Rd29A启动子驱动AtCDPK1基因转化马铃薯的研究

为获得抗旱性强、生长正常的转基因马铃薯植株,以野生拟南芥生态型(Col-0)为材料,利用PCR和DNA重组技术,克隆了拟南芥Rd29A(responsive to dehydration)基因ATG上游+83bp至-1 441bp共1 524bp的启动子区域,其DNA序列与已知拟南芥Rd29A 5'端启动子序列同源性为100%;构建了Rd29A启动子驱动AtCDPK1基因表达的植物表达载体pCHFRd-CDPK1。以马铃薯品种‘费乌瑞它’的试管微型薯为材料,利用农杆菌介导法,将构建成功的pCHFRd-CDPK1载体转入马铃薯中,经筛选与植株再生,获得抗性再生植株。通过PCR和Southern blot检测显示,Rd29A启动子驱动的AtCDPK1基因已整合在马铃薯的基因组中。利用PEG模拟干旱胁迫后,经RT-PCR分析证实,当用20%的PEG胁迫转基因马铃薯植株时,Rd29A启动子驱动AtCDPK1基因表达的转基因马铃薯各个株系中AtCDPK1基因表达量明显增强,而在无胁迫的条件下,植株中AtCDPK1基因基本不表达;同时发现35S控制AtCDPK1转基因植株在PEG胁迫前后,基因转录未见明显差异。形态学观察还表明,在30%PEG胁迫下,转基因植株能正常生长,其长势优于未转基因的对照,且对照植株略有萎焉。该结果可为进一步利用逆境诱导型启动子驱动抗逆基因在农作物中的表达研究及其遗传改良提供依据。     

枸杞LbMYB103基因克隆及转化拟南芥的研究

以枸杞品种‘宁杞1号’花药为材料,采用 RT-PCR技术,分离了R2R3类MYB基因LbMYB103包含完整开放阅读框（ORF）的cDNA片段,碱基序列与已知基因HQ415755完全一致。运用Gateway技术构建LbMYB103基因植物过表达载体pMDC83-LbMYB103,利用基因枪法将融合有绿色荧光蛋白（GFP）的过表达载体转入洋葱表皮细胞,将LbMYB103基因定位在细胞核。实时荧光定量PCR分析发现,LbMYB103基因在花药中优势表达,果实中表达量较低,在根、茎和叶中均未检测到其转录本,推测LbMYB103基因可能在花药发育过程中起重要作用。通过根癌农杆菌介导法将pMDC83-LbMYB103转入拟南芥（Col-0）,经筛选获得T₁代抗性再生植株52棵,PCR鉴定有41棵阳性植株,收获T₁代种子,经抗性筛选获得T₂代抗性植株29棵,PCR鉴定有23棵阳性植株。实时荧光定量PCR分析表明,LbMYB103在拟南芥植株的基因组中正常表达。表型观察发现T₁和T₂代拟南芥花药发育异常,花发育迟缓,果荚短小无种子,进一步表明LbMYB103可能与植物的育性有关。该结果为进一步开展枸杞遗传转化,深入研究LbMYB103基因在枸杞花药发育过程中可能发挥的调控功能奠定了基础。     

拟南芥海藻糖酶基因克隆及其在大肠杆菌中高效表达与功能研究

从拟南芥幼苗中提取RNA, 通过RT-PCR克隆得到海藻糖酶基因后, 将其构建到原核高效表达载体pET30a(+)上并在大肠杆菌BL21菌株中进行高效诱导表达, 继而对纯化得到的海藻糖酶蛋白进行活性检测和酶学特性研究。实验结果表明, 植物源的海藻糖酶基因在异体大肠杆菌中能够高效表达, 纯化获得的海藻糖酶蛋白在试管条件下具有较高的海藻糖水解活性, 其活性最适温度为45℃。通过GC-MS分离检测, 可以明显地看到酶反应过程中底物海藻糖和产物葡萄糖的含量随反应时间变化的消长关系, 这充分证明克隆基因在大肠杆菌中的表达产物具有海藻糖酶的功能。     

拟南芥CK1A基因功能初步研究

利用RT-PCR方法从拟南芥中分离了1个CK基因家族成员CK1A, 该基因的ORF全长2 112 bp, 编码一条703个氨基酸残基的多肽。构建了CK1A基因的植物表达载体35S: GFP: CK1A, 采用基因枪法进行的洋葱表皮细胞GFP瞬时表达实验表明, 荧光信号主要分布在细胞核上, 显示CK1A基因的产物可能在细胞核上发挥作用。半定量RT-PCR分析表明: CK1A基因在花中表达量最大, 其次是茎和根, 在叶和叶柄中表达量较弱。蓝光使CK1A基因的表达升高, 12 h时表达量明显增加, 24 h时表达量下降。酵母双杂交结果显示CK1A蛋白在蓝光下能与CRY2蛋白发生相互作用, 暗示CK1A基因可能参与拟南芥的蓝光信号传导途径。     

插入诱变在拟南芥基因克隆中的应用

随着各种基因克隆方法的建立 ,克隆的拟南芥基因越来越多 ,其中转座子标签和T DNA插入诱变克隆的拟南芥基因的数目最多 ,插入诱变已成为克隆和鉴定很多重要植物基因的方法。     

拟南芥ICE1基因转化水稻的进一步研究

利用农杆菌介导的转基因技术,成功地将由启动子（35S和rd29A）调控的拟南芥ICE1基因导入垦鉴稻10号中,经PCR和Southern检测确认目的基因已整合到水稻基因组中。潮霉素抗性测定结果表明,与未转基因水稻相比,T1代表现出对潮霉素较高的抗性和孟德尔式的单位点遗传;抗寒能力检测结果表明,在同等低温胁迫条件下T1代转基因株系的死亡率明显低于未转基因对照;脯氨酸含量测定结果表明,低温处理后T1代植株脯氨酸含量增幅明显高于未转基因对照;上述结果表明,转ICE1水稻提高了抗寒能力。     

离子束介导GUS基因转化拟南芥种子的研究

以拟南芥种子为研究对象,研究离子束介导GUS基因导入拟南芥种子的转化效果。结果表明:直接注入干种子后进行转化,未得到瞬间表达的结果。而注入玻璃化保护后的2天龄幼苗,再进行转化,转化效果明显提高,得到了大约10%的瞬间表达。揭示对于像拟南芥这样的小粒种子,采用幼苗注入后转化,效果可能会更好一些。     

拟南芥、荠菜DREB1A基因的克隆与植物表达载体的构建

用PCR方法从拟南芥和荠菜中分别克隆了DREB1A基因.序列分析发现从拟南芥中克隆的AtDREB1A基因与已发表的AtDREB1A基因序列(DQ372533)的同源性为99.69%.首次从荠茱中克隆的CbDREB1A基因序列(EF156749)与DQ372533的同源性为99.54%.利用这两个基因分别构建了两个诱导表达载体(prd29A/AtDREB1A,prd29A/CbDREB1A)和两个组成型表达载体(pCaMV35S/AtDILEBlA,pCaMV35S/CbDREB1A),以便进一步开展植物抗旱基因工程研究.     

拟南芥CYCD3;1基因的克隆及功能研究

从拟南芥基因组中克隆出CYCD3;1基因,将其插入植物双元载体pER8中,使其受一个嵌合转录启动子的控制;利用农杆菌介导通过真空渗透法将外源基因导入拟南芥中,经潮霉素抗性筛选出转化植株后,用PCR鉴定出阳性转化植株,对阳性转化植株进行连续光照培养并观察其表型变化,发现转基因株系与野生型之间在抽苔和开花时间上有较大差别。结果表明,CYCD3;1低水平误表达会影响植物的生长发育。     

pFGC5941的改造及拟南芥NAC1和SIP1双基因反义表达载体的构建和遗传转化

拟南芥中的SIP1基因编码的蛋白与拟南芥盐胁迫应答中的关键蛋白SOS2存在互作关系,而NACl为拟南芥中介导生长素信号促进其侧根发生的蛋白。本研究中我们将SIPl基因和NAC1正义基因以及SIP1基因和NAC1反义基因分别整合到一个经改造的具有2个35S启动子的可用于双基因表达的载体pF—GC5941S中,构建了两个双基因表达载体pFGC5941S-SIP1-NAC1-sense和pFGC5941S-SIP1-NACl-anti。并将这两个载体通过农杆菌介导的方法转化到野生型拟南芥中,共获得15株转基因植株。对这些转基因植株进行盐胁迫实验发现,在含75mnlol·L-1 NaCl的MS培养基上,相比于野生型,pFGC5941S-SIP1-NAC1-sense转基因植株主根增长,侧根数量明显增多,而pFGC5941S-SIP1-NAC1-anti转基因植株长势与野生型苗相似。由此我们推测可能只有当SIP1和NAC1同时过表达时,才会促进盐胁迫下拟南芥侧根的发育。     

拟南芥GH3.9基因的过表达及其表型分析

为研究GH3.9基因在植物生长发育过程中的作用,利用RT-PCR成功克隆到GH3.9基因,该基因全长为1 750bp。通过构建pEGAD-GH3.9过表达载体转化拟南芥,获得过表达GH3.9基因纯系转基因株系GH3.9ox-3和GH3.9ox-7。对拟南芥野生型(WT)和转基因株系(GH3.9ox-3和GH3.9ox-7)幼苗用不同光强和光质进行处理,结果显示:在蓝光、红光、远红光等不同光照强度下培养,过表达株系幼苗下胚轴的生长均明显受到抑制,且较野生型明显;采用不同光周期处理拟南芥幼苗,过表达幼苗下胚轴的伸长明显低于野生型;对成年植株表型进行观察,发现过表达株系植株矮小、雄蕊变短、果荚短小。研究表明:GH3.9基因参与了拟南芥生长发育调控,过表达GH3.9基因对拟南芥生长有抑制作用。     

拟南芥叶形态建成基因ABL1的图位克隆及鉴定

前期研究表明ABL1可能在植物叶发育过程中扮演重要的角色,其突变表现为叶片生长迟缓、成熟叶片叶缘缺刻明显等生长缺陷特征。该研究利用图位克隆及其精细定位技术,将ABL1基因锁定在2个SSLP标记T23K8和T8F5之间,该区间包含44个基因。通过生物信息学成功找到ABL1突变基因为拟南芥FAS1,该基因编码染色质组装因子CAF1的一个亚基,在植物顶端分生组织生长调控中扮演重要角色。RT-PCR结果显示,该基因表达受阻,功能互补实验证实abl1突变体的确是FAS1基因的一个新等位突变。研究结果暗示,ABL1/FAS1在植物叶形态建成中也起着重要作用。     

IQM1基因过量表达对拟南芥气孔运动及根系生长的影响

拟南芥钙调素结合蛋白IQM家族共有6个成员,已证实IQM1是一个不依赖Ca2+的钙调素结合蛋白,其功能缺失突变体iqm1表现气孔开度小和根短的表型,而且突变体气孔开度并不因光、暗、脱落酸等诱导而变大或变小。该实验构建了IQM1基因双元表达载体并转化拟南芥,通过分子筛选及IQM1表达量分析,获得了IQM1基因过量表达植株。表型分析发现,IQM1过量表达植株在光诱导气孔开放处理后气孔开放度明显比野生型和iqm1-1增大,在暗诱导气孔关闭处理后气孔开度则显著变小;IQM1过量表达植株的主根比野生型和iqm1-1长,侧根数量比野生型和iqm1-1多,但IQM1过量表达对植株的生长形态、抽薹期、开花期及座果等方面却没有明显影响。研究表明,IQM1基因在植物气孔运动及根系生长中起着重要作用。     

In planta transformation of Arabidopsis thaliana

Transformants of Arabidopsis thaliana can be generated without using tissue culture techniques by cutting primary and secondary inflorescence shoots at their bases and inoculating the wound sites with Agrobacterium tumefaciens suspensions. After three successive inoculations, treated plants are grown to maturity, harvested and the progeny screened for transformants on a selective medium. We have investigated the reproducibility and the overall efficiency of this simple in planta transformation procedure. In addition, we determined the T-DNA copy number and inheritance in the transformants and examined whether transformed progeny recovered from the same Agrobacterium-treated plant represent one or several independent transformation events. Our results indicate that in planta transformation is very reproducible and yields stably transformed seeds in 7–8 weeks. Since it does not employ tissue culture, the in planta procedure may be particularly valuable for transformation of A. thaliana ecotypes and mutants recalcitrant to in vitro regeneration. The transformation frequency was variable and was not affected by lower growth temperature, shorter photoperiod or transformation vector. The majority of treated plants gave rise to only one transformant, but up to nine siblings were obtained from a single parental plant. Molecular analysis suggested that some of the siblings originated from a single transformed cell, while others were descended from multiple, independently transformed germ-line cells. More than 90% of the transformed progeny exhibited Mendelian segregation patterns of NPTII and GUS reporter genes. Of those, 60% contained one functional insert, 16% had two T-DNA inserts and 15% segregated for T-DNA inserts at more than two unlinked loci. The remaining transformants displayed non-Mendelian segregation ratios with a very high proportion of sensitive plants among the progeny. The small numbers of transformants recovered from individual T₁ plants and the fact that none of the T₂ progeny were homozygous for a specific T-DNA insert suggest that transformation occurs late in floral development.National Research Council of Canada Publication No. 38003     

GFP基因在新疆小拟南芥和拟南芥中的表达分析

以质粒pMCB30为模板,扩增GFP基因,连接到载体pCMBIA2300-35S-OCS上,构建过量表达载体p35S:GFP,将其转入农杆菌GV3101.通过农杆菌介导法将p35S:GFP载体分别转入新疆特色植物小拟南芥和拟南芥中.T0代经含有卡那霉素的1/2MS培养基筛选,获得了T1代转基因小拟南芥2株,T1代转基因拟南芥9株.通过激光共聚焦显微镜观察,在转基因小拟南芥和拟南芥的根尖细胞中均可检测到GFP绿色荧光蛋白;对转基因植株进行PCR扩增,均可检测到GFP基因,表明GFP基因已成功转入小拟南芥和拟南芥中.该研究建立了小拟南芥的遗传转化体系,为进一步利用GFP基因和进一步研究小拟南芥的功能基因奠定基础.     

拟南芥AtNHX6基因启动子的克隆及表达分析

为了探明拟南芥内膜反向转运体AtNHX6基因的组织表达模式,从基因组中克隆了AtNHX6基因开放阅读框(ORF)上游侧翼调控区1 922bp序列,并成功构建AtNHX6基因启动子与GUS融合表达载体pCAM-BIA1381-proNHX6-GUS,通过农杆菌花序浸染法转化野生型拟南芥获得T3代纯合转基因拟南芥株系,经PCR检测扩增得到2 187bp目的条带。利用组织染色法鉴定转基因拟南芥的GUS表达模式发现,在子叶、下胚轴和花中GUS活性显著。在这些广泛表达的部位中,微管系统中的表达最为显著,真叶中只有局部检测到GUS表达;在根中GUS在根毛和侧根生长部位表达;在未成熟果荚中只有在果荚顶端和基部存在GUS活性,成熟果荚中只在果柄检测到GUS表达;在花中,雄蕊的花丝和花粉粒及雌蕊的柱头中检测到GUS表达。GUS染色分析结果表明,AtNHX6基因启动子与GUS的融合表达载体成功构建并正常启动GUS基因表达,且AtNHX6基因主要在拟南芥的子叶、下胚轴、根、花、果荚中的微管系统、根毛和侧根生长部位以及花丝、花粉、柱头中表达。     

Insertional mutagenesis in Arabidopsis thaliana

Recently, a number of mutant gene loci in the Arabidopsis thaliana plant genome have been identified through insertional mutagenesis. In this review, we evaluate different methods used for Agrobacterium tumefaciens-mediated T-DNA insertional mutagenesis with regard to their mutation frequencies and conclude that a major breakthrough in the isolation of genes involved in plant development has been acheived. To provide a specific example, we summarize recent progress made in the understanding of flower morphogenesis at the molecular level through the study of homeotic genes obtained via gene tagging. T-DNA gene fusion vectors are being discussed that will allow the isolation of plant regulatory sequences with particular cell or tissue specificity, or that are controlled by specific external stimuli. Finally, we report on the approaches followed to convert the maize transposons Ac/Ds into valuable gene tags for use in a heterologous host such as Arabidopsis.     

紫色马铃薯花青素StAN1基因的克隆及功能分析

MYB是植物花青素合成代谢途径中最主要的转录因子。该研究以紫色马铃薯B-5为试验材料,通过同源克隆技术,克隆了马铃薯花青素StAN1基因,并对StAN1基因的表达、遗传转化及其转基因烟草的花青素含量进行分析。结果表明:(1)StAN1基因全长774bp,编码了258个氨基酸;系统进化树分析发现,StAN1与辣椒、茄子、芦竹的亲缘关系最近,与矮牵牛、苹果等的亲缘关系最远。(2)荧光定量PCR分析显示,StAN1基因在马铃薯不同组织均有表达,其表达量从小到大依次为:根叶茎匍匐茎薯皮薯肉。(3)成功构建了表达载体pJAM1502-AN1,并经农杆菌(Gv3101)转化获得根、茎、叶片及叶脉均为紫红色的转StAN1基因烟草,PCR鉴定表明目的基因StAN1已成功转入烟草中。(4)花青素含量分析表明,野生型烟草叶片中花青素含量为2mg/g,叶片颜色为绿色,而转StAN1基因烟草叶片花青素含量达20mg/g,叶片颜色变成了紫红色。