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.     

水稻白叶枯病广谱抗性基因Xa21导入两用不育系培矮64S

以克隆的Xa21基因为外源基因,成熟胚愈伤组织为转化受体,应用农杆菌介导法对水稻两用型核不育系培矮64S进行转化,获46株转基因植株。PCR和Southern分析结果表明,Xa21已整合到受体基因组。用稻白叶枯病病原菌(Xanthomonasoryzaepv.oryzae)菲律宾小种6号接种鉴定,结果表明大多数转基因植株获得了抗病性。已整合的Xa21基因能够稳定地遗传,在所检测转基因株系的T1代中,Xa21基因显示3:1的分离。     

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.     

云南野生稻中的抗白叶枯病基因Xa21的鉴定

水稻白叶枯病是水稻生产上的主要细菌病害之一。从野生稻中发掘优异的水稻白叶枯病抗性材料,可以拓宽栽培稻抗白叶枯病遗传基础。经过温室接菌鉴定和PCR标记分析,对云南野生稻进行Xa21基因的检测鉴定。温室接菌鉴定表明,云南野生稻对广谱致病小种PX099及云南强致病菌Y8具有较好的抗性能力,特别是疣粒野生稻对致病菌株达到免疫程度;PCR标记分析表明,云南野生稻不含有Xa21基因,但含有与Xa21基因某些区域同源的片段。本研究结果为寻找新的抗源材料及快速发掘利用云南野生稻中的抗白叶枯病基因提供理论依据。     

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。     

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。     

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。     

分子标记辅助选择改良蜀恢527对白叶枯病的抗性

以含抗性基因Xa2 1和Xa4的抗白叶枯病近等基因系IRBB6 0为供体亲本 ,以不抗白叶枯病强恢复系蜀恢5 2 7为轮回受体亲本 ,连续回交 3代 ,自交 1代 ,在分离世代用分别与Xa2 1和Xa4紧密连锁的标记pTA2 48和MP12对目标基因Xa2 1和Xa4进行辅助选择 ,直至BC3F2 。在BC3F2 中选出株型、粒型、播抽期等农艺性状与蜀恢 5 2 7相似且pTA2 48和MP12的扩增带型纯合的 10个单株 ,用 10 0个RAPD和 12 0对SSR引物进行背景选择 ,决选出 5个单株 ,作为改良的蜀恢 5 2 7。抗性分析表明 ,这些改良的蜀恢 5 2 7株系对我国菌系CⅠ CⅦ和来自菲律宾的P1 和P6 均表现抗性 ,说明抗性基因已成功导入蜀恢 5 2 7中并表达。同时对pTA2 48和MP12在亲本间的多态性和选择的准确性也进行了分析 ,结果显示这两个标记在亲本间的多态性明显 ,共显性 ;选择的准确率分别在 97%和 83%以上 ,可以用其进行标记辅助选择。     

Breeding bacterial blight-resistant hybrid rice with the cloned bacterial blight resistance gene Xa21

The cloned bacterial blight (BB) resistance gene Xa21 was transferred into Minghui63, a widely used restorer line of indica hybrid rice in China, through an Agrobacterium-mediated system. Molecular and resistance analyses revealed that the Xa21 gene was integrated in the genomes of transgenic plants and their progeny inherited resistance stably. For the purpose of hybrid breeding, Xa21 transgenic homozygous restorer lines were selected through `within-lane' dosage comparison of hybridization signal in combination with PCR and resistance analyses. The selected transgenic restorer lines were then crossed with a commonly used sterile line, Zhenshan97A, to produce Xa21 transgenic hybrid rice, Shanyou63-Xa21. The hybrid rice plants with Xa21 displayed high broad-spectrum resistance to Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) races and maintained elite agronomic characters of Shanyou63. The propagation of this BB-resistant hybrid variety with Xa21 will benefit rice production.     

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。     

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。     

水稻单拷贝Xa21近等转基因系的培育与抗性分析

植物转基因的表达在一定程度上受其所在宿主基因组整合位置的影响 ,通常称为转基因位置效应。利用农杆菌介导法将抗白叶枯病基因Xa21转入水稻品种明恢 63,获得带有不同转基因拷贝数的转化体。对转化体连续自交 ,并对转基因整合位点进行鉴定和筛选 ,获得了明恢63遗传背景下整合在不同染色体位点的单拷贝Xa21转基因纯合系。这些转基因系除一个单拷贝转基因整合位点外 ,在基因组水平上是等同的 ,构成了近等转基因系。经分子杂交和遗传定位验证 ,共获得明恢63遗传背景下的6个近等转基因系。对这些近等转基因系进行抗白叶枯病分析,显示出几乎相同的高抗水平。这表明整合位点对Xa21的抗性没有影响 ,不存在转基因位置效应.     

水稻OsWRKY42是Xa21介导的抗白叶枯病途径新元件

Xa21对白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)具有广谱抗性, 是最早被克隆的水稻(Oryza sativa)抗白叶枯病基因。前期研究表明, OsWRKY42可能在Xa21介导的抗病反应中发挥作用。在Xa21基因遗传背景下制备了OsWRKY42的RNA干扰株系, 将经免疫印迹确认的转基因株系接种白叶枯病菌, 结果表明, 与抗病对照4021相比, 转基因株系的病斑长度增加, 说明OsWRKY42的丰度下调抑制了Xa21对白叶枯病的抗性反应。免疫印迹分析表明, 在OsWRKY42-RNAi转基因水稻中, OsPR6、OsPR15和OsPR16的蛋白质丰度降低, OsPR1A、OsPR1B、OsPR2和OsPR10A的蛋白质丰度升高, 表明这些病程相关蛋白质可能位于OsWRKY42基因的下游, 受OsWRKY42调控并参与Xa21介导的抗病性。研究结果表明, OsWRKY42是Xa21介导的抗白叶枯病途径新元件, 增进了对Xa21介导的水稻抗病机理的认识。     

提高农杆菌转化水稻频率的研究

以16种重要的籼稻和粳稻栽培品种为材料,研究了影响农杆菌转化水稻频率的有关因素,结果表明,CC培养基是绝大多数水稻全国组织的最适诱导与继代培养基;添加2．5－5mg/L ABA可以有效地改善水稻愈伤组织的质量,籼稻愈伤组织所需的筛选剂浓度低于粳稻愈伤组织所需的浓度,根癌农杆菌EHA105菌株对水稻的转化效果优于LBA4404和AGL1菌株的效果,头孢霉素对农杆菌的抑制效果优于羧苄青霉素的效果,共培养后进行适当的干燥处理既可增强脱菌效果,又可提高转化频率,应用我们所优化的农杆菌转化技术体系,获得了10个品种的水稻转基因植株。     

根癌农杆菌介导Bt基因转化水稻的研究

为了培育出无筛选标记基因的转基因水稻,试验将loxp-hpt-loxp基因与成基因连锁在-起转化水稻方法,得到loxp-hpt—loxp—Bt转基因水稻植株,再与同质的带有ere基因的水稻杂交,以定向删除潮霉素抗性筛选标记。试验表明以水稻品种“皖粳97”为供试材料,将成熟胚来源的愈伤组织用根癌农杆菌EHA105／pCAMBIA1305．1感染后,筛选出抗性愈伤组织并获得再生植株。经PCR验证,得到20棵转基因水稻植株。     

根癌农杆菌介导的水稻转化研究进展

农杆菌介导的水稻基因转化是水稻基因转化的热门。本文对由农杆菌介导转化获得的水稻品系（品种）,影响农杆菌介导转化的因素,农村菌浸染的方法,外源基因的检测和遗传等方面作综合论述,并提出了农杆菌介导转化水稻的前景。