选择标记可去除的植物高效表达载体的构建

在常用的植物组成型表达载体pBI121的选择标记基因NPTII两侧插入同向的lox位点并用多克隆位点(MCS)取代了GUS基因序列,构建了NPTII基因可被去除的和可插入目的基因的通用植物表达载体pBI121-lox-MCS。替换pBI121-lox-MCS中驱动目的基因表达的35S启动子,可构建成一系列具有其他表达特性的植物表达载体,如本文描述的韧皮部特异表达载体pBdENP-lox-MCS。为方便地筛选去除选择标记基因的转基因植物,还构建了绿色荧光蛋白(GFP)表达框与NPTII表达框连锁的pBI121-gfp-lox-MCS载体。上述植物表达载体可广泛应用于培育选择标记可去除的转基因植物。     

人干扰素α-2b基因植物表达载体的构建及转化

目的:通过构建人干扰素α-2b(hIFNα-2b)基因的植物表达载体,为后期将其导入胡萝卜愈伤组织中作准备。方法:采用PCR技术从人基因组DNA扩增hIFNα-2b编码基因及全长基因,将其克隆于pMD19-T载体中,双酶切hIFNα-2b基因及植物表达载体pBI121,回收目的片段,T4DNA连接酶连接得到植物表达载体pBI121-hIFN。采用三亲交配法将后者导入根瘤农杆菌。结果:经PCR检测,双酶切及DNA序列测定表明hIFNα-2b编码基因及全长基因已分别插入植物表达载体pBI121中,重组表达载体pBI121-IFN已成功转化根瘤农杆菌LBA 4404。结论:成功构建了植物表达载体pBI121-hIFN并转入根瘤农杆菌。     

油茶CoSAD基因载体的构建、鉴定及功能分析

为揭示油茶( Camellia oleifera Abel)硬脂酰-ACP脱饱和酶( SAD)基因(即CoSAD基因)的功能,构建了该基因的原核表达载体pET28b-CoSAD、植物表达载体pBI121-CoSAD和RNA干扰载体pBI121-CoSAD RNAi,并采用PCR扩增及双酶切方法对3类载体进行鉴定;在此基础上,对原核表达载体中的CoSAD基因进行诱导表达分析,并对pBI121-CoSAD转化的拟南芥〔Arabidopsis thaliana ( Linn.) Heynh.〕sad突变体植株和pBI121-CoSAD RNAi转化的拟南芥野生型植株进行转基因鉴定和主要脂肪酸成分含量分析。 PCR扩增和双酶切结果显示：从 pET28b-CoSAD、pBI121-CoSAD和pBI121-CoSAD RNAi 载体的阳性克隆中均可获得目的条带,表明这3类载体均构建成功;用1 mmol·L-1 IPTG分别诱导0.5、1.0、2.0、3.0、4.0和5.0 h,CoSAD基因均能够在pET28b-CoSAD转化的大肠杆菌BL21感受态细胞中正常表达,能够获得与预测结果相符的相对分子质量约47000的特异目的蛋白条带,且蛋白活性随诱导时间的延长而升高。从pBI121-CoSAD转化的拟南芥突变体植株和pBI121-CoSAD RNAi转化的拟南芥野生型植株中也均可扩增出目的条带。 GC-MS分析结果显示：与拟南芥野生型植株相比,其突变体植株的硬脂酸和棕榈酸含量较高、油酸和棕榈油酸含量较低;但突变体植株经pBI121-CoSAD转化后,硬脂酸和棕榈酸含量降低而油酸和棕榈油酸含量提高;野生型植株经过pBI121-CoSAD RNAi转化后,硬脂酸和棕榈酸含量提高、油酸和棕榈油酸含量降低,表明pBI121-CoSAD转化能够促进拟南芥sad突变体植株体内饱和脂肪酸向不饱和脂肪酸转化,而pBI121-CoSAD RNAi转化对拟南芥SAD基因的表达有明显的抑制作用,这2种重组质粒均可影响拟南芥植株的脂肪酸含量。研究结果表明：油茶CoSAD基因具有调控饱和脂肪酸(硬脂酸和棕榈酸)向不饱和脂肪酸(油酸和棕榈油酸)转化的功能,对茶油的脂肪酸组成具有关键的调控作用。     

干旱胁迫诱导下植物基因的表达与调控

干旱胁迫能够诱导植物表达大量的基因 ,研究这些基因的表达与调控 ,为植物抗旱的定向育种创造条件。本文系统介绍了在干旱胁迫条件下 ,植物体内渗透调节物质和可溶性糖合成有关的基因、离子和水分通道及Lea蛋白基因的表达 ,以及与这些基因表达相关的调控元件和因子 ,干旱胁迫信号转导等方面的最新研究进展。     

蒙古沙冬青保守microRNAs的鉴定及靶基因预测

蒙古沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)是生长在荒漠中的木本植物, 对于我国西北部干旱、半干旱区域的植被维护与恢复具有重要价值。蒙古沙冬青对干旱、低温等多种逆境具有较高的耐受性, 是研究林木耐受逆境生理与分子机制的合适材料。MicroRNA(miRNA)是一类长度约为21个核苷酸的内源性非编码小分子RNA, 在植物生长发育和逆境应答等生物学过程中发挥着重要的调控作用。目前, 许多植物物种的miRNAs已经获得鉴定, 但未见蒙古沙冬青miRNAs的相关报道。文章应用高通量测序和生物信息学分析方法对蒙古沙冬青幼苗保守miRNAs的类型、表达丰度以及靶基因进行了分析和预测。共鉴定了10个家族的19种保守miRNAs, 其表达丰度介于55~1920269个拷贝之间。通过在线软件psRNATarget预测了其中14个保守miRNAs的靶基因。对于这些靶基因的功能分析表明, 蒙古沙冬青的保守miRNA主要通过转录调控、激素信号途径、物质代谢和胁迫应答等生物学过程参与植物生长发育和环境响应。     

gma-miR1507a生物信息学分析、植物表达载体的构建及遗传转化

miRNA(microRNA)是一类长度为18~25nt的内源性非编码小分子RNA,通过对其靶基因mRNA的降解或抑制翻译来调控基因表达,进而参与调控植物相关的生理活动。该研究分析gma-miR1507a的成熟体序列、茎环结构和前体启动子区域的顺式作用元件并检测了逆境处理下大豆组织中gma-miR1507a的水平;使用psRNATarget在线软件预测了gma-miR1507a的靶基因;构建植物表达载体amiRNA1507a-pCAMBIA2301并转化大豆子叶,获得了发状根。结果发现,gma-miR1507a前体的启动子区域存在与干旱胁迫和病菌侵染相关的顺式作用元件;在线软件psRNATarget预测到9个gma-miR1507a的靶基因;该研究利用发状根介导的遗传转化结合GFP染色,确定阳性发状根;在转基因根毛中,gma-miR1507a水平与空载相比显著提高,预测的部分靶基因表达量显著下调。以上结果显示,过表达amiRNA1507a能够提高大豆发状根中gma-miR1507a水平,为研究gma-miR1507a的功能奠定基础。同时,gma-miR1507a可能参与调控大豆的逆境胁迫。     

小叶杨Δ~1-吡咯琳-5-羧酸合成酶(P5CS)基因克隆及在杂种落叶松中的转化

以小叶杨为材料构建了干旱胁迫和正常生长条件下的cDNA文库,以特异性引物从中扩增出一条1 850bp大小的DNA片段,经序列分析证实该片段编码Δ1-吡咯琳-5-羧酸合成酶(P5CS)。将该片段构建入植物表达载体pBI121中,在落叶松杂交育种中利用花粉管通道法将带有该P5CS基因的植物表达质粒转化入杂种落叶松,收获球果取出种子,提取转化种子发芽长出幼芽的DNA,特异性PCR扩增和Southern,Western Blotting检测证实落叶松中已导入P5CS基因。     

抗旱相关基因在烟草中的应用研究进展

干旱是影响烟草正常生长、发育、产量和烟叶品质的一个重要逆境因子。在干旱胁迫下,植物体内会通过激发一些抗旱基因的表达来增强植物的抗旱能力。目前,很多抗旱相关的功能蛋白基因和调控蛋白基因已被克隆并在烟草中实现了遗传转化,外源抗旱基因的表达提高了转基因烟草的抗旱能力。抗旱基因的克隆为烟草抗旱新品种的培育奠定了良好的分子基础,系统深入地研究抗旱相关基因在干旱胁迫条件下的表达与调控,可为通过基因工程手段提高烟草的抗旱能力开辟新途径,同时也能为其他农作物的抗旱分子育种和品种改良提供基因资源。     

用于植物基因研究的mCherry表达载体构建及定位表达

荧光蛋白在生物学研究中具有广泛的应用和重要的作用,其中红色荧光蛋白mCherry因其颜色和良好的特性,对于植物基因研究具有重要的使用价值,本研究将mCherry基因构建到pBI121植物表达载体系统中,构建了pBI121MCS-mCherry载体。利用基因枪转化法转入洋葱表皮进行表达验证,显微镜观察结果显示整个洋葱细胞具有红色荧光,证明该载体能够在植物细胞中表达红色荧光蛋白。利用双酶切连接法将转录因子BpMYB4基因构建到该载体上,得到融合表达载体pBI121MCS-mCherry-BpMYB4,在洋葱表皮中表达,结果显示细胞核具有红色荧光,证明该载体能够准确表达融合蛋白,进行亚细胞定位。同时融合基因时不再需要中间载体,构建简便,引入的KpnⅠ酶切位点,增加了可选择性。因此该载体可用于植物基因表达定位及转基因植株筛选研究中,为今后的白桦基因组学研究提供了材料。     

渗透胁迫相关基因高通量筛选技术体系的建立

随着功能基因组学的发展,在基因组水平上获得了大量渗透胁迫相关基因。农杆菌介导的超量表达是筛选和鉴定这些基因功能最为常用的技术。以植物表达载体pBI121为基础,在不改变其氨基酸序列的基础上通过定点突变消除了其上与质粒复制和稳定性有关的trfA基因（X00713）内部的SfiI酶切位点,并在表达单元CaMV35s启动子和NOS终止子之间引入了SfiIA和SfiIB位点,改造成通用植物表达载体卡盒pBHT-5。该载体卡盒可直接用于连接Clontech SMARTTM技术构建的cDNA文库,提高了大规模构建cDNA文库基因植物表达载体的工作效率。为高通量的筛选与鉴定基因功能,从大量的渗透胁迫相关基因中筛选出具有独立知识产权的、对植物抗渗透胁迫起重要作用的新基因奠定了坚实的基础。     

烟草NtCBL1基因的克隆、表达载体构建及表达分析

CBL是一类Ca²⁺感受蛋白,在植物适应或抵制逆境胁迫的过程中发挥重要的作用。从烟草品种K326中克隆到了一个CBL1的同源基因,该序列包含了一个642 bp的开放阅读框,编码一个由213个氨基酸残基组成的蛋白,预测分子量为24.5 kDa,等电点为5.03。同源性分析结果显示,该基因与林烟草CBL1、甜辣椒CBL1等具有较高的同源性,故命名为NtCBL1。生物信息学分析表明,NtCBL1具有CBL家族保守的EF-hand钙结合结构域。组织表达分析发现该基因在成熟期的根、茎、叶、花中均有表达,在根中的表达量最高。逆境胁迫实验表明,该基因表达受低钾、高盐、干旱、ABA和低温诱导调控,参与烟草生物与非生物逆境胁迫的响应。并成功构建了NtCBL1-pBI121过表达载体。研究结果为解析NtCBL1在响应逆境胁迫的功能奠定一定理论基础。     

橡胶树白粉菌(HO-73)启动子WY172不同长度片段的克隆及表达活性分析

旨在克隆橡胶树白粉菌启动子WY172及其上游2K序列上4个不同长度缺失片段,以分析启动子各片段的表达活性。基于实验室前期研究基础,以WY172上游2K序列作为研究对象进行渐变缺失突变,得到4个不同长度的可能具有启动子活性的片段,结合WY172,选用pBI121载体作为骨架,分别替换GUS基因前的CaMV35S启动子,并分别构建重组表达载体,通过ATMT法转化农杆菌;利用GUS染色法和酶活性检测,分析WY172启动子及不同长度片段的酶活性。分别构建了pBI121-WY172、pBI121-WY172Q、pBI121-WY172Q1、pBI121-WY172Q2、pBI121-WY172Q3共5个重组的植物表达载体,所有植物表达载体烟草瞬时表达GUS染色均有蓝色出现,且蓝色程度均强于阳性对照CaMV35S启动子,其中pBI121-WY172Q3的GUS染色相对最深;GUS酶活性测定结果显示所有缺失突变片段都具有调控基因表达的启动子活性,且启动活性均强于CaMV35S启动子,WY172Q3调控GUS基因表达的活性最高。因此我们判断WY172及其上游2K序列上4个不同长度缺失片段均具有启动子活性,其中以WY172Q3启动子片段的表达活性最强。     

云南红豆杉紫杉烯合成酶基因克隆、序列分析与植物表达载体的构建

利用分段RT—PCR法成功地从云南红豆杉叶片总RNA中分离出两条长约1．4kb和1．5kb的cDNA片段,克隆到pUCm—T载体中,序列拼接分析表明,该cDNA片段与Wildung MR等发表的紫杉二烯合成酶基因编码区2586bp有41个核苷酸不同,同源性为98．42％,具有编码862个氨基酸蛋白质的能力．为了检测所克隆的基因编码产物是否具有活性,并进一步制备抗体以便于将来转基因植物的检测,构建了一个酵母表达载体GAPA-T14;为了转化植物构建了两个具有不同启动子的植物表达载体,pBI121-T14(含35S启动子)和pBIH-T14(在pBI121的基础上以胶乳特异启动子取代35S启动子)．     

植物干旱胁迫的信号通路及相关转录因子研究进展

植物对干旱环境的适应是一个复杂的生物学过程,涉及多条信号通路的交叉调控。其中,通过转录因子发挥的调控在植物的抗旱过程中起着至关重要的作用。目前参与植物干旱胁迫反应的转录因子主要有AP2/EREBP、MYB、NAC、bZIP和WRKY等。研究表明,单个转录因子可以激活或抑制大量下游靶基因的转录,而单一的靶基因又受到不同转录因子的调控,转录因子之间的串扰现象在植物干旱调控网络中普遍存在。该文总结了近年来国内外有关植物干旱胁迫响应中涉及的主要信号通路［ABA信号通路、Ca²⁺信号通路和促有丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)级联信号通路等］,并对以上5种转录因子的结构特点、分类以及它们对干旱胁迫的调控作用进行综述,同时对今后的研究方向进行了展望。     

垫状卷柏SpLEA1基因克隆及干旱胁迫下的表达分析

晚期胚胎发育丰富蛋白(late embryogenesis abundant,LEA),广泛存在于生物体内,与植物抗逆性密切相关,可在干旱胁迫下保护植物细胞,减少植物损伤。垫状卷柏(Selaginella pulvinata)是一种在干旱胁迫下生存能力极强的蕨类植物,具有很强的恢复能力。为探究垫状卷柏SpLEA1基因在耐旱植物中的分子机制与表达特征,该研究以高耐旱性植物垫状卷柏为实验材料,基于转录组测序结果,采用RT-PCR技术获得SpLEA1基因cDNA序列,采用HiTail-PCR技术获得启动子序列,利用生物信息学对序列进行了分析,并采用qRT-PCR技术分析了SpLEA1基因在干旱胁迫下的表达模式。结果表明:(1)垫状卷柏SpLEA1全长为476 bp,开放阅读框(ORF)为279 bp,共编码92个氨基酸,通过在线工具预测到蛋白分子量为9 491.46 Da, 等电点为5.45,蛋白结构预测分析表明该蛋白为亲水性蛋白,含有10个磷酸化位点,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主。(2)预测到SpLEA1蛋白的保守结构域为Lea-5,来源于LEA1家族。基于系统发生树和遗传距离矩阵,发现垫状卷柏SpLEA1与来自鹰嘴豆(Cicer arietinum )和红车轴草(Trifolium pratense)的Lea-5蛋白同源性较高。(3)对启动子序列进行顺式作用元件的预测分析发现SpLEA1基因启动子含有5类激素响应元件和与干旱胁迫响应有关的功能元件。(4)在自然干旱处理下SpLEA1基因表达上调,并在12 h时达到峰值,在24 h干旱后进行复水处理,表达量显著下调。综上所述,SpLEA1基因在垫状卷柏中很可能参与了干旱胁迫响应机制的相关调控。该结果为进一步研究垫状卷柏SpLEA1基因在干旱胁迫下的功能及其表达调控机制提供了参考。     

过量表达棉花CBF2基因提高转基因拟南芥抗旱耐盐能力

CBF/DREB是一类植物中特有的转录因子,在植物抵抗逆境胁迫过程中发挥重要功能。本研究从陆地棉(Gossypium hirsutum L.)Coker 312中克隆获得1个棉花CBF/DREB基因,命名为Gh CBF2,该基因编码一个由216个氨基酸组成的CBF蛋白。序列分析结果显示,Gh CBF2与其他植物的CBF蛋白类似,含有AP2转录因子典型的保守结构域。干旱或高盐胁迫处理明显增加了Gh CBF2基因的表达量。亚细胞定位分析结果发现Gh CBF2定位在细胞核中。将Gh CBF2基因构建到由35S启动子调控的植物表达载体p MD上并转化拟南芥(Arabidopsis thaliana L.),结果表明,在干旱和盐胁迫条件下,过量表达Gh CBF2基因拟南芥的成活率显著高于野生型,并且游离脯氨酸和可溶性糖含量也高于野生型,说明转Gh CBF2基因提高了拟南芥的耐盐抗旱能力。采用实时荧光定量PCR方法分析胁迫相关标记基因COR15A、RD29A和ERD6的表达情况,结果显示转基因株系中的表达量显著高于野生型,说明Gh CBF2参与调控拟南芥干旱和盐胁迫相关基因的表达。     

康乃馨ACC氧化酶cDNA的克隆及其反义植物表达载体的构建

以康乃馨（Dianthus caryophyllus L.)花瓣为材料,用改进的异硫氰酸胍一步法提取总RNA,根据已报道的康乃馨ACC氧化酶（1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase,CO)基因的序列设计产合成一对引物,通过RT-PCR方法获得一约1.2kb特异片段,把该片段连接pGEM^(R)-Teasy vector上进行测序,其全长共1156bp,编码区915bp。共编码304个氨基酸残基,序列分析结果表明该序列与GenBankL35152中的康乃馨ACC氧化酶基因的cDNA序列完全相符,推断该基因在康乃馨种内可能是完全或高度保守的,随 后将此片段反向插入植物表达载体pBI121的35S启动子和NOS终止子之间,构建了一反义植物表达载体pBO;又把花特异表达启动子PchsA插入pBI121的HindⅢ Xbal位点构建中间载体pGHB,再把康乃馨ACC氧化酶基因反向插入中间载体pCHB的XbaI Satl位点构建成另一反义植物表达载体pCBO。     

影响农杆菌转化效率的植物因子H2A1基因的克隆、序列分析及其植物表达载体的构建

拟南芥组蛋白H2A1是影响农杆菌T-DNA整合到宿主基因组的关键因素之一。与其它H2A组蛋白一样,它含有1个保守的H2A结构域。本研究利用PCP技术从拟南芥中成功扩增到H2A1基因组序列的全长。产物纯化后克隆到pBI121(Kmr),从而构建了H2A1的植物表达载体pBI121-H2A1。PCR和DNA测序证实载体构建成功。最后用电击法将该重组质粒导入根癌农杆菌LBA4404菌株中形成工程菌。此表达载体的构建为进一步研究H2A1的功能和提高外源基因在植物中稳定表达水平奠定了基础。     

水稻(Oryza satica L.)干旱胁迫响应转录因子研究进展

干旱胁迫是水稻生长发育和产量的重要限制因子。转录因子在水稻对干旱胁迫响应中起关键调控作用。水稻中参与干旱胁迫的转录因主要有DREB转录因子、NAC转录因子、b ZIP转录因子、锌指蛋白转录因子、MYB转录因子、WRKY转录因子和TIFY转录因子等。这些转录因子与特异的靶基因的顺式作用元件结合调控水稻抗旱相关基因的表达,增强水稻对干旱胁迫的适应能力,本综述对这些转录因子在干旱胁迫中的表达调控和功能进行简要概述。     

基因枪转化法对抗旱基因导入玉米的研究

全球水资源短缺,干旱已是玉米生产发展的主要限制因素。通过培育抗旱能力提高的转P5CS基因玉米株系,为玉米抗旱遗传育种提供新材料。利用基因工程策略构建植物表达载体p BPC-P5CS-F129A,用基因枪法对玉米自交系京501幼胚愈伤组织进行遗传转化,在选择培养基中加入10 mg/L的草丁膦进行筛选,对草丁膦抗性再生植株进行了PCR检测和Northern blot鉴定,对转P5CS基因玉米植株进行了抗旱性分析。结果表明,与对照相比,转基因植株的抗旱能力得到提高。干旱胁迫下,转P5CS基因玉米植株的脯氨酸含量比对照高,而丙二醛含量比对照低。