抗虫转基因水稻及其杂交水稻对土壤微生物群落多样性与组成的影响

微生物是土壤物质循环与肥力演变的驱动者,其群落组成关系到土壤微生态系统的稳定与可持续性。对抗虫转基因水稻土壤微生物群落变化的研究是其环境安全性评价的重要内容。本研究基于细菌16S rRNA基因和真菌ITS基因的高通量测序,分析了田间试验中抗虫转基因水稻‘MFB’及其转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’与非转基因常规水稻‘闽恢3301’及杂交水稻‘天优华占’的土壤微生物群落多样性与组成的差异,并得出以下结果。首先,与两个非转基因水稻品种相比,抗虫转基因水稻及转基因杂交水稻均能显著增产(P<0.05)。同时,高通量测序结果表明,除水稻成熟期的土壤真菌群落外,与‘闽恢3301’相比‘MFB’的土壤细菌或真菌群落的α-多样性指数Chao1、Observed_species和Shannon均有所提高,且分别在水稻成熟期或分蘖期达到显著性水平(P<0.05);水稻齐穗期转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’的土壤细菌及真菌群落的多样性指数Shannon均介于‘MFB’与‘天优华占’之间;微生物群落β-多样性分析结果表明,本田间试验中不同品种水稻土壤细菌或真菌的群落组成均没有显著差异。但与‘闽恢3301’相比,稻田土壤细菌中丰度最高的变形菌门的相对丰度在‘MFB’土壤中明显增加,且在水稻分蘖期及成熟期达显著水平(P<0.05),而土壤真菌中丰度最高的子囊菌门的相对丰度在‘MFB’土壤中明显减少,且在水稻分蘖期及齐穗期差异显著(P<0.05);水稻齐穗期‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’的土壤变形菌门或子囊菌门的相对丰度也均介于‘MFB’与‘天优华占’之间。此外,通过对微生物群落的功能组成预测可见,随水稻生长,‘MFB’与‘闽恢3301’的土壤细菌群落功能组成间差异存在增大的趋势。综上所述,本研究田间试验中,抗虫转基因水稻及其转基因杂交水稻在增产的同时提高了稻田土壤细菌或真菌群落的多样性,改变了主要细菌或真菌种类的相对丰度,但对细菌或真菌的群落及功能组成的影响不显著。

不同浓度的四环素对秀丽隐杆线虫肠道菌群中抗生素抗性基因扩散效率的影响

以秀丽隐杆线虫为模式生物,结合定量PCR和平板筛选法证明抗性基因(ARGs)供体菌Escherichia coli MG1655和受体菌Salmonella typhimurium都能在肠道中稳定定殖。通过接合获得抗生素抗性的S.typhimurium数量与肠道总菌数的比值用以体现肠道中ARGs的扩散效率。在3 d的培养中,随着四环素浓度(0、0.08、0.4、2、10和50 mmol/L)的升高,ARGs扩散效率先升高后降低,其在0.4 mmol/L四环素处理组中达到峰值(第2和第3天分别为0.78%和1.96%)。并且,接合相关功能基因trfA/16S rRNA和trbB/16S rRNA的相对丰度与肠道组织中抗氧化酶活性显现出与ARGs扩散效应一致的趋势。研究表明,短暂且低浓度的抗生素可促进动物肠道内ARGs的扩散。

转抗虫基因107杨对根际和内源细菌群落的影响

为研究转抗虫基因对根际和内源细菌群落的影响,以转抗虫基因107杨田间对比试验林为对象,采用高通量测序技术对转基因株系和对照株系根际土壤细菌、树干韧皮部和根系内生细菌群落结构组成及多样性进行对比分析。结果显示:(1)土壤样品中有效序列平均在30000以上,杨树组织有效序列平均在300000以上。(2)转基因株系细菌物种组成与对照株系的极其相似,酸杆菌门与变形菌门为转基因和非转基因株系根际土壤的优势菌门,占比分别为16.6%和21.9%;蓝藻菌门和变形菌门为转基因和非转基因株系韧皮部的优势菌门,所占的比率分别为54.8%和59.2%;变形菌门为转基因和非转基因株系根部的优势菌门,所占的比率分别为40.7%和58.8%。(3)转基因和非转基因株系在细菌群落的丰富度和多样性上均没有表现出明显的差异,但不同部位之间差异显著。结果表明:转基因107杨没有对根际土壤和内生细菌造成显著影响,明确了转抗虫基因107杨不同部位细菌群落特征,为转抗虫基因107杨的生物安全评价提供了有益的参考。

抗虫耐除草剂转基因玉米示范种植技术

2021年国家启动了转基因玉米、大豆产业化试点工作,在科研试验田开展;2022年将试点种植范围扩大到部分农户;2023年试点种植范围扩大到5个省区20个县。其中赤峰市翁牛特旗和宁城县作为2023年国家生物育种产业化试点旗县,承担着6.3万hm^(2)国家转基因玉米的试点任务。内蒙古自治区赤峰市在推进国家生物育种产业化试点过程中,在试点县建立了多个展示示范区,开展了一系列品种比对及种植技术比对试验,总结出一套适宜全市转基因玉米栽培管理的技术,为全市转基因玉米示范推广提供了技术支撑,以推动生物育种产业化扩面提速。

松材线虫病寄主植物抗性基因研究进展

松材线虫病是一种由松材线虫引发的导致松科树种灭绝性死亡的森林病害。基于当前对寄主植物松材线虫病抗性基因的研究进展,对外源因素诱导、相关抗性基因的分析及功能验证等进行了系统的归纳和总结,同时对抗性基因未来的研究方向进行展望,旨在为松材线虫致病机理的深入研究和抗性育种提供新的思路。

Hi-Ⅱ玉米的NGc抗虫基因遗传转化研究

为促进转基因抗虫玉米研究,通过农杆菌介导的玉米幼胚遗传转化法将目的基因转入玉米材料Hi-Ⅱ中,通过外植体侵染、共培养以及分化筛选,培养具有CryNGc抗虫基因的玉米植株,并研究外源基因在后代的遗传表达及抗性情况。结果表明:玉米幼胚大小在1.2~1.8 mm时侵染效果最好,并成功获得了10株具有CryNGc抗虫基因的阳性转化植株,转化效率为1.428‰。

抗虫转基因欧美杨的培育

以携带３５Ｓ－Ω－Ｂ．ｔ－Ｎｏｓ嵌合基因的双元载体农杆菌ｐＢ４８．２１４和ｐＢ４８２．１５（Ｂ．ｔ基因片断长度分别为２．１ｋｂ和１．８ｋｂ），转化欧美杨叶片和茎段外植体，共获得２２５株转化再生植株。以舞毒蛾（ＬｙｍａｎｔｒｉａｄｉｓｐａｒＬｉｎｎａｅｕｓ）幼虫进行生物测定后，获得杀虫率分别为５５—８０％的抗虫转基因植株共３株（Ｒ－１３５，Ｒ－１２３和Ｒ－１４０），经组培苗和苗圃移栽植株的ＰＣＲ分析，苗圃移栽植株ＰＣＲ产物杂交和Ｓｏｕｔｈｅｒｎｂｌｏｔ分析表明，Ｂ．ｔ毒蛋白基因已整合到上述抗虫植株的细胞ＤＮＡ中，并表达出杀虫活性。

修饰的cry1Ac基因导入籼稻明恢81获得抗虫纯合系

采用细胞内定位技术对cry1Ac基因进行修饰 ,其表达产物定位于内质网及衍生自内质网的蛋白体。通过基因枪法成功地将经过修饰的cry1Ac基因导入到优良杂交籼稻恢复系明恢 81中。对潮霉素抗性植株的PCR和Southern检测及ELISA分析证实 ,修饰的cry1Ac基因已整合到受体水稻品种中并得以表达 ,自交加代结合潮霉素筛选于T2 代获得转基因纯合系。抗虫性测试表明 ,部分转基因纯合系高抗二化螟 (Chilosuppressalis)。

Bt转基因抗虫植物研究进展

目前Bt成为世界上植物抗虫基因工程中研究和应用最多的基因。已经有多种转单一Bt和复合Bt的转基因玉米、棉花、马铃薯等作物得到大面积种植。还有许多新的具有良好抗虫性的Bt转基因植物,如水稻、大豆、油菜、苜蓿、花椰菜、蓖麻等已经试验成功,并逐渐推广种植。Bt转基因抗虫植物的培育为提高产量,减少杀虫剂的使用和保护环境做出了举足轻重的贡献。就Bt的分类、杀虫机理、Bt转基因抗虫植物的发展状况以及种植Bt抗虫植物对环境的影响进行了概述。

转抗虫基因棉花和玉米花粉对家蚕生长发育影响的评价

苏云金杆菌 (Bacillusthuringiensis,Bt)杀虫蛋白基因和蛋白酶抑制剂基因是培育转抗虫基因植物的两大类基因。为了正确评价转抗虫基因作物花粉对非靶标重要经济昆虫的安全性 ,本试验以家蚕为对象 ,研究转cry1Ac基因棉花、转cry1A +CpTI双价抗虫棉花以及转cry1Ab基因玉米花粉对家蚕生长发育的影响。结果表明 ,与非转基因常规棉花或玉米花粉以及无花粉对照相比 ,转抗虫基因棉花或转抗虫基因玉米花粉对家蚕各龄期的死亡率、蛹重、茧重、茧层重、化蛹率、羽化率和产卵量均无多大影响 ,且无明显的剂量效应。虽然取食转抗虫基因花粉后家蚕一龄历期有所延长 ,但与非转基因的花粉处理相比 ,则无显著差异 ;同样 ,家蚕三龄眠蚕体重虽与无花粉对照相比表现出较大差异 ,但其体重均大于对照。可见 ,转抗虫基因棉花和玉米花粉对家蚕的历期和体重亦无多大影响。综上所述 ,转抗虫基因棉花和玉米花粉对家蚕的生长发育不会产生明显的负面影响。

转豇豆胰蛋白酶抑制剂基因抗虫甘蓝植株的获得

利用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导,将豇豆胰蛋白酶抑制剂(CpTI)基因导入甘蓝(Brassica oleracea var.capitata L.)栽培品种“京丰”和“迎春”,并分别获得了转基因再生植株。对NPTⅡ的ELISA检测表明,标记基因NPTⅡ已在再生植株中得到有效表达。对转化植株进行Southern blot分子杂交实验进一步证明CpTI基因已整合到甘蓝的基因组。实验室内的叶片离体饲虫及盆栽饲虫试验表明,转基因甘蓝对菜青虫具有一定抗性。实验中还观察到,采用愈伤组织分化途径可以获得较高的转化频率,但嵌合体较多;而直接分芽的途径转化率低,但嵌合体较少。

转基因抗虫小麦中sgna基因的遗传分析及抗虫性鉴定

利用基因枪介导将抗蚜虫的sgna基因导入了长江中下游地区小麦栽培品种扬麦 15 8,得到了 6棵转基因植株。PCR和RT PCR检测分别证实了sgna基因的整合和表达。通过分析转基因植株的T1 代和T2 代 ,发现sgna基因的遗传并不符合孟德尔的遗传规律。抗蚜虫鉴定试验证明含有sgna基因的植株对蚜虫有明显的抗性 ,转基因植株可以显著降低蚜虫的繁殖率。转基因植株的农艺性状与对照相比 。

双价抗虫基因共转化烟草叶绿体的研究

分别构建苏云金芽孢杆菌晶体毒蛋白基因 [BtCryIA(C) ]和水稻巯基蛋白酶基因 (Oryzacystatin ,OC)叶绿体转化载体 ,其中Bt基因叶绿体转化载体以烟草叶绿体基因trnH psbA trnK为同源片段 ,以水稻 (OryzasativaL .)叶绿体 psbA基因启动子和终止子为调控基因 ;OC基因叶绿体表达载体以烟草叶绿体基因片段 psbA ORF5 12为同源片段 ,以烟草叶绿体 16S启动子和终止子为调控基因 ;两载体均以壮观霉素抗性基因 (aadA)为筛选基因。利用基因枪方法 ,共转化烟草叶片 ,获得壮观霉素抗性植株。经Southern、Western检测、表达蛋白活性测定证明 ,双价抗虫基因己整合到烟草叶绿体中并得到表达。转基因植株抗棉铃虫试验表明 。

小黑杨转双价抗虫基因的研究

用根癌农杆菌介导的叶盘法,将蜘蛛杀虫肽与Bt基因C肽序列的融合基因导入小黑杨(Populus simonii×P.nigra),所获得的3株卡那霉素抗性再生植株进行PCR和PCR-Southern杂交检测的结果均为阳性,Southern杂交检测的结果2株为阳性。抗虫试验结果显示,3个转基因株系均具有明显的抗虫效果,能显著抑制舞毒蛾幼虫的生长发育,表现出强烈的抗虫作用。

转基因抗虫作物对非靶标昆虫的影响

转基因抗虫作物自 1996年被批准商业化种植以来 ,它的抗虫性和经济效益已得到了普遍肯定 ,同时 ,转基因抗虫作物对非靶标生物的影响 ,如转基因抗虫作物的长期种植 ,是否会导致次要害虫上升为主要害虫 ,是否会影响有益昆虫 ,包括重要经济昆虫、捕食性和寄生性天敌以及重要蝶类的种类及种群数量 ,已成为转基因抗虫作物生态风险评估的重要内容。一些研究结果表明 ,转基因抗虫作物在对靶标害虫有效控制的同时 ,一些对杀虫蛋白不敏感的非靶标害虫有加重危害的趋势 ,由于种植转基因抗虫作物 ,减少了化学农药的使用 ,客观上也使非靶标害虫种群数量上升 ,这对转基因抗虫作物害虫综合治理提出了新的要求。靶标害虫数量的减少直接影响了害虫天敌种群数量 ,靶标害虫取食转基因抗虫作物后发育迟缓 ,也间接影响了天敌昆虫的生长发育 ,转基因抗虫作物的花粉或花蜜是一些重要经济昆虫如蜜蜂、熊蜂和一些寄生蜂 ,甚至捕食性天敌的食物来源 ,或花粉飘落到一些鳞翅目昆虫如家蚕或重要蝶类昆虫的寄主植物上 ,直接或间接对这些昆虫造成一定影响。目前大多数研究表明转基因抗虫作物对非靶标昆虫 ,特别是对有益昆虫没有明显的不利影响 ,也有研究报道认为对某些有益昆虫有一定的不良影响。

TA29-Barnase基因导致抗虫转基因欧洲黑杨雄性不育的研究

取在１／２ＭＳ＋ ＮＡＡ０－０２ ｍｇ／Ｌ 培养基中发育４ ～６ 周的欧洲黑杨转Ｂｔ 基因植株１５ｎ１９２ 试管苗幼叶，在ＭＳ＋ ＢＡ０－２ ｍｇ／Ｌ＋ ＮＡＡ０－０２ ｍｇ／Ｌ培养基中培养１６ｈ ，分别用基因枪法和叶盘法转化ＴＡ２９Ｂａｒｎａｓｅ嵌合基因，其Ｂａｒｎａｓｅ 基因的转化率依次为１６－１ ％ 和２３ ％ ，再生株数分别为１７５／１２ 和７１／１０ 。试验表明，选择发育适宜的叶片，利于目的基因转化后的植株再生。进一步用ＳＤＳ 法提取转基因植株总ＤＮＡ，经ＰＣＲ 检测表明：转化植株基因组中扩增出的ＤＮＡ 片段与Ｂａｒｎａｓｅ 基因的大小一致；Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｂｌｏｔ 分析出转化后的欧洲黑杨基因组中携有Ｂａｒｎａｓｅ 基因片段，进行Ｄｏｔ Ｂｌｏｔ 检测，转化植株有一明显的杂交斑，并证实为阳性转化植株，并通过试管培养，结合林木常规育种方法，获得了转Ｂａｒｎａｓｅ 基因的抗虫欧洲黑杨转基因植株。

辣椒N基因介导抗根结线虫作用早期表达基因的抑制性消减杂交SSH分析

以含N基因的辣椒(Capsicum annuumL.)为试验材料,接种南方根结线虫(Meloidogyne in-cognita)12、24、36h的根尖材料作为测验方(tester),相应的未接种根尖材料作为驱动方(driver),构建一个南方根结线虫诱导N基因表达早期的正向抑制消减杂交cDNA文库,并结合文库高密度点阵膜杂交差异筛选,获得了237条表达序列标签(EST)。在GenBank上进行BLASTn与BLASTx分析,得到148条功能已知的EST序列,获得已知的上调抗性相关EST68个。分离出了具有NBS-LRR结构的抗线虫蛋白和类LRR抗性蛋白的基因,防御作用相关的类萌芽素(GLP)、HSR203J蛋白、蜜腺蛋白、蛇毒素肽等基因,抗性相关的WRKY、ERFBP等转录因子基因,以及G蛋白、14-3-3蛋白等多种信号蛋白基因。通过Gene Ontology分析,N基因介导的早期表达抗病基因涉及病原物的识别、抗性信号传导、过敏性坏死、系统获得性抗性以及植物细胞保护机制等多个方面,并有许多功能未知的基因有待于进一步的研究。

欧洲黑杨转Bt毒蛋白基因植株大田抗虫性测定

近几年，基因工程发展很快，通过基因工程已获得了各种各样的转基因植物，如抗虫转基因农作物的棉花（ＧｏｓｙｐｉｕｍｈｉｒｓｕｔｕｍＬ．）、水稻（ＯｒｙｚａｓａｔｉｖａＬ．）、马铃薯（ＳｏｌａｎｕｍｔｕｂｅｒｏｓｕｍＬ．）、玉米（ＺｅａｍａｙｓＬ．）、小麦...

陆地棉栽培品种新陆早1号转基因抗虫植株的获得

通过根农杆菌介导法成功地将修饰的豇豆胰蛋白酶抑制剂（ＣｐＴＩ）基因导入新疆陆地棉栽培品种新陆早１号。棉花幼苗下胚轴经根农杆菌共培养、抗性愈伤组织筛选和胚性愈伤的诱导等阶段获得了胚状体；经ＥＬＩＳＡ检测选择Ｎｐｔ－Ⅱ阳性的克隆进行分化培养和植株再生；经ＥＬＩＳＡ再度检测，选择Ｎｐｔ－Ⅱ阳性的再生植株进一步培养。当生长至５—６片真叶时，将再生植株直接移栽到温室或进行嫁接。通过ＰＣＲ鉴定和ＰＣＲＳｏｕｔｈｅｒｎ杂交检测证明，修饰的ＣｐＴＩ基因已存在于再生植株的基因组内。抗虫测试结果表明，转化棉株对棉铃虫具有较强的抗性。

转基因抗虫水稻生态安全性研究进展

我国转基因抗虫水稻的商业化种植已成为国内外广泛关注的热点问题.本文系统综述了转基因抗虫水稻的遗传转化、基因漂流、靶标害虫的抗性风险、对非靶标生物和稻田节肢动物群落的影响以及B t杀虫蛋白在土壤中的残留等方面的研究进展.现有研究表明,B t水稻对二化螟、三化螟和稻纵卷叶螟等主要靶标害虫具有较高的抗性水平,对稻飞虱、叶蝉、捕食性天敌等非靶标生物的生长发育和稻田节肢动物群落的稳定性无明显影响.靶标害虫的抗性和转基因水稻与杂草稻、野生稻之间的基因漂移风险是转基因抗虫水稻商业化种植的主要环境安全问题.