pmi基因作为一种新型的安全选择标记基因的研究进展

pm i基因作为一种新型的安全选择标记基因在植物转基因研究中有着广阔的应用前景。本文从作用机理、基因来源、安全性评价、实际应用、发展前景和不足等方面对其进行了概述。

利用pmi标记基因筛选培育转EaDREB2B基因甘蔗

利用已构建的植物表达载体prd29a-dreb-hyg,通过酶切连接到含有磷酸甘露糖异构酶基因(pmi)的表达质粒pZMLR14上,构建植物表达载体pDREB-PMI。利用基因枪轰击转化甘蔗愈伤,经过甘露糖筛选,共获51株抗性苗,转化再生频率为4.25%。对转基因植株进行分子检测,结果表明有8株为阳性转基因无性系。氯酚红试验表明标记磷酸甘露糖异构酶基因在转基因株系中均有表达。对转基因T_1代甘蔗植株进行分子检测,结果表明EaDREB2B基因在转基因甘蔗无性系T_1代中稳定遗传。该结果为进一步研究EaDREB2B基因在甘蔗抗旱方面的作用奠定了基础。

PMI/甘露糖筛选体系在植物转基因中的应用

介绍了一种可在植物转基因中应用的新型筛选方法———磷酸甘露糖异构酶(PMI)法,与传统筛选体系不同,它以甘露糖为筛选剂对转化细胞进行正筛选。PMI能将甘露糖- 6 -磷酸转化成果糖- 6 -磷酸,使转化细胞以甘露糖为唯一或主要碳源而正常生长;非转化细胞由于不能利用甘露糖而停止生长。该筛选体系受基因型、培养基中其他糖和磷酸根离子浓度及培养条件等因素的影响。目前已应用于多种模式植物和经济作物的转基因筛选,在木本植物甜橙上也首获成功。其检测方法多样,除了常规转基因检测方法外,还可对酶活性进行检测,其中氯酚红法简单可靠,且无需昂贵试剂。安全评估结果表明PMI基因对人体健康和环境无害。PMI/甘露糖筛选体系有望成为植物转基因的又一有效筛选手段。

PMI基因作为选择标记的植物表达载体构建及转化白花丹参体系的建立

目的:构建含有大肠杆菌6-磷酸甘露糖异构酶(6-phosphomannose isomerase,PMI)基因并替换潮霉素抗性(hygromycin,hyg)基因的植物表达载体pCAMBIA1305-PMI,同时建立以PMI/甘露糖为筛选标记的白花丹参转基因体系。方法:首先从大肠杆菌Escherichia coli DH5α中克隆PMI基因,然后以PMI基因替换植物表达载体pCAMBIA1305中的hyg基因,构建了以PMI基因为选择标记基因的植物表达载体pCAMBIA1305-PMI,并用电击转化方法导入根癌农杆菌Agrobacterium tumefaciens LBA4404中,用叶片浸染法转化白花丹参。结果:在白花丹参MS+6-BA 1.5 mg·L-1+NAA 0.1 mg·L-1固体分化培养基中附加20 g·L-1甘露糖和10 g·L-1蔗糖为碳源的选择压力下,pCAMBIA1305-PMI的转化率为23.7%,对再生植株用PCR检测证实了PMI基因的导入。结论:建立了以PMI-甘露糖为选择系统的白花丹参转基因体系,可应用于后续目的基因的转化奠定了基础。

甘蔗转基因甘露糖筛选系统的建立

以甘露糖作为筛选底物,对甘蔗品种新台糖22号进行临界筛选浓度测定,获得愈伤组织的继代、分化、生根的临界筛选浓度。而后应用含有甘露糖筛选标记基因pmi及绿色荧光蛋白报告基因GFP的植物表达载体,通过农杆菌介导法对新台糖22号的愈伤组织进行遗传转化。用所测定的临界筛选浓度先后进行继代、分化、生根筛选培养,获得抗性植株。对获得的抗性植株分别进行pmi基因和GFP基因的PCR检测,以及GFP显微镜荧光检测,结果证实已成功建立了高效的甘蔗转基因甘露糖筛选系统。

基因枪介导的转Vp-1基因小麦的获得及检测

为了探究源于玉米的抗穗发芽基因Vp-1改良小麦(Triticum aestivum L.)抗穗发芽性状的可行性,以pmi及bar为筛选标记基因,通过基因枪介导法将Vp-1基因导入小麦栽培品种郑麦9023幼胚愈伤组织中,用甘露糖和双丙氨磷(Bialaphos)2种不同的筛选剂筛选得到抗性植株并对其进行PCR鉴定。结果显示,通过pmi/甘露糖筛选体系得到53株抗性植株,其中5株为转基因小麦植株,转化率为0.29%;通过bar/Bialaphos筛选体系得到152株抗性植株,其中11株为转基因小麦植株,转化率为0.78%。

磷酸甘露糖异构酶基因的克隆与表达载体的构建

根据genebank中公布的pmi基因序列通过PCR的方法从大肠杆菌中得到目的片断,并与pGM-T easy载体连接。将鉴定为阳性重组子中的目的基因进一步与植物表达载体pBI121的不同区域连接,成功构建了载体NPTII-pmi-121和pmi-121△NPTII。

水稻遗传转化甘露糖安全筛选体系的建立

根据genebank中公布的pmi基因序列设计引物,通过PCR扩增从大肠杆菌中分离出6-磷酸甘露糖异构酶基因。将该基因替换植物表达载体pCAMBIA1300中的潮霉素抗性基因hpt,构建了以pmi为选择标记基因的植物表达载体pPMI。对水稻进行了基因枪转化和农杆菌转化,研究了筛选培养基中甘露糖浓度对抗性愈伤组织频率的影响。部分抗性愈伤组织已获得再生植株,PCR检测初步证明外源基因已转入植物细胞。

甘露糖正向筛选体系的建立及在拟南芥遗传转化中的应用

为了研究甘露糖正向筛选体系在拟南芥转化中的有效性,本研究参照GenBank上公布的PMI基因序列,通过PCR从大肠杆菌克隆了6-磷酸甘露糖异构酶(6-phosphomannose isomerase,PMI)基因,替换植物表达载体pCAMBIA1301中的潮霉素磷酸转移酶(hygromycin phosphotransferase,HPT)基因,并将以CaMV35S和AmCBL1P两种启动子调控的沙冬青AmCBL1基因成功地构建到重组载体pPMI上,并导入根癌农杆菌E-HA105中,然后通过农杆菌花序浸染法转入拟南芥。将获得的阳性植株通过GUS组织化学法鉴定、氯酚红(chlorophenol red,CPR)法及PCR检测,证明PMI基因已经转入拟南芥中。在不使用抗生素和除草剂的情况下这种筛选体系为转基因拟南芥筛选提供了更加安全有效的方法,并且为以后AmCBL1基因的功能验证及植物抗逆性的改良奠定了基础。