别低直链淀粉含量突变体D4063-1创造了条件。     

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。     

聚合蜡质和抗条纹叶枯病基因水稻的分子标记辅助选择

以高蛋白、抗条纹叶枯病的红米水稻‘Kasalath’和本实验室培育的低直链淀粉含量、株型好、产量高的水稻‘上师大3号’为亲本进行杂交.利用蜡质基因(Waxy)在第1内含子5′端剪切位点上游55 bp处CT重复序列的重复数与直链淀粉含量呈负相关的特性,设计了1对SSR引物,利用与抗条纹叶枯病基因(Stv-b2)紧密连锁的...     

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.