由农杆菌介导将白叶枯病抗性基因Xa21转入我国的5个水稻品种

利用农杆菌介导的转化系统将已克隆的Xa21基因转入我国5个水稻主栽品种, 获得了110个独立的转基因系. 转基因植株的PCR和Southern分析揭示Xa21基因已整合到受体基因组. 已整合的Xa21基因能稳定遗传, 单拷贝整合的转化体在自交T1代呈现抗感3:1的分离. 接种实验表明转基因T0植株和Xa21-PCR阳性T1植株对白叶枯病的高度抗性. 经过筛选的Xa21纯合的具有优良品质的抗性转基因系可以作为品种直接种植, 或者用于杂交稻育种.     

农杆菌介导将白叶枯病抗性基因Xa21导入水稻获得转基因植株

利用农杆菌介导的高效遗传转化系统,将白叶枯病抗性基因Xa21转入黄淮稻区主栽品种豫粳6号的胚性愈伤组织,获得转基因植株,GUS染色和PCR分析证明Xa21基因已整合到水稻基因组中,其自交T1代植株经GUS染色和白叶枯病接种鉴定呈现3：1分离,研究为培育抗白叶枯病水稻品种奠定了基础。     

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.     

用花药愈伤组织作为转化受体的水稻转基因植株的分析

以花药愈伤组织作为转化的受体材料,利用农杆菌介导法将已克隆的Xa21基因导入粳稻栽培品种台北309中。共获得7个转基因株系,其中2个单倍体,4个二倍体,1个混倍体。PCR、Southern、FISH以及白叶枯病抗性的分析结果都表明．Xa21基因已整合到T0代受体基因组。调查了4个二倍体株系T1代的分离情况,经x^2测验证明,有2个株系的分离比为3：1,为单拷贝插入,另外2个株系不符合孟德尔分离。4个T0代二倍体转基因株系应为杂合二倍体。     

抗草甘膦抗虫植物表达载体的构建及其转基因烟草的分析

构建了含草甘膦抗性突变基因（aroAM12）和人工合成重组Bt抗虫基因（Bts1m）的植物表达载体pCM12_s1m。aroAM12基因的表达由CaMV35S启动子控制,Bts1m基因的表达由2E_CaMV35S启动子和Ω因子控制。通过农杆菌介导,将aroAM12和Bts1m基因转化到烟草中,转基因烟草通过在含草甘膦的MS培养基上筛选而获得。Southern blot分析表明所有经过草甘膦筛选出的转化植株都整合有aroAM12基因,约70%的转化植株同时整合有aroAM12和Bts1m基因。Northern blot、Immunodot blot分析进一步证明整合的两个基因在转录、翻译水平上均进行了表达,不同植株之间表达存在着差异。草甘膦抗性和虫试实验证明,获得的转基因烟草对草甘膦和烟青虫具有很强的抗性。     

利用竞争性PCR筛选无标记Xa21转基因水稻

PCR是一种简单、迅速、灵敏的检测方法,但假阳性与假阴性却影响了它在常规应用中的准确性。本研究利用竞争性PCR解决无标记Xa21转基因水稻PCR检测中的假阳性与假阴性问题。标记基因潮霉素基因(Hygromycin phosphotransferase,hpt)的竞争模板是外加的日本晴hpt转基因植株基因组DNA,抗白叶枯病基因Xa21的竞争模板是待测水稻内源的位于第11染色体上的Xa21同源基因序列。利用这一方法对双右边界T-DNA载体转化产生的转基因T1代植株进行分析,可以有效地减少或排除假阳性或假阴性样品,选出真正的转基因阳性植株。与常规PCR相比竞争性PCR提高了无标记Xa21转基因植株筛选的准确性。对获得的无标记Xa21转基因植株进行白叶枯抗病鉴定与潮霉素抗性鉴定证实了该方法的可靠性。     

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。     

水稻转基因系CX8621中Xa21的整合和表达

农杆菌介导的转基因技术在植物中已被广泛应用,而目的基因能否发挥功能受到多种因素的影响。前期,通过农杆菌介导的转化,实验室创制了无选择标记、无载体骨架残留的水稻转Xa21基因系CX8621。截止目前,CX8621已稳定遗传16代,依然保持着对水稻白叶枯病的优良抗性。在此基础上,本研究对外源基因Xa21在CX8621中的整合和表达情况进行了分析。首先,通过在转化载体p BXa21的左右边界与Xa21基因序列设计嵌套引物,确定Xa21被完整地整合到CX8621中。随后,利用改良的Tail-PCR方法体外克隆了整合位点的边界序列,明确了Xa21被整合在CX8621的2号染色体上。然后,通过RT-PCR分析了Xa21在CX8621中不同时期和不同组织的表达情况,结果表明Xa21在CX8621中能稳定表达,其表达量的变化与之前报道的抗病性反应吻合。此外,还制备了天然XA21蛋白的抗体,对CX8621不同时期、不同组织中XA21蛋白的表达量进行了检测,结果发现在种子中检测不到XA21蛋白。由此,通过对外源基因Xa21的整合和表达分析,为CX8621的转基因生物安全评价提供了部分科学依据。     

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“C418－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418－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数 杂交稻的育成将有益于杂交稻在我国北方稻区的推广。     

抗虫的转AaIT基因杨树的获得

通过根癌农杆菌叶盘法将构建在双元载体上的昆虫特异性神经蝎毒素AaIT基因转化至中国南方杨树N106(小叶杨×美洲黑杨,P.deltoides×P.simonii)中,共获得了62株再生植株。PCR分析及PCR产物Southernblotting的分析结果表明,AaIT基因整合在再生植株的基因组上。对部分转AaIT基因植株进行了杀虫实验,转基因植株A5对一龄舞毒蛾(Lymantriadispar)幼虫有明显的抗性,饲喂转基因杨树叶片的幼虫死亡率显著高于未转基因对照植株,其取食面积小,存活幼虫体重明显小于对照。ELISA分析证明了AaIT蛋白的表达。     

Transgenic elite Indica rice varieties,resistant to Xanthomonas oryzae pv. oryzae

The agronomically important Indica (group 1) rice varieties IR64, IR72, hybrid restorer line Minghui 63, and BG90-2 were co-transformed by microbombardment of embryogenic suspensions with plasmids that contain the Xa21 gene which confers resistance to Xanthomonas oryzae pv. oryzae and the hph gene for resistance to hygromycin B. Six of the 55 transgenic R0 plant lines containing the Xa21 gene displayed high levels of resistance to the pathogen, and no partial resistance was observed. The trait was stably inherited in subsequent generations, and transgenic plants are currently in field tests. The ability to transfer agronomically important genes into elite Indica rice varieties demonstrates the applicability of genetic engineering for the agronomic improvement of rice.     

Introduction of a rice blight resistance gene,Xa21, into five Chinese rice varieties through anAgrobacterium-mediated system

A cloned gene, Xa21 was transferred into five widely-used Chinese rice varieties through an Agrobacterium-mediated system, and over 110 independent transgenic lines were obtained. PCR and Southern analysis of transgenic plants revealed the integration of the whole Xa21 gene into the host genomes. The integrated Xa21 gene was stably inherited, and segregated in a 3 : 1 ratio in the selfed T1 generation when one copy of the gene was integrated in the transfor-mants. Inoculation tests displayed that transgenic T0 plants and Xa21 PCR-positive T1 plants were highly resistant to bacterial blight disease. The selected Xa21 homozygous resistant transgenic lines with desirable qualities may be propagated as new varieties or utilized in hybrid rice breeding.     

Introduction of a rice blight resistance gene, Xa21, into five Chinese rice varieties through an Agrobacterium-mediated system

A cloned gene, Xa21 was transferred into five widely-used Chinese rice varieties through an Agrobacterium-mediated system, and over 110 independent transgenic lines were obtained. PCR and Southern analysis of transgenic plants revealed the integration of the whole Xa21 gene into the host genomes. The integrated Xa21 gene was stably inherited, and segregated in a 3∶1 ratio in the selfed T1 generation when one copy of the gene was integrated in the transformants. Inoculation tests displayed that transgenic T0 plants and Xa21 PCR-positive T1 plants were highly resistant to bacterial blight disease. The selected Xa21 homozygous resistant transgenic lines with desirable qualities may be propagated as new varieties or utilized in hybrid rice breeding.     

用PCR技术诊断水稻的白叶枯病抗性

植物育种中应用分子标记辅助选择要求分子标记与目的基因紧密连锁,而且分析手段经济简便、重复性好。Ｘａ２１是最近发现的一个具有广谱抗性的水稻白叶枯病抗性基因,利用一个含Ｘａ２１基因的品系ＩＲＢＢ２１分别与２个感病品种杂交获得２个Ｆ_２群体。用４对引物分别对３个亲本进行ＰＣＲ分析,其中一对引物（ＰＢ７８）的ＰＣＲ产物在抗、感病品种间可揭示多态性。对２个Ｆ_２群体进一步的遗传分析表明,ＰＣＲ标记和Ｘａ２１的白叶枯病抗性紧密连锁,其重组率仅为２．４８％。根据该标记选择基因型纯合的抗性植株,其准确率可达１００％。本文还就植物育种中分子标记的检测途径进行了评价。     

水稻类Tubby蛋白质在叶片生长和白叶枯病抗性反应中的表达

类Tubby蛋白质（Tubby-like protein,TLP）在动植物中广泛存在,暗示其在生命过程中发挥重要的作用。水稻（Oryza sativa）基因组中有14个TLP家族成员,首先制备了这些蛋白质的抗体,用免疫印迹方法检测了它们在水稻叶片不同生长时期的表达情况,揭示其表达模式;然后对Xa21介导的水稻白叶枯病抗性反应不同时间点进行检测,发现OsTLP2、OsTLP7、OsTLP8和OsTLP9等4个蛋白质的表达发生了变化;进一步比较它们在抗病、感病反应和对照处理中的表达情况,发现不同反应间的表达也有区别。该研究结果为阐释水稻TLP在叶片生长过程中的功能,尤其是在水稻-白叶枯病菌互作过程中的作用提供了重要线索。     

转基因水稻T—DNA侧翼序列的扩增与分析

利用现有的转抗白叶枯病基因Xa21的水稻材料,通过TAIL－PCR技术扩增出携带Xa21基因的T－DNA的侧翼序列,对24个有效扩增片段的序列分析结果表明,其中14个侧翼序列是水稻DNA,9个含载体主干序列,1个是外源基因Xa21片段,14个T－DNA侧翼的水稻DNA序列与直接转化法外源基因整合位点的基因组序列具有不同的特点,这些T－DNA在水稻染色体上整合后其两端序列的特点类似于在转基因双子叶植物中观察到的现象,在含主干序列的侧翼序列（37．5％,9／24）,中,载体主干序列是以不同的类型出现的。     

籼稻明恢63成熟种子愈伤组织的诱导及转基因水稻的抗性检测

利用不含附加营养成分的2,4-D培养基（2mg/L）诱导明恢63的成熟种子,9天预诱导后获得了大量的愈伤组织。利用基因枪辅助的土壤农杆菌转化法将天花粉蛋白（Trichosanthin, TCS）基因转入籼稻明恢63的愈伤组织,并通过再生（含有3mg/L 6-BA, 0.5mg/L ABA和1mg/L NAA的N6培养基）获得了转基因植物。 Southern blot分析和Western blot检测证明外源基因已经插入到T0代明恢63的基因组中并获得了表达。初步研究结果表明,转基因水稻对稻瘟病菌侵染具有抗性。     

Xa26, a gene conferring resistance to Xanthomonas oryzae pv. oryzae in rice, encodes an LRR receptor kinase-like protein

Rice bacterial blight, caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), is one of the most serious rice diseases worldwide. A rice gene, Xa26, conferring resistance against Xoo at both seedling and adult stages was isolated by map-based cloning strategies from the rice cultivar Minghui 63. Xa26 belongs to a multigene family consisting of four members. It encodes a leucine-rich repeat (LRR) receptor kinase-like protein and is constitutively expressed. Sequence analysis revealed that IRBB3 and Zhachanglong lines that are resistant to a broad range of Xoo strains, also carry Xa26. However, significant difference in lesion length was observed among these lines after inoculation with a set of Xoo strains. Moreover, transgenic plants carrying Xa26 showed enhanced resistance compared with the donor line of the gene in both seedling and adult stages. These results suggest that the resistance conferred by Xa26 is influenced by the genetic background.