转BtCry1Ac基因对107杨材性的非预期影响

为了探究外源BtCry1Ac基因对107杨材性性状产生的非预期影响,以转BtCry1Ac基因107杨2个株系(ECA1和ECA2)和野生型株系(WT)为材料,对其木材化学组分、物理和力学性质及纤维形态指标进行了定量测定。结果显示:BtCry1Ac基因的转入使107杨木材材性发生了非预期变化,具体表现为ECA1和ECA2的纤维素、灰分、苯醇抽出物及1%NaOH抽出物组分含量均显著低于WT(P<0.05);ECA1和ECA2的气干干缩性、全干干缩性显著低于WT(P<0.05),且ECA1和ECA2的气干密度、全干密度显著高于WT(P<0.05);ECA1和ECA2的冲击韧性、抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度均显著高于WT(P<0.05);ECA1和ECA2的纤维长度显著低于WT(P<0.05)。总体表现为转基因株系的木材有着更小的干缩性,更高的密度和强度,其材性发生了非预期性改变,研究结果为转基因杨树的推广与应用提供了参考。

转BtCry1Ac基因107杨生长分析

以4个7年生转BtCry1Ac基因107杨无性系及其未转基因对照为材料,对河北深州市、枣强县和盐山县3个地点营建的对比试验林进行调查,对其生长进行分析,探究外源基因的转入对其生长产生的影响。结果表明,转基因株系间平均树高、胸径、材积无显著差异,但均显著低于未转基因对照。转基因株系在不同试验林生长量表现不同,枣强试验林与盐山、深州试验林在生长量方面均存在显著差异,盐山试验林表现最好,枣强试验林平均树高、胸径、材积仅为盐山的86.5%、84.8%、65.1%。多点联合方差分析表明,株系与地点之间互作明显。转基因株系与对照树高、胸径、材积方面,在速生期、年平均最大生长量等时期较为相近,生长模式基本相同。

BtCry1Ac、BADH双价基因对烟草的遗传转化及表达检测

利用农杆菌介导法,将植物转化载体p209-BtCry1Ac-BADH转化烟草,获得了Kan筛选的完整再生植株。经PCR检测证明,4个株系中检测到BtCry1Ac和BADH基因。荧光定量PCR检测表明,检测到目的基因的株系中有3个株系的2个目的基因均在转录水平得到表达,且存在表达差异;有1个株系未检测到BADH基因的表达。ELISA毒蛋白检测表明,经荧光定量PCR筛选的3个株系均检测到毒蛋白的表达,含量最高为414.63ng/g。室内饲虫试验表明,3个转基因株系中只有2个株系对斜纹夜蛾幼虫表现出抗虫性,校正死亡率最高为38.2%,其余均未表现出明显抗虫性。选取2个株系进行组培苗耐盐试验,表明在不同NaCl浓度下,转基因株系与对照之间没有明显差异。研究中,有些系号经PCR检测说明BtCry1Ac和BADH基因已整合到植物基因组中,但荧光定量PCR和ELISA检测表明虽然基因整合到植物基因组中却未表达,有可能发生了基因沉默。

BtCry1Ac原毒素对杨扇舟蛾幼虫的毒力测定及幼虫对Bt毒素的细胞响应

为探究BtCry1Ac毒蛋白对杨扇舟蛾(Clostera anachoreta)中肠的作用及其机制,本研究通过BtCry1Ac原毒素对杨扇舟蛾幼虫进行胁迫,测定毒素对幼虫的LC50,并观察杨扇舟蛾中肠细胞的电镜结构。结果表明,幼虫取食Bt毒素2 h后,中肠微绒毛即出现断裂脱落情况;内质网肿胀排列不规则;线粒体变形;细胞核染色质发生固缩,随着胁迫时间的延长,中肠结构发生严重病变。研究还发现,其中肠细胞内观察到自噬体和吞噬体等结构,说明Bt的胁迫可能引起中肠细胞的自噬反应。

两种不同化学农药抗性背景小菜蛾对BtCry1Ac蛋白敏感度的比较

为在小菜蛾防治中合理使用化学杀虫剂和生物农药Bt,探究了小菜蛾对化学农药的抗药性与其对Bt杀虫蛋白Cry1Ac的敏感度之间的关系。采用浸叶法测定了2个抗性背景不同的小菜蛾种群对9种常用杀虫剂和Cry1Ac蛋白的敏感度,通过比较敏感度差异,初步探索了小菜蛾对化学农药的抗药性和其对Cry1Ac蛋白敏感度之间的关系。结果表明:采自广东博罗县田间的小菜蛾种群(GDBL)对除Cry1Ac之外的9种常用杀虫剂,均已产生了不同程度的抗药性;而北京室内小菜蛾种群(BJNK),虽然对高效氯氰菊酯、阿维菌素、茚虫威、多杀菌素、溴虫腈具有抗性,对Cry1Ac在内的其他5种杀虫剂仍比较敏感。可见,对多种不同类型的杀虫剂产生了不同程度抗性的两个小菜蛾种群,对Cry1Ac蛋白仍处于敏感状态。由于小菜蛾对化学杀虫剂的抗性机制与其对Cry1Ac的抗性机制不同,小菜蛾对化学杀虫剂的抗药性与其对Cry1Ac的抗药性之间不存在交互抗性。因此,在田间可以通过加强Bt杀虫剂的使用来提高对多种化学杀虫剂产生抗性的小菜蛾的防治效果。

农杆菌介导BtCry1Ac、NTHK1双价基因转化烟草植株的研究

为探讨多基因植物转化载体p096899中外源基因BtCry1Ac和NTHK1在转基因植株中的表达情况,通过根癌农杆菌介导的叶盘转化法转化野生烟草,经卡那霉素筛选,初步获得了10株转基因烟草植株。经PCR鉴定,证明目的基因已被整合到烟草基因组中。利用荧光定量PCR和ELISA分析目的基因在转录水平和翻译水平的表达量,并对转基因烟草株系进行了抗虫试验和耐盐性试验。结果表明,目的基因在转录水平和翻译水平分别得到表达,但表达量存在差异,其中2号转基因株系毒蛋白表达量最高,其含量达可溶性总蛋白的0.028 5%;饲虫试验中,部分转基因烟草株系对斜纹夜蛾的毒杀作用明显高于未转化烟草,其中2号转基因株系的抗虫性最高,饲喂第6天斜纹夜蛾幼虫死亡率达到75.56%,与Bt毒蛋白表达量相一致;在盐胁迫下,转基因烟草的叶片生长状况均好于对照(非转基因)烟草的生长。证明BtCry1Ac基因和NTHK1基因的转入在一定程度上提高了烟草的抗虫性和耐盐能力。

转BtCry1Ac欧洲黑杨的外源基因插入位点分析及特异性检测

【目的】分析转BtCry1Ac欧洲黑杨外源基因插入位点,从而进一步完善抗虫转基因杨树的背景信息,推进抗虫转基因杨树的安全评价及应用。【方法】以转BtCry1Ac欧洲黑杨株系n12、n222为试验材料,使用高效热不对称交错PCR法(hiTAIL-PCR)分离外源基因插入位点侧翼序列,比对毛果杨基因组序列确定插入位点。根据插入位点处的侧翼序列设计2对特异性PCR检测引物,建立转BtCry1Ac欧洲黑杨外源基因特异性PCR检测方法,并利用实时荧光定量PCR技术分析插入位点周边基因表达情况。【结果】PCR及半定量PCR结果表明,转基因欧洲黑杨株系的BtCry1Ac基因稳定表达。通过比对毛果杨基因组序列确定转基因杨n12 T-DNA插入基因组Chr15的10162773位点即Potri.015G076600第2个内含子,其碱基组成AT含量为65%;n222整合位点为基因组Chr01基因间隔区41596184位点,其碱基组成AT含量为69%。特异性PCR检测显示,n12能扩增出709 bp(转基因)和1159 bp(非转基因)特异性条带,n222及其与丹红杨杂交子代能扩增出1265 bp(转基因)和1827 bp(非转基因)特异性条带,而对照仅能扩增非转基因特异性片段。n12 T-DNA插入造成插入位点的丝氨酸蛋白激酶(SPK)Potri.015G076600基因表达量上调4.3倍,而附近的共济失调毛细血管扩张症突变蛋白(ATM)Potri.015G076700表达量下调20倍,从而可能调节杨树生长速度。n222插入位点上下游基因异黄酮-7-O-β-葡萄糖苷6″-O-丙二酰转移酶(IBG)Potri.001G395700和光敏色素互作因子解旋酶(PIF)Potri.001G395800表达量均上调。【结论】转BtCry1Ac欧洲黑杨T-DNA偏好插入富含AT区域,同时T-DNA载体边界序列缺失,并引起插入位点附近基因表达量变化。建立转BtCry1Ac欧洲黑杨特异性检测方法,为转BtCry1Ac欧洲黑杨的管理与监测提供参考。

丹红杨×转BtCry1Ac欧洲黑杨杂交子代抗虫性及生长量测定

杨树是重要的速生丰产用材树种,其高产无性系人工林已经获得大规模营造。随着人工林集约化经营,舞毒蛾、杨尺蠖和天牛等高危森林害虫蔓延肆虐,造成巨大的经济和生态效益损失。因此,培育抗虫速生杨树已经成为亟待解决的问题。本研究以美洲黑杨速生良种丹红杨为母本、转Bt Cry1Ac基因欧洲黑杨为父本,利用人工控制授粉杂交手段获取的17株PCR检测呈阳性杂交子代为材料,进行舞毒蛾饲虫试验以及连续4年田间生长量测定。饲虫试验表明,相比于丹红杨和未转基因的欧洲黑杨,杂交子代的抗虫性明显提高,其中系号B3-8、B3-44、B3-45和B3-100的抗虫性最为显著,舞毒蛾死亡率高于90%。田间生长量测定显示,杂交子代系号B3-44、B3-102、B3-132和B3-153在树高和地径上表现出一定优势。研究证实了通过传统的杂交育种手段可将目的 Bt Cry1Ac基因导入优良品种中,并筛选出兼具抗虫和速生特性的杂交子代B3-44,为杨树生产应用以及种质创新提供理想的杨树资源。

烟草BtCry1Ac基因叶绿体转化载体的构建与验证

叶绿体是外源基因表达的理想场所。为了探究植物叶绿体转化技术,本研究成功构建了BtCry1Ac基因的烟草叶绿体转化载体,其中以aad A基因作为筛选标记,叶绿体基因组同源片段选用rbcL基因与acc D基因。采用基因枪轰击法进行叶绿体转化,以壮观霉素300 mg/L作为初筛浓度,并逐步提高筛选压力,经过3轮筛选后,通过PCR检测,有6个株系检测到了外源Bt基因;同时进行的毒蛋白测定中,有5个株系可检测到Bt毒蛋白,但表达量普遍偏低,T-4的毒蛋白含量最高,为19.32 ng/mL,说明烟草叶绿体基因组中还有大量拷贝没有完全同质化。通过对烟草叶绿体载体构建及转化技术的摸索,将为未来开展其它植物的叶绿体转化研究提供参考。

粉纹夜蛾细胞中Bt Cry1Ac选择抗性的研究及离体品系与毒素结合的比较

采用BtCry1Ac活性毒素对粉纹夜蛾BTI Tn 5B1细胞进行 5 6代筛选后获得了抗性比为 1 2 80倍的抗性细胞。ELISA检测表明抗性细胞总蛋白和膜蛋白结合的Cry1Ac数量都少于敏感细胞。配体结合Western杂交实验显示 :抗性细胞和敏感细胞的膜蛋白与总蛋白都有 5条电泳迁移率相同的毒素结合多肽带 ,其分子量分别为 2 0 7,1 5 8 5 ,1 1 8 8,72 ,3 8 5kD ;抗性细胞的 1 1 8 8和 72kD的阳性带比敏感细胞的略弱 。

用人工合成多肽作为半抗原制备Bt Cry1Ac的单克隆抗体

为了制备Bt Cry1Ac特异性单克隆抗体(MAB),本试验从NCBI获得了Bt Cry1Ac蛋白的氨基酸序列,根据抗原性、亲水性和表位性分析选定Bt Cry1Ac特异性肽段进行人工合成,并将其偶联于匙孔血蓝蛋白(KLH)免疫动物,应用细胞融合技术制备了抗该肽段的杂交瘤细胞34株。通过ELISA和免疫印迹试验从中筛选出与Bt Cry1Ac天然蛋白产生特异性反应的单克隆抗体杂交瘤细胞株一株(6G9)。ELISA和免疫印迹试验结果显示,该克隆株所分泌的MAB能对合成肽和Bt Cry1Ac产生特异性反应,而与同源的Bt Cry1Aa、Bt Cry1Ab天然蛋白均无交叉反应。通过对转基因棉花的ELISA检测结果表明,本试验所制备的Bt Cry1Ac单克隆抗体能够有效的区分常规棉和抗虫棉,并且能对其中的Bt Cry1Ac蛋白进行特异性的识别。

转Bt基因107杨根系分布特征

以2个转BtCry1Ac基因107杨株系及其未转基因对照为材料,研究转Bt基因107杨的根系分布特征。结果表明:1)垂直方向上,2个转基因株系与CK的总根系及各径级根长密度、表面积密度、体积密度以及生物量密度上均随土层深度的增加而显著降低,在0~30 cm土层中,根长密度、根表面积密度、根体积密度及生物量密度均达到最大值,且显著高于其他土层;2)水平方向0~150 cm, 2个转基因株系与CK的总根表面积密度、总生物量密度随着距树干水平距离的增加呈现出先减小后增大的趋势;不同径级根系表面积密度、根长密度在距树干0~30 cm处达到最大值;3)2个转基因株系总根长密度、根表面积密度、根体积密度和生物量密度均小于对照,对照与转基因株系存在显著性差异,而2个转基因株系间无显著性差异;4)3个株系在根系分布中均以细根为主,且转基因株系细根径级的根长密度、根表面积密度表现为对照大于转基因株系且存在显著性差异,对照和转基因株系中根与粗根根长密度、根表面积密度无显著性差异。