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。     

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“C41-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41-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。另外我们还发现转基因杂交稻“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和杂交稻的育成将有益于杂交稻在我国北方稻区的推广。     

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.     

通过构建三段T-DNA载体高频率获得无标记转基因大豆植株的研究

高频率获得无选择标记转基因植株有利于转基因植物的环境释放和安全性生产,农杆菌介导的共转化法是获得无标记转基因植株的方法之一。含二段T-DNA载体的共转化法已被人们成功应用,而二段以上T-DNA载体的共转化法还未见报道。基于这一目的,通过几个中间质粒构建了含有三段T-DNA的双元表达载体pNB35SVIP1,其中包含1个拷贝bar基因选择标记基因表达盒和2个拷贝VIP1目的基因表达盒。利用EHA101农杆菌菌系介导法转化大豆子叶节,经过在含3～5mg/L glufosinate培养基上多次筛选,获得了一定数量抗性再生植株,然后对抗性再生植株进行叶片涂抹除草剂、Southern blot和Northern blot检测,共鉴定出51棵T₀代转基因植株,转化频率0.83%～3.16%,二个基因的共转化频率为86.4%。在对T₁代群体进行叶片涂抹除草剂检测的基础上,不抗除草剂植株进行PCR、Southern blot和Northern blot检测,共鉴定出41棵无选择标记转基因植株,无标记植株获得率为7.6%。检测结果还表明,T₁代群体中22.7%的株系发生了基因丢失现象,27.3%的株系发生了bar基因沉默现象,目的基因在37.1%的无标记植株中发生了沉默现象。三段T-DNA的双元表达载体是获得无标记转基因植株的理想途径     

转修饰cry1Ac基因籼稻明恢81经花药培养获得抗虫DH系

对基因枪法获得的明恢81转修饰的cry1Ac基因当代植株进行花药培养,共接种花药2600枚,获得83份花培植株,其中双倍体植株43份,单倍体植株40份。 PCR结果表明含有cry1Ac基因的植株55份,花培植株群体中转基因与非转基因植株的比值为2∶1（55/28）。进一步结合Southern blot和ELISA分析,于花培植株当代筛选到转基因纯合株系36份。外源蛋白表达量上,花药来源于同一克隆的DH系的不同植株之间基本一致,最高的Cry1Ac含量达0.25%。田间抗虫性试验表明,经花药培养纯合获得的部分转基因纯合系植株对二化螟(Chilo suppressalis)表现出高抗,而且主要农艺性状保持不变。以上结果表明水稻花药培养可以加速转基因的纯合与育种利用。     

利用Ac/Ds转座子系统在水稻中获得无选择标记转基因植株的方法

获得无选择标记转基因植株是进行重复转基因及消除转基因植株中标记基因潜在危害性的关键。实验采用了Ac/Ds转座子系统在水稻(Oryza sativa L.)中进行无hpt选择标记的转基因。将含有目的基因bar的Ds元件和hpt标记基因置于同一个T-DNA中,通过农杆菌(Agrobacterium tumefaciens) EHA105介导将Ac-T-DNA及Ds-T-DNA分别转入到不同的水稻植株,再将单拷贝的Ac-T-DNA植株与单拷贝的Ds-T-DNA植株杂交得到同时含有Ac和Ds元件的F₁植株,F_{1自交产生F2后代,F2植株中转座后的Ds元件与T-DNA独立分离,在总共100株F2水稻植株中筛选得到2株只含有Ds元件插入而无hpt标记基因的转基因水稻植株。结果表明,利用Ac/Ds转座子系统在水稻中获得无选择标记的转基因植株是可行的。}     

农杆菌介导抗储粮害虫转基因小麦(Triticum aestivum L.)的获得及分析

以本实验室选育的小麦优良品系的胚性愈伤组织为材料,采用农杆菌介导将抗虫基因豇豆胰蛋白酶抑制剂基因CpTI转入小麦培养细胞,经筛选获得抗卡那霉素的愈伤组织并再生植株。经PCR和实时PCR检测、PCR-Southern和Southern blot验证,确定了3株独立再生植株为含有CpTI的转基因植株。农杆菌菌浓度、侵染时间及转化处理方式对小麦转化率均有明显影响。3株转基因植株正常可育并结籽,形成转基因株系。外源基因在转基因植株T₁代中的分离呈多样性,部分株系（转基因株系T-Ⅰ、T-Ⅲ）表现出孟德尔遗传规律。抗虫试验表明,3株转基因植株T₂代籽粒对储粮害虫麦蛾具有一定的抗性,转基因株系T-Ⅰ、T-Ⅱ、T-Ⅲ及非转基因植株的T2代籽粒虫蛀率分别为19.8%、21.9%、32.9%和58.3%。转基因植株T₁代群体农艺性状调查显示,3个株系具有良好的农艺性状,为小麦的遗传改良提供了新的种质抗虫材料。     

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。     

抗草甘膦抗虫植物表达载体的构建及其转基因烟草的分析

构建了含草甘膦抗性突变基因（aroAM12）和人工合成重组Bt抗虫基因（Bts1m）的植物表达载体pCM12_s1m。aroAM12基因的表达由CaMV35S启动子控制,Bts1m基因的表达由2E_CaMV35S启动子和Ω因子控制。通过农杆菌介导,将aroAM12和Bts1m基因转化到烟草中,转基因烟草通过在含草甘膦的MS培养基上筛选而获得。Southern blot分析表明所有经过草甘膦筛选出的转化植株都整合有aroAM12基因,约70%的转化植株同时整合有aroAM12和Bts1m基因。Northern blot、Immunodot blot分析进一步证明整合的两个基因在转录、翻译水平上均进行了表达,不同植株之间表达存在着差异。草甘膦抗性和虫试实验证明,获得的转基因烟草对草甘膦和烟青虫具有很强的抗性。     

抗菌肽B基因导入水稻及转基因植株的鉴定

构建了一个适合在水稻中表达的含有抗菌肽B基因的转化载体(pCB1),应用基因枪转化法将其导入水稻未成熟胚,获得了一些转基因水和植株.Basta抗性鉴定,抗菌肽B基因PCR扩增分析,点渍印迹和Southern印迹分析结果表明,选择标记基因(bar)和抗菌肽B基因都已整合入转化水稻基因组中,Northern印迹分析证实了抗菌肽B基因在RNA水平上的表达.转基因水稻植株增强了对水稻白叶枯病和细条病的抗性.     

转反义trxs基因小麦株系00T89分子鉴定及抗穗发芽特性研究

以皖麦48为受体导入反义trxs基因已获得00T89第4代（T₄）转基因株系,对其进行反义基因的PCR鉴定、相对定量RT-PCR基因表达检测以及抗穗发芽特性研究。结果表明,18个T₄代转基因株系中,13个株系目的基因检测呈阳性;成熟期籽粒萌发过程中,8个株系转录水平上mRNA丰度极显著降低（P<0.01）,mRNA丰度与穗发芽指标呈显著和极显著的相关性（r=0.7181）。其中6个株系在开花后30d至成熟后10d表现出明显的抗穗发芽特性。与非转基因对照相比,平均穗开始发芽时间推迟2.7d（P<0.01）,穗粒发芽率和穗发芽度分别降低35.5%（P<0.01）和47.5%（P<0.01）,成熟后25d这些株系又逐渐恢复发芽特性,无显著差异（P>0.05）。     

转基因水稻中转录水平cry1Ab 基因的沉默及其阶段复活

以田间环境释放条件下农杆菌介导法转化而成的转cry1Ab 基因水稻为研究对象, 利用GUS组织化学染色法、Western杂交技术, 在不抗虫转基因中8215株系后代中筛选到一个无cry1Ab 蛋白表达产物株系. 分子杂交结果证实, 转基因cry1Ab 在中8215株系后代中发生了转录水平沉默, 整合过程中基因重排使两个拷贝的ubiquitin启动子同时插入到水稻基因组中. 甲基化分析证实ubiquitin启动子区域发生了甲基化, 从而导致cry1Ab基因沉默. 利用去甲基化试剂5-氮胞苷处理转基因沉默水稻种子, 并在苗期、分蘖期、孕穗期、灌浆期及成熟期检测了其对沉默基因的复活效应, 结果表明：5-氮胞苷处理使沉默的cry1Ab 基因在灌浆期恢复表达活性, 复活率约为8%~30%, 且以低浓度(45 mg/L处理1, 2 d)处理的复活率及恢复表达水平较高, 复活基因表达的cry1Ab 蛋白最高可达可溶性总蛋白的0.147%.     

利用FLP/frt重组系统产生无选择标记的转基因烟草植株

在植物转基因植株产生过程中,对转化细胞进行抗性筛选是通用程序,转化细胞的抗性一般是抗生素抗性或除草剂抗性,将赋予转化细胞抗性的选择标记基因删除是提高转基因植物生物安全性的重要措施。来自于啤酒酵母的FLP/frt位点特异性重组系统可有效删除同向定点重组位点frt之间的基因。通过多步骤重组,建立了可在植物中广泛应用的FLP/frt位点特异性重组系统。该系统包括含有frt位点的植物表达载体pCAMBIA1300-betA-frt-als-frt和含有由热诱导启动子hsp启动的FLP重组酶基因的植物表达载体pCAMBIA1300-hsp-FLP-hpt。利用二次转化的方式将二者先后转入烟草植株,热激处理后,热诱导型启动子hsp调控的重组酶FLP基因的表达催化位于选择标记基因als两侧同向frt位点间的重组反应,有效地删除了选择标记基因als。41%的经热激处理的二次转化植株发生了选择标记基因的删除,表明该系统在获得无选择标记基因的转基因植株中有很好的应用价值。     

水稻白叶枯病抗性基因Xa23鉴别菌株突变体库的构建及无毒基因突变体的筛选

利用invivo转座技术构建了白叶枯病抗性基因Xa23鉴别菌株的突变体库,特异性引物PCR扩增和转座子插入位点旁侧序列分析结果表明转座子插入到白叶枯病菌的基因组中。经人工接种鉴定,筛选到4个毒力发生变化的突变体。为进一步克隆Xa23无毒基因提供了条件。     

以花药愈伤组织为受体的水稻转化和RNA干扰研究

在优化花培诱导培养基成分的基础上, 通过延长花药愈伤组织在诱导培养基上培养的时间和降低共培养过程中农杆菌浓度等, 成功地建立了以花药愈伤组织为受体的农杆菌转化体系. 并将白叶枯菌抗性基因Xa21作为该体系的模式基因导入到多个粳稻品种的花药愈伤组织中, 共得到了145个独立的转基因株系. 分子检测和田间抗性检测发现其中的140个株系的基因组含有外源的Xa21基因, 包括单倍体45株、二倍体87株和混倍体植株8株. 根据后代性状分离比和染色体的FISH分析可以确定, 在87个二倍体植株中有15株为纯合的加倍单倍体转基因植株; 再加上田间自然加倍和由秋水仙碱处理单倍体所获得的28株加倍单倍体, 共得到了43个纯合的加倍单倍体转基因株系. 还将该转化体系用于反向遗传学的研究. 一个在植物体内能转录产生双链RNA(double strand RNA, dsRNA)发夹结构的质粒pZ2RNAi被导入到水稻单倍体基因组中, 该dsRNA的靶目标是水稻的OsMADS2基因的转录物, 结果表明, 在转pZ2RNAi的单倍体水稻中, 靶基因OsMADS2的表达被特异地抑制, 并导致花器官形态的明显改变. 因此, 单倍体转化体系与RNAi技术相结合有可能成为在水稻和其他植物中功能基因组研究的一个新途径.     

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。     

来源于Pyrococcus furiosus的耐高温α-淀粉酶基因在衣藻叶绿体中的表达

来源于Pyrococcus furiosus的耐高温α-淀粉酶是一种重要的酒精工业用酶,在植物中表达耐高温α-淀粉酶可以大大降低用植物秸秆生产酒精的成本。选择衣藻叶绿体基因组同源片段clpP-trnL-petB-chlL-rpl23-rpl2和壮观霉素抗性基因,构建了来源于Pyrococcus furiosus的耐高温α-淀粉酶基因的衣藻叶绿体表达载体P64a。通过基因枪将其导入衣藻叶绿体中,经壮观霉素抗性(100mg/L)筛选,获得了9 个抗性衣藻转化子。转化子经过抗性继代筛选后,经PCR、Southern blot 检测分析及暗培养,证实耐高温α-淀粉酶基因已整合到衣藻叶绿体基因组中并得到表达。酶活性检测表明,转基因衣藻表达产物具有耐高温α-淀粉酶活性,每克鲜重衣藻最高达77.5u。 实验结果证明在植物叶绿体中表达工业酶制剂是可行的。     

玉米丛生芽体系的建立及抗除草剂转基因植株再生

以玉米优良自交系为材料, 利用芽尖分生组织诱导胚状体和丛生芽, 建立起一种快速有效且取材不受季节限制的玉米丛生芽诱导体系. 以丛生芽组织块为受体, 用基因枪将从拟南芥(Arabidopsis thaliana)突变体中克隆的抗除草剂基因als (acetolac-tate synthase)导入玉米细胞, 经除草剂chlorsulfuron筛选得到抗性组织块并再生植株. PCR检测和Southern杂交表明, 部分再生植株转入了als 基因. 除草剂喷施试验表明, 转基因植株及其子一代具有良好的抗除草剂特性. 建立了一种新的受基因型限制小的玉米离体培养及转基因受体系统, 能快速有效地获得大批转基因植株.     

利用竞争性PCR筛选无标记Xa21转基因水稻

PCR是一种简单、迅速、灵敏的检测方法,但假阳性与假阴性却影响了它在常规应用中的准确性。本研究利用竞争性PCR解决无标记Xa21转基因水稻PCR检测中的假阳性与假阴性问题。标记基因潮霉素基因(Hygromycin phosphotransferase,hpt)的竞争模板是外加的日本晴hpt转基因植株基因组DNA,抗白叶枯病基因Xa21的竞争模板是待测水稻内源的位于第11染色体上的Xa21同源基因序列。利用这一方法对双右边界T-DNA载体转化产生的转基因T1代植株进行分析,可以有效地减少或排除假阳性或假阴性样品,选出真正的转基因阳性植株。与常规PCR相比竞争性PCR提高了无标记Xa21转基因植株筛选的准确性。对获得的无标记Xa21转基因植株进行白叶枯抗病鉴定与潮霉素抗性鉴定证实了该方法的可靠性。     

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。