枯草芽孢杆菌无标记遗传操作技术研究进展

枯草芽孢杆菌是革兰氏阳性菌的模式生物,长期以来在代谢工程和工业微生物领域扮演重要角色。枯草芽孢杆菌无标记遗传操作技术对后基因组时代的基因功能研究和菌株生理特性的改造起着关键作用。综述枯草芽孢杆菌无标记遗传操作所使用的负筛选标记基因,总结目前主流的无标记遗传操作的策略,并提出枯草芽孢杆菌无标记遗传操作技术面临的主要问题和发展方向。     

培育无选择标记的转基因植物

目前,几乎所有的植物遗传转化都要通过使用选择标记基因,如抗生素或除草剂抗性基因等来筛选转化子,虽然没有研究结果表明选择标记基因影响人类健康或环境安全,但近年来也引发了人们对转基因产品安全性的担心。为了消除公众对转基因食品的安全性顾虑,无选择标记的转基因植物应运而生。本文综述了共转化系统、位点特异性重组系统(包括FLP/FRT、Cre/lox、R/RS及Gin/gix系统)和转座子系统(Ac/Ds转座子系统)在培育无选择标记转基因植物中的应用。     

无选择标记转基因植物的培育

植物转基因研究中通常都要使用选择标记基因来筛选转化细胞并获得转基因植株。但是当转基因植株育成后,选择标记基因就失去了存在的意义。为了消除由选择标记基因引起的安全性隐患,人们发展了一些培育无选择标记转基因植物的策略。这些策略主要包括共转化、位点特异性重组和转座子转座等。去除选择标记基因将促进公众对转基因作物的接受。评述了无选择标记转基因植物的研究进展。     

植物无选择标记转基因技术的研究进展

自上世纪80年代转基因植物诞生以来,世界各国专家在转基因作物对健康和环境的影响问题上就一直争论不休,并严重地影响了转基因作物的商业化。解决的方法就是在转基因植株筛选后将选择标记和其它一些辅助序列剔除。综述了近年来国内外在植物无选择标记转基因技术方面的发展和研究成果,详细地论述了这些转化系统的基本原理和操作方法,并进一步比较了它们彼此间的优缺点,结合实际预测了该技术在生物技术和商品化农业上的巨大潜力。     

去除转基因植物标记基因的研究进展

得到转基因植物以后 ,标记基因就失去了筛选的作用。但它的存在引起公众对转基因植物的安全性以及环境效应的担心 ,所以在目的基因转入后 ,要去除标记基因。该文主要就利用共转化、转座子、同源重组、位点特异重组酶等去除标记基因的方法进行了总结 ,并对各种方法的优缺点进行了比较 ,对该技术未来的发展趋势也进行了展望。     

利用FLP/frt重组系统产生无选择标记的转基因烟草植株

在植物转基因植株产生过程中,对转化细胞进行抗性筛选是通用程序,转化细胞的抗性一般是抗生素抗性或除草剂抗性,将赋予转化细胞抗性的选择标记基因删除是提高转基因植物生物安全性的重要措施。来自于啤酒酵母的FLP/frt位点特异性重组系统可有效删除同向定点重组位点frt之间的基因。通过多步骤重组,建立了可在植物中广泛应用的FLP/frt位点特异性重组系统。该系统包括含有frt位点的植物表达载体pCAMBIA1300-betA-frt-als-frt和含有由热诱导启动子hsp启动的FLP重组酶基因的植物表达载体pCAMBIA1300-hsp-FLP-hpt。利用二次转化的方式将二者先后转入烟草植株,热激处理后,热诱导型启动子hsp调控的重组酶FLP基因的表达催化位于选择标记基因als两侧同向frt位点间的重组反应,有效地删除了选择标记基因als。41%的经热激处理的二次转化植株发生了选择标记基因的删除,表明该系统在获得无选择标记基因的转基因植株中有很好的应用价值。     

DHDPS突变基因作为转基因植物筛选标记的研究

从烟草（Nicotiana tabacum L.cv ）中克隆得到赖氨酸合成过程中的关键酶基因二氢吡啶二羧酸合酶（dihydrodipicolinate synthase, DHDPS）基因（dhdps）,对其进行体外分子改造,以解除末端产物对它的反馈抑制。将突变基因用做转基因植物的筛选标记转化烟草,用赖氨酸类似物（S-2-氨基乙基-L-半胱氨酸,AEC）作为筛选剂,成功筛选到了PCR阳性植株。Real-time PCR结果表明,PCR阳性植株中dhdps基因的转录水平显著高于对照,但植株表型异常。     

利用FLP/frt重组系统产生无选择标记的转基因烟草植株

在植物转基因植株产生过程中,对转化细胞进行抗性筛选是通用程序,转化细胞的抗性一般是抗生素抗性或除草剂抗性,将赋予转化细胞抗性的选择标记基因删除是提高转基因植物生物安全性的重要措施。来自于啤酒酵母的FLP/frt位点特异性重组系统可有效删除同向定点重组位点frt之间的基因。通过多步骤重组,建立了可在植物中广泛应用的FLP/frt位点特异性重组系统。该系统包括含有frt位点的植物表达载体pCAMBIA1300-betA-frt-als-frt和含有由热诱导启动子hsp启动的FLP重组酶基因的植物表达载体pCAMBIA1300-hsp-FLP-hpt。利用二次转化的方式将二者先后转入烟草植株,热激处理后,热诱导型启动子hsp调控的重组酶FLP基因的表达催化位于选择标记基因als两侧同向frt位点间的重组反应,有效地删除了选择标记基因als。41%的经热激处理的二次转化植株发生了选择标记基因的删除,表明该系统在获得无选择标记基因的转基因植株中有很好的应用价值。     

无标记(Marker-Free):转基因植物研究的新趋势

目前,几乎所有的植物遗传转化中都要使用选择性标记基因诸如抗生素或除草剂抗性基因等来筛选转化子.为了消除由此而引起的公众的安全性顾虑,一种全新的发展策略即获取无选择标记的转基因植物应运而生.无选择标记的转基因植物具有许多独特的优势,如消除大众对转基因植物中含有选择标记基因而引起的恐惧及可以反复地向已转化的植物中叠加外源基因等,因此,这种新策略(无标记)有着巨大的应用潜力.本文对获得无标记转基因植物的一些途径做一综述.     

高效删除标记基因的Bhlea2植物表达载体的构建

为培育去除选择标记基因的耐旱转基因植物,同时利用Cre/Lox和FLP/frt系统,构建一个能够高效删除标记基因的Bhlea2基因植物表达载体.拟南芥rd29A启动子是在低温、干旱、高盐胁迫下的快速应答启动子,玉米ubiquitin启动子可有效驱动外源基因的转录,拟南芥pAB5启动子是花粉及胚胎等发育早期特异表达的启动子,利用上述启动子构建了表达Bhlea2基因并能够删除标记基因的植物表达载体.该表达载体包括重组酶表达元件pAB5-FLP、Bhlea2抗旱基因表达元件rd29A-Bhlea2和bar标记基因表达元件ubiquitin-bar.     

全球转基因作物商品化情况

从１９９６年到１９９８年,８个国家（５工业化国家和３个发展中国家）的努力使全球转基因作物的面积增长了１５倍以上。根据农业企业标准,转基因作物品种的被采纳率几乎是新技术中最高的。认可度高反映种植者对产品满意,说明种植者从更便于作物管理、生产力较高和通过...     

一种马铃薯高效无标记转基因技术的建立

用农杆菌介导法转化马铃薯栽培品种紫花白的叶盘,通过1/4 MS培养基预培养、热激处理、低pH、高糖培养基共培养,之后利用PCR直接检测转化体,结果表明遗传转化效率可达5.1%,建立了马铃薯无标记转基因技术.该技术受基因型的限制小,用于其它3个不同的栽培品种东北白、晋薯7号和早大白,遗传转化效率亦达到了4.1%~8.3%.利用这项无标记转基因技术,在载体构建时就剔除了标记基因,遗传转化后直接分化培养,不必对转化细胞进行抗性筛选,缩短了遗传转化周期,省去了费时费力的标记基因剔除步骤,亦为重复转化聚合多个优良基因提供了便利.     

转基因植物高效删除标记基因的实用型双元转化载体

利用雌激素诱导的Cre/loxPDNA重组系统,构建用于转基因植物删除标记基因的实用新型载体,将所有非目的基因放于两同向loxP位点间,多克隆位点位于两loxP位点外,可插入目的基因,载体设计非常实用。在插入目的基因GUS后转化烟草,雌激素诱导,分析诱导前后DNA的重组情况、不同时间基因转录水平,以及目的基因在诱导前后的表达。结果显示,诱导后染色体DNA实现了高效重组,非目的基因片段消失,目的基因GUS在诱导后表达正常。     

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。     

Production of Marker-free Transgenic Tobacco Plants by FLP/frt Recombination System

Selectable marker genes that usually encode antibiotic or herbicide resistances are widely used for the selection of transgenic plants, but they become unnecessary and undesirable after transformation selection. An important strategy to improve the transgenic plants' biosafety is to eliminate the marker genes after successful selection. In the FLP/frt site-specific system of 2-μm plasmid from Saccharomyces cerevisiae, the FLP enzyme efficiently catalyzes recombination between two directly repeated FLP recombination target (frt) sites, eliminating the sequence between them. By controlled expression of the FLP recombinase and specific allocation of the frt sites within transgenic constructs, the system can be applied to eliminate the marker genes after selection. Through a series of procedures, the plant FLP/frt site-specific recombination system was constructed, which included the frt-containing vector pCAMBIA1300-betA-frt-als-frt and the FLP expression vector pCAMBIA1300-hsp-FLP-hpt. The FLP recombinase gene was introduced into transgenic (betA-frt-als-frt) tobacco plants by re-transformation. In re-transgenic plants, after heat-shock treatment, the marker gene als flanked by two identical orientation frt sites could be excised by the inducible expression of FLP recombinase under the control of hsp promoter. Excision of the als gene was found in 41 % re-transgenic tobacco plants, which indicated that this system could make a great contribution obtaining the marker-free transgenic plants.     

利用基因芯片检测转基因作物

选用常用的两种报告基因、两种抗性基因、两种启动子序列和两种终止子序列为探针,将其PCR扩增产物用MicroGrid Ⅱ型全自动点样仪按矩阵排列点样于包埋有氨基的载玻片上,制备成转基因作物检测型基因芯片。利用该芯片对4种转基因水稻、木瓜、大豆、玉米进行检测,结果表明,该芯片能对转基因作物做出快速、准确的检测。 Abstract:Some selected available sequences of reporter genes,resistant genes,promoters and terminators are amplified by PCR for the probes of transgenic crop detection gene chip.These probes are arrayed at definite density and printed on the surface of amino-slides by bioRobot MicroGrid Ⅱ.Results showed that gene chip worked quickly and correctly,when transgenic rice,pawpaw,maize and soybean were applied.     

通过构建三段T-DNA载体高频率获得无标记转基因大豆植株的研究

高频率获得无选择标记转基因植株有利于转基因植物的环境释放和安全性生产,农杆菌介导的共转化法是获得无标记转基因植株的方法之一。含二段T-DNA载体的共转化法已被人们成功应用,而二段以上T-DNA载体的共转化法还未见报道。基于这一目的,通过几个中间质粒构建了含有三段T-DNA的双元表达载体pNB35SVIP1,其中包含1个拷贝bar基因选择标记基因表达盒和2个拷贝VIP1目的基因表达盒。利用EHA101农杆菌菌系介导法转化大豆子叶节,经过在含3~5mg/Lglufosinate培养基上多次筛选,获得了一定数量抗性再生植株,然后对抗性再生植株进行叶片涂抹除草剂、Southernblot和Northernblot检测,共鉴定出51棵T0代转基因植株,转化频率0·83%~3·16%,二个基因的共转化频率为86·4%。在对T1代群体进行叶片涂抹除草剂检测的基础上,不抗除草剂植株进行PCR、Southernblot和Northernblot检测,共鉴定出41棵无选择标记转基因植株,无标记植株获得率为7·6%。检测结果还表明,T1代群体中22·7%的株系发生了基因丢失现象,27·3%的株系发生了bar基因沉默现象,目的基因在37·1%的无标记植株中发生了沉默现象。三段T-DNA的双元表达载体是获得无标记转基因植株的理想途径。     

通过构建三段T-DNA载体高频率获得无标记转基因大豆植株的研究

高频率获得无选择标记转基因植株有利于转基因植物的环境释放和安全性生产,农杆菌介导的共转化法是获得无标记转基因植株的方法之一。含二段T-DNA载体的共转化法已被人们成功应用,而二段以上T-DNA载体的共转化法还未见报道。基于这一目的,通过几个中间质粒构建了含有三段T-DNA的双元表达载体pNB35SVIP1,其中包含1个拷贝bar基因选择标记基因表达盒和2个拷贝VIP1目的基因表达盒。利用EHA101农杆菌菌系介导法转化大豆子叶节,经过在含3～5mg/L glufosinate培养基上多次筛选,获得了一定数量抗性再生植株,然后对抗性再生植株进行叶片涂抹除草剂、Southern blot和Northern blot检测,共鉴定出51棵T₀代转基因植株,转化频率0.83%～3.16%,二个基因的共转化频率为86.4%。在对T₁代群体进行叶片涂抹除草剂检测的基础上,不抗除草剂植株进行PCR、Southern blot和Northern blot检测,共鉴定出41棵无选择标记转基因植株,无标记植株获得率为7.6%。检测结果还表明,T₁代群体中22.7%的株系发生了基因丢失现象,27.3%的株系发生了bar基因沉默现象,目的基因在37.1%的无标记植株中发生了沉默现象。三段T-DNA的双元表达载体是获得无标记转基因植株的理想途径