农杆菌介导抗储粮害虫转基因小麦(Triticum aestivum L.)的获得及分析

以本实验室选育的小麦优良品系的胚性愈伤组织为材料,采用农杆菌介导将抗虫基因豇豆胰蛋白酶抑制剂基因CpTI转入小麦培养细胞,经筛选获得抗卡那霉素的愈伤组织并再生植株。经PCR和实时PCR检测、PCR-Southern和Southernblot验证,确定了3株独立再生植株为含有CpTI的转基因植株。农杆菌菌浓度、侵染时间及转化处理方式对小麦转化率均有明显影响。3株转基因植株正常可育并结籽,形成转基因株系。外源基因在转基因植株T1代中的分离呈多样性,部分株系(转基因株系T-Ⅰ、T-Ⅲ)表现出孟德尔遗传规律。抗虫试验表明,3株转基因植株T2代籽粒对储粮害虫麦蛾具有一定的抗性,转基因株系T-Ⅰ、T-Ⅱ、T-Ⅲ及非转基因植株的T2代籽粒虫蛀率分别为19·8%、21·9%、32·9%和58·3%。转基因植株T1代群体农艺性状调查显示,3个株系具有良好的农艺性状,为小麦的遗传改良提供了新的种质抗虫材料。     

无选择标记和载体骨干序列的Xa21转基因水稻的获得

利用双右边界T-DNA载体通过根癌农杆菌介导法将水稻白叶枯病广谱抗性基因Xa21导入杂交稻重要恢复系C418中。T₀代共获得27个独立转基因株系,通过田间抗性鉴定与PCR分析,有17个株系的Xa21基因分子鉴定为阳性,且对白叶枯病原菌P6生理小种具有抗性。通过对17个株系的后代植株进行田间抗性鉴定,分子标记辅助选择及Southern杂交分析,结果显示4个株系的T₁代植株中能分离出无潮霉素标记基因的Xa21转基因植株。无选择标记Xa21转基因株系的获得率为15%。PCR检测还表明,这些无选择标记的Xa21转基因植株不带有载体骨架序列。通过对转基因后代进一步的抗性鉴定与PCR辅助选择,获得了无选择标记和载体骨架序列的转基因Xa21纯合的抗白叶枯病水稻。     

农杆菌介导的半夏凝集素基因(Pinellia Ternate Agglutinin Gene,pta)对小麦的遗传转化及鉴定

以甘肃主要推广春小麦品种陇春22幼胚为转基因受体材料,建立了农杆菌介导的小麦遗传转化体系。以预培养4天的幼胚愈伤组织为受体,C58c1农杆菌菌株为供体,将含有半夏凝集素基因的重组质粒pBIpta转入了小麦,经G418 25 mg/L抗性筛选、PCR检测和荧光定量PCR检测共获得转基因植株3株,外源基因的插入拷贝数分别为2、1、3。同时对转基因小麦的T₁代植株进行了PCR检测和抗虫性分析,表明半夏凝集素基因在转基因植株的后代中得到了遗传并有一定的抗蚜虫作用。     

通过构建三段T-DNA载体高频率获得无标记转基因大豆植株的研究

高频率获得无选择标记转基因植株有利于转基因植物的环境释放和安全性生产,农杆菌介导的共转化法是获得无标记转基因植株的方法之一。含二段T-DNA载体的共转化法已被人们成功应用,而二段以上T-DNA载体的共转化法还未见报道。基于这一目的,通过几个中间质粒构建了含有三段T-DNA的双元表达载体pNB35SVIP1,其中包含1个拷贝bar基因选择标记基因表达盒和2个拷贝VIP1目的基因表达盒。利用EHA101农杆菌菌系介导法转化大豆子叶节,经过在含3～5mg/L glufosinate培养基上多次筛选,获得了一定数量抗性再生植株,然后对抗性再生植株进行叶片涂抹除草剂、Southern blot和Northern blot检测,共鉴定出51棵T₀代转基因植株,转化频率0.83%～3.16%,二个基因的共转化频率为86.4%。在对T₁代群体进行叶片涂抹除草剂检测的基础上,不抗除草剂植株进行PCR、Southern blot和Northern blot检测,共鉴定出41棵无选择标记转基因植株,无标记植株获得率为7.6%。检测结果还表明,T₁代群体中22.7%的株系发生了基因丢失现象,27.3%的株系发生了bar基因沉默现象,目的基因在37.1%的无标记植株中发生了沉默现象。三段T-DNA的双元表达载体是获得无标记转基因植株的理想途径     

以花药愈伤组织为受体的水稻转化和RNA干扰研究

在优化花培诱导培养基成分的基础上, 通过延长花药愈伤组织在诱导培养基上培养的时间和降低共培养过程中农杆菌浓度等, 成功地建立了以花药愈伤组织为受体的农杆菌转化体系. 并将白叶枯菌抗性基因Xa21作为该体系的模式基因导入到多个粳稻品种的花药愈伤组织中, 共得到了145个独立的转基因株系. 分子检测和田间抗性检测发现其中的140个株系的基因组含有外源的Xa21基因, 包括单倍体45株、二倍体87株和混倍体植株8株. 根据后代性状分离比和染色体的FISH分析可以确定, 在87个二倍体植株中有15株为纯合的加倍单倍体转基因植株; 再加上田间自然加倍和由秋水仙碱处理单倍体所获得的28株加倍单倍体, 共得到了43个纯合的加倍单倍体转基因株系. 还将该转化体系用于反向遗传学的研究. 一个在植物体内能转录产生双链RNA(double strand RNA, dsRNA)发夹结构的质粒pZ2RNAi被导入到水稻单倍体基因组中, 该dsRNA的靶目标是水稻的OsMADS2基因的转录物, 结果表明, 在转pZ2RNAi的单倍体水稻中, 靶基因OsMADS2的表达被特异地抑制, 并导致花器官形态的明显改变. 因此, 单倍体转化体系与RNAi技术相结合有可能成为在水稻和其他植物中功能基因组研究的一个新途径.     

转反义trxs基因小麦株系00T89分子鉴定及抗穗发芽特性研究

以皖麦48为受体导入反义trxs基因已获得00T89第4代（T₄）转基因株系,对其进行反义基因的PCR鉴定、相对定量RT-PCR基因表达检测以及抗穗发芽特性研究。结果表明,18个T₄代转基因株系中,13个株系目的基因检测呈阳性;成熟期籽粒萌发过程中,8个株系转录水平上mRNA丰度极显著降低（P<0.01）,mRNA丰度与穗发芽指标呈显著和极显著的相关性（r=0.7181）。其中6个株系在开花后30d至成熟后10d表现出明显的抗穗发芽特性。与非转基因对照相比,平均穗开始发芽时间推迟2.7d（P<0.01）,穗粒发芽率和穗发芽度分别降低35.5%（P<0.01）和47.5%（P<0.01）,成熟后25d这些株系又逐渐恢复发芽特性,无显著差异（P>0.05）。     

RNAi介导的OsBTF3基因沉默及其对水稻籽粒相关性状的影响

为了创制OsBTF3基因沉默的水稻植株、验证该基因在水稻籽粒相关性状中的功能、评价其在水稻遗传改良中潜在的应用价值,设计和合成OsBTF3基因序列的引物、扩增部分基因片段,构建RNAi基因沉默载体、通过农杆菌介导转化愈伤组织、植株再生、潮霉素抗性筛选和PCR验证、定量分析OsBTF3基因表达量,测定转基因水稻籽粒相关性状。结果表明,成功地获得了20个T1代OsBTF3-RNAi转基因株系,OsBTF3基因表达量得到显著的抑制和干扰,抑制效果平均达到85%;与野生型对照株相比,5个所测定RNAi转基因株系的穗长、穗粒数、千粒重和穗粒重等籽粒相关性状明显地减小或降低。因此,RNAi介导的基因沉默导致了OsBTF3基因表达水平抑制以及在籽粒性状中的功能缺失;OsBTF3可能是一个调控水稻籽粒相关性状重要的功能基因。     

转cry1Ab基因抗虫水稻的田间试验

采用农杆菌介导的遗传转化技术, 将Bt基因cry1Ab导入三系恢复系明恢63获得了一批抗虫性及农艺性状较好的转基因纯合株系。研究中, 进一步检测了这些纯合株系的拷贝数、Bt蛋白含量、抗虫性及主要农艺性状。结果显示: 5个转基因纯合株系均为单拷贝; 纯合株系T_1Ab-10及其杂种的Bt蛋白含量最高; 人工接虫和自然感虫试验中, T_1Ab-10对二化螟、三化螟和稻纵卷叶螟均表现高度抗性; 喷药试验中, 阳性植株与阴性植株、对照植株的主要农艺性状均没有显著差异。这说明转cry1Ab基因纯合株系T_1Ab-10具商品化潜力, 可作基因聚合材料。     

经基因工程改良的抗白叶枯病水稻粳型恢复系“C418-Xa21”及其杂交稻

通过农杆菌介导的转化系统,将业已克隆的水稻抗白叶枯病基因Xa21导入重要的粳型杂交稻恢复系“C418”。PCR和抗性分析表明单拷贝整合的Xa21在T₁代的分离比为3∶1。在T₂代通过PCR和抗性分析选择了Xa21纯合的转基因株系“C41-Xa21”。将选择的转基因纯合系“C418-Xa21”与常用的雄性不育系“屉锦A”杂交,产生了带有转基因Xa21的杂交稻“屉优41-Xa21”(简称转基因杂交稻)。分子分析表明转基因Xa21在杂交稻“屉优418-Xa21”中能稳定遗传;抗性分析表明转基因恢复系“C418-Xa21”和转基因杂交稻“屉优418-Xa21”对白叶枯病具有高度的广谱抗性,并保持了受体对照的优良农艺性状。另外我们还发现转基因杂交稻“屉优418-Xa21”对白叶枯病的抗性水平高于转基因恢复系“C418-Xa21”,这可能是遗传背景的差异所致。抗白叶枯病转基因粳型恢复系和杂交稻的育成将有益于杂交稻在我国北方稻区的推广。     

cry3A和vhb基因在转基因马铃薯中的表达

分别构建了含cry3A和cry3A+vhb基因的植物表达载体pBCry3A和pBC₃Vhb,并通过根癌农杆菌介导转化了马铃薯. 对转化再生植株进行PCR和DNA印迹分析表明,外源基因已整合到马铃薯基因组中, 且连续三代无性繁殖后转基因仍存在. ELISA分析表明cry3A基因在转基因植株中得到了高效表达, 在单转cry3A植株中最高表达量达0.1%, 转cry3A与vhb双基因株系中为0.065%. 水涝试验显示,转双基因且vhb mRNA的RT-PCR呈阳性的马铃薯植株,对低氧胁迫有较好的耐受性, 表明获得的上述转双基因马铃薯株系可能会具有很好的抗虫和耐涝性能.