谷胱甘肽转移酶基因过量表达能加速盐胁迫下转基因拟南芥的生长

盐地碱蓬谷胱甘肽转移酶基因(glutathione s-transferase gene,GST)克隆到植物表达载体pROKⅡ35s启动子的下游,通过农杆菌介导,利用花絮浸泡法转化拟南芥.转化子在含有卡那霉素的培养基上经过筛选以后,将初步验证为阳性的转基因植株通过PCR-Southem进一步证实.经过选育,筛选并分离到卡那霉素的抗性并且遗传稳定的T3代纯合子转基因拟南芥品系.通过Northern杂交证实外源基因在转基因拟南芥中表达.在盐胁迫条件下,通过测量转基因植株(GT)和野生型植株(wY)的生物量和谷胱甘肽(氧化型:GSSG;还原型:GsH)发现:转基因植株的生物量较野生型有一定程度的提高;GssG含量在转基因品系中比野生型的含量明显高.因此,过量表达GsT能够提高转基因植株在盐胁迫条件下的生长,而且这很可能是由于还原型谷胱甘肽被氧化的结果.     

沙冬青AmNAC3转录因子基因在抗旱性和抗寒性中的功能鉴定

为了研究强抗逆植物沙冬青Am NAC3转录因子基因在抗旱性和抗寒性中的功能,首先利用半定量RT-PCR方法对该基因进行了表达分析。结果表明,在室内培养的沙冬青幼苗中,Am NAC3有一定量的基础表达,在干旱胁迫下其转录水平明显上调,而在低温胁迫下其表达上调较弱。然后利用5'RACE技术获得该基因的5'端序列及全长cDNA序列,并利用RT-PCR方法克隆到其全长编码区(846bp)。将编码区片段构建到植物表达载体上,利用农杆菌介导法获得转基因拟南芥。进一步分析表明,转基因拟南芥对于干旱和低温胁迫的抗性表型与野生型无明显差异,但其离体叶片的失水率和气孔开度均大于野生型。此外,转基因幼苗中气孔开闭相关基因ABI1和ABI2的表达量降低。这些结果表明,Am NAC3可能主要在响应干旱胁迫和调节气孔开闭及叶片保水性中发挥功能,而在抵抗低温胁迫中无明显作用。     

大豆转录因子GmC2H2基因转化拟南芥效果分析

GmC2H2转录因子基因是本实验室获得的一个编码172个氨基酸携带516bp核苷酸的转录因子,属于经典C2H2型锌指蛋白.通过构建植物表达载体GmC2H2-pCAMBIA1304,借助优化的Floral-dip法转化模式植物拟南芥,经潮霉素Hygromycine( 45-50 mg/L)抗性筛选获得转基因拟南芥植株.GUS组织染色分析表明,GmC2H2基因在生长12d的转基因拟南芥幼苗中,表达部位主要集中在根部.对转基因拟南芥进行了低温(1℃)和脱落酸(200 μmol/L)胁迫处理,测定其生理生化指标,通过real-time qPCR确定目的基因在转基因拟南芥中的表达情况.结果表明,携带GmC2H2目的基因的转基因拟南芥中脯氨酸和可溶性糖水平要高于野生型植株,而丙二醛水平要低于野生型,在抗逆性方面明显优于野生型拟南芥植株;并且胁迫处理下的转基因拟南芥中GmC2H2基因的表达量要高于未胁迫处理的转基因植株,说明GmC2H2基因的表达受低温和ABA的诱导,初步明确了该转录因子基因的功能.     

蒙古冰草MwMYB4基因功能鉴定

MwMYB4基因是从蒙古冰草中克隆得到的MYB类转录因子家族成员之一。该研究以转MwMYB4基因的拟南芥后代为材料,通过在干旱和低温胁迫下对转基因植株进行表型分析、理化指标测试和分子鉴定,分析并验证MwMYB4基因的功能。结果显示:(1)蒙古冰草MwMYB4基因已成功整合到转基因拟南芥T_1代的基因组中并实现转录水平的表达。(2)转基因拟南芥T_2代植株在干旱胁迫条件下,转基因植株叶片枯黄程度较轻,相对电导率较野生型变化幅度低,脯氨酸含量明显高于野生型对照,且MwMYB4基因的表达量随干旱胁迫时间延长而增加。(3)在低温胁迫条件下,转基因拟南芥叶片的枯白程度明显低于野生型,且MwMYB4基因的表达量随低温胁迫时间增加而增加。研究表明,过量表达蒙古冰草MwMYB4基因能够提高转基因拟南芥对干旱和低温的耐受性,该基因可能在干旱胁迫和低温胁迫调控机制中发挥调控作用,可作为改良农作物和其他牧草抗旱、抗寒性的重要候选基因。     

过表达海洋微生物宏基因组MbCSP提高转基因拟南芥的抗旱和耐寒性

干旱和低温是影响农作物生长发育的重要因素,培育转基因作物是解决此问题的有效途径。冷激蛋白（Cold Shock Proteins,CSPs）是一类高度保守的核酸结合蛋白,参与非生物胁迫应答等细胞生理活动,转CSP基因可增强作物抗逆能力。以海洋微生物宏基因组DNA为模板,采用锚定PCR的方法克隆得到了MbCSP基因,其ORF为216 bp,编码一个由71个氨基酸构成的蛋白;对其进行同源性分析,显示该氨基酸序列与EcCSPG、EcCSPA（大肠杆菌 Escherichia coli）,BsCspB（枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis）和BcCspA（蜡样芽孢杆菌 Bacillus cereus）等冷休克蛋白氨基酸序列同源性在60%~90%;对该氨基酸序列进行多重序列比对和系统发育树分析,结果发现MbCSP蛋白包含RNP1（KGFGFI）和RNP2（VFVHF）等CSP蛋白经典的保守结构域,其与EcCspG（大肠杆菌）和CmCspG、CmCspB（堆肥宏基因组）等生物的冷休克蛋白亲缘关系较近。为进一步探讨冷休克蛋白MbCSP的功能,构建了植物表达载体pTF101-MbCSP,采用花序浸染法转化拟南芥,经过除草剂筛选和PCR检测,获得转基因植株。进行半定量RT-PCR分析,选择表达量最高的阳性株系进行后续的生理检测。结果表明：在干旱胁迫及低温胁迫下,转基因拟南芥的生长状况明显优于野生型,其生物量显著高于野生型植株;转基因拟南芥的叶片相对含水量、叶绿素含量和超氧化物歧化酶活性均高于野生型拟南芥,而丙二醛含量则低于野生型拟南芥。上述结果表明,过表达海洋微生物宏基因组MbCSP能够提高转基因拟南芥的抗旱和耐寒能力,为培育转基因作物新品种奠定了基础。     

烟草NtNAC1基因的克隆及其在烟草中的抗旱功能分析

NAC转录因子在植物信号转导及非生物损伤过程中起重要作用。本实验从烟草c DNA文库中克隆了NtNAC1基因,c DNA编码区全长861 bp,编码286个氨基酸。进化树分析结果显示,Nt NAC1基因编码的氨基酸序列与马铃薯同源性最高。农杆菌介导的遗传转化获得37株转基因烟草,用20%PEG6000处理转基因和野生型植株7 d。结果显示,转基因植株的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)的酶活性都高于野生型,丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量都低于野生型。RT-PCR分析结果显示,Nt NAC1基因以及Nt NAC基因表达高于野生型,脯氨酸合成的2个关键酶吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)和鸟氨酸-δ-氨基转移酶(δ-OAT)基因表达低于野生型。选取T_0代转基因和野生型种子,对苗期根系进行耐旱性分析。结果发现,在300 mmol·L~(-1)甘露醇胁迫下,转基因根系比野生型长,野生型根系的生长明显受到抑制。这表明转Nt NAC1基因的表达可能提高了植株的抗旱能力。     

胡杨PeECT8基因的克隆及功能分析

ECT基因家族已在拟南芥中被发现并报道,然而它们是否参与植物在逆境胁迫下的响应过程却鲜有报道。为研究胡杨PeECT8基因的功能,从胡杨叶片cDNA中克隆出PeECT8基因,构建CaMV 35S::Pe ECT8植物表达载体,利用花序浸染法转化拟南芥,经GUS组织化学染色和PCR检测,获得转基因植株,进而测定不同浓度盐(Na Cl)和甘露醇胁迫下转基因拟南芥种子的萌发率、生长势和根长。测序结果表明,该基因编码区长度为1821 bp,可编码606个氨基酸。蛋白序列比对发现,PeECT8基因与毛果杨PtrECT8同源基因所编码的氨基酸一致性达93.42%,PeECT8蛋白包含一个YT521-B-like保守结构域。相比于野生型,过量表达PeECT8的拟南芥在不同浓度NaCl胁迫下萌发率降低,在D-甘露醇胁迫下萌发率没有明显变化。在NaCl和D-甘露醇胁迫下,转基因拟南芥根的伸长长度小于野生型。这表明PeECT8基因在盐胁迫和渗透胁迫下发挥负调控的作用。     

陆地棉GhPYR1基因的克隆和功能分析

植物激素脱落酸(Abscisic acid,ABA)在植物应对干旱、盐碱等逆境胁迫以及植物种子萌发、根伸长、芽休眠等阶段发挥重要作用。PYR/PYL/RCAR蛋白家族是ABA受体,与ABA结合后能够启动ABA信号传导通路,诱导ABA应答基因的表达。利用电子克隆和RT-PCR技术从陆地棉中克隆了Gh PYR1基因,其编码的Gh PYR1蛋白与拟南芥中At PYR1蛋白相似度为73%。将Gh PYR1蛋白序列与拟南芥14个PYR/PYL/RCAR家族成员蛋白序列进行比对并构建进化树,发现它与拟南芥PYR/PYL/RCAR蛋白亚家族III亲缘关系最近。过表达Gh PYR1基因的T3代拟南芥在外源ABA处理下,其种子萌发和初期根生长均滞后于野生型,表现出对ABA更加敏感;高盐和干旱胁迫对转基因种子的萌发抑制更强烈,但苗期胁迫处理下转基因拟南芥的长势却明显优于野生型;同时在外源ABA诱导条件下ABA应答基因RD29A、RAB18的表达量较野生型有明显提高。以上结果说明Gh PYR1基因编码的蛋白是ABA的受体,过表达该基因能够提高植物对ABA的敏感性和增强应对逆境胁迫的能力。     

香格里拉水韭磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(PEPC)的克隆及其表达载体构建

以中国特有植物香格里拉水韭（Isoetes shangrilaensis X.Liu）为材料,通过转录组测序数据分析筛选出磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因（IsPEPC）,根据该基因序列,从香格里拉水韭cDNA中克隆获得磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPCase）的编码基因IsPEPC,并将此基因插入pCAMBIA-2300-N-eGFP及pMD质粒载体上,再采用农杆菌介导的花序浸染法将2个重组载体分开转入野生型拟南芥（Arabidopsis thaliana（L.）Heynh.）中。结果显示：IsPEPC基因蛋白编码序列长度为2928 bp,编码975个氨基酸;同源性检索分析结果表明,该蛋白与其近源物种江南卷柏（Selaginella moellendorffii Hieron.）的PEPC基因蛋白序列同源性为79.8%。对转基因的T₁代拟南芥通过抗性筛选并在gDNA水平上阳性鉴定,初步鉴定得到pC2300-N-eGFP-IsPEPC转基因株系26个和pMD-IsPEPC转基因株系32个。     

转甜瓜CmSAMDC基因拟南芥的获得及其耐盐性研究

该研究以哥伦比亚生态型野生拟南芥为材料,将甜瓜CmSAMDC基因构建到植物双元表达载体pCAMBIA1304上,采用农杆菌介导法转入拟南芥,在含有50mg/L潮霉素(Hyg)MS固体培养基上筛选转基因后代,并利用T3代转基因幼苗进行耐盐性分析。结果显示:(1)成功构建了植物超表达载体35S∷CmSAMDC,并经农杆菌介导法转化拟南芥,潮霉素抗性筛选后获得了转CmSAMDC基因拟南芥T3代植株。(2)转CmSAMDC基因拟南芥T3代幼苗在含100、150、200mmol/L NaCl培养基中,侧根长势比野生型植株更为健壮;在200mmol/L NaCl浇灌处理后,转CmSAMDC基因T3代植株仍能维持正常生长,而野生型植株的生长明显受到抑制;在400mmol/L NaCl浇灌处理后16d,野生型植株逐渐死亡,而转基因植株仍能继续存活;对盐胁迫后植株的脂质过氧化程度(MDA)测定显示,野生型植株MDA水平较转基因植株上升更为明显。研究表明,过表达甜瓜CmSAMDC基因增强了转基因拟南芥的耐盐性。     

过量表达GLOase导致转基因拟南芥中维生素C含量和抗逆能力提高

L-古洛糖酸-1,4-内酯氧化酶（L-gulono-1,4-lactone oxidase,GLOase）是维生素C合成途径中最后一步关键酶,小鼠（Musmusculus）编码GLOase的gulo基因转化拟南芥（Arabidopsis thaliana）的转基因株系中维生素c含量最高为5．74μmol·g^-1（FW）,是野生型的3．46倍、转p2301空载体对照的3．19倍。30％聚乙二醇（PEG-6000）模拟干旱胁迫的不同时间梯度中,幼苗期转基因拟南芥丙二醛含量低于同样处理下野生型和对照组拟南芥。不同NaCl浓度的盐胁迫下,转基因拟南芥在子叶期比野生型、对照组平均根长更长、侧根发育更好;幼苗期莲座叶长势更好、丙二醛含量更低。结果显示过量表达GLOase的转基因拟南芥在维生素c含量提高的同时,抗胁迫能力有所增强。     

过量表达NtRopl基因增加了植物对盐胁迫的敏感和过氧化氢的含量

Rop／Rbo类的小G蛋白是一类重要的信号分子,它在植物的生长发育过程中起着重要的调控作用．根据已知的序列信息,我们从烟草中克隆得到了编码NtRopl基因的基因组序列,并研究了该基因在不同胁迫处理下的表达情况及转基因植物在盐胁迫下的反应,该基因的基因组中含有7个外显子和6个内含子,半定量RT-PCR表明,该基因的表达受到NaCl,甲基紫精（MV）和1．氨基环丙烷－1－羧酸（ACC）的诱导,而脱落酸（ABA）抑制该基因的表达,与野生型拟南芥相比,转基因拟南芥增加了对盐胁迫的敏感性,具体表现为,在盐胁迫下,转基因植株根的长度明显比对照短,并且相对电导率也明显比对照高,通过对过氧化氢含量的测定发现,转基因拟南芥的过氧化氢的含量比对照高,这表明NtRopl基因可能是通过增加植物体内过氧化氢含量从而导致植物对盐胁迫的敏感性。     

中间锦鸡儿WRKY75基因对拟南芥耐受盐和ABA能力的影响

该研究从旱生灌木中间锦鸡儿中克隆得到1个CiWRKY75基因。序列分析显示,CiWRKY75开放阅读框长570bp,编码189个氨基酸,含有1个WRKYGQK基序和1个C2H2型锌指结构,属于第二类WRKY转录因子。亚细胞定位显示,CiWRKY75定位于细胞核。实时荧光定量PCR检测表明,CiWRKY75基因的表达受盐胁迫和ABA诱导。在拟南芥中过量表达CiWRKY75后,与野生型拟南芥相比,转基因株系种子的萌发率在盐胁迫下降低,并且对盐胁迫的耐受能力明显减弱;ABA处理下,2个转基因株系的种子萌发率(10.3%、9.6%)较野生型(25.9%)明显降低。研究表明,CiWRKY75是中间锦鸡儿对盐和ABA响应的重要调控因子。     

中间锦鸡儿CiMYB15基因正调控拟南芥黄酮代谢

目的:R2R3-MYB类转录因子参与调控植物初生和次生代谢。方法:从中间锦鸡儿(Caragana intermedia)干旱转录组数据库中搜索并克隆了一个R2R3-MYB基因,命名为CiMYB15(GenBank登录号MH678649);将CiMYB15基因编码区转入野生型拟南芥中,利用分光光度法测定了野生型和转基因拟南芥中总黄酮含量,并用qRT-PCR检测了转基因植物中At CHS基因的表达情况。同时采用染色体步移法克隆了CiMYB15基因的启动子序列。结果表明:(1) CiMYB15基因g DNA长度为1 960 bp,包含三个外显子(134、131和521 bp)和两个内含子(281和893 bp);开放阅读框长度为786 bp,编码262个氨基酸。(2)克隆得到1 580 bp的启动子序列,序列中主要包含损伤诱导元件G-box和P-box、盐诱导作用元件GT1-motif、参与干旱诱导的反应元件MBS,以及真菌侵害应答元件BOX-W1、植物-病原菌互作元件EIER;此外,还包含调节黄酮合成基因的MYB转录因子的结合位点。(3) CiMYB15基因的表达受到紫外胁迫的诱导。(4) CiMYB15基因过表达株系的总黄酮含量高于野生型。(5)过表达植物中At CHS基因的表达量亦高于野生型。以上结果说明,CiMYB15基因正调控拟南芥黄酮代谢。     

海岛棉GbHyPRP1克隆及其转基因拟南芥抗黄萎病验证

在对黄萎病菌胁迫处理的海岛棉Pima 90-53根组织全长c DNA文库分析中,筛选到一个与黄萎病胁迫相关的杂合富含脯氨酸蛋白(hybrid proline-rich protein)基因,将其命名为Gb Hy PRP1。该基因c DNA序列全长1747 bp,开放阅读框945 bp,编码一个由314个氨基酸残基组成的蛋白,包含信号肽、N端富含脯氨酸域及C端Pollen Ole e I域。同源序列分析显示,Gb Hy PRP1与来自雷蒙德氏棉、陆地棉和亚洲棉的Hy PRP1蛋白序列相似性最高,分别为95.95%、93.87%和91.34%。q RT-PCR分析结果显示,受黄萎病菌胁迫后海岛棉根部Gb Hy PRP1表达显著下调。将Gb Hy PRP1基因克隆至植物超表达载体,农杆菌介导转化拟南芥获得转基因植株。病指统计分析表明Gb Hy PRP1过量表达显著降低了拟南芥对黄萎病的抗性。据此推测Gb Hy PRP1参与棉花抗黄萎病,可能是一个重要的负调控因子。     

过表达抗miR98的OsmCSD2基因提高水稻的重金属抗性

CSD（Cu／Zn superoxide dismutases）基因在拟南芥中参与多种胁迫应答,而miR398是CSD基因响应胁迫的原因。此处,我们成功克隆出了水稻的OsCSD2基因,并根据密码子的兼并性,突变了miR398作用的位点,但不改变其氨基酸序列,得到新的抗miR398的OsmCSD2,构建过表达载体并转入水稻中。对阳性转基因株系的分子鉴定表明,过表达植株的OsmCSD2基因获得了高表达。在重金属铜胁迫下,转基因株系表现出良好的抗逆性,H2O2含量显著低于野生型。     

基因芯片技术筛选转SlNAC1基因拟南芥差异表达基因

研究已表明植物特有的一些NAC(NAM,ATAF1/2,CUC2)转录因子可提高植物抗逆性,利用基因芯片技术筛选转SlNAC1基因拟南芥与野生型拟南芥间差异表达基因,能够为研究转基因拟南芥非生物胁迫抗性相关基因提供依据。结果显示,在转SlNAC1基因拟南芥43 604个基因中有3 046个差异表达2倍以上的基因。对差异表达5倍以上基因经过GO富集度统计学分析表明,细胞组分相关基因占33.05%;分子功能相关基因占33.95%;生物学过程相关基因占33.00%。对差异表达2倍以上基因进行KEGG信号通路分析,结果表明有2 431个基因涉及到88个不同的信号通路。通过筛选获得转基因拟南芥非生物胁迫抗性相关候选基因,为后续研究NAC转录因子的下游基因及其调控网络的构建提供方向和理论支撑。     

拟南芥中RING型E3泛素连接酶基因AtGW2的克隆和功能分析

水稻RING型E3泛素连接酶基因OsGW2在调控水稻产量性状方面起着十分重要的作用.根据OsGW2的cDNA序列,通过RT-PCR方法从拟南芥中克隆了一个与OsGW2同源的基因,命名为AtGW2.序列分析表明,该基因编码一个RING-C2型E3泛素连接酶蛋白,含有401个氨基酸.通过构建AtGW2 RNA干扰植物表达栽体并转化拟南芥,结果表明,获得的转基因后代植株的子粒较野生型大,并且转基因拟南芥子粒千粒重高于野生型,这表明AtGW2负调控拟南芥子粒大小及粒重.     

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。     

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NAC1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SIP1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pFGC5941S中,构建了两个双基因表达载体pFGC5941S SIP1 NAC1 sense和pFGC5941S SIP1 NAC1 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75mmol·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。