转反义蜡质基因水稻亲本后代性状分析

以单质粒转化的粳稻广粳一号和双质粒共转化的籼稻01早5202所获得的转反义蜡质基因水稻后代为供试材料, 通过潮霉素抗性、PCR检测等手段分析了外源基因的遗传分离特性, 同时, 还分析了转基因材料的直链淀粉含量、waxy蛋白含量的变化特性。结果表明, 无论是采用标记基因(hpt)与目的基因(Anti-sense waxy)连锁的单质粒转化, 还是采用双质粒共转化, 其供试的后代植株材料都发生了外源基因分离现象, 且转基因植株材料的直链淀粉含量都有所下降, 有些单株的直链淀粉含量已降至10%(质量百分比)以下, 远低于对照(其直链淀粉含量为22.04%); SDS-PAGE检测结果显示, 供试的转基因材料的waxy蛋白的含量与对应的直链淀粉含量呈正相关性。     

籼稻转反义蜡质基因后代的直链淀粉含量测定和纯系选育

通过根癌农杆菌介导将反义蜡质基因导入籼型雄性不育保持系龙特甫B中,获得30个PCR检测为阳性的转基因植株,其中,28个为Southern检测阳性。T1种子直链淀粉含量测定结果表明,有21个转基因植株比龙特甫B明显下降,下降幅度为3％-13％,并在部分转基因植株的种子中观察到蜡质状籽粒;对6个转基因植株进行了不同世代的直链淀粉含量测定,在L3和L5的T4代中,选择到直链淀粉含量分别为15．9％和8．4％的纯合株系,经凝胶电泳测定,WX蛋白量明显降低,并与直链淀粉含量下降表现一致。以L3-1-1-1(15．9％)和L5-8-2-1(8．4％)纯合株系为亲本,分别与龙特甫A进行成对杂交和回交,并测定了F1和B1F1种子直链淀粉含量,以L3-1-1-1作亲本的F1为21．4％,B1F1为17．1％;以L5-8-2-1作亲本的F1为13．6％,B1F1为9．3％,结果表明：在不育系的转育过程中,以中低直链淀粉含量的转基因纯合株系为亲本,能有效降低F1和B1F1的种子直链淀粉含量。     

水稻蜡质基因及其利用研究进展

简要介绍了水稻蜡质基因的等位基因位点及其表达特性。并从蜡质基因第1内含子核苷酸和蜡质基因剪切方式以及蜡质基因相关的顺式作用元件与反式作用因子等方面阐述了水稻蜡质基因表达调控,还概述了水稻蜡质基因的分子标记辅助选育方面的研究。从近年来的报道显示,利用反义RNA技术抑制水稻内源蜡质蛋白的表达是目前蜡质基因应用研究的主要方向。关于蜡质基因的研究,在其它作物中也都有报道。     

通过共转化和花药培养快速获得直链淀粉含量降低且无抗性标记的转基因水稻

用根癌农杆菌共转化的方法将p13W8质粒(含反义蜡质基因)和pCAMBIA1300质粒(含潮霉素抗性基因)导入水稻.经PCR检测,发现在29个T1群体中发生抗潮霉素抗性基因和反义蜡质基因的分离;从1 264个T1单株中筛选到183个只带反义蜡质基因片段的转基因植株.选择了4个直链淀粉含量降低的T1单株进行花药培养,获得正常结实的花培苗34株;经PCR检测,有23株为只含反义蜡质基因而无潮霉素抗性基因的植株.从转化到获得直链淀粉含量降低、遗传稳定的转基因植株仅用了一年半时间.     

籼稻和粳稻中蜡质基因座位上微卫星标记的多态性及其与直链淀粉含量的关系

稻米直链淀粉是在由蜡质基因Wx编码的颗粒结合淀粉合成酶（GBSS）的催化下合成的。最近,在Wx基因的区段内发现了一段多态性微卫星序列（CT）n。对74个非糯籼稻和粳稻材料的（CT）n多态性进行了分析,并探讨了其与直链淀粉含量之间的关系。在74个品种（系）中共发现7种（CT）n片段（Wx等位基因）,即（CT）8,（CF）10,（CT）11,（CT）16,（CT）17,（CT）18,（Ch）19。在籼粳亚种间,不同（CT）n的分布存在差异较大：在籼稻中,以（CT）11和（CT）18为主,占92．6％,另有（CT）10和（CT）8各2份,（CT）17型1份;在粳稻中,以（CT）16、（CT）17为主,共占20份材料中的90．0％。在上述74个品种（系）中,以（CT）n表示的Wx基因型对稻米直链淀粉含量的决定系数R2达0．912,也即Wx基因型差异可解释这些材料直链淀粉含量变异的91．2％。还发现6份籼稻材料Wx座位上为杂合的（CT）18／（CT）11,其中2份为推广早籼优质品种浙9248和舟优903,并对其在遗传和育种研究中的意义作了探讨。     

籼稻转反义蜡质基因后代的直链淀粉含量测定和纯系选育

通过根癌农杆菌介导将反义蜡质基因导入籼型雄性不育保持系龙特甫B中,获得30个PCR检测为阳性的转基因植株,其中,28个为Southern检测阳性.T1种子直链淀粉含量测定结果表明,有21个转基因植株比龙特甫B明显下降,下降幅度为3%-13%,并在部分转基因植株的种子中观察到蜡质状籽粒;对6个转基因植株进行了不同世代的直链淀粉含量测定,在L3和L5的T4代中,选择到直链淀粉含量分别为15.9%和8.4%的纯合株系,经凝胶电泳测定,Wx蛋白量明显降低,并与直链淀粉含量下降表现一致.以L3-1-1-1(15,9%)和L5-8-2-1(8.4%)纯合株系为亲本,分别与龙特甫A进行成对杂交和回交,并测定了F1和B1F1种子直链淀粉含量,以L3-1-1-1作亲本的F1为21.4%,B1F1为17.1%;以L5-8-2-1作亲本的F1为13.6%,B1F1为9.3%,结果表明在不育系的转育过程中,以中低直链淀粉含量的转基因纯合株系为亲本,能有效降低F1和B1F1的种子直链淀粉含量.     

水稻蜡质基因引导区的两个ＳＳＲ序列与直链淀粉含量的相关性

分析了蜡质基因引导区的两个简单重复序列（ＳＳＲ）(ＣＴ）n和（ＡＡＴＴ）n在７４不稻材料中的多态性及其与直链淀粉含量（ＡＣ）的关系。这些材料包括了籼稻（Oryza sativa L.ssp.indica)、粳稻（Ｏ.sativa ssp.japonica)和普通野生稻（O.rufipogon),其ＡＣ值 栽培稻ＡＣ分布的整个范围。以（ＣＴ）n作标记检测到８个等位基因,粳稻品种趋于含有重复数目较多（n≥１６）的等位基因,重复次数较少(n≤１４）的等位基因只出现在籼稻中,（ＡＡＴＴ)n检测到２个等位基因,野生稻中少数植株表现出杂合性。分析表明ＡＣ与这两个ＳＳＲ序列基因型高度相关,高ＡＣ（＞２２．０％）品种具有（ＣＴ）重复次数较少(n≤１４）的等位基因;相反,除了糯米外,所有低或中等ＡＣ的品种都有（ＣＴ）重复较多（n≥１６）的等位基因,具有重复次数较多的（ＡＡＴＴ）６等位基因的品种多为高ＡＣ,具有重复次数较少的（ＡＡＴＴ）５等位基因的品种多为低或中等ＡＣ。不同ＳＳＲ基因型品种间ＡＣ差异极显。虽然目前还不能确定这两个ＳＳＲ序列在直链淀粉合成中的直接功能,ＳＳＲ变异与ＡＣ间近乎完全的相关性可作为分子标记直接用于水稻的品质改良。     

糯性水稻中蜡质基因第1内含子的剪接活性

以前的研究结果表明,非糯性的稻米中直链淀粉的含量与各品种中蜡质基因（Ｗｘ）第１内含子被剪接的效率有关,即剪接效率高的品种直链淀粉含量也高。为弄清糯米中不含直链淀粉是否也与此内含子剪接效率有关系,构建了蜡质基因启动子,（来自灿稻品种２３２）、蜡质基因第１内含子「来自籼稻品种２３２（高直链淀粉含量的品种）或粳稻品种寒丰６３６６（中、低直链淀粉含量的品种）或粳稻品种寒丰６３６６（中、低直链淀粉含量的品种     

通过根癌农杆菌介导的共转化获得具有蜡质基因反义片段的转基因水稻

在构建剔除潮霉素抗性基因的反义蜡质基因重组质粒p13W8的基础上,用分别携带p13W8质粒和有潮霉素抗性基因的pCAMBIA1300质粒的根癌农杆菌,在不同处理条件下对粳稻3个品种进行共转化.试验结果显示,共感染混合液中pCAMBIA1300菌液比例高,抗性愈伤组织的转化频率也较高;抗性愈伤组织的PCR检测结果表明,潮霉素抗性基因的阳性检测率为98%,反义蜡质基因的阳性检测率为68%.在105株转基因植株中,反义蜡质基因阳性株为30株,占转基因植株的28.6%.乙酰丁香酮处理组的平均转化频率略高于未处理组;在乙酰丁香酮的各种处理中,直接浸泡愈伤组织的转化频率稍高于其它处理方式.     

籼稻和粳稻中蜡质基因座位上微卫星标记的多态性及其与直链淀粉含 …

稻米直链淀粉是在由蜡质基因Ｗｘ编码的颗粒结合淀粉合成酶（ＧＢＳＳ）的催化下合成的,最近,在Ｗｘ基因的区段内发现了一段多态性微卫星序列（ＣＴ）ｎ,对７４个非糯籼稻和粳稻材料的（ＣＴ）ｎ多态性进行了分析,并探讨了其与直链淀粉含量之间的关系,在７４个品种（系）中共发现７种（ＣＴ）ｎ片段（Ｗｘ等位基因）邓（ＣＴ）８,（ＣＴ）１０,（ＣＴ）１１,（ＣＴ）１６,（ＣＴ）１７,（ＣＴ）１８,（ＣＴ）１９,在籼粳     

含不同Anti-Waxy基因拷贝数的稻米直链淀粉含量分析

将含单拷贝Anti-Waxy基因的纯合植株分别作为父本或母本进行正反交,获得两组含双拷贝Anti-Waxy基因的杂交后代,分析了未转基因对照、转基因亲本及两组杂交后代糙米直链淀粉含量以揭示不同Anti-Waxy基因拷贝数对降低稻米直链淀粉含量程度的影响.结果显示,2个单拷贝转基因水稻糙米直链淀粉平均含量分别为10.72%和11.13%,比对照分别降低17.98%和14.84%;两组正交和反交杂交后代糙米直链淀粉平均含量分别为8.96%和8.23%,其平均值为8.60%,比2个转基因杂交亲本糙米直链淀粉含量分别降低19.78%和22.73%,比对照降低了34.20%.结果表明,增加转基因水稻基因组中Anti-Waxy基因拷贝数在一定程度上能够进一步降低稻米直链淀粉含量,通过将独立转化获得同品种转基因植株之间杂交可以成为获得高表达转基因植物的途径.     

基因工程改良作物营养品质的研究

综述了近10年来采用基因工程技术改良作物蛋白质、糖类、脂类营养成分研究的最新发展,尤其对作物蛋白质含量及氨基酸组分改良方面进行了详细描述;并简要介绍了基因工程食品可能存在的不安全性问题及解决的办法。     

Diversity in the Content of Some Nutritional Components in Husked Seeds of Three Wild Rice Species and Rice Varieties in Yunnan Province of China

In addition to rice (Oryza sativa L.) cultivars, there are three wild rice species, namely O.rufipogon Griff, O. officinalis Wall and O. granulata Baill, in Yunnan Province, China. Each species has different subtypes and ecological distributions. Yunnan wild rice species are excellent genetic resources for developing new rice cultivars. The nutritional components of the husked seeds of wild rice have not been investigated thus far. Herein, we report on the contents of total protein, starch, amylose, 17 amino acids, and five macro and five trace mineral elements in husked seeds from three wild rice species and six O. sativa cultivars. The mean (± SD) protein content in the husked rice of O. rufipogon, O. officinalis, and O. granulata was (14.5 ± 0.6)%, (16.3 ± 1. 1)%, and (15.3 ± 0.5)%, respectively. O. officinalis Ⅲ originating from Gengma had the highest protein content (19.3%). In contrast, the average protein content of six O. sativa cultivars was only 9.15%. The total content of 17 amino acids of three wild rice species was 30%-50% higher than that of the six cultivars. Tyrosine, lysine, and valine content in the three wild rice species was 34%-209% higher than that of the cultivars. However, the difference in total starch content among different O. sativa varieties or types of wild rice species was very small. The average amylose content of O. rufipogon, O. officinalis,and O. granulata was 12.0%, 9.7%, and 11.3%, respectively, much lower than that of the indica and japonica varieties (14.37%-17.17%) but much higher than that of the glutinous rice cultivars (3.89%). The sulfur, phosphorus, magnesium, zinc, and ferrite content in the three wild rice species was 30%-158% higher than that of the six cultivars. The considerable difference in some nutritional components among wild rice species and O. sativa cultivars represents a wide biodiversity of Yunnan Oryza species. Based on the results of the present study, it is predicted that some good genetic traits, especially high protein and ideal amylose content, of Yunnan wild rice species may be useful in improving the nutritional value of rice. This is the first report regarding the amino acid, mineral element, protein and amylose content of husked seeds of some Yunnan wild rice species that have important genetic characteristics for rice quality and nutritional value.     

应用反义PEP基因表达技术提高稻米脂肪含量

以成熟种子为来源的胚性愈伤组织为受体材料,采用根癌农杆菌介导方法将反义磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvatecarboxylase,PEPCase)基因导入粳稻品种秀水11,获得一批转基因植株,并通过GUS组织化学染色、PCR检测和Southern杂交分析等方法进行了验证。对T1代的检测结果表明,所转基因已遗传给后代,且大多数株系的分离比符合3:1。T2代测定结果显示,转基因水稻株系的稻米脂肪含量比对照高出0.37±0.12个百分点,其差异大部分达到极显著水平。     

高赖氨酸蛋白基因导入水稻及可育转基因植株的获得

构建了一个植物高效表达质粒,使来源于四棱豆（Psophocarpus tetragonolobus(L.)DC)的高赖氨酸蛋白基因（lys）受控于单子叶植物ubiqutin强启动子下表达。用基因枪法将其导入水稻(Oryza sativa L.)幼胚诱导的愈伤组织,经潮霉素抗性筛选,得到可育的再生植株。经PCR和Southem blotting检测,表明该基因已整合到水稻的基因组织。GUS组织化学染色表明转基因水稻植株的叶、茎和根中均有gus基因的表达。测定112株转基因水稻叶片中赖氨酸叶量,大部分植株有不同程度的提高,最高幅度为16．04％。     

水稻高效再生体系的建立及其对大豆Em基因的转化

以粳稻丰达1号成熟胚为外植体,建立了适合水稻转化的高效再生体系,通过农杆菌介导法将大豆Em基因转化水稻.结果表明:以NMB 500 mg·L-1脯氨酸 250 mg·L-1谷氨酰氨 300 mg·L-1水解酪蛋白 2 mg·L-12,4-D为作诱导培养基诱导愈伤组织,其诱导率为97%;愈伤组织分化率为65%;农杆菌介导法转化水稻愈伤组织,获得了26株再生植株;随机选取其中4株候选转基因水稻幼苗进行PCR筛选,初步证明大豆Em基因已整合到水稻基因组DNA中;RT-PCR检测结果表明,转入的外源大豆Em基因在转基因水稻中得以表达.本实验成功地建立了适合水稻转化的高效再生体系,为通过基因工程技术培育水稻新品种奠定了基础.     

Transfer of Lysine-rich Protein Gene into Rice and Production of Fertile Transgenic Plants

Lysine-rich protein gene (lys) was cloned from Psophocarpus tetragonolobus (L.) DC. A plant expression plasmid was constructed and lys gene was under the control of maize ubiquitin promoter which is the highest efficient monocotyledon promoter. The plasmid was introduced into rice embryogenic calli by microprojectile bombardment. The regenerated fertile plants were obtained by effective selection for hygromycin B resistance. Genomic PCR and Southern blotting analyses showed that the lys gene has been integrated into rice genome. Simultaneously, the results of GUS histochemical assay demonstrated the transgenic rice plants. Data analysis showed that lysine content in most of the 11 transgenic plants is differently improved, and in one of them increased by 16.04%.     

Transformation and Functional Expression of the rFCA-RRM2 Gene in Rice

The primary aim of the present study was to investigate the overexpression of the rice (Oryza sativa L. subsp. japonica var. Zhonghua 11) flowering control gene (rFCA-RRM2) in monocotyledonous model rice. Constitutive expression of rFCA-RRM2 from the Actl-5 rice promoter caused late flowering in transgenic rice and increased grain weight that was more than 50% higher than that of control plants, which is the first demonstration of rFCA-RRM2 being able to increase rice production. Late flowering was accompanied by strong phenotype and some morphological modifications. These observations suggest that rFCA-RRM2 is a useful tool for phenotype improvement and yield enhancement in cereal crops.