白菜雄性不育相关基因BcMF4基因功能的RNAi验证

BcMF4(Brassica campestris Male Fertility 4)是前一阶段从普通白菜 (Brassica campestris ssp. chinensis var. communis, syn. B. rapa ssp. chinensis var. communis)核雄性不育两用系的可育株中分离到的雄性不育相关基因。本研究根据BcMF4基因的cDNA序列设计两对特异引物, 从普通白菜花蕾cDNA中扩增出两个片断后连接至双元载体pBI12l中, 得到了RNAi (RNA interference) 植物表达栽体pBI-B4R, 并导入了农杆菌LBA4404菌株中; 通过组织培养途径转化菜心(B. campestris ssp. chinensis var. parachinensis), 72.2%的菜心转基因植株中45.8%的花粉为缩小而空瘪的畸形, 而且这些植株的花粉离体萌发率降低至23.7%; Northern杂交显示, 转基因植株的花粉畸形, 是由于BcMF4基因片段的插入使BcMF4基因的表达受到了抑制。结果表明, 采用RNAi技术下调了BcMF4基因的表达, 导致了菜心转基因植株部分花粉的不育, 证明BcMF4基因在普通白菜和菜心等白菜植物的花粉发育中起着重要作用。     

鸭梨PAL基因的反义遗传转化及表达分析

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanin ammonia-lyase,PAL,EC4.3.1.5)是植物通过苯丙烷代谢途径合成木质素的关键酶和限速酶,其通过影响木质素的合成而与果实中石细胞的分化、发育及果实品质密切相关。为了降低鸭梨中苯丙氨酸解氨酶的含量,该研究利用反义PAL基因遗传转化鸭梨、降低鸭梨内源PAL基因的表达。结果表明:(1)采用RT-PCR技术,利用根据Gen Bank中西洋梨PAL基因序列设计特异性引物,扩增得到496 bp的鸭梨PAL基因片段。(2)将扩增片段反向插入载体p BI121的MCS区域,构建植物PAL基因反义表达载体p BI121-As PAL。接着采用电转化法将反义表达载体转入农杆菌EHA105中,并制备出农杆菌工程菌液。(3)利用农杆菌介导法对鸭梨组培苗叶片外植体进行遗传转化,得到23株转基因鸭梨苗。PCR检测证实PAL反义基因片段转入鸭梨中,实时定量PCR检测表明转基因鸭梨苗体内PAL基因表达量均有所降低,为非转基因苗的65%~75%。该研究结果表明利用反义RNA技术获得了抑制内源性PAL基因表达的转基因鸭梨植株,为改善鸭梨果实品质、改良品种奠定了基础。     

苎麻CCoAOMT基因cDNA反义转化模式烟草''WS38''

苎麻咖啡酰辅酶A氧甲基转移酶(CCoAOMT)是其木质素合成过程的一种关键酶,运用克隆的该酶基因cDNA及植物表达载体pBI121、pWM101,分别构建了35S启动子控制的苎麻CCoAOMT基因反义cDNA基因质粒(pBI121-antiBnCCoAOMT)和cDNA全长表达质粒(pWM101-BnCCoAOMT),并通过根癌农杆菌介导法将其转化至模式烟草WS38,获得了转基因烟草.对转基因植株进行分子分析和组织学初步研究表明,转反义RNA基因植株叶柄木质素含量较野生烟草或转正义基因烟草叶柄木质素含量降低.说明运用反义RNA技术对CCoAOMT基因的表达进行基因工程调控,一定程度上可以对木质素的合成产生干扰,为获得低木质素或木质素组分改良的苎麻基因工程奠定基础.     

番茄叶片胞壁转化酶cDNA克隆及反义沉默表达分析

参考GenBank登录的植物胞壁转化酶基因序列,设计1对PCR引物,以番茄(‘中蔬四号’)叶片总RNA的反转录产物为模板,扩增出长为416bp的cDNA片段,Blast结果表明,其为番茄胞壁转化酶基因LIN6片段;将其反向插入双元载体pBinAR的CaMV 35S启动子和OCS终止子间,构建反义植物表达载体pBinAR-aLIN6。通过农杆菌EHA105介导转化番茄MicroTom,PCR和Southern斑点杂交检测表明,共获得5株转基因番茄;生化检测表明,5个转化植株叶片胞壁转化酶活性分别比未转化植株下降67.9%、13.4%、73.5%、85.6%和58.0%。     

毛白杨CCoAOMT cDNA片段的克隆与转基因杨木质素含量的调控

用RT_PCR方法从毛白杨 (PopulustomentosaCarr.)中克隆了CCoAOMT基因的cDNA片段 ,并对其序列进行了分析。Northern杂交表明该基因在毛白杨正在木质化的次生木质部高水平表达 ,且与木质化进程同步。构建了该基因反义表达载体 ,根癌土壤杆菌 (Agrobacteriumtumefaciens (SmithetTownsend)Conn)介导转化杂交杨 (欧洲山杨×银白杨 ,P .tremula×P .alba)。采用PCR、PCR_Southern及Southern杂交对获得的转基因植株进行分子检测 ,并测定移栽 5～ 6个月的转基因植株的Klason木质素含量 ,其中一个转基因株系的Klason木质素含量比未转基因对照杨树下降 17.9%。结果表明利用反义RNA技术对杨树CCoAOMT基因的表达可以降低转基因植株的木质素含量 ,达到改善其造纸性能的目的     

TA29-barnase基因转化菜心

利用根癌农杆菌导入法, 以菜心带柄子叶为外植体, 对TA29-barnase基因转化菜心进行研究。获得转化植株,进行PCR、Southern blotting杂交和半定量RT-PCR检测, 表明目的基因已经整合到转化植株中, 并且目的基因在转基因植株花蕾中得到表达, 但是表达水平在不同转基因植株间存在差别; 转基因植株开花后, 均表现雄性不育, 不能产生花粉或产生没有活力的少量花粉, 自交不能结实; 用未转化植株正常花粉对雄性不育植株进行授粉, 能够正常结实; 保持系(未转化植株)与不育株杂交后代中雄性不育株与可育株的比例为1:1, 在杂交后代植株子叶期, 喷洒10 mg/L的PPT可以完全杀死可育株; 利用其他菜心品种为父本与不育株进行杂交, 获得的F1植株在生长势和产量方面表现优势, 表明开展菜心优势育种具有一定的潜力。     

TA29-barnase基因转化菜心

利用根癌农杆菌导入法, 以菜心带柄子叶为外植体, 对TA29-barnase基因转化菜心进行研究。获得转化植株,进行PCR、Southern blotting杂交和半定量RT-PCR检测, 表明目的基因已经整合到转化植株中, 并且目的基因在转基因植株花蕾中得到表达, 但是表达水平在不同转基因植株间存在差别; 转基因植株开花后, 均表现雄性不育, 不能产生花粉或产生没有活力的少量花粉, 自交不能结实; 用未转化植株正常花粉对雄性不育植株进行授粉, 能够正常结实; 保持系(未转化植株)与不育株杂交后代中雄性不育株与可育株的比例为1:1, 在杂交后代植株子叶期, 喷洒10 mg/L的PPT可以完全杀死可育株; 利用其他菜心品种为父本与不育株进行杂交, 获得的F1植株在生长势和产量方面表现优势, 表明开展菜心优势育种具有一定的潜力。     

百合查尔酮合成酶基因克隆及其转化烟草的花色表达分析

以‘西伯利亚’百合为试材,利用PCR技术克隆了查尔酮合成酶基因(CHS),构建了CHS基因的正义和反义植物表达载体,采用农杆菌介导法转化烟草叶盘,获得了转正义CHS基因的本明烟草18株,转反义CHS基因的普通烟草21株,总转化率为26.0%。高效液相色谱法(HPLC)检测结果显示,正义CHS转基因的本明烟草类黄酮含量升高14.0%～59.7%,反义CHS转基因的普通烟草类黄酮含量降低44.5%～76.4%。花色观察结果显示,正义转基因烟草的花瓣颜色未见变化,反义转基因烟草部分植株的花瓣颜色变浅。研究表明,CHS基因遗传转化是进行花色调控的有效手段之一。     

油菜BnCr4基因RNAi载体构建及植株转化

该实验构建了含甘蓝型油菜黄化相关基因BnCr4特异片段反向重复结构的RNA干扰(RNAi)载体pFGC5941-Cr4,通过根癌农杆菌介导转化油菜,获得47株抗Basta的抗性再生油菜植株,其中10株经PCR鉴定为阳性转基因植株.随机选取3株经鉴定的转基因阳性油菜植株进行半定量RT-PCR分析,结果显示,相对于非转基因的野生型油菜,3株转基因植株中BnCr4基因的表达量分别降低了78.5%、8.5%、11.8%,表明该干扰载体转入油菜能特异引起植株BnCr4基因表达量下降.     

马铃薯卷叶病毒基因间隔区转化的马铃薯抗病性研究

将本室合成、克隆的马铃薯卷叶病毒(Potato Leafroll Virus, PLRV)中国分离株的基因间隔区(intergenic sequence, IS)双链cDNA以正、反向两种方式分别构建于转化载体pROK2中,通过致瘤农杆菌介导,以马铃薯叶圆片为转化材料,转化马铃薯栽培品种Desiree,获得了转基因植株.卡那霉素抗性分析和PCR检测目的基因,证明PLRV IS双链cDNA已经整合到转基因马铃薯的染色体基因组中.将转基因植株移栽网棚用蚜虫接种PLRV,观察症状并用酶联免疫吸附测定(ELISA)检测转基因植株中PLRV含量.结果表明,表达PLRV IS正意和反意RNA的转基因植株,接种病毒后表现无症状或症状轻微,PLRV平均滴度均较未转基因对照植株低.表达正意RNA的转基因植株PLRV滴度降低43%～72%,表达反意RNA的转基因植株PLRV滴度降低72%～86%,由此可见,表达PLRV IS反意RNA的转基因马铃薯对PLRV抗性较强.     

传粉导致的转基因白菜与其近缘种属材料间的基因流动

从形态、染色体及分子水平上证实,转基因不结球白菜(Brassica campestris ssp．chinensis var．utilis Tsen et Lee)中编码除草剂Basta抗性的bar基因能在田间条件下,经自然传粉,以较高频率侵入芜菁(B．campestris ssp．rapifera)、结球白菜(B．campestris／sssp．pek／nens／s)和不结球白菜(B．campestrs ssp．ch／nens／s)的基因组中,也能少量侵入同属异种的甘蓝型油菜(B.napus)基因组中;在温室人工辅助授粉条件下,除在上述种中的基因漂移率提高外,bar基因尚能以一定频率侵入同属的黑芥(B．nigra)、埃塞俄比亚芥(B．car／nata)、芥菜(B．juncea)基因组中,但始终未能得到转基因白菜与结球甘蓝(B．oleracea)、萝卜(尺．sativus)的杂种。转基因白菜与十字花科的7种常见杂草经温室人工辅助授粉,也均未得到抗性杂种。     

传粉导致的转基因白菜与其近缘种属材料间的基因流动

从形态、染色体及分子水平上证实,转基因不结球白菜(Brassica campestris ssp. chinensis var. utilis Tsen et Lee)中编码除草剂Basta抗性的bar基因能在田间条件下,经自然传粉,以较高频率侵入芜菁(B. campestris ssp. rapifera)、结球白菜(B. campestris ssp. pekinensis)和不结球白菜(B. campestris ssp. chinensis)的基因组中,也能少量侵入同属异种的甘蓝型油菜(B. napus)基因组中; 在温室人工辅助授粉条件下,除在上述种中的基因漂移率提高外,bar基因尚能以一定频率侵入同属的黑芥(B. nigra)、埃塞俄比亚芥(B. carinata)、芥菜(B. juncea)基因组中,但始终未能得到转基因白菜与结球甘蓝(B. oleracea)、萝卜(R. sativus)的杂种.转基因白菜与十字花科的7种常见杂草经温室人工辅助授粉,也均未得到抗性杂种.     

Functional analysis of a novel male fertility CYP86MF gene in Chinese cabbage (Brassica campestris L. ssp. chinensis makino)

In our earlier work, a cytochrome P450 CYP86MF gene was isolated from floral bud of Chinese cabbage (Brassica campestris L. ssp. chinensis Makino, syn. B. rapa L.) by mRNA differential display PCR (DD-PCR) and rapid amplification of cDNA ends (RACE). To unravel the biological function of CYP86MF gene, the antisense fragment from the CYP86MF gene was transferred into Chinese cabbage pak-choi (B. campestris ssp. chinensis var. communis Tsen et Lee). Out of 22 plants transformed with the antisense gene constructed from the CYP86MF, 20 reached to flowering stage. Morphological investigations showed that the transgenic plants developed the normal floral organ. However, they remained self-infertile, even when artificial self-pollination was performed in the bud stage. Pollen germination test indicated that the pollen from the transgenic line TB-2 could not germinate normally. Further physiological, biochemical and cytological analyses showed that only significant difference was detectable in contents of the endogenous hormones, and a layer of unknown material adhered to the surface of microspore. The present studies thus provided valuable clues for understanding the biological function of the CYP86C subfamily genes. Furthermore, our studies also demonstrate a novel method for obtaining artificial male sterility line of Chinese cabbage.     

Isolation and Molecular Characterization of RALF Like Gene BcRALF from Brassica campestris ssp.chinensis var.parachinensis

The rapid alkalinization factor (RALF) gene is a new found plant polypeptide signal molecule, wide spreading in higher plants. In this study BcRALF was cloned from Brassica campestris sspchinensis Makino varparachinensis based on BcMF14 (GenBank accession number EF523516) from Bcampestris ssp. chinensis var. communis cv. Aijiaohuang. The sequence of this gene was 273 bp (GU086228) and was identified as a rapid alkalization factor gene according to its high identity with Boleracea var botrytis BoRALF1 and Arabidopsis thaliana RALFL9. Protein characteristics and sequence structure were predicted, and moreover, many bioactive sites were found. The results showed that the characteristics of the BcRALF protein consistent with its category as a peptide signal molecule.     

快速碱化因子基因BcRALF在菜心中的克隆及序列分析

快速碱化因子是近年来新发现的一种植物多肽类信号分子,广泛存在于高等植物中。通过已得到的普通白菜的快速碱化因子基因BcMF14（GenBank序列登录号EF523516）的核苷酸序列,在其编码框两侧设计引物,从菜心中克隆出该类信号分子基因,命名为BcRALF（登陆号：GU086228）。序列同源比对表明该基因与花椰菜、拟南芥等的快速碱化因子基因有很高的相似性,证明BcRALF属于快速碱化因子家族。蛋白质特征预测以及蛋白序列结构分析发现BcRALF蛋白包含有多个生物活性位点,符合其作为多肽类信号分子类蛋白的特征。     

细胞质雄性不育白菜败育过程中激素和多胺含量的变化

通过对胞质雄性不育白菜败育过程中叶片和花药组织中IAA、ZRs、GAs、ABA和Put、Spd、Spm含量及IAA／ZRs比值的变化研究,发现IAA、GA、多胺尤其是Spd含量的小足,ZRs、ABA的盈积以及IAA／ZRs比值的失衡导致了白菜雄性不育系小孢子的败育。