茎尖法转基因棉花植株真实性鉴定方法探究

棉花茎尖转化法具备不受基因型限制、转化周期短的优点,是理想的棉花转化体系,但据报道其所获得的转基因植株普遍存在遗传不稳定、高代植株基因丢失的现象。以陆地棉TM?1品种为受体材料,利用茎尖转化法将DsRed2载体转入棉花,经卡那霉素筛选获得16株抗性植株,进一步PCR扩增靶基因,获得6株DsRed2基因片段PCR检测为阳性的植株,初步判断该6株为茎尖转化法获得的转基因植株,但经紫外照射,6个转基因植株均未检测到红色荧光。对其进行靶基因RT?PCR,发现DsRed2基因在6个转基因植株中仅有极低量的表达或无表达。进一步对DsRed2载体的非T?DNA片段,即载体骨架部分进行PCR以及植株内生菌培养检测,结果表明,6个转基因植株均含有完整的DsRed2载体,植株可培养出含有完整载体的内生菌,且内生菌经农杆菌16S核糖体RNA（16S rRNA）片段PCR检测结果为阳性,推测由于茎尖侵染形成农杆菌与植株共生关系,造成假阳性株的现象,进而导致高代转基因植株基因丢失、遗传不稳定的现象。旨在建立一套完整的茎尖法转基因棉花植株真实性的鉴定方法,为进一步深入研究提供参考依据。     

一种花生快速遗传转化方法的建立与应用

遗传转化是植物基因工程的重要手段。快速、高效地将目的基因导入植物细胞, 并缩短获得转基因后代的时间是遗传转化的关键。花生(Arachis hypogaea)是我国重要的油料及经济作物。目前花生的遗传转化体系尚未完善, 制约着花生的基因功能解析和分子育种进程。该文建立了一套快速、稳定的花生遗传转化体系。通过将农杆菌注射于花生第2茎节的切面获得转化植株, 再将阳性植株进行移栽和回土, 采摘注射点以上的荚果进行后续鉴定与分析。结果表明, 利用该方法可获得40%以上的T₀代嵌合体植株, 约5个月可收获T₀代花生种子, 其中约有9%的T₁代花生植株为非嵌合体的杂合体。针对部分转基因植株结实少的问题, 进一步提出了将快速转化体系与传统组培方法相结合的优化方案。构建的快速转化方法对大蒜(Allium sativum)、马铃薯(Solanum tuberosum)和香雪兰(Freesia refracta)的遗传转化具有潜在应用价值, 对其它植物的遗传转化也有重要参考价值。     

发根农杆菌介导的尾巨桉遗传转化体系的建立

发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）的建立对植物功能基因的验证具有重要意义,为了在桉树（Eucalyptus）中建立发根农杆菌介导的遗传转化体系,本研究以不同的发根农杆菌菌株侵染尾巨桉（Eucalyptus urophylla × E. grandis）的叶片和茎段,确定合适的农杆菌菌株和外植体类型,在此基础上开展农杆菌浓度、侵染时间对毛状根诱导的影响。结果表明：采用发根农杆菌菌株MSU440,以叶片为外植体进行发根诱导,最高获得了81.0%的毛状根诱导率,毛状根平均根长达到3.23 cm。在发根农杆菌浓度为OD₆₀₀=0.3、侵染时间为30 min时,共培养48 h后经过20 mg·L^-1卡那霉素筛选培养,通过PCR分子鉴定和GUS染色证实外源基因稳定地整合在桉树毛状根基因组中,转化率达20.2%。初步建立了发根农杆菌介导的桉树遗传转化体系,为桉树基因功能鉴定和进一步的转基因育种奠定基础。     

农杆菌介导的大豆子叶节非组织培养遗传转化体系优化

本研究以GUS基因在子叶节区的瞬时表达为依据,通过探讨影响农杆菌转化效率的因素,优化了大豆子叶节非组织培养遗传转化体系;利用该体系对冀豆16号进行Bar基因的遗传转化,并使用针刺法对转基因植株进行草铵膦筛选.结果表明,侵染液中附加3％蔗糖、OD600=0.6、以脱脂棉作为菌液附着介质同时不添加表面活性剂Silwet L-77、侵染1次的GUS阳性率最高达到62.13％.草铵膦抗性植株经PCR检测获得T0阳性植株10个,转化率为2.5％.经PCR和RT-PCR鉴定共获得3株T1阳性植株,初步证明目的基因已整合到大豆基因组中.     

抗草丁膦和抗草甘膦转基因油菜的抗性基因向野芥菜的流动

通过人工去雄授粉和田间隔行种植试验,研究了抗草丁膦和抗草甘膦转基因油菜(Brassica napus)中的bar基因和EPSPS基因向野芥菜(B. juncea var. gracilis)流动的可能性。结果表明在人工授粉的情况下,以野芥菜为母本,分别以两种转基因油菜为父本,亲和性指数都很高,达13以上,与野芥菜自交或开放授粉条件下的亲和性指数没有明显差异,说明两种转基因油菜和野芥菜的亲和性较好。经两次除草剂筛选,人工杂交获得的所有F₁对相应的除草剂都表现出了明显的抗性,且经PCR检测扩增出了各自的特异性条带,说明人工杂交获得的所有F₁都携带了相应的抗性基因。F₁的适合度研究表明,两种F₁种子萌发率和母本都没有明显差异,营养生长明显好于母本。但花粉活力和结实率明显下降,携带抗草丁膦基因F₁的花粉活力和每角果粒数分别是32.4%和0.59粒,携带抗草甘膦基因F₁的花粉活力和每角果粒数分别是35.1%和0.58粒。经两次除草剂筛选和PCR检测,表明野芥菜和抗草丁膦油菜或与抗草甘膦油菜田间隔行种植分别能产生0.02%和0.014%的携带抗性基因的F₁杂种。以上结果表明抗除草剂转基因油菜的抗性基因具有向野芥菜流动的可能性,且bar和EPSPS基因向野芥菜流动的可能性类似,但对其可能引起的环境后果需要做进一步地深入研究。     

‘新陆早33号’棉花转基因体系建立及AtPGIP1基因的导入

利用生物技术方法对棉花进行遗传改良主要限于有效的遗传转化系统。以新疆主栽优良陆地棉品种‘新陆早33号’为材料,利用下胚轴作为外植体对影响农杆菌介导的棉花遗传转化及体细胞胚胎发生的因素进行研究,成功建立了除草剂Basta筛选的棉花遗传转化技术体系。同时将植物抗病相关基因多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白基因AtPGIP1导入棉花,经过对再生转化植株的PCR鉴定,初步证明外源基因已经整合到棉花基因组。研究发现:Basta是棉花遗传转化中很有效的筛选剂,低浓度Basta(2.5mg/L)就能够获得很好的筛选效果;较低的共培养温度(20℃)及合适的农杆菌浓度(OD600=0.5)有助于提高转化效率。该研究结果表明,‘新陆早33号’具备作为棉花优良遗传转化受体的基本特征,研究中获得的15株AtPGIP1转基因植株经PCR分子检测均为阳性植株。该研究为新疆棉区棉花分子生物学研究及转基因育种研究奠定了重要基础。     

优化子叶节转化法培育大豆MtDREB2A转基因植株

将正交因素试验与GUS基因组织化学染色等技术相结合, 优化大豆(Glycine max)品种东农50遗传转化体系, 导入抗旱关键基因MtDREB2A。结果表明, 大豆种子表面消毒, NaClO溶液法与Cl₂气熏蒸法的去污染率分别达到98.67%和93.33%。子叶节法转GUS基因组织化学染色率(68.33%)显著高于下胚轴法(14.00%)和胚尖法(0.67%) (P<0.05)。种子萌发5天, 农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)培养温度25°C, OD₆₀₀=0.9, 共培养5天的转GUS基因子叶节最高达72.00%; 恢复培养5天, 草丁膦(3 mg·L^-1)、头孢噻肟钠(200 mg·L^-1)和羧苄青霉素(300 mg·L^-1)筛选诱导分化的转GUS基因不定芽最多为3.33%; 优化的大豆遗传转化体系转化效率为1.11%。转MtDREB2A基因大豆东农50植株根系更加密集, 主根长度和侧根数量均显著高于对照(P<0.05), 证实MtDREB2A基因具有促进大豆根系生长的作用, 为利用该基因进行大豆抗旱育种奠定了坚实的基础并提供了理论依据。     

农杆菌介导的刺芹侧耳遗传转化体系的建立

以刺芹侧耳菌丝球为受体,潮霉素（Hyg）为筛选标记,应用农杆菌介导法对刺芹侧耳菌丝进行了遗传转化研究。潮霉素敏感性测试结果表明,刺芹侧耳Hyg耐受浓度为50mg/L。农杆菌介导的刺芹侧耳菌丝最佳遗传转化体系为：菌液浓度OD₆₀₀=0.6-0.7,侵染时间30-35min,共培养时间2d,侵染液和共培养培养基中乙酰丁香酮（AS）浓度为1mg/mL;经潮霉素抗性筛选、PCR鉴定和GUS活性的组织化学分析,表明外源基因GUS已转入到刺芹侧耳菌丝中,并获得表达。本实验成功地建立了稳定的农杆菌介导的刺芹侧耳遗传转化体系。     

基因枪转化法对抗旱基因导入玉米的研究

全球水资源短缺,干旱已是玉米生产发展的主要限制因素。通过培育抗旱能力提高的转P5CS基因玉米株系,为玉米抗旱遗传育种提供新材料。利用基因工程策略构建植物表达载体p BPC-P5CS-F129A,用基因枪法对玉米自交系京501幼胚愈伤组织进行遗传转化,在选择培养基中加入10 mg/L的草丁膦进行筛选,对草丁膦抗性再生植株进行了PCR检测和Northern blot鉴定,对转P5CS基因玉米植株进行了抗旱性分析。结果表明,与对照相比,转基因植株的抗旱能力得到提高。干旱胁迫下,转P5CS基因玉米植株的脯氨酸含量比对照高,而丙二醛含量比对照低。     

番茄红素β-环化酶基因的玉米转化及 后代遗传分析

利用农杆菌介导法将番茄红素β-环化酶基因(Lycb)转入由玉米自交系天塔五号植株,分析基因在T0转化及后代的遗传情况,结果表明,在27株T0转基因植株中,PCR初步检测后8株呈阳性;将T1代转基因植株以株系为单位用200mg/L草铵膦抗性筛选后,收获抗性植株种子。T2代转基因植株进一步进行PCR、RT-PCR和田间草铵膦涂抹检测,结果表明,PCR、RT-PCR为阳性的6个株系植株均具有草铵膦抗性。选取6株阳性植株提取叶片总类胡萝卜素,经HPLC分析其β-胡萝卜素含量显著高于野生型,表明目的基因Lycb成功的转入玉米,并得到了稳定遗传。     

谷子SiRLK35基因克隆及功能分析

为探讨谷子(Setaria italica L.)耐旱抗逆机制,解析类受体蛋白激酶(receptor like protein kinase, RLKs)基因功能,进而为培育谷子抗逆新品种提供依据,本文以干旱处理的谷子“豫谷1号”为材料,通过iTRAQ技术筛选到1个干旱响应的类受体蛋白激酶基因,命名为SiRLK35。以谷子RNA反转录的单链cDNA为模板,经PCR扩增获取SiRLK35基因全长序列。应用qRT-PCR方法,对SiRLK35在NaCl、PEG、ABA、GA、MeJA等不同处理下的表达模式进行分析。进一步构建基因原核表达载体pET28a-SiRLK35,结合斑点法对SiRLK35的抗盐能力进行初步评价。同时构建过表达载体pCAMBIA1301P-SiRLK35转化水稻,并对转基因植株抗盐能力进行检测。结果显示：胁迫及激素处理均可不同程度诱导SiRLK35基因的表达;斑点法研究结果显示,在相同NaCl浓度的LB平板上,含有SiRLK35基因的原核表达载体的大肠杆菌菌株生长状态较阴性对照好,SiRLK35具有一定的抗盐能力;获得的转SiRLK35基因水稻植株对盐胁迫的耐受性高于对照。SiRLK35基因对不同胁迫均可以产生响应,但对盐胁迫的响应较为明显,推测该基因可能在谷子的抗盐及抗逆过程中发挥作用。     

农杆菌介导双孢蘑菇AS2796转化体系的优化

双孢蘑菇Agaricus bisporus是一种药食皆宜的食用真菌,具有极高的经济价值,近年来在双孢蘑菇全基因组测序完成后,功能基因组学的研究逐步提上日程。其中,高效的遗传转化体系作为技术基础成为研究重点。农杆菌介导的遗传转化体系作为一种高效的功能基因组研究方法,在双孢蘑菇中已经得到了广泛的应用,但是仍然存在着效率较低的问题有待解决。为了提高双孢蘑菇的农杆菌转化效率,找到双孢蘑菇遗传转化的最优条件,本实验首先对双孢蘑菇的潮霉素抗性压力进行了筛选,结果显示20mg/L的潮霉素浓度可以抑制菌丝生长,而50mg/L的潮霉素浓度则可以完全抑制菌丝生长。其次,对农杆菌菌株、菌液浓度、乙酰丁香酮浓度、菌丝培养时间以及浸染时间做了L16（4 ⁵）的正交实验,通过对各因素影响的分析,得出对转化效率影响最大的因素为菌丝培养时间和农杆菌菌株,且当菌株为LBA4404、菌液浓度OD₆₀₀=0.8、乙酰丁香酮浓度为100μmol/L、菌丝培养时间为40d、浸染时间为10min时,农杆菌介导的双孢蘑菇遗传转化效率最高。     

谷子β-胡萝卜素异构酶家族基因的表达与变异分析

株型是影响谷类作物产量的重要性状, 株型改良对提高作物产量具有重要意义。独脚金内酯(strigolactones, SLs)作为一种最新被鉴定的植物激素, 其通过抑制腋芽的伸长调控分枝/分蘖的形成。β-胡萝卜素异构酶(D27s)是SLs合成途径的关键酶, 通过对谷子(Setaria italica) β-胡萝卜素异构酶典型结构域Pfam:DUF4033进行分析, 鉴定到3个谷子D27s基因家族成员(Seita.8G168400、Seita.6G088800和Seita.3G050900)。蛋白质特性分析显示, 谷子D27s蛋白由271-277个氨基酸残基组成, 分子量为30.1-30.4 kDa, 等电点为5.85-9.31, 不稳定系数介于38.48-74.47之间, 且均定位于叶绿体; 系统进化分析发现, 谷子D27s家族成员位于3个不同进化分支; 顺式作用元件预测显示, SiD27-1 (Seita.8G168400)可能参与调控生物节律、生长素介导的生长发育以及干旱和低温等胁迫应答过程。基因表达分析显示, SiD27-1在谷子多分蘖材料中表达下调, 在低磷胁迫处理下, D27s基因均能产生不同程度的响应, 并且SiD27-1的响应较其它成员更快速。单倍型分析结果表明, SiD27-1的H001单倍型为优异单倍型, 对谷子的株高、抽穗期和产量改良具有重要应用价值。综上, 推测SiD27-1极可能在SLs合成中发挥关键作用并对谷子株型产生影响。研究结果为深入揭示D27s对谷子分蘖形成的调控机制奠定了基础, 也为谷子株型分子设计育种提供了优异的等位变异位点。     

2,4-D和干燥处理对谷子成熟胚离体再生体系的影响

谷子离体再生体系不够稳定、转化效率低，已成为谷子功能基因研究和品种改良的瓶颈。为了建立谷子成熟胚稳定的离体再生体系，以当地高产优质的6个谷子品种成熟胚为外植体，以不同2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-dichlorophenoxyacetic acid，2,4-D）浓度及对胚性愈伤的不同干燥处理时间为变量，通过单因素实验和正交实验考察各因素对谷子愈伤组织分化及成苗的影响。结果表明，晋谷21在2,4-D浓度为9 μmol·L-1、4 h干燥处理的条件下所建立的再生体系最好，分化率为64.35%，成苗率为29.06%。研究通过探索谷子组织培养的最适条件，为谷子高效稳定遗传转化体系的建立和利用基因工程手段进行品质改良提供了依据。     

铁棍山药微型块茎遗传转化体系的建立

怀山药(Dioscorea opposita)遗传转化是对其进行基因功能分析和遗传改良的基础, 但目前国内外尚未见相关报道。以怀山药优良品种铁棍山药(D. opposita cv. ‘Tiegun’)的微型块茎为受体材料, 对影响遗传转化的因素进行优化, 建立了由根癌农杆菌介导的山药遗传转化体系。过表达质粒载体pCAMBIA1301-DoSERK2含GUS标记基因和潮霉素(Hyg)抗性筛选基因, 沉默质粒载体pART27-DoSERK2含卡那霉素(Kan)抗性筛选基因。根癌农杆菌抑制剂特美汀(Tim)的最佳浓度为500 mg·L ^-1; 再生芽和生根时, Hyg的最佳浓度分别为15和20 mg·L ^-1, Kan的最佳浓度分别为120和160 mg·L ^-1。对转化植株进行PCR和GUS组织化学检测, 结果显示外源基因已整合到铁棍山药转基因株系的基因组中并在细胞中表达。该研究建立了一套取材便利的铁棍山药遗传转化方法, 对其它品种山药的转化也具有参考价值。     

基于游离质粒的木糖诱导型枯草芽孢杆菌转化体系的建立及其应用

枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）作为食品级安全菌株,因其具有理化特征清晰、培养发酵方便等特点,广泛应用于异源蛋白质的高效表达以及高附加值物质的合成。传统的B. subtilis遗传转化方法存在操作流程繁琐、效率低等缺点,因此,开发方便高效的遗传转化系统具有重要意义。转录因子ComK被证实能调控B. subtilis感受态的形成,并在B. subtilis高效转化中有重要作用。构建1个含有木糖诱导启动子P_xyl调控comK表达的穿梭质粒pUBC01?P_xyl?comK的菌株B. subtilis K1,经木糖诱导条件优化后,质粒pHY300?p43?egfp的转化效率达到4.8×10³ CFU·μg^-1。此外,质粒pUBC01?P_xyl?comK可在无胁迫条件下连续培养及消除。木糖诱导感受态体系及质粒消除极大地提高了芽孢杆菌基因编辑和菌株改造的便捷性,同时增强了菌株尤其是生产菌株的性状稳定性。     

H2S作为植物个体间交流的气体信号分子

植物遭受到昆虫取食、创伤及非生物胁迫时,会向环境中释放多种挥发性物质,直接或间接地帮助受胁迫植株抵抗伤害。同时,这些挥发性物质向附近的健康植株传递信息,以应对可能到来的侵害。硫化氢(H2S)作为细胞内气体信号分子提高植物对多种胁迫的抗性已有报道,本论文对H2S是否作为植物个体间传递信息的信号分子进行了研究。结果表明:40%PEG8000处理可以使谷子、白菜、番茄和拟南芥Col-0植株所在环境空气中H2S含量升高;谷子和拟南芥Col-0植株经PEG8000处理后,可以使邻近的非胁迫植株叶片的H2S含量升高和H2S响应基因表达变化,并诱导非胁迫植株气孔关闭;而拟南芥内源H2S产生酶基因LCD和DES1双基因突变体lcd/des1经PEG8000处理,不能引起空气中和邻近植物的H2S含量升高,不能诱导邻近植株气孔关闭。本论文表明,H2S可以作为植物个体间的信息传递分子;即受胁迫植物通过向周围环境中释放H2S,向邻近植株提供胁迫预警信息,可能对种群的生存有重要意义。     

谷子MYB类转录因子SiMYB42提高转基因拟南芥低氮胁迫耐性

Myeloblastosis (MYB)类转录因子是高等植物中最大的转录因子家族之一,在植物发育及防御反应过程中发挥重要作用,还参与植物对干旱等非生物胁迫的响应。谷子(Setaria italica L.)起源于中国,具有抗旱、耐瘠薄的特性,是研究单子叶作物非生物胁迫抗性的理想材料。本研究对耐低氮胁迫谷子品种郑204经低氮处理后进行转录组分析,鉴定出一个在低氮胁迫条件下明显上调的MYB类转录因子SiMYB42。系统发育树结果表明,SiMYB42属于R2R3-MYB亚族,具有2个MYB保守域;表达模式分析显示,SiMYB42在低氮、高盐、干旱和ABA胁迫条件下表达量显著上调;亚细胞定位、quantitative real-time PCR及转录激活活性分析结果表明,SiMYB42蛋白定位于植物的细胞核和细胞膜中,主要在谷子的叶部或根部表达,具有转录激活活性;基因功能分析结果表明,在正常条件下,转SiMYB42基因拟南芥与野生型Columbia-0拟南芥(WT)无明显差异,但在低氮条件下,转SiMYB42基因拟南芥的主根长、根系表面积及鲜重均显著高于WT,结果证明SiMYB42基因可以提高转基因植物对低氮胁迫的耐性;下游基因表达分析结果显示,在转SiMYB42基因拟南芥中,参与植物氮素转运的硝酸盐转运基因NRT2.1、NRT2.4和NRT2.5的表达水平均高于WT,启动子分析结果显示NRT2.1、NRT2.4和NRT2.5基因启动子序列中均具有MYB结合位点。以上结果证明,SiMYB42可以通过调控下游硝酸盐转运体基因的表达提高植物在低氮条件下的耐性。本研究揭示了SiMYB42基因在低氮胁迫反应途径中的作用,为进一步了解谷子低氮胁迫响应的调控网络奠定了基础。     

Construction and application of EST library from Setaria italica in response to dehydration stress

Foxtail millet is a gramineous crop with low water requirement. Despite its high water use efficiency, less attention has been paid to the molecular genetics of foxtail millet. This article reports the construction of subtracted cDNA libraries from foxtail millet seedlings under dehydration stress and the expression profile analysis of 1947 UniESTs from the subtracted cDNA libraries by a cDNA microarray. The results showed that 95 and 57 ESTs were upregulated by dehydration stress, respectively, in roots and shoots of seedlings and that 10 and 27 ESTs were downregulated, respectively, in roots and shoots. The expression profile analysis showed that genes induced in foxtail millet roots were different from those in shoots during dehydration stress and that the early response to dehydration stress in foxtail millet roots was the activation of the glycolysis metabolism. Moreover, protein degradation pathway may also play a pivotal role in drought-tolerant responses of foxtail millet. Finally, Northern blot analysis validated well the cDNA microarray data.