外源脱水应答转录因子DREB基因在转基因小麦中的诱导型表达与抗干旱生理效果研究

以冬小麦品种8901、5-98、99-92和104等品种的幼穗和幼胚为材料,用基因枪转化含逆境诱导转录因子DREB和bar基因的质粒pBAC128F（7024bp）。经筛选与植株再生,共获得70多个转基因小麦植株及其后代株系。转基因株系经PCR分析和RNA点杂交检测,结果表明外源转录因子DREB基因已稳定整合到转基因植株及其后代株系中,并且在部分后代株系中获得了表达。叶片脯氨酸含量测定表明,有16个转基因株系的脯氨酸含量与非转基因对照相比,增加相当显著,其中10个株系的脯氨酸含量在1100μg/g以上,比对照提高了2倍多。室内抗旱模拟实验表明,转基因株系停止浇水15d后,叶片仍然表现绿色,而对照叶片则失绿、枯干;复水10d后,转基因株系恢复活力,对照则死亡。研究表明,利用逆境诱导型启动子（rd29B）来增强外源DREB基因的表达,能显著改良小麦的抗旱性。     

根癌农杆菌介导转录因子CBF1基因对草莓的转化

以草莓(Fragaria ananassa Duch)品种“达斯莱克特“(Darselect)为试材,用根癌农杆菌介导的方法,将转录因子CBF1基因导入草莓叶盘细胞,经多次筛选获得了转基因植株.转化植株经PCR检测,证实了CBF1基因已经整合到草莓的基因组中.以电解质渗透法检测了植株的抗寒性,结果显示转基因草莓的抗寒能力较未转化植株有明显提高,且不同转基因株系之间提高程度有着差异.     

扁桃CBF1转录因子的克隆及原核表达分析

为了探明CBF转录因子在扁桃中的抗寒分子机理,以新疆栽培扁桃‘矮丰’叶片为材料,通过PCR技术从扁桃基因组DNA中获得CBF1转录因子,命名为AF-Pd CBF1,Gen Bank登录号为KM245570。序列分析表明,该基因开放阅读框为729bp,编码242个氨基酸,推测蛋白质分子量为27.405 k D,并且该蛋白没有信号肽。进化树分析表明,AF-Pd CBF1与甜樱桃和中国梅的亲缘关系最近。将该基因片段连接到原核表达载体p ET-32a(+)中,构建融合表达质粒p ET-Pd CBF1,转化到E.coli Rosetta(DE3)中进行表达。SDS-PAGE电泳检测结果表明,表达蛋白与预期大小一致,分子量大小约为47.8 k D。对重组蛋白的诱导条件进行优化后结果表明,重组蛋白p ET-Pd CBF1在IPTG浓度为0.2 mmol/L、诱导4 h时,其表达量最佳。试验结果可为进一步纯化和鉴定目的蛋白及研究其功能奠定基础。     

冷诱导转录因子CBF1转化草莓及其抗寒性鉴定

以草莓栽培品种哈尼"为材料,利用根癌农杆菌介导的叶盘法将拟南芥冷诱导转录激活因子CBF1(C-re-peat binding factor)导入草莓中.转化植株经25 mg/L Km筛选后进行PCR和Southern杂交鉴定,结果显示CBF1基因整合进草莓基因组中.采用电解质渗漏法和生长恢复法对转基因株系进行抗寒生理鉴定,结果显示,转基因株系的电导率普遍低于对照;将转基因株系和对照于-2-0℃放置7 d,在转基因株系83中有65%的植株出现了萎蔫,而对照植株有91%出现了萎蔫,经22-25℃下进行恢复生长,转基因株系83有74%完全恢复,而对照株系只有18%恢复.结果表明CBF1基因导入草莓中可以提高草莓对低温胁迫的抵抗力.     

不同葡萄品种CBF1基因的克隆及序列分析

根据欧洲葡萄CBF1基因序列设计1对特异引物,采用PCR方法从山葡萄、贝达、SO4、Ln33和黑比诺的基因组中各扩增出1个DNA片段并克隆到pMD18-T栽体中.经序列测定和分析,各片段均长756 bp,与欧洲葡萄CBF1基因的核苷酸序列及其推导的氨基酸序列分别具有98％和99％的同源性,而且推导的氨基酸序列中包含有同源性更高的AP2/EREBP DNA结合域,以及CBFs蛋白的两段特征序列(PKK/RPAGRxKFxETRHP和DSAWR).结果表明从5种葡萄中均可以克隆出CBF1基因.     

基因枪法获得逆境诱导转录因子DREB1A转基因小麦的研究

以小麦品种H6756和藁城8901作为基因枪转化的靶材料,取其护颖至雌雄蕊原基形成期的幼穗,用含逆境诱导转录因子DREB1A和bar基因的质粒pAHC25轰击胚性愈伤组织,在分别含有5mgL和10mgLBasta溶液的培养基上进行筛选。得到的抗性愈伤组织在不含Basta溶液的培养基上再生培养,获得218棵再生植株。田间涂抹浓度为100mgL的Basta溶液检测后,对抗性植株作PCR检测,获得54棵再生植株。通过对其中20株T1代的PCR和Southern杂交分析,已获得14株含DREB1A和bar基因的转基因小麦植株,其中H675613株,藁城89011株。     

拟南芥CBF2基因的抗旱性研究

以拟南芥为材料,根据已报道的序列设计引物克隆了CBF2基因及rd29A基因启动子,并构建了植物表达载体pBI-rd-cbf,用以转化烟草。转基因烟草的Northern杂交检测显示,30%PEG诱导条件下CBF2基因在诱导30 min之后持续较高的表达水平,且表达水平受胁迫诱导程度的影响。抗旱生理指标测定显示,干旱条件下转基因烟草植株的脯氨酸含量迅速增高,远超于野生型;而丙二醛含量的增长幅度要比野生型植株小很多,且随着胁迫时间的延长,转基因植株体内的丙二醛含量逐步趋于稳定。试验证明,CBF2基因在提高农作物的抗旱性方面具有极大的利用价值。     

梅花CBF转录因子的克隆及表达

根据GenBank中与梅花同属的桃、甜樱桃等已发表CBFs转录因子序列设计简并引物,采用PCR和RT-PCR方法,从梅花基因组DNA和cDNA中克隆CBF转录因子片段。结果表明,两种途径获得的CBF基因序列一致,基因全长821bp,编码238个氨基酸,其氨基酸序列具有典型的CBF蛋白特征,包含保守的AP2/EREB DNA结合结构域及CBF家族蛋白特征短多肽序列(PKK/RPAGRxKFxETRHP和DSAWR)。氨基酸相似性分析结果表明,该基因与欧洲甜樱桃、矮扁桃等CBF转录因子相似性较高。相对荧光定量PCR结果显示,4℃低温胁迫下,其表达量符合CBF转录因子表达特点,随着胁迫时间的增长表达量呈上升趋势,8h时达峰值,说明该基因在低温胁迫下上调表达。     

拟南芥抗旱转录因子CBF4基因区域的核苷酸多样性及其分子进化分析

以生长于不同气候条件下的17个拟南芥核心生态型为材料,分析了它们的抗旱转录因子CBF4基因区域的序列多态性。结果表明：拟南芥CBF4基因区域具有高密度的单核苷酸多态性(SNP)和插入缺失(Indel),多态性频率为每35．8bp一个SNP,每143bp一个Indel,基因非编码区的多态性是编码区的4倍;在编码区,SNP的频率为每96．4bp一个SNP,其中发现25av、203av和244av 3个生态型CBF4基因区域1034位(以Gen—Bank登录号AB015478序列第19696位的核苷酸为1)碱基变化：G←→T,引起第205位氨基酸变化：gly←→val。核苷酸多样性统计分析显示,该基因内部大范围内存在连锁不平衡(linkage disequilibrium,LD),5’端非编码区有一个重组。与拟南芥等的研究结果类似,选择压力对不同的区域作用不同。3’端非编码区核苷酸多样性程度最高,是平衡性选择的结果,编码区核苷酸变化符合中性突变假说,而5’端非编码区是自然选择作用的靶位点。     

菠菜CBF转录因子基因片段的克隆及序列分析

根据拟南芥CBF基因序列的保守区设计合成一对特异引物,以菠菜基因组DNA为模板,采用PCR扩增的方法扩出一条DNA特异片段并克隆到pMD18-T载体中。用PCR法和酶切分析法对克隆片段进行鉴定并进一步进行核苷酸序列分析。序列测定该片段长为423bp。OMIGA2.0软件分析结果表明,该片段的推断氨基酸序列与黑麦(AAL35759)、小麦(AAL37944)、拟南芥(AAC78646)、大麦(AAL84170)的同源性分别为33.8%、33.1%、30.8%和30%。     

转GhDREB小麦株系‘G鲁麦23’抗旱性分析

以T6代转抗旱相关基因GhDREB小麦株系‘G鲁麦23’及其受体对照‘鲁麦23’为材料,通过PEG-6000人工模拟干旱胁迫处理观察小麦萌发期胚芽鞘长度、胚根数、胚根长度,采用大田不同水分处理试验研究其不同生育时期的生理生化、形态指标与抗旱指数,以明确转基因材料的抗旱性.结果表明:(1)在种子萌发期20%(W/V)PEG-6000干旱胁迫条件下,‘G鲁麦23’及其受体对照‘鲁麦23’的胚芽鞘长度、胚根长度和胚根数均比非胁迫时降低,且‘G鲁麦23’的降幅较小但均显著高于受体对照;(2)与对照鲁麦23相比,‘G鲁麦23’具有较高的叶片相对含水量和可溶性蛋白含量;(3)随干旱胁迫程度的增强‘G鲁麦23’与‘鲁麦23’株高均有不同程度的降低,但G鲁麦23株高始终高于‘鲁麦23’;在不浇水条件下,‘G鲁麦23’穗叶距显著长于‘鲁麦23’;而3种水分处理下‘G鲁麦23’与‘鲁麦23’穗长几乎没有变化;(4)‘G鲁麦23’在不浇水和浇1次水条件下分别比对照增产11.68%和9.05%,其抗旱指数为1.22,属较强抗旱等级,表现出比‘鲁麦23’更强的抗旱、节水性能.     

拟南芥转录因子CBF1和CBF4基因的克隆与序列分析

利用聚合酶链式反应技术(PCR)从拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株中扩增出CBF1和CBF4基因,并将其连接到pGEM-Tvector载体上。PCR和酶切鉴定后进行基因测序,结果表明所克隆的CBF1和CBF4基因序列与GenBank中基因序列同源性分别可达99.84%和99.41%,说明这两个片段确为拟南芥CBF1和CBF4基因。     

小麦TaLEC1基因的克隆及其表达特性分析

为了探讨LEC1基因在小麦(Triticum aestivum L)非生物胁迫应答中的功能,该研究通过RT-PCR结合RACE技术克隆小麦TaLEC1基因,并采用qRT-PCR方法分析了该基因在小麦不同组织以及不同处理下的表达模式,为深入研究小麦LEC1基因在干旱、高温和高盐胁迫下的响应机制奠定基础。结果表明:(1)成功克隆到小麦TaLEC1基因,该基因cDNA序列全长为1 074 bp,其中5′端非编码区23 bp,开放阅读框为741 bp,3′端非编码区310 bp,编码246个氨基酸,具有典型的CBFD_NFYB结构域。(2)实时荧光定量分析显示,TaLEC1在不同组织间表达差异显著,10 d龄幼苗的叶中表达量最高。(3)TaLEC1基因可被植物激素ABA诱导而上调表达,属于ABA依赖型的表达调控通路。(4)PEG模拟干旱胁迫处理后的0.5～1 h,TaLEC1基因呈上调表达;42℃胁迫处理过程中,TaLEC1基因呈稳定上调表达趋势,并在胁迫处理后12 h和48 h时表达急剧上调,分别为对照的52.8倍和34.5倍;NaCl胁迫处理0.5 h时TaLEC1基因迅速上调表达。研究表明,小麦TaLEC1基因参与ABA依赖的胁迫响应,推测可能在小麦耐受高温胁迫和渗透胁迫过程中发挥着重要的脱水保护功能。     

小麦泛素融合降解蛋白基因的克隆及特征分析

酵母UFD1基因编码的泛素融合降解蛋白是泛素依赖性降解系统或泛素融合降解途径中的一个关键因子。利用RT-PCR技术在小麦(Triticum aestivum L.)中分离到一个UFD1类似基因。该基因的编码区长948 bp,编码长315个氨基酸的多肽,其氨基酸序列与GenBank中登录的一个拟南芥UFD1类似蛋白有74％的同源性。在多肽链的N-端具有在真核生物中高度保守的UFD1结构域。我们将该基因定位在小麦的第六染色体群并将其命名为了UFD1。Southern杂交和数据库搜索表明植物的UFD1基因是单拷贝或低拷贝的。无论是在单子叶中还是在双子叶植物中,UFD1蛋白都高度同源。除了N端UFD1结构域外,该类蛋白还有3个高度保守的C端结构域。TUFD1基因在小麦幼苗的根、茎、胚芽鞘、叶片以及幼穗和腊熟期子粒中呈组成性表达。     

小麦TOM7蛋白类似基因的克隆与分析

通过RT—PCR技术分离了编码小麦线粒体蛋白转运酶TOM7亚基(Translocase of Outer Mitochondrial Membrane subunit 7)的cDNA,并克隆了该基因编码区的基因组DNA,将该基因命名为TaTOM7。TaTOM7是一个没有内含子的基因,其编码的多肽具有一个位于中部的疏水跨膜区和两个分别位于N-端和C-端的亲水区域。来源于真菌、动物和植物的TOM7类似蛋白在疏水跨膜区高度保守,而在亲水区变异很大。在系统发育树中,TOM7类似蛋白可以按动物、植物和真菌分为3个类群。小麦TaTOM7在基因组中以寡拷贝形式存在,它的表达在Ms2近等基因系之间和不同组织之间存在差异。中国春缺体一四体及端二体系分析表明,TaTOM7位于小麦第3染色体同源群。     

Molecular Characteristics of Transgenic Wheat and the Effect on Transgene Expression

A population of R0 transgenic wheat plants, generated by particle bombardment, was analyzed to define molecular, genetic and phenotypic properties resulting from transformation with a cointegrate vector, or cotransformation with two separate plasmids. By evaluating the progeny of 70 independently-derived transgenic plants, we also identified rare events such as chimerism and transgene elimination, which provide valuable information concerning the development of transgenic cereal plants following bombardment experiments. The frequency of chimerism in our transgenic wheat plants was very low. Furthermore, while transgene elimination did occur, this was also a very rare event. We determined the copy numbers of integrated transgenes and the levels of transgene expression. Comparisons to transgenic rice plants generated in the same manner demonstrated some similarities, but also important differences in transgene behavior. Whereas in rice there is no evidence for any direct relationship between transgene copy number and transgene expression or stability, multicopy populations in wheat demonstrated a bias towards higher levels of expression for the two genes and the maize ubiquitin promoter evaluated in the present study.     

小麦泛素融合降解蛋白基因的克隆及特征分析

酵母UFD1基因编码的泛素融合降解蛋白是泛素依赖性降解系统或泛素融合降解途径中的一个关键因子.利用RT-PCR技术在小麦(Triticum aestivum L.)中分离到一个UFD1类似基因.该基因的编码区长948 bp,编码长315个氨基酸的多肽,其氨基酸序列与GenBank中登录的一个拟南芥UFD1类似蛋白有74%的同源性.在多肽链的N-端具有在真核生物中高度保守的UFD1结构域.我们将该基因定位在小麦的第六染色体群并将其命名为TUFD1.South-ern杂交和数据库搜索表明植物的UFD1基因是单拷贝或低拷贝的.无论是在单子叶中还是在双子叶植物中,UFD1蛋白都高度同源.除了N端UFD1结构域外,该类蛋白还有3个高度保守的C端结构域.TUFD1基因在小麦幼苗的根、茎、胚芽鞘、叶片以及幼穗和腊熟期子粒中呈组成性表达.