转基因棉花的遗传研究

选用不同来源的转Ｂｔ基因抗虫棉中棉所３０号和新棉３３Ｂ、转ｔｆｄＡ基因抗除草剂棉花材料ＴＦＤ,通过与不同主栽推广品种正反交和回交研究外源Ｂｔ基因和ｔｆｄＡ基因在棉花体内的遗传和分离行为。结果表明,由外源基因提供给转基因的抗虫和抗除草剂性状均是由一对基因控制的显性性状,且该性状不受细胞质效应的影响,符合孟德尔遗传规律。     

利用标记基因检测转Bt基因棉种子纯度的研究

安徽农业大学植保系李长福、吴振廷、王学林等研究人员根据转Bt基因棉国抗 1号转入的外源基因中整合有GUS基因和NPTⅡ基因 ,建立了 3种种子纯度检测方法 ,即GUS组织化学染色法、NPTⅡ培养法和NPTⅡ叶片涂抹法 ,准确率达到 98% ,在检测转Bt基因棉原始群系 2 0 - 1时 ,与生物测定比较准确率同样在 98%。为此 ,这 3种方法可用转Bt基因棉扩大规模制种过程中和推广应用良种纯度的检测 ,相应方法同样适用于基因组中整合有GUS基因和NPTⅡ基因的其他转Bt基因棉的品种。不仅如此 ,还适用于携带同一Bt杀虫蛋白基因的所有转Bt基因植物。同时…     

盐碱土壤转Bt基因棉花外源蛋白表达量时空变化及对抗虫性的影响

盐碱地是潜在的可利用耕地资源,但土壤盐碱化严重制约了农业生产的可持续发展。基于棉花机械化程度低、劳动力成本和生产资料投入剧增、比较效益下降和实施粮食生产安全战略等因素影响,我国长江流域和黄河流域棉花面积锐减,种植区域向内陆盐碱旱地或滨海盐碱地转移,但目前针对盐碱地转Bt基因棉种植可能带来的生态安全性问题研究甚少,正成为国内外研究的焦点和热点。伴随着棉花向盐碱地大面积转移种植趋势,检测盐胁迫是否影响转基因抗虫棉抗虫性,明确其影响程度,直接关系到转基因抗虫棉种植的安全性,也是目前抗虫棉扩大生产中迫切需要解决的问题。以非转基因棉花为对照,分别在低盐、中盐和高盐土壤种植的棉花的苗期、蕾期和花铃期采样,室内测定了转Bt基因棉花叶片对棉铃虫幼虫校正死亡率和外源蛋白表达量。研究结果发现盐分胁迫下转Bt基因棉花苗期叶片对棉铃虫幼虫校正死亡率下降了9.22%—47.46%,蕾期下降了31.61%—45.42%,花铃期下降了3.59%—18.52%;土壤盐分显著降低了转Bt基因棉花叶片中外源蛋白的表达量,苗期功能叶外源蛋白表达量下降了7.66%—29.86%;蕾期下降了3.77%—36.85%;花铃期下降了18.13%—41.02%;相关性分析表明,盐分胁迫条件下转Bt基因棉花叶片中外源蛋白表达量与其对棉铃虫抗性程度存在正相关关系。结果表明,盐碱土壤显著降低了转Bt基因棉花叶片外源杀虫蛋白表达量,从而导致转Bt基因棉花叶片对棉铃虫的抗虫性下降。研究土壤盐分对转Bt基因棉花对棉铃虫的影响及其作用机制,可为建立盐碱地转Bt基因棉花田害虫综合防控技术体系、转Bt基因棉花环境安全评价及转Bt基因棉安全管理提供依据。     

不同抗虫遗传背景对棉花经济性状的影响

为培育高产、优质、抗病虫的棉花新品种,本实验以一组转基因抗虫棉为材料,对不同类型抗虫棉的经济性状,农艺性状,早熟性,抗红铃虫和抗黄萎病进行了研究。结果表明,转(Bt CpTI)基因抗虫杂交棉新组合667表现为高产,纤维品质优良,高抗红铃虫、耐黄萎病,综合性状好。在参试材料中,双价抗虫棉优于单价(Bt)抗虫棉;杂交抗虫棉优于常规抗虫棉。利用外源抗虫基因转导的棉花新材料为杂交亲本,可以培育出丰产优质的高抗虫的棉花新品种。     

转(Bt Cry1Ac+CP_4EPSPS)基因抗虫抗草甘膦棉花对草甘膦的耐受性研究

本研究比较了转Bt Cry1Ac+CP_4EPSPS基因抗棉铃虫抗草甘膦棉花与常规棉花在新疆棉区对草甘膦的耐受性差异。两年的研究结果表明,转Bt Cry1Ac+CP_4EPSPS基因抗棉铃虫抗草甘膦棉花对草甘膦有较好的耐受性,而对照棉花中棉所49对草甘膦耐受性较差。苗期喷施草甘膦后转基因抗棉铃虫抗草甘膦棉花生长发育没有受到影响,而对照棉花中棉所49喷施草甘膦后生长发育受到了明显的影响,个别植株甚至死亡。转Bt Cry1Ac+CP_4EPSPS基因抗棉铃虫抗草甘膦棉花株高、真叶数、蕾数、产量等指标与对照相比差异显著。转Bt Cry1Ac+CP_4EPSPS基因棉花对草甘膦的耐受程度显著高于非转基因棉花。草甘膦对转基因抗草甘膦棉花无负面影响。     

外源基因转化棉花育种研究的进展与应用

棉花作为重要的经济作物,新品种的选育和应用对于促进棉花生产至关重要。通过转基因技术将外源基因转化棉花,是棉花育种的新手段。尤其是抗逆、抗除草剂、抗虫、抗病和提高棉花品质的转基因技术研究,有助于加速棉花新品种的培育。棉花的转基因技术主要包括农杆菌介导法、基因枪轰击法和花粉管通道法。利用不同的转基因技术在棉花外源基因遗传转化的育种研究中取得了明显成效,探讨外源基因转化棉花育种研究的进展与应用,为新疆陆地棉的转基因育种研究提供重要参考。     

种植转Bt基因棉土壤中Bt蛋白的分布

采用盆栽试验结合酶联免疫法(ELISA)测定了转Bt基因抗虫棉及常规棉花不同生育期根际及非根际土壤中的Bt蛋白含量.结果表明:红壤、黄棕壤及黄褐土种植转Bt基因棉花后根际土中Bt蛋白含量显著高于非根际土,而种植常规棉花的根际土与非根际土中Bt蛋白含量差异不显著.在初蕾期转Bt基因棉根际土中的Bt蛋白含量为黄褐土＞黄棕壤＞红壤,分别为常规棉根际土的144%、121%和238%;而在盛花期为黄棕壤＞黄褐土＞红壤,分别为常规棉根际土的156%、116%和197%.无论种植转Bt基因棉还是常规棉,供试土壤的根际和非根际土中Bt蛋白含量都随棉花生育期的推进先增加后减少,在盛花期达最大值.整个生育期内,转Bt基因棉根际土中的Bt蛋白含量大于其非根际土;种植转Bt基因棉土壤中Bt蛋白含量高于常规棉,说明转Bt基因棉花的Bt蛋白可释放到根际土中.     

转Bt基因抗虫棉根际微生物区系和细菌生理群多样性的变化

在大田栽培条件下 ,以转 Bt基因抗虫棉 GK-12和常规棉花泗棉 3号作为材料 ,在棉花不同发育时期 ,于 2 0 0 1和 2 0 0 2连续两年测定棉花根际土壤细菌、放线菌和真菌数量的变化 ,并在 2 0 0 2年棉花的花铃期和吐絮期对根际细菌生理群的数量和多样性进行了分析 ,结果表明 :虽然不同年份和生育期棉花根际微生物数量存在差异 ,但是 ,年度间和相同的发育时期棉花根际微生物的数量变化趋势一致。在棉花的苗期和吐絮期 ,转 Bt基因抗虫棉根际微生物的数量与对照差异不显著 ;在棉花的花铃期 ,转 Bt基因抗虫棉根际细菌的数量比对照增加 ,放线菌的数量差异不显著 ,而真菌的数量变化没有规律。在棉花发育的花铃期和吐絮期 ,Bt棉根际细菌生理群的总数量比常规棉增加 ,但是根际细菌生理群的 Simpson指数、Shannon-Wiener指数和细菌生理群分布的均匀度下降     

不同生育期转Bt基因棉种植对根际土壤微生物的影响

 在盆栽种植条件下,比较研究了两个转Bt基因棉(Gossypium hirsutum)与对照棉对根际土壤细菌、放线菌、真菌和主要功能类群及多样性的影 响差异。结果表明：两个转Bt基因棉根际土壤均可检测到Bt蛋白,且不同转Bt基因棉根系分泌Bt蛋白量以及Bt蛋白在根际土壤中的降解率不同 。与各自对照相比,转Bt基因棉对细菌和真菌生长繁殖有促进作用,对放线菌、好气固氮菌和钾细菌数量没有显著影响。苗期和花期转Bt基因 棉均可显著提高氨化细菌、显著降低无机溶磷菌数量,花期均可显著提高好气纤维分解菌、显著降低有机溶磷菌数量,‘Bt冀668’苗期也可显 著提高好气纤维分解菌数量。转Bt基因棉根际土壤好气纤维分解菌、有机和无机溶磷菌多度发生了变化。尽管功能类群总数转Bt基因棉高于各 自对照常规棉,但群落多样性和均匀度都有所下降,优势集中性表现明显,且花期转Bt基因棉多样性参数值以及功能类群数量的变化幅度大于 苗期。     

转cry1Ac+cry2Ab基因棉与转cry1Ac+EPSPS基因棉荒地的生存竞争能力

【背景】此研究为"十二五"转基因生物新品种培育国家项目中创建新的转基因棉花品种环境安全评价技术而设。【方法】以转双价双Bt抗虫基因(cry1Ac+cry2Ab)棉和转双价抗虫、抗除草剂基因(cry1Ac+EPSPS)棉为观察品种,非转基因棉赣棉11号为对照品种,在荒地用撒播和3cm深度播种2种方式,于2011年5月～2012年3月对棉花出苗率、株高、生育进程、棉吐絮瓣数、絮瓣脱落率、自生苗等生存竞争能力进行比较,检测、评价其杂草化的风险,并探讨、验证检测技术的可行性。【结果】在荒地条件下,以2种方式播种的转cry1Ac+cry2Ab基因棉和转cry1Ac+EPSPS基因棉与非转基因棉相比,上述各项指标的竞争能力总体上未表现显著优势。【结论与意义】转cry1Ac+cry2Ab基因棉和转cry1Ac+EPSPS基因棉在荒地条件下生长无杂草化风险。同时,研究证明,在荒地自然生态条件下,可以采用撒播和3cm深度播种方法检测新的转基因棉花品种在生存竞争能力上的杂草化风险,在测评上有互为参照效应,为定性评价新的转基因棉花品种的杂草化风险提供了保障。     

Inheritance and segregation of exogenous genes in transgenic cotton

Three transgenic cotton varieties (lines) were chosen for the study of inheritance and segregation of foreign Bt (Bacillus thuringiensis toxin) andtfdA genes in cotton. The transformed cotton varieties CCRI 30 and NewCott 33B expressing the BtcryIA gene, and cotton line TFD expressing thetfdA gene were crossed with CCRI 19, CCRI 12 and Lumian 6. The results confirm inheritance and segregation of (i) the exogenous Bt gene in transgenic CCRI 30 and NewCott 33B, governing resistance to bollworm, and (ii) the exogenoustfdA gene in transgenic TFD, governing resistance to the herbicide 2,4-D. Both resistance characters were governed by a single dominant nuclear gene, and were not affected by cytoplasm. Our data support the conclusion that foreign traits encoded by single genes are inherited and expressed in Mendelian fashion in cotton. Our results also indicate that a practical backcross breeding program could be used to develop cotton cultivars combining one or more resistance traits from foreign and native gene sources.     

外源基因导入对棉花烟粉虱种群的影响

以转基因棉花和对应的常规棉花亲本为材料,探讨外源基因导入对棉花烟粉虱Bemisia tabaci(Gennadius)种群的影响。结果表明,在转基因棉花GK12、33B、SGK上,烟粉虱从卵发育到成虫羽化的历期分别为15.56、15.35和15.25 d,较对应的常规棉亲本SM3(19.38 d)、33(20.81 d)、SY321(18.76 d)分别短24.55%、26.23%、18.71%;GK12和33B棉花上烟粉虱的存活率(69.16%)分别较对应的常规棉亲本SM3(54.76%)和33(64.91%)高26.29%和12.81%,而SGK(63.21%)上烟粉虱的存活率与对应的常规棉亲本SY321(62.61%)之间差异不显著;烟粉虱在GK12(84.00)和33B(77.25)上的产卵量分别较SM3(62.25)、33(70.00)高34.93%和10.35%,但SGK和SY321之间差异不显著;在转基因棉花GK12、33B、SGK上,烟粉虱的雌雄性比分别比对应的常规棉亲本高26.71%、46.23%和19.17%。结果表明,外源基因导入后,有助于烟粉虱的发育,提高了烟粉虱的产卵量和雌雄性比,从而促进了烟粉虱种群的上升。     

转Cry1Ac活性杀虫蛋白及慈菇蛋白酶抑制剂B基因的棉花

根据植物基因的结构特征。合成了Cry1Ac活性杀虫蛋白的编码序列并与内质网定位肽编码序列组成嵌合杀虫蛋白基因Bt29K。构建了含Bt29K基因及慈菇蛋白酶抑制剂B（API-B）基因表达框的双抗虫基因植物表达载体。通过根癌土壤杆菌（Agrobacterium trmefaciens(Smith et TOwnsend)ConnLBA4404)介导转化了棉花（Gossypium hirsu-tunL.)的两个生产品种（系）。根据抗棉铃虫（Heliothis armigera)试验及农艺性状的观察调查结果。经6代筛选,获得了抗棉铃虫90.0%_99.7%且农艺性状优良的9个双价抗虫棉纯合品系。分子生物学分析结果表明,两个抗虫基因在棉花基因组中的插入拷贝数为1个或2个,活性Cry1Ac和API-B蛋白在转基因抗虫棉株系中的表达量分别约占总可溶性蛋白的0.17%和0.09%。对双抗纯合系植株及仅转Bt基因的棉花纯合系抗虫性检测结果表明前者的抗虫性明显高于后者,因此推断本研究采用的双抗虫基因表达载体构建策略是合理的。     

转Bt基因棉花及其受体品种主要挥发性物质的测定

应用顶空进样气质联机系统（Headspace-GC-MS)测定了转Bt基因棉花及其对照亲本主要挥发性物质。结果表明棉花营养器官和繁殖器官的主要挥发性物质的差异,棉花植株现蕾期前,叶片中挥发性物质以α-蒎烯为主,而现蕾后,蕾、花和铃中主要以β-月桂烯为主。研究初步发现,外源Bt杀虫蛋白表达对棉花自身主要挥发性物质的合成不会造成不利影响。     

转Cry1Ac活性杀虫蛋白及慈菇蛋白酶抑制剂B基因的棉花

根据植物基因的结构特征,合成了CrylAc活性杀虫蛋白的编码序列并与内质网定位肽编码序列组成嵌合杀虫蛋白基因Bt29K.构建了含Bt29K基因及慈菇蛋白酶抑制剂B(API-B)基因表达框的双抗虫基因植物表达载体.通过根癌土壤杆菌(Agrobacteriumtumefaciens(Smith et Townsend)Conn LBA4404)介导转化了棉花(Gossypium hirsu-tun L.)的两个生产品种(系).根据抗棉铃虫(Heliothis armigera)试验及农艺性状的观察调查结果,经6代筛选,获得了抗棉铃虫90.0%～99.7%且农艺性状优良的9个双价抗虫棉纯合品系.分子生物学分析结果表明,两个抗虫基因在棉花基因组中的插入拷贝数为1个或2个.活性Cry1Ac和API-B蛋白在转基因抗虫棉株系中的表达量分别约占总可溶性蛋白的0.17%和0.09%.对双抗纯合系植株及仅转Bt基因的棉花纯合系抗虫性检测结果表明前者的抗虫性明显高于后者,因此推断本研究采用的双抗虫基因表达载体构建策略是合理的.     

转基因抗虫棉Bt基因不同剂量的聚合与抗虫性表现

通过有性杂交手段培育出聚有不同数目Bt基因的植株,在不同生育期进行抗虫性测定和Bt毒蛋白表达的ELISA检测,旨在揭示聚合不同数目Bt基因的植株抗虫性的互作表达机理。聚合有1－4个Bt基因的植株在整个生育期的抗虫性、毒蛋白表达特性和单价抗虫棉时空表达一致,生育前期抗虫性好、毒蛋白表达量高;生育中、后期抗虫性有所下降,毒蛋白表达量降低。聚合有4个Bt基因的纯合材料并未因Bt基因的增加而起到抗性增强的效果,相反还因同源抑制而有所降低。不同来源的Bt基因处于杂合状态时其抗虫性和Bt毒蛋白量均得到充分表达。     

转新型双抗虫基因棉花的遗传分析

首次用含合成的BtCrylAc活性杀虫蛋白嵌合基因及慈菇蛋白酶抑制剂B(API-B)基因表达框的双抗虫基因植物表达载体,通过土壤根癌杆菌介导转化棉花品种冀合321,获得一批抗虫的转化再生棉花植株。利用叶片涂抹卡那霉素、叶片离体养虫和PCR扩增等检测方法对6个不同转双抗虫基因株系的抗虫性进行遗传分析。结果显示,转化株系自交的T1抗虫性状遗传较为复杂;农杆菌介导获得的转基因抗虫棉在早期世代不易选到纯合系,但是随着对抗虫性状进行单向选择,到T4和T5就能获得抗虫纯合系。利用抗虫性稳定的转化后代材料和转化受体进行田间杂交,发现F2抗虫性分离完全符合一对或两对显性基因的分离规律,并证明了DR248和DR193两个材料为外源基因双拷贝插入。转化株系的Southern杂交也证明了上述结果。     

Effect of pyramiding Bt and CpTI genes on resistance of cotton to Helicoverpa armigera (Lepidoptera: Noctuidae) under laboratory and field conditions

Transgenic cotton (Cossypium hirsutum L.) varieties, adapted to China, have been bred that express two genes for resistance to insects, the CrylAc gene from Bacillus thuringiensis (Berliner) (Bt), and a trypsin inhibitor gene from cowpea (CpTI). Effectiveness of the double gene modification in conferring resistance to cotton bollworm, Helicoverpa armigera (Hübner) (Lepidoptera: Noctuidae), was studied in laboratory and field experiments. In each experiment, performance of Bt+CpTI cotton was compared with Bt cotton and to a conventional nontransgenic variety. Larval survival was lower on both types of transgenic variety, compared with the conventional cotton. Survival of first-, second-, and third-stage larvae was lower on Bt+CpTI cotton than on Bt cotton. Plant structures differed in level of resistance, and these differences were similar on Bt and Bt + CpTI cotton. Likewise, seasonal trends in level of resistance in different plant structures were similar in Bt and Bt+CpTI cotton. Both types of transgenic cotton interfered with development of sixth-stage larvae to adults, and no offspring was produced by H. armigera that fed on Bt or Bt+CpTI cotton from the sixth stage onward. First-, second-, and third-stage larvae spent significantly less time feeding on transgenic cotton than on conventional cotton, and the reduction in feeding time was significantly greater on Bt+CpTI cotton than on Bt cotton. Food conversion efficiency was lower on transgenic varieties than on conventional cotton, but there was no significant difference between Bt and Bt+CpTI cotton. In 3-yr field experimentation, bollworm densities were greatly suppressed on transgenic as compared with conventional cotton, but no significant differences between Bt and Bt+CpTI cotton were found. Overall, the results from laboratory work indicate that introduction of the CpTI gene in Bt cotton raises some components of resistance in cotton against H. armigera, but enhanced control of H. armigera under field conditions, due to expression of the CpTI gene, was not demonstrated.     

棉铃虫对转Bt基因棉的抗性筛选及遗传方式的研究

通过室内筛选获得了棉铃虫Helicoverpa armigera (Hübner)对转Bt基因棉的抗性种群,并在此基础上进行了抗性遗传方式的研究。试验结果表明：经16代筛选,棉铃虫对转Bt基因棉的抗性倍数上升到43.3倍。筛选过程中,棉铃虫7日龄幼虫的体重和成虫羽化率变化明显,被选为确定筛选剂量的标准。敏感与抗性棉铃虫杂交,正交、反交的显性度都小于0、杂交过程中雌雄性比基本接近1∶1、假设抗性基因为单基因时的χ²值较低,因此,初步认为棉铃虫对转Bt基因棉的抗性是常染色体单基因控制的不完全隐性遗传。