转基因小黑杨对土壤微生物群落结构的影响

为评价转基因林木环境释放可能引起的生态风险，以及转基因林木在生产应用中的可行性和可靠性，以实验室种植的转Bt-蜘蛛神经毒肽重组基因的小黑杨为材料，对转基因与非转基因植株根际（通常为几毫米至几厘米）土壤细菌、放线菌、真菌数量和基因水平转移情况进行检测，结果表明：转基因小黑杨种植一段时间后其根系附近的微生物数量略高于非转基因小黑杨。利用卡那霉素选择培养基分离根系周围细菌菌落发现转基因植株周围的土样细菌中，KanR抗性细菌菌落数占总细菌菌落的比例在11．58％～13．00％之间，而非转基因植株根际周围和空白土壤细菌菌落数则在5．73％～6．40％之间，表明转基因小黑杨根系对土壤细菌的抗生素抗性产生一定的影响。利用转基因植株的目的基因和抗性基因设计引物，以土壤中细菌基因组DNA为模板进行PCR扩增，转基因植株种植7个月后，根际土壤细菌菌落中含有抗性基因的菌落数量明显增加。虽然在种植1个月的转基因植株根际土壤土样细菌中未检出目的基因，但在种植7个月后的土样中检验到了很少的目的基因阳性细菌，阳性细菌菌落比例为2％～5％，检测结果表明可能有极少数Bt-蜘蛛神经毒肽重组基因发生了水平转移。

转基因小黑杨根际土壤微生物群落特征研究

【目的】根际土壤细菌及真菌群落组成不仅受植物种类及植物生长时期等影响,外源基因的导入也可改变根际微生物群落组成。通过基因工程技术获得的转betA或转TaLEA基因小黑杨(populus simonii x p.nigra)能够提高甜菜碱或晚期胚胎富集蛋白的含量,进而增强转基因植物的抗旱耐盐性,PsnWRKY70是胁迫应答信号转导网络中的负调控因子,WRKY70干扰表达小黑杨的耐盐性显著高于对照株系。在明确了转betA、转TaLEA、转WRKY70小黑杨抗旱耐盐性的同时,开展转基因小黑杨根际土壤细菌、真菌群落组成分析,为其环境生态安全性评价提供参考。【方法】以2年生转TaLEA、betA、WRKY70基因小黑杨及对照野生型(WT)小黑杨根际土壤为试材,利用Illumina-Miseq高通量测序平台对根际土壤微生物进行16S rRNA和ITS测序分析,对根际土壤细菌和真菌群落丰富度和多样性变化、结构差异性、群落组成进行分析,了解转基因活动对小黑杨根际土壤微生物组成的影响。【结果】Alpha多样性分析显示,针对根际细菌群落组成,转betA小黑杨的Simpson指数显著低于WT小黑杨,而转WRKY70小黑杨观察物种数、Shannon及Simpson指数均显著低于WT小黑杨。针对根际真菌群落组成,3种转基因小黑杨的各项Alpha指数均显著低于WT小黑杨。韦恩图、主成分分析和聚类热图结果显示,在与WT小黑杨根际土壤细菌和真菌群落结构相似性上,转TaLEA小黑杨与WT小黑杨的群落差异较小,转betA小黑杨与转WRKY70小黑杨的群落组成更接近。基于属水平上的组成和丰度分析显示,转基因小黑杨根际土壤中,产黄杆菌属(Rhodanobacter)、芽单胞菌属(Gemmatimonas)等有益细菌相对丰度均有不同程度提高;而有益菌根真菌丝盖伞属(Inocybe)丰度在转TaLEA、转betA小黑杨中显著高于另外两个样品,小球孢盘菌属(Sphaerosporella)、粘滑菇属(Hebeloma)、蜡蘑属(Laccaria)丰度仅在转TaLEA小黑杨中显著提高;相反,亚隔孢壳属(Didymella)和背芽突霉属(Cadophora)等致病真菌丰度较WT小黑杨的降低85%以上。【结论】这些结果表明转基因活动可能利于植物生长并提升其抗逆性,但这些有益微生物是否发挥了重要作用并在实际环境中长期存在,仍需开展更多研究。

转betA基因的小黑杨花粉植株耐盐性分析

甘氨酸甜菜碱是植物细胞内一种重要的调渗物质,盐胁迫下,甘氨酸甜菜碱的积累可以保护细胞内蛋白质的结构和功能,降低细胞水势,从而增强植物自身的耐盐能力。从大肠杆菌中克隆的胆碱脱氢酶基因(betA)是甘氨酸甜菜碱合成的关键酶基因,该基因编码的胆碱脱氢酶(CDH)可将胆碱一步合成为甜菜碱。本实验室已将胆碱脱氢酶基因(betA)转入到小黑杨花粉植株基因组中,并最终获得了4个转基因株系。本研究以4个转betA基因株系(TB1、TB2、TB3、TB4)及非转基因对照为试材,在浓度为1.2%的NaCl盐胁迫下,测定其甜菜碱含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性和丙二醛(MDA)含量,并调查试材的盐害情况,计算盐害指数,目的是为了研究转基因株系的耐盐效果,从中筛选出耐盐能力较强的转基因株系。试验结果表明,4个转基因株系的甜菜碱含量均高于非转基因对照;在1.2%NaCl胁迫下TB1、TB2、TB4的超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性均高于非转基因对照,TB3低于对照;TB1、TB4的丙二醛含量低于对照,TB2、TB3与对照相近。进一步的盐害分析表明4个转基因株系中的TB1和TB4株系的盐害指数低于对照的42.1%和33.4%,TB2、TB3与对照无显著差异。综合各转基因株系的耐盐性及生理指标测定结果,4个转基因株系中,TB1、TB2的耐盐性明显优于对照,有希望用于盐碱地造林及推广。