菠菜甜菜碱醛脱氢酶基因在棉花中的过量表达和抗冻耐逆性分析

分离出菠菜甜菜碱醛脱氢酶基因(SoBADH)构建成由CaMV35S驱动的双元植物表达载体pBSB, 农杆菌菌株LBA4404携带该载体转化棉花, 获得转基因棉花植株。65株转基因植株经过PCR筛选、Southern blotting分析证明有45株为成功的转化株, 外源基因已经被整合到棉花的染色体组中, 并以单拷贝插入居多。对部分株系的SoBADH基因的表达进行分析表明均有较高的mRNA和蛋白的表达。经测定这些株系中的甜菜碱脱氢酶活性显著提高, 达到0.66~1.70 nmol/min/mg水平。同时这些转基因株系在盐胁迫下比对照长势强, 株高和地上部分的鲜重显著高于非转基因对照; 在低温胁迫下, 这些转基因株系表现出显著的抗冻性能。结果表明菠菜甜菜碱醛脱氢酶能够在异源植物棉花中过量表达, 并具有较高的酶活性, 转基因棉花可作为抗逆育种的种质材料。     

棉花miR397 LAC4模块调控棉铃虫抗性研究

miRNA(microRNA)通过调控其靶标基因在植物的生长、发育和抗逆过程中扮演着重要的角色。该研究采用分子生物学和生物化学等方法,探讨棉花miR397 LAC4参与植株木质素生物合成和对棉铃虫抗性响应机制。结果发现：(1)棉花miR397(ghr miR397)在转录后调控漆酶基因(GhLAC4)的表达,GhLAC4属于蓝铜氧化酶家族,通过调控木质素合成,抵御棉铃虫入侵棉花。(2)GUS报告基因融合表达和酶活性测定表明,ghr miR397在转录后切割靶标基因GhLAC4抑制其表达。(3)利用VIGS(virus induced gene silencing)技术在棉花中沉默和过表达ghr miR397,棉铃虫抗性检测分析表明,沉默miR397表达会增加棉花对棉铃虫的抗性,但过表达ghr miR397则会降低棉花的抗性。(4)选择性和非选择性棉铃虫实验分析、组织化学染色和木质素含量测定表明,沉默GhLAC4表达会减少木质素的积累,增加棉花对棉铃虫的敏感性。研究表明,ghr miR397 GhLAC4模块共同微调棉花木质素合成来参与棉花抗虫性调控,同时也为棉花抗虫育种提供了新思路。     

转Cry1Ac活性杀虫蛋白及慈菇蛋白酶抑制剂B基因的棉花

根据植物基因的结构特征,合成了CrylAc活性杀虫蛋白的编码序列并与内质网定位肽编码序列组成嵌合杀虫蛋白基因Bt29K.构建了含Bt29K基因及慈菇蛋白酶抑制剂B(API-B)基因表达框的双抗虫基因植物表达载体.通过根癌土壤杆菌(Agrobacteriumtumefaciens(Smith et Townsend)Conn LBA4404)介导转化了棉花(Gossypium hirsu-tun L.)的两个生产品种(系).根据抗棉铃虫(Heliothis armigera)试验及农艺性状的观察调查结果,经6代筛选,获得了抗棉铃虫90.0%～99.7%且农艺性状优良的9个双价抗虫棉纯合品系.分子生物学分析结果表明,两个抗虫基因在棉花基因组中的插入拷贝数为1个或2个.活性Cry1Ac和API-B蛋白在转基因抗虫棉株系中的表达量分别约占总可溶性蛋白的0.17%和0.09%.对双抗纯合系植株及仅转Bt基因的棉花纯合系抗虫性检测结果表明前者的抗虫性明显高于后者,因此推断本研究采用的双抗虫基因表达载体构建策略是合理的.     

早熟棉体细胞胚胎发生和植株再生体系的建立

以8个早熟或特早熟棉花为材料,通过不同激素组合(1.0 mg/L IBA+0.5 mg/L KT;0.1 mg/L 2,4-D+0.1 mg/L KT)诱导其愈伤组织,为早熟棉花的遗传转化以及基因功能研究奠定基础.结果表明,2种激素组合均能诱导产生4种主要类型的愈伤组织:淡黄色颗粒状愈伤组织,褐化的愈伤组织,翠绿致密的愈伤组织,疯长型愈伤组织.4种愈伤组织转入增殖培养基中前2种愈伤组织能够分化出胚性愈伤组织,胚性愈伤组织再转到分化培养基上培养能够产生胚状体,即体细胞胚;体细胞胚进一步发育成为再生小苗.用该组织培养再生系统,成功地使晋棉5号、中棉27号和辽棉10号等3个早熟棉品种在5～7个月内通过体细胞胚胎分化获得再生小苗.     

转新型抗虫基因Vip3A棉花新种质的创制

该研究构建植物表达载体pBin438 Vip3A,通过农杆菌介导法转化棉花品种‘冀合713’,将新型抗虫基因Vip3A导入到棉花植株,创制对棉铃虫抗性的转基因棉花新种质。结果表明：(1)PCR检测Vip3A基因已经导入到棉花基因组中且能够稳定遗传。(2)室内抗虫性鉴定表明,与对照相比转基因植株对棉铃虫的抗性显著提高,并获得2株高抗和3株抗棉铃虫的转Vip3A基因株系。(3)Southern blotting结果显示,转基因株系BV01为单拷贝。(4)Elisa检测表明,外源Vip3A基因在BV01的根、茎、叶、花、种子中都有表达,在叶片中的Vip3A蛋白表达为苗期>蕾期>花期>铃期>吐絮期。该研究创制了新型抗虫转基因棉花材料,为培育棉花新型抗虫品种提供了种质资源。     

棉花抗逆基因GhAREB4的克隆及功能分析

AREBs转录因子家族基因主要参与干旱、高盐、低温等胁迫应答反应,在植物抵御各种逆境胁迫中起着非常重要的作用。该研究经序列电子拼接克隆了陆地棉GhAREB4基因,该基因全长1 784bp,其开放阅读框为1 227bp,编码408个氨基酸,预测分子量为44.3kD,等电点为8.88。蛋白结构预测发现,该蛋白二级结构中含有bZIP基因家族的保守结构域。系统进化树分析表明,GhAREB4与可可的AREB转录因子同源性最高。绿色荧光蛋白亚细胞定位分析表明,GhAREB4蛋白分布在细胞核内。qRT-PCR分析表明,GhAREB4基因在花中的表达量最高;且GhAREB4基因表达受到干旱、高盐、低温、脱落酸(ABA)等处理的诱导,其可能调控棉花对非生物逆境的耐性响应。研究结果为进一步研究该基因对棉花耐逆调控机制奠定了基础。