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。     

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。     

小麦抗白粉病相关基因的转化

利用玉米花青素苷合成调节基因C1-Lc作为报告基因, 通过瞬间表达后愈伤组织表面红色斑点的统计分析, 优化了小麦幼胚愈伤组织的基因枪转化参数。小麦Beclin1类似基因TaTBL和硫代硫酸硫转移酶基因TaTST是2个在白粉菌诱导条件下具有增强表达特性的抗病相关基因。本实验进一步利用基因枪将ubi强启动子控制下的2个基因导入到小麦品种扬麦158的幼胚愈伤组织细胞中, 使用除草剂经两轮选择培养基上的筛选和再生获得抗性植株, 进一步通过抗性植株的PCR分析获得转TaTBL基因植株5株, 转TaTST基因植株6株。转基因植株离体叶片的人工接种实验表明, 外源基因的导入不同程度上增强了植株的白粉病抗性, 表现为延缓了白粉菌的发育。利用玉米花青素苷合成调节基因C1-Lc作为报告基因,通过瞬间表达后愈伤组织表面红色斑点的统计分析,优化了小麦幼胚愈伤组织的基因枪转化参数。小麦Beclin1类似基因TaTBL和硫代硫酸硫转移酶基因TaTST是两个在白粉菌诱导条件下具有增强表达特性的抗病相关基因。本实验进一步利用基因枪将ubi强启动子控制下的两个基因导入到小麦品种扬麦158的幼胚愈伤组织细胞中,使用除草剂经两轮选择培养基上的筛选和再生获得抗性植株,进一步通过抗性植株的PCR分析获得转TaTBL基因植株5株,转TaTST基因植株6株。转基因植株离体叶片的人工接种实验表明,外源基因的导入不同程度上增强了植株的白粉病抗性,表现为延缓了白粉菌的发育。     

小麦愈伤组织的悬浮培养

京冬1号、科冬58等十多个品种小麦的幼穗、幼胚的愈伤组织经一年多的继代培养,从中挑选出胚性强,分散性好的组织块进行扩增。在这个过程中我们发现不同品种在同一培养基上培养形成胚性愈伤组织的效量和时间是不同的。AgNO_3、弱散射光和脯氨酸对某些品种形成胚性愈伤组织有效。这说明改变培养条件能克服品种问的差异。用 MS、改良 AA、B_5等培养基作为基本培养基,附加2,4-D,椰乳等成份进行悬浮培养发现不同品种愈伤组织对不     

超声波辅助农杆菌介导CP基因转化番木瓜(Carioca papaya L.)的有效方法

本研究探索了通过农杆菌介导,超声波辅助处理,转化番木瓜胚性愈伤组织,获得转基因植株的有效方法.分别将含有日本PLDMV外壳蛋白基因(PTi-Epj-TL-PLDMV)和含有台湾PRSV菌株、美国夏威夷PRSV菌株、泰国PRSV菌株及日本PLDMV菌株的多元外壳蛋白基因编码序列(PTi-NP-YKT)插入双元载体质粒pGA482G,借助于农杆菌系LBA4404将双元载体上的外壳蛋白基因和新霉素磷酸转移酶基因(nptⅡ)转移到番木瓜品种Sunset的胚性愈伤组织中,从而获得抗卡那霉素的转化再生植株.试验着重在转化方法上进行探索.结果表明,农杆菌过夜培养后,用高渗透压培养液(1/2 MS+6%蔗糖+1%葡萄糖,pH 5.7)调整至光密度OD600nm=0.15-0.20,然后用该菌液感染材料30min,其间辅以超声波处理,可以大大提高转化效率.用15m1无菌离心管装载胚性愈伤材料进行15s的超声波处理,在80块被转化的胚性愈伤中获得21个CP基因G转化系(26.3%),而在对照处理64块胚性愈伤中仅获得1个转化系(1.6%);在经过15s的超声波处理48块被转化的胚性愈伤中获得8个CP基因B转化系(16.7%),而在对照处理25块胚性愈伤中未出现转化系.上述操作方法用在两种CP基因转化上均表现出相似的效果.试验还表明120mg/L是卡那霉素抗性筛选的最佳浓度.抗性筛选9个月后,在421块胚性愈伤组织中产生了42个抗卡那霉素的转化系.所获得的转基因植株分别用PCR和Southern印迹杂交进行了鉴定.     

紫花苜蓿UFO基因克隆及转化

紫花苜蓿(Medicago sativa L.)是多年生豆科牧草。为研究UFO(Unusual Floral Organs)基因相关功能,以紫花苜蓿中苜1号为试验材料,利用PCR技术在紫花苜蓿中克隆出UFO基因。通过DNA重组技术成功构建3302-3flag-UFO植物表达载体,利用农杆菌介导法对紫花苜蓿进行转基因操作,最终获得转基因紫花苜蓿。试验中激素浓度配比与植物表达载体的改良,提高了紫花苜蓿转基因过程中的转化率,而激素种类与配比则影响抗性愈伤的形成与愈伤组织的玻璃化程度。本试验共获得67个抗性愈伤,最终有56个分化成幼嫩紫花苜蓿转基因植株,炼苗入土获得17株转基因植株。遗传转化过程中获得的转基因植株为进一步研究UFO基因功能提供材料。     

普通小麦品种Alondra's遗传转化体系的建立

小麦(Triticum aestivum)幼胚愈伤组织的诱导和分化再生有高度依赖基因型特征。为了建立和优化Alondra’s的高效再生及遗传转化体系, 为小麦遗传转化提供更多的受体基因型, 以Alondra’s的幼胚为外植体, 研究了培养基种类、不同激素配比等对其幼胚愈伤组织诱导及再生的影响。结果表明, 在使用N₆培养基时, 添加3 mg·L^–1的2,4-D并附加1 000 mg·L^–1的CH对愈伤组织的诱导效果较好; 添加4 mg·L^–1的ZT、不附加IAA对愈伤组织的分化效果最好。通过构建植物表达载体pCAMBIA1301-220.6, 利用基因枪法将HYG基因导入Alondra’s幼胚愈伤组织中, 以建立Alondra’s的高效遗传转化体系。结果在含100 mg·L^–1潮霉素的选择培养基上进行筛选、分化, 获得了30棵抗性植株。经PCR检测, 其中5株为阳性转基因植株, 转化率为0.5%。Alondra's遗传转化体系的建立丰富了小麦遗传转化的基因型, 为小麦品种的转基因改良和在不同背景下研究基因的功能奠定了良好的基础。     

利用基因枪法将Tagsk1基因导入敏盐小麦成熟胚愈伤组织提高其耐盐性的研究

以Tagsk1(TriticumasetiumL.glycogen synthase kinase1)基因的cDNA的碱基序列为基础,设计特异引物由小麦耐盐突变体RH8706-49基因组DNA进行扩增后,得到来自于基因组的Tagsk1基因。采用基因枪法,利用携带该基因的双元表达载体pBI121-gsk1转化敏盐小麦H8706-34和中国春的成熟胚愈伤组织,经Kanamycin和0.5%NaCl筛选获得耐盐愈伤组织。这些被转化的愈伤组织表现出较高的耐盐性,并且能够在含盐培养基上进一步分化出根和芽。     

普通小麦品种Alondra＇s遗传转化体系的建立

小麦（Triticum aestivum）幼胚愈伤组织的诱导和分化再生有高度依赖基因型特征。为了建立和优化Alondra’s的高效再生及遗传转化体系,为小麦遗传转化提供更多的受体基因型,以Alondra’s的幼胚为外植体,研究了培养基种类、不同激素配比等对其幼胚愈伤组织诱导及再生的影响。结果表明,在使用N6培养基时,添加3mg·L^-1的2,4-D并附加1000mg·L^-1的CH对愈伤组织的诱导效果较好;添加4mg·L^-1的ZT、不附加IAA对愈伤组织的分化效果最好。通过构建植物表达载体pCAMBIA1301-220.6,利用基因枪法将HYG基因导入Alondra’s幼胚愈伤组织中,以建立Alondra’s的高效遗传转化体系。结果在含100mg·L^-1潮霉素的选择培养基上进行筛选、分化,获得了30棵抗性植株。经PCR检测,其中5株为阳性转基因植株,转化率为0.5%。Alondra＇s遗传转化体系的建立丰富了小麦遗传转化的基因型,为小麦品种的转基因改良和在不同背景下研究基因的功能奠定了良好的基础。     

转苏云金杆菌毒蛋白基因玉米植株的获得及其抗虫性分析

玉米( Zea mays L.)转化成功与否与基因型密切相关.在转化过程中,除少数模式品种能够形成再生频率较高且易转化的Ⅱ型愈伤组织外,大多数栽培品种往往只能够形成再生频率较低且不易转化的Ⅰ型愈伤组织.因此探索Ⅰ型愈伤组织的诱导及其转化条件,提高转化效率,对直接改良玉米优良自交系具有重要意义.应用基因枪转化技术将苏云金杆菌( Bacillus thuringiensis ) cry1Ac3基因导入玉米优良自交系E28及340的Ⅰ型胚性愈伤组织中,经过膦丝菌素(PPT)或潮霉素(HygB)筛选,获得了再生植株.经PCR检测、Southern blot分析及Bt毒蛋白ELISA检测证实,外源基因已整合到玉米基因组中,并已获得表达.抗虫性分析结果表明,部分转基因玉米植株对玉米螟虫有较强的抗性.还比较了PPT和HygB两种筛选剂的筛选效果,表明PPT筛选的抗性愈伤组织的再生频率要高于HygB筛选的再生频率.     

转PvPGIP2基因小麦的获得与纹枯病抗性鉴定

多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)是一种植物防卫蛋白,可阻止一些病原真菌的侵害。本研究克隆出扁豆PvP-GIP2基因编码序列,构建了受玉米泛素(ubiquitin)启动子控制的PvPGIP2基因表达载体pA25-PvPGIP2;采用基因枪法将pA25-PvPGIP2转化小麦推广品种扬麦18幼胚愈伤组织4000块,获得了203株再生植株。PCR检测出阳性植株65株,转化率为1.625%。对转PvPGIP2基因小麦T1～T2植株,进行外源基因的PCR、RT-PCR、荧光定量RT-PCR(Q-RT-PCR)分析和小麦纹枯病抗性鉴定。结果表明,转入的PvPGIP2能够在转基因小麦中遗传、转录与表达;PvPGIP2基因的表达提高了转基因植株对小麦纹枯病的抗性。     

水稻OsBP-73基因表达需要其内含子参与

该实验室以前的研究表明,水稻OsBP-73基因含有2个外显子和1个长度为2 471 bp的内含子.该文报告用OsBP-73基因ATG翻译起始密码子(在第1外显子中)上游序列(1- 818～ 215)与GUS基因构成嵌合质粒pRSSl,将该质粒转化水稻后,在抗性愈伤组织和转基因植株中未能检测到GUS基因的表达.只有用含有完整的内含子及其上游序列(1 818～ 2 844)与GUS基因构成嵌合质粒(p13GNF)时,才能在p13GNF的转基因抗性愈伤组织和植株中检测到GUS基因的表达.实验还证明,单是内含子序列并不能驱动GUS基因在转基因水稻中表达.由此推测:OsBP-73基因的启动子序列驱动基因表达时,需要基因内含子的参与.     

诱导小麦-天兰偃麦草-黑麦三属杂种花粉植株的研究

以法国六倍体小黑麦为母本,分别与普通小麦(Triticum aestivum)和天兰偃麦草(Elytrigia intermedia of Agropyron glaucum)的杂交后代中的中间类型3号和5号杂交。由此获得的三属杂种F_1性状介于亲本之间,兼有三属亲本类型的特征,呈中间类型。用马铃薯-Ⅱ培养基培养三属杂种F_1的花药,诱导花粉愈伤组织。将所获得的愈伤组织转入190-2培养基进行分化,已成功地诱导出一批三属间杂种花粉植株,并用Giemsa显带技术鉴定花粉植株的染色体组组成。     

超声波辅助农杆菌介导CP基因转化番小瓜(Carioca papaya L.)的有效方法

本研究探索了通过农杆菌介导,超声波辅助处理,转化番木瓜胚性愈伤组织,获得转基因植株的有效方法。分别将含有日本PLDMV 外壳蛋白基因(PTi-Epj-TL-PLDMV)和含有台湾PRSV 菌株、美国夏威夷PRSV 菌株、泰国PRSV 菌株及日本PLDMV 菌株的多元外壳蛋白基因编码序列(PTi-NP-YKT)插入双元载体质粒pGA482G,借助于农杆菌系LBA4404将双元载体上的外壳蛋白基因和新霉素磷酸转移酶基因(nptⅡ)转移到番木瓜品种Sunset 的胚性愈伤组织中,从而获得抗卡那霉素的转化再生植株。试验着重在转化方法上进行探索。结果表明,农杆菌过夜培养后,用高渗透压培养液(1/2 MS 6%蔗糖 1%葡萄糖,pH 5.7)调整至光密度OD_(600(?)m)=0.15-0.20,然后用该菌液感染材料30min,其间辅以超声波处理,可以大大提高转化效率。用15ml 无菌离心管装载胚性愈伤材料进行15s 的超声波处理,在80块被转化的胚性愈伤中获得21个CP 基因G 转化系(26.3%),而在对照处理64块胚性愈伤中仅获得1个转化系(1.6%);在经过15s 的超声波处理48块被转化的胚性愈伤中获得8个CP 基因B 转化系(16.7%),而在对照处理25块胚性愈伤中未出现转化系。上述操作方法用在两种CP 基因转化上均表现出相似的效果。试验还表明:120mg/L 是卡那霉素抗性筛选的最佳浓度。抗性筛选9个月后,在421块胚性愈伤组织中产生了42个抗卡那霉素的转化系。所获得的转基因植株分别用PCR 和Southern 印迹杂交进行了鉴定。     

超声波辅助农杆菌介导CP基因转化番木瓜（Carioca papaya L.）的有效方法

本研究探索了通过农杆菌介导,超声波辅助处理,转化番木瓜胚性愈伤组织,获得转基因植株的有效方法。分别将含有日本PLDMV外壳蛋白基因(PTi-Epj-TL-PLDMV)和含有台湾PRSV菌株、美国夏威夷PRSV菌株、泰国PRSV菌株及日本PLDMV菌株的多元外壳蛋白基因编码序列(PT—NP—YKT)插入双元栽体质粒pGA482G,借助于农杆菌系LBA4404将双元载体上的外壳蛋白基因和新霉素磷酸转移酶基因(nptⅡ)转移到番木瓜品种Sunset的胚性愈伤组织中,从而获得抗卡那霉素的转化再生植株。试验着重在转化方法上进行探索。结果表明,农杆菌过夜培养后,用高渗透压培养液(1／2MS 6％蔗糖 1％葡萄糖,pH5．7)调整至光密度OD600nm=15-0．20,然后用该菌液感染材料30min,其间辅以超声波处理,可以大大提高转化效率。用15ml无菌离心管装载胚性愈伤材料进行15s的超声波处理,在80块被转化的胚性愈伤中获得21个CP基因G转化系(26．3％),而在对照处理64块胚性愈伤中仅获得1个转化系(1．6％);在经过15s的超声波处理48块被转化的胚性愈伤中获得8个CP基因B转化系(16．7％),而在对照处理25块胚性愈伤中未出现转化系。上述操作方法用在两种CP基因转化上均表现出相似的效果。试验还表明：120mg／L是卡那霉素抗性筛选的最佳浓度。抗性筛选9个月后,在421块胚性愈伤组织中产生了42个抗卡那霉素的转化系。所获得的转基因植株分别用PCR和Southern印迹杂交进行了鉴定。     

水稻受盐抑制基因OsZFP1的转基因分析

OsZFP1(水稻锌指蛋白1)基因编码的蛋白含有3个推测的Cys2/Cys2-型锌指结构域,它的表达受盐胁迫负调控.构建了以35S为启动子的OsZFP1基因的植物表达载体,并将其转入拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)植物和水稻(Oryza sativa L.)愈伤组织中以过量表达OsZFP1基因.转基因的拟南芥植株和水稻愈伤组织对盐处理的敏感性都比野生型要高.这一结果表明OsZFP1基因可能编码一种负调控蛋白,它可能抑制某些盐诱导基因的表达.在ABA处理下,转基因拟南芥植株比野生型植株抽苔晚,说明OsZFP1基因的作用可能受ABA调节.     

转AtNHX1基因玉米的产生及其耐盐性分析

以玉米(Zea mays L.)骨干自交系DH4866、齐319和鲁原16106的胚性愈伤组织为材料,采用农杆菌介导法将AtNHX1和hpt因转入玉米培养细胞,经筛选获得了抗潮霉素的愈伤组织并再生植株.经PCR检测和Southernblot验证,确定了22.8%的再生植株为转基因植株.农杆菌液浓度、愈伤组织基因型及共培养时间对转化率均有明显影响.外源基因在转基因植株后代中的分离呈多样性,在部分株系中表现出孟德尔遗传规律.耐盐筛选表明,一些转基因植株及其后代具有很好的耐盐性,部分株系可在0.8%-1.0%NaCl溶液浇灌下萌发和生长.Northern杂交表明,植株耐盐性提高与AtNHX1基因的转录水平相一致.     

根癌农杆菌介导转化水稻成熟胚及转Metr基因植株的获得

以粳稻品种广陵香糯为材料,用携带有双元载体pBB的根癌农杆菌EHA105为载体,研究了根癌农杆菌介导转化粳稻成熟胚愈伤组织的几个影响因素,建立了合适的粳稻成熟胚愈伤组织转化系统。一种基于MS为基本培养基的商品培养基(HRM)较适合于作为粳稻成熟胚愈伤组织诱导培养基,合适的愈伤组织诱导培养天数为7~8 d,合适的筛选培养基为CC培养基。在此基础上,将Metr基因导入粳稻品种广陵香糯中,获得了一批转基因水稻植株,PCR分析表明外源基因已经整合进了水稻的基因组中。部分转基因植株后代遗传分析表明外源基因的分离符合3∶1的理论比例。     

农杆菌介导的单子叶植物早熟禾的转化

利用种子和胚分别在两种培养基K3和K5诱导产生了早熟禾(Poa pratensis L.)一个品种Mado的胚性愈伤组织.K3培养基含有10.0μmol/L的二氯苯氧乙酸(2,4-D)、0.5μmol/L的苄氨基嘌呤(BAP).K5培养基是K3另加0.5μmol/L的硫酸铜.光照条件为20～30 μmol.m-2.s、16 h光照、8 h黑暗.温度保持在24℃.用携有bar基因和gus基因的pDM805质粒转化的农杆菌AGL1对胚性愈伤组织进行转化.共得到4个转基因株系.影响转基因效率的主要因素有愈伤组织的胚性、光照条件、共转化时间、抗生素浓度、选择压力.本研究建立了单子叶早熟禾农杆菌介导的转基因方案.     

农杆菌介导的转谷氨酰胺合成酶基因小麦的抗除草剂特性研究

 谷氨酰胺合成酶（Glutamine synthetase,GS,E.C. 6.3.1.2）是植物氨同化过程中的关键酶,对植物的氮素吸收和代谢起着至关重要的作用。谷氨酰胺合成酶还是除草剂草胺膦(Phosphinothricin　(PPT)或Basta)的靶标酶。前期工作已从我国特有的豌豆(Pisum satium)品种中克隆了细胞质型谷氨酰胺合成酶（GS1）cDNA和叶绿体型谷氨酰胺合成酶（GS2）cDNA。为了验证谷氨酰胺合成酶的功能,构建了同时含有GS1 cDNA和GS2 cDNA的植物表达载体p2GS。以该表达载体通过农杆菌介导法,转化小麦(Triticum aestivum)的未成熟胚愈伤组织,经PPT筛选及分化再生培养,获得了抗PPT的转基因小麦植株41株。PCR和基因组Southern 杂交分析证实了GS1 和GS2基因已经整合到转基因小麦的基因组。用除草剂草胺膦Basta溶液涂抹转p2GS小麦叶片,结果证明GS转基因植株可以抗高达0.3%的 Basta溶液,而对照植株叶片逐渐变黄直至枯死。转基因小麦植株能正常结实。上述实验结果表明：1) GS基因在小麦植株中获得了有效表达,从而赋予小麦植株抗PPT特性;2) GS基因能够作为研究小麦遗传转化的筛选标记基因。