水稻Xa1基因启动子的克隆及功能分析

Xa1是一个能对日本白叶枯病优势小种(小种1号)产生专化性抗性的R基因,虽已有该基因克隆、表达和功能方面的研究,但对其表达调控分子机制还不很清楚。本研究利用Xa1启动子与GUS报告基因的转基因T1株系,研究了Xa1启动子的时空表达及对不同外源激素的应答特征。结果表明,Xa1启动子驱动的GUS基因在水稻根中的表达量明显高于茎和叶,且在根部的中柱区GUS的表达量明显高于周围组织;在外源MeJA作用下GUS的表达显著增强,在SA和ABA处理下也有一定程度的增强,这些结果暗示Xa1的抗病作用与其在根系中柱的组织特异性表达存在一定的相关性,MeJA对Xa1启动子的活性起重要的调控作用。     

大麦β-1,3-葡聚糖酶基因(GⅢ)启动子在转基因水稻中的诱导表达

将大麦β-1,3-葡聚糖酶同功酶基因(GⅢ)启动子(PGⅢ)与其报告基因gus(β-葡聚糖酸醛苷酶基因)耦联,构建植物表达载体,通过农杆菌介导法转化水稻.PCR、DNA印迹法结果显示,构建的pGⅢ-gus表达载体已整合到水稻基因组DNA中.GUS组织化学染色、RNA印迹法及荧光法结果显示,该启动子驱动的gus在水稻叶片中为低水平表达;而用水扬酸(SA)与稻瘟菌来源的激发子处理,可诱导gus的高水平表达.T1代种子的GUS组织化学染色结果也表明,SA与激发子可以诱导高水平的PGⅢ活性.这些结果表明PGⅢ是一种强诱导型启动子,并可能是一种病原菌诱导型的启动子.     

大麦β-1，3-葡聚糖酶基因（GIII）启动子在转基因水稻中的诱导表达

将大麦β-1,3-葡聚糖酶同功酶基因(GIII)启动子(PGIII)与其报告基因gus(β-葡聚糖酸醛苷酶基因)耦联,构建植物表达载体,通过衣杆菌介导法转化水稻。PCR、DNA印迹法结果显示,构建的pGIII-gus表达载体已整合到水稻基因组DNA中。GUS组织化学染色、RNA印迹法及荧光法结果显示,该启动子驱动的gus在水稻叶片中为低水平表达;而用水扬酸(SA)与稻瘟菌来源的激发子处理,可诱导gus的高水平表达。T1代种子的GUS组织化学染色结果也表明,SA与激发子可以诱导高水平的PGIII活性。这些结果表明PGIII是一种强诱导型启动子,并可能是一种病原菌诱导型的启动子。     

一个水稻高效表达启动子Os252的分离

植物基因的表达受启动子的控制,高效表达启动子的分离及功能分析不仅是植物基因工程研究的重要研究方面,也是表达调控研究的重要内容。根据EST数据克隆了一个预测在水稻茎中高效表达的启动子Os252。将该启动子与GUS基因构建成表达载体并转入水稻。转基因水稻PCR分析表明,GUS基因已经成功地整合进水稻基因组中。GUS组织化学分析表明,Os252能启动GUS基因在水稻叶、茎以及胚乳中表达。进一步GUS酶活性的测定表明,叶和胚乳中Os252启动子活性分别是35S启动子的1.9和2.5倍。由于Os252来自于水稻,在叶和胚乳中活性高于35S启动子,因此该启动子可望用于水稻基因工程研究。     

ocs/mas|一个受损伤和植物激素诱导的嵌合启动子的构建与功能分析

选择适宜的转录调控序列以提高启动子的转录效率,增强外源基因在转基因植株中的表达,对改良作物的抗病虫性具有重要意义。将甘露碱合成酶基因(mas)启动子和章鱼碱合成酶基因(ocs)增强子杂合而成的嵌合启动子ocs/mas与GUS报告基因连接,构建了植物表达载体pOMS-GUS。对照载体pMAS-GUS仅携带mas启动子驱动的GUS基因。利用根癌农杆菌介导法,将以上植物表达载体分别转化烟草。应用半定量RT-PCR和GUS荧光定量分析法分别检测不同胁迫条件下启动子驱动的GUS基因表达量的变化。结果显示,未诱导处理的转基因植株GUS基因仅有微弱表达。伤害处理1h后,mas启动子驱动的GUS活性是未诱导处理的1.8倍,而嵌合启动子ocs/mas的诱导表达活性是未处理的5.7倍。植物激素水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(MJ)处理也诱导了较高水平的ocs/mas嵌合启动子活性;而且SA和MJ联合作用时呈现叠加效应,转基因烟草的GUS活性明显高于伤害处理后的GUS表达水平。以上结果表明,ocs/mas嵌合启动子是一种强诱导型启动子,可以接受多种刺激因子的诱导,从而为更有效地改良作物抗病虫的能力提供新的候选高效启动子元件。     

两个水稻胚乳启动子的克隆及表达分析

启动子的克隆对基因表达及基因工程研究有重要意义。根据数据库中EST丰度,从水稻中克隆了两个预测在水稻胚乳中高效表达的启动子Os772和Os359,并将启动子片段与GUS报告基因融合,构建了重组表达载体。通过农杆菌介导方法将其导入水稻愈伤组织细胞。转基因水稻经GUS组织化学分析显示,Os772和Os359能启动GUS基因在水稻胚乳中表达但不能在根、茎、叶和花中表达。该结果表明Os772和Os359为两个水稻胚乳特异性启动子。     

水稻OsGSTLc启动子的分离和鉴定

半定量 RT-PCR 分析表明,OsGSTLc 在水稻根中的表达受绿磺隆的诱导.从水稻基因组中分离到的 OsGSTLc 读码框上游22171 bp 序列,在起始密码 ATG 上游-86 bp 处有 CAAT-box,但在 CAAT-box 与读码框之间没有典型的 TATA-box.因此,OsGSTLc 启动子是无 TATA 框启动子.将 OsGSTLc 启动子5′-端系列缺失后,分别与 GUS 报告基因融合,获得 GSTL2171：GUS 、GSTL 1761：GUS 、GSTL 962：GUS 和GSTL 525：GUS 表达载体,利用农杆菌介导转化水稻,获得转基因水稻,均能启动下游 GUS 报告基因的表达.氯磺隆处理后,转入 GSTL 2171：GUS 、GSTL 1761：GUS 和 GSTL 962：GUS 的水稻植株根部的 GUS活性明显增加.氯磺隆诱导的应答元件在-962~-525 bp 的范围内.     

链霉菌JD211对接种稻瘟病后水稻过敏性反应的生理机制分析

以水稻品种"陆两优996"为材料,采用盆栽试验,通过施加链霉菌JD211固体菌剂培育水稻,以叶片喷施稻瘟病菌孢子悬液接种稻瘟病菌为处理,以喷施清水为对照,测定分析水稻叶片过氧化氢(H2O2)含量、过氧化氢酶(CAT)活性、脂氧合酶(LOX)活性、丙二醛(MDA)含量及细胞质膜透性等生理生化指标变化,探究链霉菌JD211对接种稻瘟病后水稻过敏性反应的生理机制。结果表明:(1)水稻秧龄30d时,只添加链霉菌JD211处理组水稻的叶片CAT活性、LOX活性、H2O2含量较对照组分别显著提高50.30%、40.85%和45.31%,其MDA含量显著降低25.75%。(2)接种稻瘟病菌后添加JD211处理组水稻的叶片CAT活性、LOX活性、H2O2含量较未添加JD211处理组(只接种稻温病菌处理组)分别提高了33.50%、4.07%和47.76%,其MDA含量降低了38.68%。(3)接种稻瘟病菌后添加JD211处理组的细胞膜透性较未添加JD211处理组在秧龄32、34和36d时分别提高了38.94%、39.03%和8.08%。研究认为,施加链霉菌JD211提高了水稻叶片过氧化氢含量、过氧化氢酶以及脂氧合酶活性,抑制了丙二醛积累,在后期增加了接种稻瘟病菌处理组的细胞膜透性,从而能够有效调控细胞过敏性反应,诱发细胞过敏性坏死,阻止病原菌的进一步侵染,有效提高水稻稻瘟病抗性。     

生防细菌对水稻的促生性及诱导抗性研究

研究了4株生防菌对水稻白叶枯病的抑制作用和菌悬液浸种、浸芽、浇苗和包衣4种处理对水稻生长的促进作用,及对水稻体内过氧化物酶POD、多酚氧化酶PPO、苯丙氨酸解氨酶PAL 3种保护酶的诱导表达作用。结果表明,4个菌株均对水稻幼苗有促生及诱导抗病性的作用。其中,WY2菌株诱导水稻抗病性和对水稻的促生性都要优于其他3株菌株。水稻幼苗接种生防细菌24 h后再接种病原菌,生防细菌能促进植物体内保护酶PAL、POD、PPO活性的提高,进而诱导植物抗病性的提高。     

3种外源诱导剂预处理对甜瓜抗病特征及其Fom 2和CHT基因表达的影响

该研究选用水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、Ca~(2+)、无菌水(对照)作为外源预处理诱导剂,以抗、感枯萎病甜瓜品种为材料,分别于诱导预处理2d后接种甜瓜枯萎菌,并于接种5、7、9d时观察发病情况,进行病情调查;在接种后1、3、5、7、9d取甜瓜叶片,分析抗病甜瓜(MR-1)和感病甜瓜(M1-15)叶片中甜瓜抗枯萎病基因(Fom-2)、几丁质酶基因(CHT)的表达变化,以探寻提高防治甜瓜枯萎病菌侵染的技术途径。结果显示:(1)外源MeJA和SA预处理接种后2品种的病情指数显著低于对照,但Ca~(2+)处理后的病情指数与对照无显著差异。(2)经外源诱导预处理接种后,MR-1和M1-15品种叶片的Fom-2和CHT基因均出现差异表达,但Ca~(2+)诱导其上调表达的效果微弱。(3)经SA、MeJA诱导预处理接种后,2品种叶片的Fom-2和CHT基因表达总体均显著高于对照;Fom-2基因的表达抗病甜瓜MR-1分别在接种后5d、7d时达到峰值,而感病甜瓜M1-15则均在接种9d时达到峰值;CHT基因的表达抗病甜瓜MR-1则均在接种后7d时达到峰值,而感病甜瓜M1-15分别在接种后7d、9d时达到峰值。(4)Ca~(2+)处理对抗、感甜瓜叶片的Fom-2和CHT基因的表达均无显著影响。(5)相关分析表明,经SA、MeJA诱导预处理接种后,甜瓜枯萎病病情指数与Fom-2和CHT基因表达量有显著的相关性;而Ca~(2+)处理效果不显著。研究表明:SA、MeJA通过诱导Fom-2、CHT基因上调表达,进而使甜瓜的抗病性提高,而Ca~(2+)处理对两基因表达和甜瓜抗病性均无显著影响。     

Tobacco PR-2d promoter is induced in transgenic cucumber in response to biotic and abiotic stimuli

The PR-2d promoter/uidA (GUS) gene construct was introduced into the cucumber (Cucumis sativus L.) genome and several transgenic lines were produced. Activation of the PR-2d promoter was investigated in these plants in response to inoculation with fungal pathogens and after salicylic acid (SA) or cold treatments. Treatment with exogenous SA increased GUS activity 2 to 11 fold over that of the control. Endogenous SA and its conjugate salicylic acid glucoside (SAG) rose in parallel after inoculation with the fungal pathogen Pseudoperonospora cubensis, with SAG becoming the predominant form. The free SA levels increased 15 fold above the basal level at 5 dpi and preceded the induction of the PR-2d promoter by five days, which occurred at 10 dpi with a 12 fold increase over the control. Inoculation with another fungal pathogen, Erysiphe polyphage, increased GUS activity 4 to 44 fold over that of the control. During normal development of flowers in the cucumber, the PR-2d/uidA gene expressed in the floral organs was similar to that of the primary host. In addition, we present the first evidence that the PR-2d promoter was induced (624 fold) under cold stress. We demonstrate that in the heterologous state the gene construct was expressed according to the signalling pattern of the native species and was stably transmitted to progeny over four generations.     

Overexpression of a rice heme activator protein gene (OsHAP2E) confers resistance to pathogens,salinity and drought,and increases photosynthesis and tiller number

Heme activator protein (HAP), also known as nuclear factor Y or CCAAT binding factor (HAP/NF‐Y/CBF), has important functions in regulating plant growth, development and stress responses. The expression of rice HAP gene (OsHAP2E) was induced by probenazole (PBZ), a chemical inducer of disease resistance. To characterize the gene, the chimeric gene (OsHAP2E::GUS) engineered to carry the structural gene encoding β‐glucuronidase (GUS) driven by the promoter from OsHAP2E was introduced into rice. The transgenic lines of OsHAP2Ein::GUS with the intron showed high GUS activity in the wounds and surrounding tissues. When treated by salicylic acid (SA), isonicotinic acid (INA), abscisic acid (ABA) and hydrogen peroxide (H₂O₂), the lines showed GUS activity exclusively in vascular tissues and mesophyll cells. This activity was enhanced after inoculation with Magnaporthe oryzae or Xanthomonas oryzae pv. oryzae. The OsHAP2E expression level was also induced after inoculation of rice with M. oryzae and X. oryzae pv. oryzae and after treatment with SA, INA, ABA and H₂O_2, respectively. We further produced transgenic rice overexpressing OsHAP2E. These lines conferred resistance to M. oryzae or X. oryzae pv. oryzae and to salinity and drought. Furthermore, they showed a higher photosynthetic rate and an increased number of tillers. Microarray analysis showed up‐regulation of defence‐related genes. These results suggest that this gene could contribute to conferring biotic and abiotic resistances and increasing photosynthesis and tiller numbers.     

水稻病程相关基因OsPR1b启动子的表达特性研究

目的:分析水稻病程相关基因OsPR1b的表达特性,以进一步了解其表达和调控机制。方法:利用PCR技术从水稻日本晴基因组中扩增OsPR1b基因的启动子片段,命名为OsPR1bp,并构建相应的OsPR1bp::GUS融合表达载体,采用农杆菌介导的转基因技术获得转基因植株,进行GUS组织化学分析;利用Real-time PCR对OsPR1b基因在植物激素、非生物因子和水稻白叶枯菌(Xoo)毒性菌株P10(PXO124)处理下的表达水平进行分析。结果:GUS组织染色结果表明OsPR1b在水稻叶片中的表达量较高,而在茎、根、愈伤和花器中的表达量较低;植物激素水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、激动素(KT)、脱落酸(ABA)及NaCl、PEG均可不同程度地提高OsPR1b在叶片中的表达水平,Me-JA、KT和NaCl的处理能提高其在根部的表达水平,但这些激素在诱导OsPR1b在叶片和根部的表达程度上存在明显差异;单独接种Xoo毒性菌株P10 24 h对OsPR1b表达的影响不大,而MeJA与其共同处理后则可显著增强其在叶片中的表达。结论:作为一种防卫基因,OsPR1b在健康植株中的表达水平较低,容易受盐/干旱胁迫及Xoo病原菌的诱导,多种植物激素如JA、KT和ABA很可能作为信号分子参与激活和介导了这种系统性的反应。