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。     

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。     

水稻转基因系CX8621中Xa21的整合和表达

农杆菌介导的转基因技术在植物中已被广泛应用,而目的基因能否发挥功能受到多种因素的影响。前期,通过农杆菌介导的转化,实验室创制了无选择标记、无载体骨架残留的水稻转Xa21基因系CX8621。截止目前,CX8621已稳定遗传16代,依然保持着对水稻白叶枯病的优良抗性。在此基础上,本研究对外源基因Xa21在CX8621中的整合和表达情况进行了分析。首先,通过在转化载体p BXa21的左右边界与Xa21基因序列设计嵌套引物,确定Xa21被完整地整合到CX8621中。随后,利用改良的Tail-PCR方法体外克隆了整合位点的边界序列,明确了Xa21被整合在CX8621的2号染色体上。然后,通过RT-PCR分析了Xa21在CX8621中不同时期和不同组织的表达情况,结果表明Xa21在CX8621中能稳定表达,其表达量的变化与之前报道的抗病性反应吻合。此外,还制备了天然XA21蛋白的抗体,对CX8621不同时期、不同组织中XA21蛋白的表达量进行了检测,结果发现在种子中检测不到XA21蛋白。由此,通过对外源基因Xa21的整合和表达分析,为CX8621的转基因生物安全评价提供了部分科学依据。     

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%.     

转Xa21基因水稻中T-DNA整合的遗传定位

利用转抗白叶枯病基因Xa21的水稻材料,通过TAIL－PCR方法扩增T－DNA整合的侧翼序列。从中筛选属于水稻基因组DNA的T－DNA整合的侧翼序列作为探针,将外源基因整合位点定位到窄叶青／京系17DH群体构建的水稻分子连锁图谱上。共获得属于水稻基因组DNA的T－DNA侧翼序列22个,其中的19个序列在定位群体的两个亲本之间显示RFLP多态性,分别定位在水稻基因组的第3,4,5,7,9,10,11和12染色体上。带有转基因Xa21的T－DNA整合的定位为研究外源基因在不同染色体位点的位置效应和稳定遗传打下基础。     

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。     

水稻转基因系"明恢63-Xa21"的基因组分析

植物基因工程研究已经建立了多种转基因的方法 ,这些方法包括农杆菌侵染[1 ] 、粒子轰击[2 ] 、电激转化和原生质体培养[3 ] 等。研究人员希望通过这些方法 ,将功能外源基因整合到受体基因组 ,而同时不引起其它性状的变化。已有的研究表明 ,各种转基因系统均能成功地将外源基因整合到受体基因组并能稳定地遗传到后代[1～ 3 ] 。然而通常情况下人们主要关注目标性状的变化 ,而对受体基因组的其它变化研究较少。事实上许多转基因植物发生了不希望出现的变异[4,5] 。已建立的各种分子标记如ＳＳＲＰ(简单序列重复多态性 ) [6] 、ＲＡＰＤ(随机…     

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。     

水稻白叶枯病抗性基因Xa21的分子生物学研究进展

由黄单胞杆菌水稻致病变种Xanthomonas oryzae pv.oryzae(Xoo)引起的白叶枯病是水稻重要细菌性病害之一。迄今,已有7个水稻白叶枯病抗性基因被克隆。Xa21是第一个被克隆的白叶枯病抗性基因,因具有广谱抗性而受到广泛的关注。对Xa21的发现、定位及克隆、表达特征、编码产物XA21的生化特性、作用与调控以及XA21介导的免疫反应模式等方面的研究结果进行综述,并对今后的研究方向进行展望。     

云南野生稻中的抗白叶枯病基因Xa21的鉴定

水稻白叶枯病是水稻生产上的主要细菌病害之一。从野生稻中发掘优异的水稻白叶枯病抗性材料,可以拓宽栽培稻抗白叶枯病遗传基础。经过温室接菌鉴定和PCR标记分析,对云南野生稻进行Xa21基因的检测鉴定。温室接菌鉴定表明,云南野生稻对广谱致病小种PX099及云南强致病菌Y8具有较好的抗性能力,特别是疣粒野生稻对致病菌株达到免疫程度;PCR标记分析表明,云南野生稻不含有Xa21基因,但含有与Xa21基因某些区域同源的片段。本研究结果为寻找新的抗源材料及快速发掘利用云南野生稻中的抗白叶枯病基因提供理论依据。     

Breeding bacterial blight-resistant hybrid rice with the cloned bacterial blight resistance gene Xa21

The cloned bacterial blight (BB) resistance gene Xa21 was transferred into Minghui63, a widely used restorer line of indica hybrid rice in China, through an Agrobacterium-mediated system. Molecular and resistance analyses revealed that the Xa21 gene was integrated in the genomes of transgenic plants and their progeny inherited resistance stably. For the purpose of hybrid breeding, Xa21 transgenic homozygous restorer lines were selected through `within-lane' dosage comparison of hybridization signal in combination with PCR and resistance analyses. The selected transgenic restorer lines were then crossed with a commonly used sterile line, Zhenshan97A, to produce Xa21 transgenic hybrid rice, Shanyou63-Xa21. The hybrid rice plants with Xa21 displayed high broad-spectrum resistance to Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) races and maintained elite agronomic characters of Shanyou63. The propagation of this BB-resistant hybrid variety with Xa21 will benefit rice production.     

水稻OsWRKY42是Xa21介导的抗白叶枯病途径新元件

Xa21对白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)具有广谱抗性, 是最早被克隆的水稻(Oryza sativa)抗白叶枯病基因。前期研究表明, OsWRKY42可能在Xa21介导的抗病反应中发挥作用。在Xa21基因遗传背景下制备了OsWRKY42的RNA干扰株系, 将经免疫印迹确认的转基因株系接种白叶枯病菌, 结果表明, 与抗病对照4021相比, 转基因株系的病斑长度增加, 说明OsWRKY42的丰度下调抑制了Xa21对白叶枯病的抗性反应。免疫印迹分析表明, 在OsWRKY42-RNAi转基因水稻中, OsPR6、OsPR15和OsPR16的蛋白质丰度降低, OsPR1A、OsPR1B、OsPR2和OsPR10A的蛋白质丰度升高, 表明这些病程相关蛋白质可能位于OsWRKY42基因的下游, 受OsWRKY42调控并参与Xa21介导的抗病性。研究结果表明, OsWRKY42是Xa21介导的抗白叶枯病途径新元件, 增进了对Xa21介导的水稻抗病机理的认识。     

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。     

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。     

Introduction of a rice blight resistance gene,Xa21, into five Chinese rice varieties through anAgrobacterium-mediated system

A cloned gene, Xa21 was transferred into five widely-used Chinese rice varieties through an Agrobacterium-mediated system, and over 110 independent transgenic lines were obtained. PCR and Southern analysis of transgenic plants revealed the integration of the whole Xa21 gene into the host genomes. The integrated Xa21 gene was stably inherited, and segregated in a 3 : 1 ratio in the selfed T1 generation when one copy of the gene was integrated in the transfor-mants. Inoculation tests displayed that transgenic T0 plants and Xa21 PCR-positive T1 plants were highly resistant to bacterial blight disease. The selected Xa21 homozygous resistant transgenic lines with desirable qualities may be propagated as new varieties or utilized in hybrid rice breeding.     

水稻抗白叶枯病基因Xa12区间连锁图的构建

利用SSR标记对143株Java14/珍珠矮F₂随机群体进行分析,构建了水稻第4染色体上抗白叶枯病基因Xa12高饱和度的SSR标记区间连锁图。该分子图谱整合了SSR标记RM349、RM348、RM255、MRG4611,为进一步利用SSR标记在Java14/珍珠矮F₂群体中精细定位Xa12以及克隆该基因奠定了基础。     

Introduction of a rice blight resistance gene, Xa21, into five Chinese rice varieties through an Agrobacterium-mediated system

A cloned gene, Xa21 was transferred into five widely-used Chinese rice varieties through an Agrobacterium-mediated system, and over 110 independent transgenic lines were obtained. PCR and Southern analysis of transgenic plants revealed the integration of the whole Xa21 gene into the host genomes. The integrated Xa21 gene was stably inherited, and segregated in a 3∶1 ratio in the selfed T1 generation when one copy of the gene was integrated in the transformants. Inoculation tests displayed that transgenic T0 plants and Xa21 PCR-positive T1 plants were highly resistant to bacterial blight disease. The selected Xa21 homozygous resistant transgenic lines with desirable qualities may be propagated as new varieties or utilized in hybrid rice breeding.