转cry1C基因抗虫水稻吉生粳3号外源基因整合分析与品系特异性检测

利用染色体步移方法分离获得转cry1C基因抗虫水稻吉生粳3号外源基因旁侧序列及其水稻基因组中的插入位点,并建立了吉生粳3号品系特异性PCR检测方法。通过对吉生粳3号外源基因左、右边界旁侧序列分别与水稻基因组序列和T-DNA序列的比对分析确定其插入位点,发现T-DNA在水稻基因组(日本晴)2号染色体上的基因间区2790685-2790589位点(GenBank登记号:NC_029257.1)。根据T-DNA插入位点,在插入位点两侧基因组区域和T-DNA左边界设计特异性引物,建立了吉生粳3号事件特异性PCR检测方法,为吉生粳3号的身份识别提供了准确、快速的检测技术手段。

转cry1 Ab基因水稻中毒蛋白的表达、分泌及其在土壤中的残留

研究了转cry1Ab基因水稻 (克螟稻 )中Cry1Ab毒蛋白的表达、根系分泌及其在土壤中的残留规律 .结果表明 ,分蘖始期至成熟期 ,克螟稻地上部和根部中的Cry1Ab毒蛋白的表达量 (FW)分别为 3 2 3～ 8 2 2 μg/ g和 0 6 8～ 0 89μg/g .生育期间克螟稻根系分泌的Cry1Ab毒蛋白含量仅为 1 6 6～ 4 8 0 2ng/ (株·d) .试验证实 ,克螟稻根际土中的Cry1Ab毒蛋白残留含量低于检测限 (<0 5ng/ g干燥土 ) .生物测定还表明 ,克螟稻根际土及其提取液对棉铃虫初孵幼虫和 3龄幼虫不产生致死性效应 .相对于Cry1Ab毒蛋白的根系分泌转移 。

转sck+cry1Ac基因水稻对二化螟及二化螟绒茧蜂存活和生长发育的影响

在实验室研究了转sck+cry1Ac基因水稻(MSB)对二化螟Chilosuppressalis(Walker)生长、存活以及经寄主对二化螟绒茧蜂Apanteleschilonis(Munakata)生物学特性的影响。连续取食转sck+cry1Ac基因水稻的二化螟,体重下降、死亡率上升,从第2天开始,其体重显著低于取食明恢86的对照组;从第6天开始,死亡率极显著高于对照组。二化螟取食MSB36h后移至对照水稻上继续取食3、6、9、12天后,死亡率与对照差异都不显著;但体重均低于对照,其中第3天的体重差异达显著水平。二化螟绒茧蜂分别以取食MSB一定时间的3、4、5龄二化螟幼虫为寄主时,寄生率均低于以对照组,其中对4龄幼虫的寄生率差异显著;结茧率与对照差异均不显著;寄生在取食MSB的5龄二化螟幼虫体内的蜂、蛹期显著长于对照,而所结茧的茧长显著短于对照;但卵-幼虫历期、每茧块茧数、羽化率、雌性率、成蜂寿命和前翅长与对照无显著差异。结果表明转sck+cry1Ac基因水稻不仅对二化螟生长和存活有显著影响,而且可经寄主二化螟影响到二化螟绒茧蜂的一些生物学特性。

转Cry1C*基因抗虫水稻的培育

水稻害虫是影响吉林省水稻产量的主要限制因素,为培育抗虫转基因水稻新品种,本研究采用农杆菌介导的遗传转化法,将人工合成的Cry1C*基因导入吉林省主栽粳稻品种吉粳88和吉利518中,共获得410个独立转化株。通过对转基因植株PCR检测,阳性率为67.2%;ELISA检测结果表明:不同株系Bt毒蛋白含量变化较大,变幅为0.40～4.86μg/g鲜叶重;田间抗性鉴定结果表明:2个株系表现高度抗性,且农艺性状与原品种没有显著差异。这两个高抗转基因水稻株系的获得,为进一步培育适宜于吉林省抗虫转基因新品种奠定了基础。

转Btcry1Ab基因水稻对稻田弹尾虫种群数量的影响

以转Btcry1Ab基因水稻克螟稻1号(KMD1)和克螟稻2号(KMD2)及其亲本非转基因水稻秀水11(XS11)为材料,于2003年9月和翌春4月,调查了KMD1和KMD2对水稻灌浆期和收割后休田期稻田土表落叶层中弹尾虫种群数量的影响.结果表明,KMD植株表达的cry1Ab杀虫蛋白可在稻田环境中残留160d以上;在水稻灌浆期采用吸虫器法在稻田落叶层中采集到灰橄榄长角跳虫(Entomobrya griseoolivata)和钩圆跳虫(Bourletiella christianseni)等2种弹尾虫,其中灰橄榄长角跳虫在KMD1和KMD2稻田中的种群密度显著高于XS11稻田;在水稻收割后休田期采用网袋法采集到灰橄榄长角跳虫、钩圆跳虫、球角跳虫(Hypogastrura matura)和等节跳虫(Isotoma monochaeta)等4种弹尾虫,其中转Bt基因水稻稻田中的灰橄榄长角跳虫和球角跳虫的种群密度显著高于XS11稻田,且其植株组织残体生物量损失率显著高于XS11.

泥鳅生长及抗氧化-解毒酶系统对水体中转Cry1Ab/Ac基因水稻残遗物的响应

在泥鳅养殖水体中添加稻秆粉模拟水稻残遗物生境,研究了泥鳅生长和肝胰脏抗氧化酶(SOD、CAT)与解毒酶(GST)活性对转Cry1Ab/Ac基因水稻‘华恢1号’(HH1)的响应。设计以HH1稻秆粉10 mg·L?1、50 mg·L?1、100 mg·L?1和200 mg·L?1 4个梯度浓度处理泥鳅为试验组,以非转Bt基因水稻‘明恢63’(MH63)稻秆粉处理组为阴性对照,不加稻秆粉的基础饲养组为空白对照。结果显示:在4种稻秆粉浓度下,HH1组与MH63对照组泥鳅的特定生长率、肥满度、内脏系数及SOD、CAT和GST酶活性均无显著差异(P>0.05);与空白对照比较,稻秆粉浓度升高对泥鳅生长的抑制逐渐增强,当浓度达到200 mg·L?1时,HH1组和MH63对照组泥鳅的特定生长率、内脏系数与CAT活性降低。研究结果表明,水体中低含量的转融合基因Cry1Ab/Ac水稻HH1稻秆粉对泥鳅的生长与生理酶活性没有明显影响,高浓度HH1和MH63稻秆粉均使泥鳅的生长和生理酶活性显著降低,这可能与养殖水体中浓度较高的悬浮稻秆粉妨碍了泥鳅的呼吸和滤食,及稻秆粉的分解降低了水体p H和溶氧量有关。

转cry1Ac/cpti基因水稻对土壤酶活性和养分有效性的影响

【背景】转基因作物可能通过根系分泌物和植株残体组成的改变对土壤酶活性和养分转化产生影响,转基因作物对土壤质量的影响是其环境安全性评价的重要方面。【方法】本研究通过田间定位试验分析了连续3a种植2种转cry1Ac/cpti双价抗虫基因水稻后,土壤酶活性和养分有效性等土壤质量性状的变化。【结果】在水稻各生育期内,除齐穗期转基因稻科丰8号(GM1)田的土壤酸性磷酸酶活性显著(P<0.05)高于其受体非转基因稻明恢86(CK1)外,转基因稻GM1、GM2(Ⅱ优科丰8号)的土壤酸性磷酸酶、碱性磷酸酶和脲酶活性与对应非转基因稻CK1、CK2(Ⅱ优明恢86)间均无显著差异。同时,在水稻生长过程中,土壤pH、有机质、有效氮、有效磷和速效钾等土壤理化指标在GM1和CK1或GM2和CK2间也均无显著差异。【结论与意义】连续3a种植转cry1Ac/cpti双价抗虫基因水稻并未改变稻田土壤中主要营养元素的有效性及其相关土壤酶活性,即短期内种植转cry1Ac/cpti双价抗虫基因水稻不会影响土壤酶活性和养分状况。该结果为进一步评价转基因水稻的生态风险提供了一定的依据。

转cry1 Ab基因水稻对二化螟幼虫血细胞的影响

研究了转cry1 Ab基因水稻“克螟稻1号”对二化螟Chilosuppressalis幼虫细胞免疫系统的影响。结果表明,转cry1 Ab基因水稻对二化螟幼虫的血细胞影响明显,取食转cry1 Ab基因水稻后,二化螟幼虫各类血细胞都明显低于取食非转基因水稻“秀水11”的对照组(原血细胞和囊血细胞在取食初期例外),随取食时间延长,各类血细胞数量及血细胞总数均呈递减的趋势。从各类血细胞所占血细胞总数的百分比来看,原血细胞在取食36h后锐减,而浆血细胞和粒血细胞则比例增加,其余珠血细胞、囊血细胞的变化不明显。另外,血细胞还出现空泡化、肿胀等病态变化,致使血细胞快速破裂。由此推测转cry1 Ab基因水稻自身表达的毒蛋白能严重干扰靶标昆虫二化螟幼虫的细胞免疫系统。

转cry1 Ac/cpti基因水稻对土壤氨氧化细菌群落组成和丰度的影响

【背景】氨氧化细菌是驱动硝化作用的关键微生物,其群落多样性变化对土壤氮素转化具有重要意义。转基因作物可能通过根系分泌物和植株残体组成的改变对土壤微生物群落产生影响。【方法】本研究通过田间定位试验,利用特异引物进行PCR-DGGE(聚合酶链反应—变性梯度凝胶电泳)和荧光定量PCR,分析了种植转cry1 Ac/cpti双价抗虫基因水稻第3、4年土壤中氨氧化细菌群落组成和丰度的变化。【结果】水稻各生育期(分蘖期、齐穗期和成熟期)内,转cry1 Ac/cpti基因杂交稻Ⅱ优科丰8号(GM)的土壤氨氧化细菌16S rRNA基因群落组成、多样性指数与其对应的非转基因杂交稻Ⅱ优明恢86(CK)间均没有显著差异;以DGGE条带为基础的氨氧化细菌群落组成的冗余分析(RDA)显示,GM和CK的土壤氨氧化细菌群落组成只与水稻生育期存在显著相关性(P=0.002和0.018);同时,水稻各生育期内土壤氨氧化细菌16S rRNA基因丰度在GM和CK间也没有显著差异,但均随水稻生长而变化且在齐穗期达到最高(P<0.05)。【结论与意义】稻田土壤氨氧化细菌的群落组成与丰度在水稻不同生育期存在差异,但在转cry1 Ac/cpti基因水稻和非转基因水稻间没有显著差异,即一定时期内种植转cry1 Ac/cpti抗虫基因水稻不会影响土壤氨氧化细菌的群落组成和丰度。

转融合基因Cry1Ab/Ac水稻稻杆对泥鳅蛋白水解酶和乙酰胆碱酯酶活性的影响

为探索转Bt抗虫水稻对泥鳅的毒性作用,采用水体中添加不同浓度(10、50、100、200 mg/L)的转融合基因Cry1Ab/Ac水稻华恢1号(HH1)稻杆粉饲养泥鳅,非转基因亲本明恢63(MH63)作对照,不加稻杆粉为空白对照,分析了对泥鳅蛋白水解酶、乙酰胆碱酯酶(AChE)的影响。研究发现:经4个浓度处理后,泥鳅的胃蛋白水解酶、肠蛋白水解酶和脑AChE、肝脏AChE、肌肉AChE与对照组泥鳅相比均无显著差异(n=3,P>0.05)。高浓度(200 mg/L)HH1、MH63组泥鳅胃蛋白水解酶与空白对照相比均显著降低(n=3,P<0.05);低浓度(10 mg/L)HH1组泥鳅肝脏AChE与空白对照差异显著(n=3,P<0.05);不同浓度HH1、MH63稻杆粉对泥鳅的肠蛋白水解酶、脑AChE和肌肉AChE均无显著影响(n=3,P>0.05)。结果表明:HH1水稻稻杆粉对泥鳅的消化道蛋白酶和乙酰胆碱酯酶没有影响,而水体中高剂量的HH1或MH63稻杆粉均会降低泥鳅胃的消化能力。

转Cry1Ab基因水稻种质杂交后代的标记辅助选择及抗虫性评价

以转Cry1Ab基因的水稻株系TS-9(后命名为克螟稻)为种质, 与优良亲本杂交, 在分离世代,通过与目标基因紧密连锁的潮霉素抗性作为筛选标记,结合田间农艺性状选择, 获得目标基因位点纯合的新品系。Cry1Ab蛋白含量检测结果表明大多数新品系携带的靶基因在经杂交重组、自交纯合后保留了原亲本高效表达的特性。抗虫鉴定结果表明,对二化螟(Chilosuppressalis)、稻纵卷叶螟等(Cnaphalocrocismedinalis)鳞翅目害虫表现高抗性能,同时,在株高、生育期、产量构成因子等重要农艺性状上也有显著改良。从而,对转基因水稻种质的育种利用途径和选择方法作了有益探索。

转cry1Ac基因抗虫水稻环介导等温扩增检测方法的建立及应用

为了方便快速地检测转cry1Ac基因抗虫水稻的转基因成分,本研究以转cry1Ac基因水稻‘华恢1号’为主要研究对象,根据环介导等温扩增技术的原理,针对人工改造的cry1Ac晶体蛋白毒素基因的6个区段设计4条特异性引物,在65℃条件下,利用链置换DNA聚合酶等温扩增1h,分别通过荧光显色和凝胶电泳完成对转基因作物的检测工作,同时对2种转基因作物和5种非转基因作物进行LAMP检测以检验该方法的特异性。结果表明,该LAMP方法能有效地检测含有cry1Ac的转基因作物,检测结果与常规PCR方法结果一致,灵敏度是PCR方法的10倍,达到0.01%,并且具有高特异性,表明该检测方法适合转cry1Ac基因抗虫作物的快速检测。

贫瘠营养条件下转cry1Ab/c基因水稻的生态适合度

以抗虫转cry1 Ab/c基因水稻华恢1号(Bt水稻)及其非转基因亲本明恢63(CK水稻)为研究材料,在模拟贫瘠营养条件下(不施肥、无靶标虫压)初步评估了转cry1 Ab/c抗虫基因水稻的生态适合度效应。结果表明:贫瘠条件下Bt水稻cry1 Ab/c基因的基本表达规律与大田条件下相似,但是Bt蛋白表达量更低。与亲本明恢63相比,Bt水稻在主要生长发育期的株高、叶绿素含量、叶形和根系等指标方面呈现出显著的生态适合度利益,Bt水稻实粒数、谷粒数、实粒重和千粒重这些重要繁殖指标也较亲本水稻显示出明显的生态适合度正效应,表明其种群在自然界中的生存能力和延续能力可能超越CK水稻,从而产生环境风险。

转基因水稻T1C-1 Bt Cry1C基因的克隆、表达、纯化和实质等同性研究

将质粒p ET30a（＋）-Cry1C转入大肠杆菌进行表达,对其表达条件进行了优化,并评价了蛋白的表达和纯化效果。结果显示：最佳诱导时间、IPTG的终浓度和诱导温度分别为5h、0.6 mmol/L和25℃。大多数的靶蛋白以包涵体形式表达,通过纯化和复性,最终获得高纯度有活性的靶蛋白。通过SDS-PAGE Western Blot、糖蛋白测定、LC MS/MS鉴定和杀虫试验表明：大肠杆菌中表达的Cry1C蛋白和转基因水稻的Cry1C蛋白具有实质等同性。

模拟干旱胁迫对转C_4双基因水稻幼苗光合功能及部分抗氧化酶活性的影响

为了探究转玉米C4双基因水稻抗旱性,以野生型恢复系水稻R299及其转PEPC&PPDK基因水稻恢复系纯合品种R2P为材料,木村B营养液培养至3叶1心。对两种水稻在20%浓度(质量体积比)PEG6000(聚乙二醇)模拟干旱条件下光合及相关生理生化指标的变化进行了比较。结果表明:在正常木村B营养液水培条件下,转基因株系R2P的叶绿体超微结构、光合及其相关生理指标与R299相比,未见明显差异;但在20%PEG6000模拟干旱条件下,两种水稻之间显示出了明显的变化,表现为R2P的光合速率、C4光合酶活性、SOD(超氧化物歧化酶)活性、Pro(游离脯氨酸)含量均显著高于R299,叶绿体超微结构较R299稳定,而MDA(丙二醛)含量、O2·-(超氧阴离子)产生速率显著低于R299。说明转C4双基因水稻抗旱性增强,光合及抗氧化系统在PEG6000模拟干旱条件下能保持相对较高的稳定性。

水稻叶色白化转绿及多分蘖矮秆突变体hfa-1的基因表达谱分析

hfa-1的白化转绿、多分蘖矮秆表型受单隐性核基因hw-1(t)控制。该基因编码含线粒体交替氧化酶AOX结构的叶绿体蛋白,通过参与叶绿体呼吸电子传递链,对类胡萝卜素生物合成途经及其次生代谢途径进行调控。本研究对hfa-1突变体叶色白化转绿过程中的类胡萝卜素生物合成途径、与该途径有关的植物激素代谢途径的相关基因进行表达分析,并分析了hfa-1突变体在白化、转绿2个时期的基因表达谱。结果表明,类胡萝卜素、植物激素(GA、ABA和SL)生物合成相关基因在hfa-1突变体白化期叶片中表达量减低,暗示hw-1(t)基因的突变抑制了苗期类胡萝卜素合成,同时还对涉及该过程相关多个次生代谢途径产生影响。通过基因表达谱芯片和功能分类分析,发现hfa-1叶色白化转绿过程中上调和下调表达基因涉及的生理过程主要在光合作用、应对内源刺激物和胁迫响应等方面;其中电子传递体Cytb6/f复合蛋白合成相关基因上调表达明显,推测Cytb6/f蛋白复合体在电子传递和质醌库还原氧化上对hw-1(t)起一定的补偿功能。

高表达转 C4型 PEPC 基因水稻在低氮下诱导碳氮酶稳定光合作用

为揭示高表达转玉米C4-PEPC基因水稻在低氮条件下的光合表现,采用高表达转玉米C4-PEPC基因水稻(PC)与原种Kitaake(WT)为试验材料,通过盆栽试验,分别测定不同的氮素条件下(中氮300 kg/hm2,低氮65 kg/hm2),开花后不同天数的SPAD值,光合参数以及碳氮关键酶活性。并在开花后50 d收获植株,记录产量因子。结果表明:低氮处理下的PC相对于WT来说,在开花后14,28 d,其净光合速率分别提高了13.10%(P<0.05)和29.29%(P<0.05)。同时,Rubisco羧化酶在开花后14,28 d时活性分别提高了67.86%和52.63%(P<0.05);硝酸还原酶在14,28 d时的活性分别提高79.49%(P<0.05)和17.96%;谷氨酰胺合成酶仅在开花后28 d时活性提高28.48%(P<0.05)。但是通过对产量进行分析,在低氮条件下,并未发现PC的产量与WT有明显差异。可见,PC通过诱导碳氮的关键酶活性的提高维持低氮条件下高净光合速率。

铝胁迫对转C4磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因水稻光合作用和活性氧代谢的影响

以转C4 Ppc基因水稻为材料,利用叶绿素荧光技术和酶学手段,调查铝胁迫对转C4 Ppc基因水稻光合作用和活性氧代谢的影响。结果表明,在铝胁迫条件下,转C4 Ppc基因水稻的叶绿素含量、光合速率、叶绿素荧光参数Fv/Fm、φPSⅡ、qP和qN下降幅度显著小于野生型。可见在铝胁迫的条件下,转C4 Ppc基因水稻仍表现出较高的光合效率。铝处理导致水稻活性氧含量的增加,但由于转C4 Ppc基因水稻活性氧清除酶SOD、POD和CAT含量显著高于野生型,表现出较低的膜脂过氧化。上述结果表明,C4 Ppc基因的导入显著提高了水稻的耐铝特性。

转苏云金杆菌杀虫晶体蛋白基因抗虫水稻的GUS和PCR辅助选择

报道了转基因抗虫水稻克螟稻 1号 (Ts 9)与非转基因恢复系川恢 94 9、H97810 17及保持系 2 12B等杂交F3 代的GUS和PCR检测。GUS检测的结果 ,Ts 9与非转基因川恢 94 9、H97810 17杂交F3 代有较多的GUS阳性植株。GUS阴性植株与阳性植株的分离比约为 2∶1。用设计合成的一对引物进行PCR扩增的结果 ,大部分GUS检测呈阳性的植株及一个保持系 2 12B与Ts 9杂交F3 代植株获得了大小约 12 0 0bp的PCR产物 ,即cryIA (b)基因片段。试验结果表明PCR是比GUS叶片染色法更为灵敏、准确、方便的检测方法。

干旱条件下DCMU对高表达转C4-pepc水稻的花青素合成基因及其相关信号的影响

为了揭示高表达转玉米C4-磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC,EC 4.1.1.31)基因水稻(PC)在耐旱中光合与花青素调节途径的内在联系,本研究以PC和未转基因野生型原种(WT)的水培苗为试验材料,在4~5叶期,通过50μmol·L-1光合抑制剂DCMU[3-(3’,4’-dich-lorophenyl)-1,1-dimethyl-urea]预处理1 h,观察其在12%PEG-6000模拟干旱处理下的表现。结果表明,在模拟干旱条件下,DCMU预处理使两种供试材料相对含水量显著下降,且PC相对含量显著高于WT;干旱处理下,两种材料的花青素含量显著升高,DCMU和干旱处理使两种材料的花青素含量下调,且PC水稻中始终伴随着较高的花青素含量。光合数据表明,与单独12%PEG-6000处理相比,DCMU联合12%PEG-6000处理显著抑制了两种水稻材料的净光合速率、气孔导度、胞间CO2含量及羧化效率,但PC的各指标显著高于WT。同时,DCMU联合12%PEG-6000处理显著下调两种供试材料的内源蔗糖含量,但PC中蔗糖含量显著高于WT。进一步研究发现PC中更高的蔗糖含量与花青素合成有关转录因子b HLH(Os B1,Os B2)、R2R3-MYB(Os C1)、COP1(constitutively photomorphogenic 1)、HY5(elongated hypocotyl 5)更高的转录水平同步,下游花青素合成相关基因Os PAL、Os CHI、Os CHS、Os F3H、Os F3’H、Os DFR、Os ANS的表达量增加。PC水稻可能通过诱导NO和Ca2(10)感受干旱信号,参与转录因子的调节,进而参与花青素合成基因的调控,合成较多的花青素,增强PC水稻对干旱逆境的响应,增强保水能力,最终表现耐旱。