一个陆地棉类烯醇酶基因的克隆及其表达分析

采用改良的CTAB法提取陆地棉总RNA,运用RT-PCR技术首次克隆了陆地棉类烯醇酶基因的CDS序列,该基因已经在GenBank上登录,登录号为EU169604,其开放阅读框为1338 bp,编码445个氨基酸残基。对其序列和进化分析表明,陆地棉烯醇酶基因与其它植物中的烯醇酶基因有较高的相似性,该基因在进化过程中是相当保守的。半定量RT-PCR表达分析结果显示该基因在陆地棉的叶、根、茎中均有表达,但在根中的表达量高于叶和茎。

基因编辑系统CRISPR/Cas9在作物基因工程育种中的应用

作为传统基因工程育种技术,转基因技术在作物分子育种工作中由于其自身的技术原因存在一定的局限性。而基因编辑技术的出现为作物的遗传改良和基因功能的研究提供了新的思路与途径,目前,应用最为广泛的基因编辑技术是CRISPR/Cas9系统,其主要由sgRNA和Cas9蛋白组成,Cas9蛋白在sgRNA的引导下对目标基因进行编辑。简要介绍了基因编辑技术的发展历程以及CRISPR/Cas9系统的结构组成、工作机制、技术优势及其在作物基因工程育种中的应用进展,这可为开展这一领域工作的研究提供有益参考。

无花果在临汾的引种表现及栽培技术

引进5个无花果新品种(玛斯义陶芬、波姬红、B110、B1011、布兰瑞克),在山西省临汾市尧都区碧丰霖农业科技开发有限公司的塑料大棚内试栽,观察其引种表现并总结栽培技术。结果表明,引进的5个无花果品种均可在塑料大棚内正常生长,果实于7月初陆续成熟,单果质量43~89 g。5个无花果品种植株长势强健,苗木当年栽植当年结果,均适于山西临汾地区塑料大棚内栽植,具有广阔的经济前景。

基于高通量测序的藜麦连作根际土壤微生物多样性研究

为了揭示连作藜麦土壤细菌群落结构和多样性的变化,采用高通量测序技术(Illumina-MiSeq)对不同处理(种植1 a、种植2 a)的连作藜麦根际土壤细菌进行16S rRNA基因V4区测序。结果表明,种植1 a较种植2 a的藜麦根际土壤细菌群落丰度和多样性指数都要高,其中,种植1 a较种植2 a的藜麦Chao1指数平均值增加16.4%,ACE指数平均值增加22.9%,Shannon指数平均值增加2.3%;菌群的分类学组成分析结果表明,重茬种植后,伦茨氏菌属、溶杆菌属、中慢生根瘤菌属、丛毛单菌属多样性增多;分枝杆菌属、藤黄单胞菌属、芽单胞菌属、浮霉状菌属等细菌多样性减少。功能预测分析表明,重茬种植后,编码细胞膜转运的功能基因、编码翻译、复制和修复的功能基因、编码外源性物质降解和代谢、多糖生物合成和代谢的功能基因大量减少,编码核苷酸代谢、萜类化合物的代谢、辅因子和维生素的代谢等功能基因少量减少;而编码信号转导和脂类代谢的功能基因有少量增加。

东亚飞蝗几丁质酶家族基因的表达特性与功能研究

【目的】研究东亚飞蝗几丁质酶家族基因的时空表达特性及其在蜕皮发育中的生物学功能,筛选在飞蝗发育过程中致死性的几丁质酶基因,为实现基于RNAi的飞蝗有效控制提供重要的基础数据。【方法】在东亚飞蝗EST数据库搜索几丁质酶基因片段,用生物信息学方法分析所获得的基因片段序列;以飞蝗不同龄期第4天若虫和5龄东亚飞蝗不同组织部位为材料提取RNA并反转录为cDNA,应用RT-PCR方法研究时空表达特性;选取在表皮高表达的几丁质酶基因LmCht6,采用RNA干扰方法研究其生物学功能。【结果】基于东亚飞蝗EST库搜索和进一步的序列分析,共获得7条几丁质酶基因片段;不同组织部位与不同龄期RT-PCR结果表明这7条几丁质酶基因的时空表达特性存在明显差异,其中LmCht6主要在表皮表达;LmCht6的RNA干扰试验表明:2龄飞蝗注射dsLmCht6后,其几丁质酶基因LmCht6表达量明显降低;飞蝗从2龄到3龄的龄期转化过程中,表现为发育延迟,新表皮与旧表皮无法完全分离,导致死亡率达到72.2%。【结论】东亚飞蝗拥有多个几丁质酶基因,它们的时空表达特性存在差异;LmCht6在飞蝗蜕皮过程中具有十分重要的生物学功能,该基因被沉默后飞蝗无法完成蜕皮而导致死亡。

转BADH基因玉米植株的获得及其耐盐性分析

采用超声波辅助花粉介导植物转基因方法,将甜菜碱醛脱氢酶（BADH）基因导入玉米自交系郑58,获得了耐盐性强的转基因玉米植株。经卡那霉素抗性初筛、PCR扩增、Southern blot分析,证明BADH基因已导入转化植株并整合到其基因组中。用不同浓度的NaCl溶液对T2代转基因玉米植株与对照进行盐胁迫处理,结果表明,转BADH基因玉米植株表现出一定的抗逆性,生长状况明显优于对照；根据非转化苗对 NaCl 的反应以及生长状况,确定250 mmol L^–1 NaCl溶液为玉米幼苗耐盐性筛选的适宜浓度；依据此临界浓度下形态指标和生理生化指标的测定结果,与对照相比,转基因植株的株高提高10.94%-25.70%,鲜重增加8.62%-18.20%,干重增加9.00%-18.18%,相对电导率降低37.21%-58.14%,叶绿素含量增加15.89%-90.65%,超氧化物歧化酶（SOD）活性提高64.92%-148.29%,丙二醛（MDA）含量减少26.97%-48.05%。综上所述,转入甜菜碱醛脱氢酶（BADH）基因提高了玉米的耐盐性。这是首例将BADH基因导入优良玉米自交系郑58的报道。超声波辅助花粉介导法是一种经济、高效、实用和无基因型依赖性的植物基因转化方法。

转水稻NibT基因玉米植株的获得及抗病性研究

以玉米（Zea maysL.）自交系金黄96B为受体材料,供体为质粒pWM101并携带有水稻矮缩病病毒复制酶基因Nib的提前终止突变体基因NibT,采用超声波处理花粉介导植物基因转化方法将NibT-基因导入受体,经PCR检测和Southern杂交分析证实获得转基因植株,进而对T1－T3代转基因植株（株系）进行分子分析、田间抗病鉴定和农艺性状调查.逐代分子检测分析结果证明,目的基因可稳定遗传.抗病鉴定结果证明转基因植株（株系）各代抗病水平基本一致,抗病性比对照提高3级.农艺性状调查分析表明,与对照比较,转基因植株株高增加7－18cm、穗位高增高0－13 cm、穗长增加0.7－2.1 cm、穗粒数多8－35粒、百粒重增加1.1－2.6 g,转基因株系与阴性对照间、各代转基因株系相互间都差异显著（P〈0.05）;调查还发现转基因植株的株高和穗位高随着世代的增加,与对照间的差异逐代减少.研究也说明,超声波处理花粉介导植物基因转化方法是一种简捷、快速和有效的植物转化工具.

导入APX基因提高了普那菊苣植株的抗逆性

采用农杆菌介导的方法,把CaMV35S启动子驱动的来自棉花(Gossypiumspp.)的抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)基因导入普那菊苣(Cichorium intybus L.cv.Puna)。结果表明:经过卡那霉素(Km)筛选和对抗性植株的PCR和Southern杂交分析,证明APX基因成功地整合到普那菊苣基因组中。转APX基因普那菊苣植株对NaCl和甘露醇胁迫表现出一定的抗性,在NaCl浓度为500mmol.L-1、甘露醇浓度为30g.L-1的条件下,转APX基因不定芽能够正常生根和生长,转基因植物叶片外植体能够形成愈伤组织和再生植株,而野生型植株不定芽不能正常生根、已生根幼苗不能正常成长,野生型植株叶片不能形成愈伤组织。

导入TaNHX2基因提高了转基因普那菊苣的耐盐性

我国部分地区土地盐碱化的日益严重,对作物的生长和生态环境产生了显著影响,因此通过植物基因工程手段培育耐盐碱的转基因作物品种对改善作物的生存能力和生态环境,提高作物产量具有重要的意义。采用农杆菌介导法将来自小麦(Triticum aestivum Linn)的Na+/H+逆向转运蛋白的基因(vacuolar Na+/H+exchanger or antiporter,简称NHX、NHE或NHA),对普那菊苣(Cichorium intybus L.cv.Puna)植株进行了遗传转化。经抗生素筛选以及针对TaNHX2基因的PCR检测和Southern杂交分析,证明获得了28株转TaNHX2基因的普那菊苣植株。用不同浓度NaCl溶液对普那菊苣野生型和T0代种子、愈伤组织和幼苗生长情况胁迫的研究,结果表明:转TaNHX2基因普那菊苣植株表现出一定的抗性,比野生型明显提高。在300 mmol/LNaCl胁迫下转基因植株种子的出芽率、外植体出愈率和分化率是野生型植株的2—4倍,而500 mmol/L NaCl浓度为野生型和转基因外植体能否生长的临界点。在此临界值下野生型外植体或不能形成愈伤组织、或幼苗不能正常生根、或已生根幼苗不能正常成长,而转基因外植体可以继续形成愈伤组织并正常生根生长。同时对500 mmol/L NaCl胁迫下野生型和转基因普那菊苣幼苗其体内丙二醛含量(MDA)、过氧化氢酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性进行测定,结果表明转基因植株比野生型植株的MDA含量降低了1—3倍,POD活性提高了1—3倍,SOD活性提高了2—3倍,分析发现普那菊苣的耐盐性与其体内的丙二醛含量(MDA)、过氧化氢酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性密切相关。

转双价抗虫基因BmkIT-Chitinase玉米株系的获得

通过超声波辅助花粉介导法,将双价抗虫基因BmkIT-Chitinase分别导入以玉米自交系昌7-2及郑58的花粉为受体的不同基因型的自交系中。本研究共处理玉米雌穗1072穗,获得T0代种子1563粒,经卡那霉素初筛,T1代～T4代PCR及SouthernBlot杂交分子跟踪检测共获得20个转化株系,田间抗虫性鉴定表明共有16个转化株系与对照在抗虫性方面有显著差异,且此抗性随着各代稳定遗传。农艺性状调查结果表明,所获得的转基因玉米株系中大部分材料的农艺性状与对照无显著差异,除了N55材料及N20-1材料。N55材料的穗位高度与对照相比略低6±0.5cm,而穗粒数增加75±5粒。而N20-1材料百粒重增加5±0.5g。因此,转入此双价抗虫基因对玉米农艺性状影响不是很大。经过分子检测、田间抗虫性鉴定及农艺性状调查我们最终选育了9个转双价抗虫基因昌7-2自交系优良株系,6个郑58转双价抗虫基因自交系优良株系。

非组培转化法获得转基因植株及其Basta耐受性研究

以玉米‘昌7-2’、大豆‘晋遗19’和高粱‘晋粱5号’的种子为受体,质粒pCAMBAR.CHI.11为供体,采用非组培转化法导入bar基因。PCR扩增和Southern杂交分析结果证明,‘昌7-2’、‘晋遗19’和‘晋粱5号’的划胚种子都获得了转化植株,转化率均在5%以上,未划胚种子的转化率为0。共培养液中加入浓度为200μmol/L的乙酰丁香酮(AS)能使玉米种子转化率比对照提高8倍,赋予300W强度的超声波处理,转化率可再提高60%。划胚处理对种子的出苗率影响较大,为17%左右。划胚种子于实验室条件下的Basta耐受试验结果表明,不同作物对Basta的耐受性存在差异,玉米、大豆和高粱转bar基因植株的Basta耐受临界值分别为0.15%、0.1%和0.05%,Basta处理后的幼苗成活率在各作物间差异不大。田间喷雾Basta溶液结果证明,按Basta耐受性大小排列顺序为高粱<大豆<玉米,但按对Basta敏感性的排序为大豆<高粱<玉米。不同生育期喷雾除草剂的实验结果(T2)证明,在生育期后期作物植株对除草剂的敏感性比前期有所降低,生长前期喷雾后玉米、大豆和高粱的苗存活率分别为57%、49%和52%,生长后期喷雾后苗存活率分别为77%、70%和73%,但各个群体的PCR扩增阳性结果率均在80%以上,证明存活率差异是由植株对除草剂耐受性和敏感性的差异引起的。多代转基因植株的检测结果证明目的基因可稳定遗传。

我国转基因主粮作物产业化进展、存在问题及对策

目前,我国转基因产业化种植面积较大的作物只有棉花、木瓜等。主粮作物水稻、玉米的一些转基因品种虽已获安全证书将近7年,但至今尚未进行产业化生产。另一方面,我国每年进口大量的玉米、大豆等农产品,且进口的玉米和大豆中转基因产品占比较高。这是由于一方面国内有关转基因的舆论氛围以及我国目前就转基因作物的研发现状均要求推进转基因主粮作物产业化进程时要稳重、谨慎;另一方面,转基因作物产业化的全球发展趋势、增产潜力、经济和环境效益以及我国在该技术领域的基本策略和国内供需需求,又迫使我们要加快开展转基因主粮作物产业化的进程。如何化解这对矛盾使转基因主粮作物的研发和产业化在适合国情的前提下顺利开展,是目前的主要任务之一,因此有必要就有关转基因作物产业化在我国的发展现状、前景、存在问题和对策予以讨论,以期为我国转基因作物产业化提供参考。

一种简单高效提取棉花不同组织总RNA的方法

目前,虽然已经报道了几种比较有效的提取棉花组织总RNA的方法,但是这些方法往往费时费工,又很难同时适用于棉花不同组织的总RNA提取。以CTAB法为基础进行技术改良,同时结合LiCl沉淀等,总结出了一种简单、快速又普遍适用于棉花各组织总RNA的提取方法。试验证明,此法提取到的RNA纯度高、完整性好,适用于逆转录合成cDNA第一链、RT-PCR分析以及Northern杂交等分子实验。

农杆菌介导萌动种胚转化法将抗草甘膦基因导入蓖麻

为简化和提高转化效率,以蓖麻品种汾蓖10号为材料,采用非组培的农杆菌介导萌动种胚转化法,获得抗草甘膦植株T0。方法是在生长点附近针刺3针,超声波(强度800W)处理后,与农杆菌共培养16h。在随机选取的800株转化处理植株中,检测到5株PCR阳性植株,平均转化率为6.3‰;在喷施除草剂后存活的26株转化处理植株中,经PCR和Southern blot检测,获得了3株阳性抗草甘膦T0植株。本方法操作简单,成本低,避免了冗长繁琐的组织培养过程,为蓖麻遗传转化研究提供了新的思路和方法。

花青素合成调控转录基因作为直观标记的载体构建及其在玉米幼胚中的瞬时表达

采用花青素调控因子C1/Bperu分别与玉米胚特异性启动子Glb1和组成型启动子CaMV35S构建成植物转化载体pGlb1CB和p35SCB,并利用基因枪转化方法,将重组表达载体转入玉米幼胚。显微观察结果证实,这两个载体均能在玉米幼胚细胞中瞬时表达。用花青素作为标记基因不仅可以在一定程度上减少公众对转基因生物安全性方面的担忧,而且可以帮助直观地从转化当代和后代种子中通过颜色标记筛选到转化籽粒,从而可以大大简化筛选程序,提高效率,节约检测成本。

小麦花药培养各种影响因子的研究进展

小麦花药培养受各种因子的影响,如基因型、培养基成分以及培养条件等,其中,基因型是影响花药培养效率诸多因素中的主要影响因素。加强对生物学性状优良和培养力强的小麦基因型进行筛选作为花药培养的桥梁亲本,是提高杂交后代的花药培养效率比较有效的途径之一;小麦花药培养效率的提高,在很大程度上依赖于培养基成分、配比以及附加成分的改变;温度和光照也是影响花药培养效率不可忽视的因素。综述了影响小麦花药培养的各种影响因子的最新研究进展,以期为从事小麦花药培养研究人员提供参考。

超声波、生长素和浸泡时长对毛白杨插穗生根率的影响

以毛白杨插条为材料,研究了3种超声波强度、3种生长素及3个浸泡时长对其扦插生根率的影响。结果表明,在相同生长素、相同浸泡时间下,以200,400 W超声波处理的毛白杨扦插生根率明显优于600 W及对照;在相同超声波及相同浸泡时间下,ABT对毛白杨生根具有促进作用,IBA和NAA与对照之间有差异,但差异不显著;在相同超声波、相同生长素处理下,以蘸根的插条生根率最高,6 h次之,12 h最差。在所有处理组合中,以400 W超声波,ABT100 mg/L,蘸根的组合生根率最高,达90%。

Dicamba对高粱成熟胚愈伤组织诱导及继代的影响

【目的】高粱是遗传转化最困难的作物之一,主要原因是由于高粱组织培养愈伤诱导及再生频率较低,高效再生体系建立比较困难,研究并使用新的植物诱导激素是改变这一困境的重要手段。【方法】以4个基因型的高粱种子(成熟胚)为外植体,高粱组织培养常用的诱导激素2,4-D为对照,研究Dicamba对高粱愈伤组织诱导、继代及愈伤组织再生质量的影响,经过统计分析,建立并优化高粱组培再生体系。【结果】高粱各基因型在不同浓度Dicamba的诱导培养基上出愈率在24.7%~90.7%,不同浓度的2,4-D诱导培养基上,出愈率为72.5%~90.5%,最高出愈率为88BP28,在Dicamb 7.5 mg·L^(-1)达到90.7%,2,4-D在2.5 mg·L^(-1)时达到90.5%;继代培养与初代诱导培养比较,各基因型材料的褐变率均随着继代次数的增加而增加。Is-623在继代培养中,Ⅰ型愈伤组织向Ⅱ型和Ⅲ型愈伤组织转变的E值最高,达到20.1%;4种基因型以5 mg·L^(-1)Dicamba诱导的Is-623胚性愈伤率最高,达20.7%;不同处理中,所有基因型材料U值均在60%~100%。【结论】利用Dicamba对高粱成熟胚进行初代愈伤组织诱导,出愈率与2,4-D诱导差异不显著,在继代培养及胚性愈伤组织分化试验中,Dicamba作为激素更有利于Ⅱ型愈伤组织及胚性愈伤组织的形成,其效果优于2,4-D;高粱成熟胚诱导愈伤组织及胚性愈伤组织的发生受基因型影响较大,材料Is-623在Dicamba 5 mg·L^(-1)时比其它材料的胚性愈伤发生率高,且褐化率及死亡率均较低;证实了高粱成熟胚胚性愈伤组织的形成绝大多数来自Ⅱ型愈伤组织。

农杆菌介导高粱成熟胚遗传转化获得耐草甘膦植株

利用萌动的成熟胚作外植体进行基因转化,可有效提高高粱转基因材料选育的效率。为了建立并完善以高粱萌动种胚作为外植体的遗传转化体系,本研究以高粱材料Is-623为转化受体,质粒pM3301UbiSpCP4为外源基因供体,采用农杆菌介导法进行遗传转化,并对转化的关键因素进行分析。结果表明,麦草畏(dicamba)诱导高粱萌动的成熟胚产生愈伤组织适宜浓度约为5 mg·L-1;农杆菌侵染时间为2 h时遗传转化效率较高;经筛选共获得301块抗性愈伤组织,75个转化事件,经PCR、Southern blotting杂交分析、CP4-EPSPS蛋白检测试纸条检测及田间草甘膦耐性鉴定,最终获得草甘膦耐性等级1级株系6株,耐性等级2级株系3株的转基因高粱株系。本研究初步建立了以高粱萌动种胚作为外植体的遗传转化体系,为高粱遗传转化体系的研究和应用奠定了基础。

转水稻OsSIK1基因玉米植株的获得及抗旱性分析

类受体激酶基因Os SIK1具有通过激活抗氧化系统,增强水稻对于干旱和盐胁迫抗性的作用。为了丰富可利用的作物抗旱基因,获得具有较高抗旱水平的玉米新种质,通过超声波辅助花粉介导法,将水稻类受体激酶基因Os SIK1导入玉米自交系郑58中,并对转化株进行卡那霉素筛选及T1、T2、T3的PCR及Southern Blotting杂交等分子检测,获得转化植株并在T3获得转基因纯合株系。对T3转基因玉米和非转基因玉米对照以16.1%的PEG模拟水分胁迫进行抗旱性分析。结果表明,与对照相比,在水分胁迫处理下,转基因玉米株系叶片相对含水量提高了7.4%-19.8%,叶绿素含量提高了11.3%-106.9%,SOD活性上升45.8%-93.4%,而转基因玉米叶片的相对电导率下降了35.4%-58.1%,MDA含量下降了25.7%-50.4%,说明转Os SIK1基因玉米植株抗旱性得到提高,其中,5个转化株系与对照在抗旱性方面有显著差异,且生长状况明显优于对照。综上所述,研究最终获得5个转Os SIK1基因玉米株系,并证明导入水稻Os SIK1基因可以提高玉米植株的抗旱性。