植物基因工程新途径：叶绿体转化

在植物基因工程研究中,叶绿体是继核转化之后又一新的遗传转化和表达受体,叶绿体转化体系具有可同时进行多基因转化,表达原核性,超量表达,后代遗传稳定,定点整合,不会产生基因沉默及母性遗传和安全性好等特点,本文着重介绍叶绿体转化体系的特点,国内外研究动态,存在的问题及未来发展方向。     

白萼吊钟海棠的组织培养与快速繁殖

以带节茎段为外植体进行了白萼吊钟海棠(Fuchsia alba-coccineaHort.)的组织培养和快速繁殖研究,对外植体的灭菌方法以及在试管苗增殖和生根培养过程中不同浓度的激素配比进行了筛选,同时研究了抑制试管苗褐化和玻璃化的方法。结果表明,最适宜白萼吊钟海棠外植体灭菌的方法是用0.1%HgC l2处理4~6 m in;MS培养基中不加NH4NO3可完全消除试管苗玻璃化现象;MS培养基中加入1.0 g.L-1PVP,可基本抑制试管苗褐化;试管苗增殖的最佳培养基为含0.8 mg.L-16-BA、0.10 mg.L-1NAA和1.0 g.L-1PVP的MS培养基;试管苗生根的最适培养基为含0.1~0.2 mg.L-1NAA和1.0 g.L-1PVP的1/2 MS培养基。     

从水稻Ac/Ds插入突变体扩增Ds侧翼序列的最适TAIL-PCR引物

温度非对称交互PCR(TAIL-PCR)技术已广泛应用于从多种生物体系克隆侧翼于已知序列的DNA片段的分子操作中,并极大地促进了反向遗传学研究。但是,可能由于不同物种间基因组大小和序列存在显差异,在采用该技术进行转座元件Ds水稻插入突变体鉴定过程中,常因TAIL-PCR反应的稳定性差而影响突变体筛选效率。有鉴于此,根据Ds核苷酸序列设计了分别对应或互补于Ds插入元件两端长度不同的12个特异引物组成32个组合,在大量预试验基础上与6个不同简并性(32～256)的随机简并引物分别组合进行TAIL-PCR反应,较系统地研究了引物特性对以水稻基因组DNA为模板的TAIL-PCR反应效率的影响。结果发现,第一反应采用长序列特异引物(36～40mer)可显提高扩增特异性,随机简并引物的简并度对反应的影响显。还选择出两个适于从水稻Ds插入突变体基因组高效扩增出Ds插入侧翼片段的最优特异引物组合和最适简并引物。应用本研究结果可显地提高TAIL-PCR技术筛选水稻插入突变体的效率。     

石龙尾(Limnophila sessiliflora BI.)的组织培养与快速繁殖技术研究

以石龙尾（Limnophila sessiliflora BI．）沉水枝带节茎段为外植体进行离体培养,研究外植体灭菌方法以及培养基中不同生长调节剂的浓度对其增殖、生根的影响。结果表明：以0．1％的HgCl2为灭菌剂,采用4min＋4min、间歇4h的间歇灭菌法,可以获得成活的无菌外植体15％;在1／2MS＋6．BA2．0mg·L^-1＋NAA 0．1～0．2mg·L^-1的增殖培养基上培养35d,试管苗的增殖系数可达30．8以上;在1／2MS＋6-BA 0．3mg·L^-1＋NAA 0．5mg·L^-1的生根培养基上培养28d后,可获得具3～5个侧枝的生根苗,平均每株生根数4．8条;炼苗后移植成活率100％。     

水稻基因组上一个Ds切离及其双位点插入行为的分子鉴定

玉米转座元件Ac/Ds是hAT转座子家族的成员, 导入水稻基因组后具有转座活性, 尽管转座机制还不完全清楚, 但它们通常经保守的非复制型“剪切-粘贴”过程转座。研究表明, 在Ac编码的转座酶作用下, Ds从原位点切离后常优先重新插入到连锁位点。文章利用TAIL-PCR技术从水稻一个Ds插入突变体及其回复突变体中分离Ds侧翼序列, 结合生物信息学分析方法, 对Ds在突变体上插入位点、回复突变体内切离足迹和重新插入位点进行了分子鉴定。结果显示, 突变体中Ds从3号染色体切离后, 在原插入位点残留了8 bp足迹序列(CATCATGA), 引起Ds标记基因外显子和内含子数目增加, 从而影响基因结构。切离后的Ds重新插入回复突变体第2和第6号染色体上, 分别编码烟草胺氨基转移酶和衰老相关蛋白的2个基因的编码区。因此, 典型的“剪切-粘贴”机制不能完全解释Ds的转座行为, Ds转座存在“剪切-复制-粘贴”的特点。     

水稻Ac×Ds后代基因组DNA中Ds侧翼序列的扩增及其Ds插入分析

采用TAIL-PCR技术从经鉴定含Ac/Ds双元件的材料中扩增Ds侧翼序列并测序, 对水稻Ac×Ds后代基因组DNA进行Ac和Ds插入的PCR分析。利用NCBI的BLAST软件, 以Ds侧翼序列为待查询序列进行GenBank在线搜索比对, 获得Ds插入相关基因的染色体定位和功能注释等信息。对扩增的93个有效Ds侧翼序列进行分析, 结果显示, 有21个水稻杂交后代中Ds插入于基因编码区, 其余72个插入在基因间序列, 其中12个插入在特定基因的上游3 kb以内的间隔区。本研究强调了提高Ds侧翼序列扩增和Ac/Ds植株筛选效率的技术关键。     

从水稻Ac/Ds插入突变体扩增Ds侧翼序列的最适TAIL-PCR引物

温度非对称交互PCR(TAIL PCR)技术已广泛应用于从多种生物体系克隆侧翼于已知序列的DNA片段的分子操作中 ,并极大地促进了反向遗传学研究。但是 ,可能由于不同物种间基因组大小和序列存在显著差异 ,在采用该技术进行转座元件Ds水稻插入突变体鉴定过程中 ,常因TAIL PCR反应的稳定性差而影响突变体筛选效率。有鉴于此 ,根据Ds核苷酸序列设计了分别对应或互补于Ds插入元件两端长度不同的 12个特异引物组成 32个组合 ,在大量预试验基础上与 6个不同简并性 (32～256 )的随机简并引物分别组合进行TAIL PCR反应 ,较系统地研究了引物特性对以水稻基因组DNA为模板的TAIL PCR反应效率的影响。结果发现 ,第一反应采用长序列特异引物(36～ 4 0mer)可显著提高扩增特异性 ,随机简并引物的简并度对反应的影响显著。还选择出两个适于从水稻Ds插入突变体基因组高效扩增出Ds插入侧翼片段的最优特异引物组合和最适简并引物。应用本研究结果可显著地提高TAIL PCR技术筛选水稻插入突变体的效率     

龙凤竹的组织培养

以龙风竹[Pedilanthus tithymaloides（L.）Poit．var．nartus Dressler]茎段为外植体,研究了龙凤竹愈伤组织诱导、植株再生以及试管苗继代保存培养的培养条件。结果表明,龙风竹茎段灭菌的最佳方法是用1．0g·L^-1HgCl2处理4～10min;愈伤组织诱导与分化的最佳培养基为添加1．5mg·L^-1 6-BA和0．10～0．15mg·L^-1 NAA的MS培养基（含有30g·L^-1蔗糖和6g·L^-1琼脂粉,pH5．78～pH5．80）;试管苗生根的最佳培养基为含有0．2mg·L^-1 NAA的生根培养基（1／2MS,含有15g·L^-1蔗糖和6g·L^-1琼脂粉,pH5．78-pH5．80）,试管苗生根率可以达到93．3％;经过炼苗并移栽后,龙风竹试管苗的成活率可达95．0％以上;龙凤竹试管苗的最佳继代保存培养条件为：在含有0．1mg·L^-1 NAA的生根培养基中,于温度15℃、光照强度20μmol·m^-2·s^-1的条件下继代保存。此外,龙凤竹愈伤组织可以直接分化产生大量丛生芽,达到龙凤竹试管苗增殖的目的。     

长叶皇冠的组织培养与快速繁殖技术研究

以长叶皇冠短缩茎为外植体进行离体培养,对外植体灭菌方法以及培养基中不同种类和浓度生长调节剂对增殖、生根的影响等进行研究。结果表明:以0.1%的HgCl2为灭菌剂,采用8min+(6～8)min、间歇时间为24h的间歇灭菌法,可获得20%以上的成活无菌外植体;试管苗茎纵切成4份后,接种在1/2MS+6-BA6.0mg·L-1增殖培养基上培养42d,增殖系数可达9.3;在1/2MS+NAA0.2mg·L-1培养基上培养28d后,生根率达100%,平均每株约生根18条;炼苗后移植成活率100%。     

蚕豆豆类胰岛素基因的cDNA克隆及序列分析

为探明豆科植物中豆类胰岛素基因的结构特征与进化关系,在已获得大豆豆类胰岛素基因的基础上,以蚕豆种子胚根mRNA为材料,采用RT-PCR技术,克隆了蚕豆豆类胰岛素基因的cDNA序列,编码的前体多肽包括信号肽、成熟型豆类胰岛素及另一多肽的45个氨基酸残基。DNA序列分析表明,克隆片段与大豆和豌豆的同源性分别为62.5%和58.7%。在氨基酸水平上分别具有44.2%和43.6%的同源性,其中存在着高度保守的半胱氨酸位点,它们在维持豆类胰岛素的空间结构与生理功能方面,可能具有重要的作用。 Abstract:In order to elucidate the relationship between the structural features of leginsulin gene in legume plants and their phylogenetic significance,we have cloned the cDNA sequence of leginsulin gene from radicles of broad bean (Vicia faba) via RT-PCR techniques according to the leginsulin gene sequence we previously obtained from soybean (Glycine max).The cloned cDNA encoded for a precursor protein consisting of the signal peptide,mature leginsulin and an additional 45 amino acids of another polypeptide.A sequence search for homology comparison revealed the cloned leginsulin cDNA fragment shares 62.5% and 58.7% similarity to soybean and pea,respectively.The results also shown that leginsulin cDNA from broad bean presents 44.2% and 43.6% amino acid sequence homology with soybean and pea (Pisum sativum),respectively,and that there exists highly conserved cysteine sites among the leginsulin cDNAs,which may play a crucial role in maintaining the three-dimensional structure and the physiological functions of leginsulin.