水稻细胞质1，6—二磷酸果糖酶基因1195bp的上游调控序列的克隆及其在转基因水稻中的表达研究

1,6－二磷酸果糖酶（EC3．13．11）催化1,6－二磷酸果糖分解为6－磷酸葡萄糖和无机磷酸。在高等植物的光合作用细胞中,存在两种1,6－二磷酸果糖酶：即叶绿体型1,6－二磷酸果糖酶和细胞质型1,6－二磷酸果糖酶。由于细胞质型1,6－二磷酸果糖酶在植物碳水化合物代谢中起重要作用,且具有表达特异性,本试验通过Genome Walking分离了水解细胞质型1,6－二磷酸果糖酶基因的上游序列,并将其与β－葡糖醛酸酶（GUS）报告基因建成嵌合表达载体。采用基因枪法转化水稻,在转基因水稻中分析了GUS的表达活性和特异性。组织化学检测表明,在转基因水稻的成熟叶片中,GUS基因只在叶肉细胞中表达,在表皮细胞,泡状细胞,维管组织中均无表达,在叶鞘中的表达与叶片中相似,仅仅在叶肉细胞中表达,在根,茎所有细胞中均没有蓝色反应,为进一步研究1,6－二磷酸果糖酶基因启动子在水稻中的表达量,对12株独立来源的转基因水稻的GUS活性进行了荧光定量分析。结果显示,水稻成熟叶片中的GUS活性平均值为7031．5pmol4-MU^-1.min^-1.mg蛋白。在不同器官及组织中表达活性有差异,在转基因水稻的叶片,叶鞘中GUS均有较强的表达,在根、茎中未检测到GUS活性,实验结果表明,ATG上游1195bp调控区足以导致GUS基因在水稻中的特异性表达,因此该片段包含有使报告基因在叶肉细胞中特异性表达的所有顺式调控元件。     

从水稻细胞质型果糖-1,6-二磷酸酶启动子上游中去除93 bp可以彻底改变其表达模式

细胞质型果糖-1,6-二磷酸基因ATG上游1 195bp侧翼序列可调控GUS基因在水稻(Oryza sativa L.)中特异性表达,因此该片段包含有使报告基因在叶肉细胞中特异性表达的所有顺式元件.为了研究其调控特异表达的顺式元件,对启动子5′端进行了一系列的缺失,得到4种与GUS基因融合的植物表达载体,通过基因枪法转入水稻.结果表明,自启动子5′端-1 195 bp缺失至-1 102 bp时,GUS基因由叶肉细胞特异性表达变为组成型表达,且表达活性有所提高,推测在该区段中存在调控叶肉细胞特异性表达的顺式元件.进一步缺失仍然保持组成性表达的模式,即在转化株的根、茎和叶中的所有细胞中均有表达,同时启动子活性有所提高.这一结果暗示该启动子具有很大的应用潜力.     

水稻msp1-4突变体的鉴定及其UDT1和GAMYB基因的表达分析

通过对粳稻‘9522’辐射诱变,得到一隐性雄性不育突变体msp1-4（MULTIPLE SPOROCYTE）,用遗传定位方法将该基因座位定位在分子标记WY-4和WY-8之间,相距0．8cM,物理距离247kb。测序分析证明这247kb区间中的MSP1基因的编码区在第758bp到767bp之间发生了10个碱基的缺失。形态学观察结果表明该突变体和已经报告过的msp1突变体的表型基本一致。为分析水稻其它与花药发育相关的基因在msp1-4中的表达变化,用半定量RT-PCR技术检测到影响绒毡层和花粉发育的重要基因UDT1和GAMYB的表达在突变体中比在野生型水稻中低,说明这2个基因可能位于MSP1基因的下游。     

从水稻细胞质型果糖—1，6—二磷酸酶启动子上游中去除93bp可以彻底改变其表达模式

细胞质型果糖_1,6_二磷酸基因ATG上游 1195bp侧翼序列可调控GUS基因在水稻 (OryzasativaL .)中特异性表达 ,因此该片段包含有使报告基因在叶肉细胞中特异性表达的所有顺式元件。为了研究其调控特异表达的顺式元件 ,对启动子 5′端进行了一系列的缺失 ,得到 4种与GUS基因融合的植物表达载体 ,通过基因枪法转入水稻。结果表明 ,自启动子 5′端 - 1195bp缺失至 - 110 2bp时 ,GUS基因由叶肉细胞特异性表达变为组成型表达 ,且表达活性有所提高 ,推测在该区段中存在调控叶肉细胞特异性表达的顺式元件。进一步缺失仍然保持组成性表达的模式 ,即在转化株的根、茎和叶中的所有细胞中均有表达 ,同时启动子活性有所提高。这一结果暗示该启动子具有很大的应用潜力。     

水稻单C2H2型锌指基因ZOS2-01的表达与功能分析

拟南芥超雄基因(SUPERMAN,SUP)是一个单C2H2锌指基因.该基因突变后会造成雌蕊同源转化为雄蕊,正常的心皮发育受阻,因此SUP在控制花第3/4轮边界的建立和胚珠的发育中起重要作用.为了探知水稻中的SUP同源基因是否也存在类似的功能,我们根据拟南芥SUP的功能结构域,从水稻中克隆了一个与SUP类似基因,命名为ZOS2-01,并对其表达和功能进行了分析.结果表明,ZOS2-01与拟南芥的SUP和矮牵牛的PhSUP1在系统进化树上处于同一分支且与SUP的功能结构域完全相同.定量PCR和GUS表达分析表明,除胚乳外,ZOS2-01几乎在所有组织和器官中表达,但在幼穗中的表达量最高,暗示它可能参与了水稻的营养生长和花器官发育的调节.然而,采用RNA干扰和过量表达的方法减少和增加ZOS2-01的表达并没有明显影响水稻的生长发育,转基因水稻的营养生长正常,花器官发育也没有明显异常且结实正常.这些结果表明,尽管水稻ZOS2-01与拟南芥SUP具有相同的功能结构域,但它们的表达和功能可能已出现了分化,或者水稻中存在多个功能冗余的SUP类似基因.     

鱼腥藻Ⅱ型果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因的克隆及其在大肠杆菌中的高效表达

随着更多蓝藻全基因组序列测定完成,蓝藻基因工程研究现已进入后基因组时代。2001年Kaneko等完成了鱼腥藻7120全基因组序列测定,随后人们利用生物信息学的方法对其中一些基因的功能进行了预测,包括Ⅱ型果糖-1,6-二磷酸醛缩酶（FBA）基因,但该基因是否编码Ⅱ型果糖-1,6-二磷酸醛缩酶及该产物的相关酶学特性至今尚未见报道。通过PCR克隆到鱼腥藻7120中预测的Ⅱ型FBA基因,插入到质粒pET-32a的相应位点,构建成原核表达载体pET-FBA-Ⅱ。蛋白电泳结果显示,重组蛋白的表达量占总蛋白含量的23．4％,与蛋白分子标记相比,其分子量约为40kDa。酶学活性测定结果表明,其蛋白粗提物的比活力为11．8U（mgprotein）^-1,具有标准Ⅱ型FBA活性。证实了Cyanobase中关于该基因功能的预测,也为进一步研究该基因表达产物的生理生化特性及功能提供了重要资料。     

水稻矮脆突变体dwf1的特性与基因定位

矮脆突变体dwf1(dwarf and fragile 1)来源于EMS诱变处理的籼型恢复系缙恢10号,主要表现为根、茎、叶、叶鞘、子粒等器官特别脆,同时植株变矮、叶片披垂。株高、穗长、结实率、节间长以及千粒重有不同程度降低,细胞壁中纤维素和木质素含量下降、半纤维素含量增加,机械强度下降。茎秆表面锯齿状突起尖锐,薄壁细胞较野生型小、细胞大小不一致、排列紊乱,细胞形状不规则、长度稍有变短。该突变性状受一对隐性核基因控制,位于第9染色体上标记Ind6与Ind4之间,dwf1相对于野生型在LOC_Os09g25490第7外显子上有一个碱基的错义突变,导致氨基酸由半胱氨酸突变为精氨酸,该突变发生在基因的高度保守区域内。dwf1对深入研究水稻变矮变脆机制具有重要意义。     

水稻胞质FBA基因在鱼腥藻7120中的表达及其对光合作用的调控

光合作用包括了一系列复杂的反应,其中碳固定反应是光合作用调控的核心环节。果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)是Calvin循环中固定CO₂后第一个催化三碳化合物转变为六碳化合物的酶,在光合作用中有着重要的作用。近年来,反义技术进一步地证明了FBA在加速碳固定反应方面有着非常大的潜力。本论文通过过表达技术来研究提高FBA活性是否能加速碳固定反应。将水稻胞质FBA嵌合基因转入鱼腥藻7120,通过相应的抗生素筛选及PCR鉴定后,确定得到了稳定遗传的转基因藻。对转基因藻和野生藻进行FBA活性及生理活性的测定后发现：转基因藻中FBA的活性比野生藻提高了31.2%;细胞生长速率比野生藻提高了24.4%;净光合与真实光合分别比野生藻提高了19.2% 和20.6%。以上结果证明,在鱼腥藻体内特异的提高非调控酶FBA的水平,能在一定程度上提高转基因藻的光合活性,并且能够提高转基因藻的细胞增长效率。为进一步研究FBA在光合碳流量中的调控机理提供实验依据。     

里氏木霉纤维二糖酶bg1Ⅱ基因的cDNA克隆及其在大肠杆菌中的表达

将里氏木霉总RNA反转录得到cDNA第一链，并以之为模板进行RT－PCR合成约1．4kb的纤维二糖酶基因cDNA,将所得的cDNA经测序后克隆到温度敏感型载体pJW2中，经PCR和双酶切鉴定筛出阳性重组子，温度诱导后，经酶活测定，bg1Ⅱ基因在大肠杆菌中得到了表达，酶活为0．75IU／mL。     

受NaCl诱导的盐藻果糖-1,6-二磷酸醛缩酶cDNA的克隆及其在烟草中的表达

采用快速扩增cDNA末端(RACE)技术, 获得了盐藻(Dunaliella salina)受诱导表达的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶全长cDNA (DsALDP). 蛋白质序列分析发现, DsALDP与许多植物叶绿体的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(AldP)具有较高的同源性(66%~73%). 系统进化分析进一步证明DsALDP与藻类的AldP亲缘关系最近. 就表达谱而言, DsALDP是NaCl诱导下新表达的转录本, 其表达水平随诱导时间的不同而呈显著变化. 筛选的DsALDP cDNA构建到双元载体pBI121并导入农杆菌用以转化烟草, 对4个T₁代转基因植株进行Southern检测, 证明DsALDP已整合入转基因植株的基因组. RT-PCR分析显示DsALDP在这些植株中均得到有效表达. 生物测试表明, T₁-1, T₁-2和T₁-3植株在100~200 mmol/L NaCl下仍保持醛缩酶活性, 且其脯氨酸含量均有不同程度的升高.     

里氏木霉纤维二糖酶bgl II基因的cDNA克隆及其在大肠杆菌中的表达

将里氏木霉总RNA反转录得到cDNA第一链,并以之为模板进行 RT-PCR合成约1.4kb的纤维二糖酶基因cDNA,将所得的cDNA经测序后克隆到温度敏感型表达载体pJW2中,经PCR和双酶切鉴定筛出阳性重组子,温度诱导后,经酶活测定,bgl II基因在大肠杆菌中得到了表达,酶活为0.75IU/mL.     

里氏木霉纤维二糖酶bglII基因的cDNA克隆及其在大肠杆菌中的表达*

将里氏木霉总RNA反转录得到cDNA第一链,并以之为模板进行 RT-PCR合成约1.4kb的纤维二糖酶基因cDNA,将所得的cDNA经测序后克隆到温度敏感型表达载体pJW2中,经PCR和双酶切鉴定筛出阳性重组子,温度诱导后,经酶活测定,bgl II基因在大肠杆菌中得到了表达,酶活为0.75IU/mL。     

水稻Xa21基因启动子序列分析及其在不同条件下的表达特征

以水稻品种‘日本晴’(Oryza sativa‘Nipponbare’)为实验材料,根据GenBank上公布的同品种水稻的基因组DNA序列设计1对引物,对水稻Xa21基因启动子进行克隆并测序,通过PCR扩增获得的Xa21基因启动子序列长1 982 bp,其中除包含启动子基本元件外,还包含一些与逆境信号相关的元件(GCC-box、A-box、TC-rich repeats、MBS、LTR和W-box等)。利用GUS组织化学染色和定量分析方法,研究了转基因水稻T1代株系不同器官和发育阶段Xa21基因启动子的表达特异性及其在不同逆境和激素处理条件下的表达特征,结果显示:在转基因水稻的叶、茎和根部均能检测到GUS活性,但根部GUS活性最高,特别是在根尖的中柱区活性最强;随苗龄增长(3叶期、5叶期和8至9叶期)叶片中GUS活性逐渐增加,8至9叶期GUS活性最高;机械损伤和100μmol.L-1茉莉酸甲酯(MeJA)处理可使叶片中GUS活性显著或极显著提高,而干旱、500μmol.L-1水杨酸(SA)和100μmol.L-1脱落酸(ABA)处理则对叶片中GUS活性无明显影响。研究结果表明:外界逆境胁迫对水稻Xa21基因启动子的表达有诱导作用;该启动子的表达受水稻发育阶段的调控并具有一定的器官组织特异性,在根中的表达量最高;其介导的抗病反应依赖于茉莉酸(JA)信号通路。     

不同调控序列控制下的GUS基因在水稻和毛白杨愈伤组织中的瞬时表达

用CaMV35S启动子、玉米Ubil启动子、TMVΩ增强子(Ω序列)以及拟南芥18S rRNA基因同源序列构建的6种GUS基因表达载体分别转化水稻和毛白杨愈伤组织,研究不同调控序列对外源基因表达的调控作用.结果表明:(1)在水稻中,以独立Ubil启动子驱动下的GUS基因表达水平为最高,CaMV35S启动子附加18SrRNA基因同源序列调控下的GUS基因为最低.而在毛白杨中,则呈相反趋势;(2)在水稻中,CaMV35S-Ubil复合启动子的表达活性比独立CaMV35S启动子提高了近1.5倍.而在毛白杨中,前者比后者的低;(3)Ubil启动子附加Ω序列,使GUS基因在毛白杨中的表达水平提高一倍以上.但CaMV35S-Ubil复合启动子附加Ω序列,对GUS基因在毛白杨及水稻愈伤组织中的表达活性均没有明显的增强作用.     

回交重组自交系中SSⅢ-1、SBE3和PUL基因对稻米蒸煮食味品质的影响

该研究利用颗粒结合淀粉合成酶基因(Wxb)与可溶性淀粉合成酶Ⅱa基因(SSⅡ-3)均相同的籼型光温敏核不育系‘广占63S’和潜力恢复系CG173R为亲本,经过回交和多代自交,以构建的回交重组自交系(BILs)BC1F10代株系为供试材料,分析各株系的基因型组成及其蒸煮食味品质(ECQs)和RVA谱,以解析与品质相关微效基因的遗传效应。结果显示:(1)双亲在焦磷酸化酶大亚基基因(AGPlar)、分支酶基因Ⅲ(SBE3)、脱分支酶基因(PUL)、可溶性淀粉合成酶Ⅰ基因(SSⅠ)和可溶性淀粉合成酶SSⅢ-1基因(SSⅢ-1)的基因位点存在差异。(2)SSⅢ-1、SBE3和PUL基因分别在BC1F10代株系中存在单基因分离,SSⅢ-1和SBE3基因、SSⅢ-1和PUL基因在BC1F10代株系中均存在双基因的分离。(3)不同基因型及其互作与蒸煮食味品质(ECQs)中的表观直链淀粉含量(AAC)、胶稠度(GC)以及RVA谱的部分特征值存在显著或极显著的效应。(4)SSⅢ-1单基因只对AAC有极显著影响;SBE3基因和SSⅢ-1基因互作对AAC有极显著影响,对峰值时间(PeT)、成糊温度(PaT)、GC有显著性影响;PUL基因和SSⅢ-1基因互作对PeT、PaT和回复值(CSV)有极显著影响,对最高粘度(PKV)、热浆粘度(HPV)、崩解值(BDV)、冷浆粘度(CPV)、消减值(SBV)、AAC和GC有显著影响。研究表明,在Wxb和SSⅡ-3基因背景下,参与淀粉合成的微效基因SSⅢ-1与SBE3和SSⅢ-1的互作效应极显著影响水稻AAC,SBE3和SSⅢ-1的互作效应与PUL和SSⅢ-1的互作效应显著影响GC,PUL和SSⅢ-1的互作效应极显著影响PaT,这些发现将对改良稻米品质和加快水稻优质育种具有重要意义。     

西方许旺酵母α-淀粉酶基因的克隆及其在大肠杆菌中的分泌表达

目的:将带有完整自身信号肽的西方许旺酵母α-淀粉酶基因克隆到大肠杆菌中,验证西方许旺酵母α-淀粉酶基因能否在大肠杆菌中有效表达。方法:利用PCR扩增带有完整自身信号肽的西方许旺酵母α-淀粉酶基因,并将其接入Zeocin启动子片段,构建了重组表达载体GapZA,转化大肠杆菌,验证得到的阳性克隆菌株是否表达α-淀粉酶活性。结果:阳性克隆菌株均有α-淀粉酶活性。结论:证明了许旺酵母α-淀粉酶能在自身信号肽引导下分泌到大肠杆菌细胞外,并且表现出明显酶活。     

人溶酶体酸性β-葡萄糖脑苷脂酶基因的克隆及其在COS7细胞中的表达

从人胎盘组织提取总RNA,采用RT-PCR扩增人溶酶体酸性β-葡萄糖脑苷脂酶(Lysosomal acid β-glucosidase,GlcCerase)基因编码区的全部序列,并克隆到pMD-19T载体上,构建克隆载体pMD-GlcCerase.经测序验证后.将GlcCerase亚克隆至表达载体pEGFP-C1上,构建了人GlcCerase绿色荧光蛋白真核表达载体pEGFP-GlcCerase.采用脂质体法将其瞬时转染至COS7细胞系后,在细胞中检测到了GlcCerase基因,并在细胞裂解产物中检测到了GlcCerase生物活性的表达.GlcCerase基因的克隆及其表达,为进一步了解GlcCerase基因的功能以及利用转基因动物乳腺生物反应器高效生产GlcCerase奠定了基础.     

H5亚型AIV NS1基因的克隆及其在昆虫细胞中的表达

应用DNAStar软件,参照Genbank中注册的AIV H5亚型毒株NS1基因序列,设计了一对引物,用RTPCR方法成功地扩增出带双酶切位点的H5亚型AIV的NS1基因,通过BamH Ⅰ和EcoR Ⅰ双酶切位点将H5NS1基因插入转移质粒裁体pFastbac HTa中,获得重组转移载体pFastbac HTa-H5NS1并将其转化DH10 Bac细胞,与Bacmid发生位点特异性转座作用,得到重组穿梭载体Bacmid-H5NS1,再将其转染昆虫细胞High Five,PCR鉴定证实该基因正确地插入到病毒基因组的多角体蛋白基因启动子下游,经过SDS-PAGE和Western Blot检测,NS1基因在High Five细胞中得到了表达,H5NS1大小约为28kD,而且表达的产物具有特异免疫学反应性.     

3-甾酮-1-脱氢酶基因在大肠杆菌中的表达及甾体转化研究

将简单节杆菌3-甾酮-1-脱氢酶基因(ksdD)克隆到大肠杆菌表达载体pET-22b( )上,构建重组质粒pET-ksdD,利用IPTG诱导酶在大肠杆菌BL21(DE3)中的表达,4h后取样,分别对超声破碎后的上清和沉淀进行SDSPAGE和酶活分析,结果表明表达出的3-甾酮-1-脱氢酶的分子量大约为56kD,超声破碎后的细胞破碎液对4-AD的转化率较简单节杆菌提高了近10倍.