作物抗除草剂转基因研究进展

综述了抗除草剂基因研究的意义、研究机理及国内外研究现状,分析了各种转基因方法的优缺点,展望了除草剂抗性育种的发展方向。     

农杆菌介导的转谷氨酰胺合成酶基因小麦的抗除草剂特性研究

 谷氨酰胺合成酶（Glutamine synthetase,GS,E.C. 6.3.1.2）是植物氨同化过程中的关键酶,对植物的氮素吸收和代谢起着至关重要的作用。谷氨酰胺合成酶还是除草剂草胺膦(Phosphinothricin　(PPT)或Basta)的靶标酶。前期工作已从我国特有的豌豆(Pisum satium)品种中克隆了细胞质型谷氨酰胺合成酶（GS1）cDNA和叶绿体型谷氨酰胺合成酶（GS2）cDNA。为了验证谷氨酰胺合成酶的功能,构建了同时含有GS1 cDNA和GS2 cDNA的植物表达载体p2GS。以该表达载体通过农杆菌介导法,转化小麦(Triticum aestivum)的未成熟胚愈伤组织,经PPT筛选及分化再生培养,获得了抗PPT的转基因小麦植株41株。PCR和基因组Southern 杂交分析证实了GS1 和GS2基因已经整合到转基因小麦的基因组。用除草剂草胺膦Basta溶液涂抹转p2GS小麦叶片,结果证明GS转基因植株可以抗高达0.3%的 Basta溶液,而对照植株叶片逐渐变黄直至枯死。转基因小麦植株能正常结实。上述实验结果表明：1) GS基因在小麦植株中获得了有效表达,从而赋予小麦植株抗PPT特性;2) GS基因能够作为研究小麦遗传转化的筛选标记基因。     

转PvPGIP2基因小麦的获得与纹枯病抗性鉴定

多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)是一种植物防卫蛋白,可阻止一些病原真菌的侵害。本研究克隆出扁豆PvP-GIP2基因编码序列,构建了受玉米泛素(ubiquitin)启动子控制的PvPGIP2基因表达载体pA25-PvPGIP2;采用基因枪法将pA25-PvPGIP2转化小麦推广品种扬麦18幼胚愈伤组织4000块,获得了203株再生植株。PCR检测出阳性植株65株,转化率为1.625%。对转PvPGIP2基因小麦T1～T2植株,进行外源基因的PCR、RT-PCR、荧光定量RT-PCR(Q-RT-PCR)分析和小麦纹枯病抗性鉴定。结果表明,转入的PvPGIP2能够在转基因小麦中遗传、转录与表达;PvPGIP2基因的表达提高了转基因植株对小麦纹枯病的抗性。     

转bar基因水稻在杂种优势育种中的利用

以3个美国转bar基因水稻抗除草剂品种Bengal Hu-10、Cypress PB-6和Gulfmont为父本,分别与三系、两系不育系及人工去雄恢复系杂交。考种结果发现：这3个抗性亲本所配组合杂种优势不明显。通过杂交将抗除草剂亲本中的bar基因转移到常规恢复系,已经培育出3个抗除草剂恢复系明恢63－B、测64－B和特青－B;且已选配出5个抗性杂交组合,它们能保持原组合的产量水平。还讨论了水稻杂种优势利用面临的问题和转bar基因水稻抗性亲本在杂种优势上的应用前景。     

抗除草剂基因和荧光素酶基因在小麦愈伤组织中的稳定表达

用ＰＥＧ介导法将抗除草剂基因和萤火虫荧光素酶基因转入小麦原生质体,在含５０ｍｇ／Ｌ Ｂａｓｔａ的培养基上筛选出有抗性的愈伤组织。ＤＮＡ分子杂交结果表明ｂａｒ基因和ｌｕｃ基因都已整合到小麦细胞基因组中,萤火虫荧光素酶活性测定也检测到ｌｕｃ基因的表达。     

hpt与bar基因作为水稻转基因筛选标记的比较研究

标记基因的选择是影响植物遗传转化和转基因后代筛选成败的关键因素。hpt与bar作为两种常用的水稻转化筛选标记被广泛应用于水稻的转化。为比较两者在实际应用中的效果, 文章首先对比了在潮霉素和除草剂(Bialaphos)两种筛选剂下水稻遗传转化的情况。研究表明, hpt基因的转化筛选体系相对于bar基因在转化效率上提高近两倍, 转化周期提前至少10 d, 且插入基因拷贝数更低。随后, 文章分析了利用潮霉素浸种法在田间筛选转基因水稻的可行性, 研究显示当潮霉素浓度大于167 mg/L时, 可以对以水稻品种kitaake为亲本的转基因材料进行有效筛选, 达到常规除草剂的筛选效果。但与除草剂相比较, 潮霉素的田间筛选成本却处于劣势。文章研究和讨论了hpt和bar基因在遗传转化和后代田间筛选中的优缺点, 并提供了一种利用潮霉素浸种法筛选转基因后代阳性植株的手段, 为将来在水稻转基因研究工作中根据实际需求选择合适的遗传转化、筛选体系提供参考。     

转基因作物中2种除草剂抗性基因aad1和dmo的PCR检测方法

【背景】抗除草剂转基因作物是全球种植面积最大的一类转基因植物,以除草剂抗性基因作为检测靶标的分子鉴定方法的研究与应用,对转基因生物安全的检测与监测有重要意义。【方法】根据除草剂抗性基因aad1和dmo的核苷酸序列设计PCR检测引物,并进行PCR反应体系优化、方法特异性、灵敏度、再现性等方面的测试,分别建立aad1基因和dmo基因的特异性PCR检测方法。【结果】建立的PCR检测方法在56~64℃的退火温度范围内均能获得一致性结果,具有良好的稳健性。该方法可将含有aad1基因和dmo基因的转基因作物与其他转基因作物区分开,其灵敏度可分别达到20个拷贝和40个拷贝。通过将aad1基因和dmo基因的检测引物放入同一管PCR反应体系中,还能在一次PCR中同时检测这2个靶标基因,双重PCR的检测灵敏度与单一PCR一致。【结论与意义】建立的分子方法可精准检测出含有aad1基因和dmo基因的转基因作物,具有特异性强、灵敏度高的特点,为抗除草剂转基因作物的筛选检测提供了可靠的技术支撑。     

导入bar基因的水稻新植株可遗传

江苏省农业科学院粮作所王才林、赵凌、宗寿余等和中科院上海生化所龚蓁蓁等9位科研人员,用花粉管通道法将bar基因导入水稻获得可遗传的转基因植株。亦即他们利用花粉管通道法将抗Basta除草剂的bar基因导入水稻品系E32,获得转基因植株。但在T0代仅表现为部分抗性,T1代全部获得了抗性,T3代全部转基因植株能充分表达对Basta除草剂的抗性。通过对转基因植株后代进行PCR分析,证实了bar基因已整合到受体植株的基因组之中,以后又经过遗传分析表明,bar基因能在有性生殖过程中传递给后代植株,并在T3代开始就可分离出抗性一致的稳定株系。目前,其…     

转基因抗除草剂油菜对十字花科杂草的基因漂移

以转基因抗除草剂油菜Q3为花粉供体材料,油菜远缘杂草为花粉受体材料,在自然传粉和人工辅助授粉条件下研究甘蓝型油菜与十字花科杂草间的基因漂移频率。结果表明,以转基因油菜为父本,十字花科杂草荠菜、碎米荠、播娘蒿、诸葛菜、风花菜、遏蓝菜和菜为母本,杂交高度不亲和,基因漂移率为0 % ,无生态风险,但对野芥菜的基因漂移率高达0 .885 %。野芥菜是我国大部分地区的常见杂草,种类繁多,分布范围广,大面积种植转基因抗除草剂油菜对野生芥菜的基因污染应引起高度重视。     

用基因枪法将抗除草剂基因导入小麦栽培品种的研究

利用基因枪法将抗除草剂bar基因导入西南地区的3个小麦栽培品种,共获得7个转基因植株,转化频率在0.45%～1.2%之间,转化周期缩短至3个月左右。对抗性植株进行PCR和PCR_Southern 杂交检测,初步确定bar基因已导入小麦基因组。做转基因植株叶片对除草剂PPT的抗性试验,有4株呈抗性,3株呈部分抗性,表明bar基因已在小麦植株中得到表达。     

黄淮麦区小麦品种(系)中Yr26基因的SSR检测

选用与Yr26紧密连锁的SSR标记Xgwm11和Xgwm18结合田间抗性鉴定,对239份黄淮麦区小麦品种(系)进行检测,以明确Yr26基因在黄淮麦区小麦品种资源中的分布.结果表明:共有35份品种(系)含有与Yr26紧密连锁的SSR标记Xgwm18或Xgwm11的特征带,占检测样本的14.6%.在这35份材料中,31份田间抗性鉴定表现免疫至中抗,4份表现中感.分子标记检测与田间抗病性检测吻合度较好,该标记可以用于Yr26基因的分子标记辅助选择.综合分子标记和田间鉴定,31份小麦(系)含有Yr26基因,占102份抗病材料的30.39%.     

小麦农家品种赤壳中一个主效抗条锈病基因的微卫星标记和定位

小麦农家品种赤壳(苏1900)对当前我国小麦条锈菌(Puccinia striiformis Westend.f.sp.tritici)多个流行小种均有较好抗性。遗传分析表明,该品种对条中32号小种的抗性是由一对显性基因控制。本文采用分离群体分析法(bulked segregant analysis,BSA)和微卫星多态性分析方法,对该基因进行了分子标记和定位研究。用Taichung29×赤壳的F2代分离群体建立抗、感DNA池,共筛选了400多对SSR引物,发现5个标记Xwmc44、Xgwm259、Xwmc367、Xcfa2292、Xbarc80在抗、感DNA池间与在抗、感亲本间同样具有多态性,它们均位于1BL染色体臂上。经用具有140株抗病株、60株感病株共200株植株的F2代分离群体进行的遗传连锁性检测,上述5个标记均与目的基因相连锁,遗传距离分别为8.3cM、9.1cM、17.2cM、20.6cM和31.6cM。用全套21个中国春缺-四体材料进行的检测进一步证实了这5个SSR标记均位于小麦1B染色体上。综合上述结果,将赤壳中的主效抗条锈病基因YrChk定位在1BL染色体臂上。与以前已定位于1B染色体上的抗条锈病基因的比较研究表明,YrChk基因可能是一个新的抗条锈病基因。小麦农家品种中抗病基因资源的发掘和利用将有助于提高我国小麦生产品种中的抗病基因丰富度,有助于改善长期以来小麦生产品种中抗病基因单一化的局面。     

Gene Identification Programs in Bread Wheat: A Comparison Study

Seven ab initio web-based gene prediction programs (i.e., AUGUSTUS, BGF, Fgenesh, Fgenesh+, GeneID, Genemark.hmm, and HMMgene) were assessed to compare their prediction accuracy using protein-coding sequences of bread wheat. At both nucleotide and exon levels, Fgenesh+ was deduced as the superior program and BGF followed by Fgenesh were resided in the next positions, respectively. Conversely, at gene level, Fgenesh with the value of predicting more than 75% of all the genes precisely, concluded as the best ones. It was also found out that programs such as Fgenesh+, BGF, and Fgenesh, because of harboring the highest percentage of correct predictive exons appear to be much more applicable in achieving more trustworthy results, while using both GeneID and HMMgene the percentage of false negatives would be expected to enhance. Regarding initial exon, overall, the frequency of accurate recognition of 3′ boundary was significantly higher than that of 5′ and the reverse was true if terminal exon is taken into account. Lastly, HMMgene and Genemark.hmm, overall, presented independent tendency against GC content, while the others appear to be slightly more sensitive if GC-poor sequences are employed. Our results, overall, exhibited that to make adequate opportunity in acquiring remarkable results, gene finders still need additional improvements.     

杂交后代中转基因小麦外源1Ax1基因的遗传

高分子量麦谷蛋白亚基1Ax1基因是决定小麦加工品质的主效基因之一,在小麦胚乳中增加1Ax1基因的表达量可以提高其加工品质,这对于小麦的品质改良具有重要意义。采用外源1Ax1基因超量表达的转基因小麦‘B102-1-2’为父本,常规小麦品种‘鄂麦12’和‘川89-107’为母本进行杂交试验。采用SDS-PAGE技术检测并分析各组合亲本、F1代、F2代的HMW-GS组成,从而研究转基因小麦‘B102-1-2’中外源品质基因1Ax1表达的遗传规律。研究结果表明:外源基因有效地整合进入主栽小麦的基因组中,并且正确表达,在F2代中表现出15∶1的分离比,遵循孟德尔遗传模式,这对于杂交育种策略的选择制订具有指导意义。     

PCR及其衍生技术在基因突变检测中的应用

许多人类遗传性疾病及某些抗艾滋病药物的抗性乃至细菌对某些抗生素的抗药性通常源于基因突变。本文对近年来在基因突变检测中应用日益广泛的各种PCR 衍生技术作一综述;重点介绍了错配PCR技术,以及我们实验室近期报道的一种快速检测喹诺酮类药物耐药大肠杆菌的错配PCR方案。 Abstract:Many inherited diseases and drug resistance have been attributed to mutations in corresponding genes.In this paper,several techniques based on PCR used in diagnosis were concluded.The development and research progress of Mismatch PCR were discussed in details.Some information about an assay that we developed for detection of antimicrobial resistance to quinolones was also described.     

小麦条锈菌鉴别寄主抗条锈病基因Yr9的微卫星标记

以含有Yr9的抗条锈病近等基因系Taichung29＊6／Yr9及其轮回亲本Taichung29为材料,用目的基因所在1B染色体上32对微卫星引物对其基因组DNA进行PCR扩增,发现引物Xgwm582在近等基因系与轮回亲本间可扩增出特异性DNA片段。经F2代分离群体177个抗、感单株检测证实,该片段位点与抗条锈病基因Yr9紧密连锁,遗传距离为3．7cM,确定Xgwm582可作为抗条锈病基因Yr9的标记。     

小麦雄性不育遗传及基因定位研究进展

雄性不育的研究对于杂种优势的利用具有重要意义。本文综述了小麦雄性不育遗传及基因定位研究进展,介绍了小麦雄性不育的基因工程,对小麦雄性不育的应用进行了讨论。 Abstract:The study of plant male sterility plays an important role on utilization of heterosis.This paper reviews the current status of the studies of the heredity and mapping of the male sterile genes in wheat and the gene engineering of wheat male sterility.The application of male sterility in wheat breeding is discussed.     

中国畲族群体D17S30位点遗传多态性研究

采用聚合酶链反应 (PCR)技术对中国畲族群体270名无关个体D17S30位点的VNTR进行了研究,共检出12个等位基因,片段大小为168bp-1008bp,基因频率为0.0056-0.3259,杂合度为79.10%,父权排除率为0.4358。家系分析表明,扩增片段按孟德尔方式遗传。统计学分析证明,本资料符合Hardy-W einberg平衡定律(x2=79.97,v=66,P=0.1158>0.05)。 Abstract:The variable number of tandem repeat(VNTR)of D17S30 locus in 270 unrelated individuals of She ethnic group was studied by polymerase chain reaction(PCR).The results showed that 12 alleles were detected and their sizes ranged from 168bp to 1 008bp.The allele frequencies were 0.0056~0.3259,the heterozygosity of this locus was 79.10% and the paternity exclusion probability was 0.4358.The number of D17S30 VNTR allele and allele frequency of She were different from those of Han ethnic group in Mendelian Law.Statistical analysis demonstrated that their geneotypes were consistent with Hardy-Weinberg equilibrium(x2=79.97,v=66,P=0.1158>0.05).     

杂交后代中转基因小麦外源1Ax1基因的遗传

高分子量麦谷蛋白亚基1Ax1基因是决定小麦加工品质的主效基因之一,在小麦胚乳中增加1Ax1基因的表达量可以提高其加工品质,这对于小麦的品质改良具有重要意义。采用外源1Ax1基因超量表达的转基因小麦‘B102-1-2’为父本,常规小麦品种‘鄂麦12’和‘川89-107’为母本进行杂交试验。采用SDS-PAGE技术检测并分析各组合亲本、F₁代、F₂代的HMW-GS组成,从而研究转基因小麦‘B102-1-2’中外源品质基因1Ax1表达的遗传规律。研究结果表明:外源基因有效地整合进入主栽小麦的基因组中,并且正确表达,在F₂代中表现出15:1的分离比,遵循孟德尔遗传模式,这对于杂交育种策略的选择制订具有指导意义。     

小麦品种Triticum spelta album中抗条锈病基因Yr5的RAPD标记

共用520个10碱基随机引物对小麦抗条锈基因Yr5的近等基因系进行了RAPD分析,发现了3个特异性DNA片段S1496、S14181950与Yr5基因连锁,其中S1496761与Yr5基因紧密连锁,遗传距离为2．7cM。经对特异性DNA片段S1496 761进行克隆,测序,设计了PCR扩增用专化引物SC－S1496 761a和SC－S149676b,用该引物可扩增出与原RAPD引物扩增出的相似的特异DNA片段,由于该引物还可扩增出迁移率极为相近的另1条非特异带,在琼脂糖凝胶上难以分辨,需用聚丙烯酰胺凝胶电泳结合银染进行检测,经用F2分离群体及部分相关品种材料检测,已证明该标记的可靠性。