利用大豆潜力实现可持续农业发展和粮食安全

大豆是牲畜饲料的重要来源,然而气候环境变化对大豆产量、品质和安全影响严重,因此迫切需要培育适应气候变化负面影响的大豆新品种。现代生物技术的发展促进数量性状位点的基因挖掘,通过转基因的方式辅助育种进而培育高产量和高品质的大豆品种。此外,转基因技术还可以用来操纵植物的遗传组成,提高饲料的消化率,从而提高动物的性能。对大豆在提供优质饲料方面的遗传潜力进行了评价。同时探讨了气候变化对饲料质量的影响,并讨论了在增强植物对非生物胁迫条件的适应方面所做的努力。

转基因技术对提高大豆油脂和油酸含量的作用

植物油脂在人们的日常生活中有着举足轻重的地位,大豆(Glycine max L. Merrill)是我国最重要的油料作物和饲料作物之一,也是人类植物性蛋白和油脂的重要来源。大豆中油脂和油酸的含量均为20%左右。利用生物工程技术手段,对调控脂肪酸合成和积累的关键基因进行编辑和改良,能够提高大豆种子中油分含量或者改善脂肪酸组成,不仅能够加快优质高油、高油酸大豆育种进程,在人类健康方面也具有重要的意义,而且为大豆油成为新能源的发展提供可能。

转盾壳霉Cmoxdc1基因增强大豆对菌核病抗性的研究

草酸被认为是核盘菌的主要致病因子,在病原菌的侵染过程中发挥着重要作用,并与核盘菌的致病力密切相关,为研究转盾壳霉草酸脱酸酶基因Cmoxdc1对大豆菌核病抗性的促进作用,本研究利用农杆菌介导转化法,将来源于核盘菌生防菌盾壳霉(Coniothyrium minitans)的Cmoxdc1基因导入大豆感病品种Jack,研究转Cmoxdc1基因大豆对草酸耐受性和菌核病抗性。结果表明:外源基因以低拷贝形式(1~2个)整合至大豆基因组,并能够完成转录。对离体叶片进行60 mmol·L^-1草酸处理后,转基因植株叶片病斑面积显著低于对照受体品种,接种7 d后病斑面积较受体对照减少88.80%~89.98%。离体叶柄和叶片接种核盘菌后,转基因大豆病斑扩展受到明显抑制,病斑长度和病斑面积均显著低于对照受体。接种4 h后,叶柄病斑长度为对照品种的41.38%~43.51%;接种7 d后,叶片病斑面积为对照品种的8.68%~27.01%;并且,接种核盘菌后转基因叶片中的草酸含量也较对照品种显著降低。研究结果表明盾壳霉Cmoxdc1表达显著增强转基因大豆对草酸的耐受性和对菌核病的抗性。

植物对盐碱胁迫响应机制的研究进展

土壤盐碱化是限制植物生长发育和阻碍农业生产力的重要非生物胁迫之一。本文从离子毒害、渗透胁迫、活性氧胁迫和高pH胁迫4个方面综述了盐碱胁迫对植物的危害。为了应对盐碱胁迫,植物进化出一系列的调控机制以缓解胁迫危害。从渗透调节物质的合成、离子的吸收转运调节、活性氧清除机制和外源物质调节方面梳理了植物耐盐碱的生理机制;从植物盐碱胁迫的信号转导途径、耐盐碱相关基因的表达和转录因子调控方面概述了植物耐盐碱的分子机制。对利用多组学分析更全面进行植物耐盐碱机制研究做出展望。

抗虫转基因水稻研究概况及其安全性

抗虫转基因水稻作为新时代基因工程的产物,为解决水稻虫害、滥用杀虫剂提高水稻产量等问题做出了重大贡献。Bt杀虫蛋白对害虫具有高度特异性,因此抗虫转基因水稻不会对人类造成危害。大量研究数据表明,与普通水稻相比,抗虫转基因水稻在水稻固有性状、非靶标害虫及其天敌影响、基因漂移风险、土壤酶活性等多方面均无显著影响。

基于iTRAQ技术的干旱胁迫下玉米苗期蛋白质组学研究

采用同位素标记相对定量(iTRAQ)技术,对干旱胁迫条件下苗期玉米的蛋白质组学变化进行分析。结果表明,共检测到玉米幼苗中的207个蛋白在干旱胁迫后发生了显著的丰度变化。根据蛋白注释情况可将这些蛋白归入信号传导、渗透调节、蛋白合成与折叠、ROS清除、膜运输、转录相关、细胞结构与细胞周期、脂肪酸代谢、碳水化合物与能量代谢、光合作用与光呼吸等代谢途径。干旱胁迫后,涉及光反应和呼气作用的差异蛋白多表现为丰度上升;涉及碳水化合物及蛋白质合成差异蛋白多表现为丰度下降;与渗透调节相关的脱水蛋白、脯氨酸代谢和渗透胁迫相关的蛋白酶则显示为丰度上升。干旱胁迫还能导致植物体内活性氧大量产生,活性氧清除相关的酶类也会发生明显的丰度上升。根据研究结果推测,玉米苗期主要通过降低植株生长速率、减少水分散失、清除自由基等多种方式维持其在干旱胁迫条件下的生长发育过程。

基于重测序鉴定耐盐转基因大豆事件外源T-DNA整合位点及特异性检测

[目的]转基因大豆事件L8014是本研究前期利用农杆菌介导的大豆子叶节高效遗传转化技术体系,将来源于山菠菜的基因BADH导入大豆(Glycine max)‘Williams 82’而获得具有良好耐盐(1.5%NaCl)性状的转基因大豆(该材料已经完成环境释放试验)。T-DNA插入位点侧翼序列的获得与分析对于转基因事件的安全评价及应用非常重要,本文旨在明确该转基因大豆材料的分子特征及其检测方法,以进一步推进安全评价。[方法]利用Southern杂交检测转基因大豆外源基因的拷贝数;基于基因组重测序技术,采用BWA(Burrows-Wheeler-Alignment)方法将重测序数据与T-DNA序列以及大豆基因组序列进行比对分析。[结果]T-DNA在大豆基因组10号染色体上的基因组区间3925017—3926022位点,插入方式为反向插入;结合PCR扩增技术获得外源T-DNA整合位点的左、右边界侧翼序列,基于该序列建立了转BADH基因大豆事件L8014的特异性PCR检测方法。[结论]本研究获得了转基因事件的整合位点及侧翼序列,方法快速、结果可靠,为转基因大豆及其衍生产品的检测提供了技术支撑。

反义RNA介导GmFAD2-1B基因沉默增强大豆种子中油酸的高效累积

油酸含量是评价大豆油食用品质和稳定性的重要指标。本研究采用农杆菌介导转化法,将反义GmFAD2-1B基因导入栽培大豆品种,获得油酸含量显著提高的转基因大豆新品系。Southern杂交检测表明,外源GmFAD2-1B基因片段已导入大豆基因组,其插入拷贝数为1~5个。q RT-PCR检测表明,外源GmFAD2-1B主要在大豆种子中表达,并导致种子中内源GmFAD2-1 m RNA表达水平显著降低,而根、茎、叶、花组织中内源GmFAD2-1 m RNA表达水平无显著变化。脂肪酸组分分析表明,12份转基因大豆种子油酸含量为27.38%~80.42%,其中,L40和L72油酸含量分别为68.91%~80.42%和65.98%~80.22%,较对照品种Williams 82(17.8%~22.0%)提高2.65倍以上,亚油酸降低至4.84%~14.55%,饱和脂肪酸降低至10.34%~11.16%,但总脂肪和总蛋白含量与对照品种相比没有显著变化。农艺性状分析表明,转基因大豆在熟期、株高、叶形、花色、结荚高度、百粒重等方面与对照品种也没有显著差异。

RNAi介导SMV-P3基因沉默增强大豆对花叶病毒病的抗性

大豆花叶病毒（Soybean mosaic virus,SMV）病是我国各大豆主产区最重要的病害之一,严重影响大豆产量和籽粒外观品质。培育抗病品种是防治该病害最经济有效的措施。本研究基于植物介导RNA干扰（RNA interference,RNAi）技术,将编码参与SMV运动和影响宿主域范围的P3蛋白基因RNAi片段导入栽培大豆品种,研究RNAi介导SMV-P3基因沉默对大豆抗SMV的影响。Southern杂交检测结果表明,外源RNAi片段以低拷贝的形式（1~4个）整合至大豆基因组中。对T_1~T_3代转基因大豆喷施除草剂和PCR鉴定结果表明,外源T_-DNA插入片段在转基因大豆不同代际间能够稳定遗传。对T_2和T_3代转基因大豆接种SMV鉴定结果表明,转基因大豆对我国大豆产区主要流行SMV株系SC-3较非转基因对照受体品种Williams 82和SN9的抗性水平显著提高,病情指数降低至4.37~18.51,且抗性能够稳定遗传。综上所述,RNAi介导SM-P3基因沉默能够显著提高转基因大豆对SMV的抗性水平。

不同大豆基因型对大豆遗传转化效率的影响及外源T-DNA插入分析

大豆通常被认为是较难转化的豆科作物之一,大豆基因型是影响大豆转化效率的重要因素。采用农杆菌介导大豆子叶节遗传转化方法,对2个国外大豆品种和9个国内品种进行转化研究,对转化再生植株进行BAR试纸条和PCR检测。结果表明：不同大豆品种再生率及转化效率存在显著差异。国外品种Jack和Bert,南方大豆品种华春6号和东北大豆品种沈农9号具有较高的再生率和转化效率,转化效率分别达到6.45%、3.80%、3.24%和2.86%。对来源于沈农9号的PCR阳性植株进行Southern杂交检测,结果表明：外源基因已导入受体大豆品种,该受体品种实际转化效率为2.14%。对外源T-DNA插入结构进一步分析表明：低拷贝（1-2个）T-DNA插入比例为75%。本研究筛选了4个转化效率较高的大豆品种,为开展高效大豆遗传转化研究提供依据;同时,作为大豆主栽品种,利用华春6号和沈农9号作为受体品种开展转基因研究,对于加快转基因大豆新品种培育研究也具有重要的参考价值。

过表达酵母PAC1增强转基因大豆对大豆花叶病毒的抗性

【目的】大豆花叶病毒(Soybean mosaic virus,SMV)病是中国大豆产区最主要的病害之一,严重影响大豆产量和籽粒品质。核糖核酸酶PAC1能够识别和降解植物RNA病毒或类病毒复制过程中产生的ds RNAs,从而有效抑制病毒在寄主中的复制与积累。PAC1的这一特点为广谱抗RNA病毒及类病毒转基因作物的创制和培育提供了有效的靶标基因。本研究利用转基因技术,将来源于粟酒裂殖酵母菌(Schizosaccharomyces pombe)的PAC1导入栽培大豆,研究过表达PAC1对大豆SMV抗性的影响,为抗SMV转基因大豆新品种选育提供依据。【方法】采用酶切连接技术,将PAC1连接到双元表达载体p CAMBIA3300中,构建植物表达载体p CAMBIA3300-PAC1。目的基因启动子为组成型强启动子Ca MV 35S,终止子为NOS,筛选标记为草铵膦抗性基因BAR。采用农杆菌介导转化法,将PAC1导入栽培大豆品种Williams82。在利用PAT/BAR试纸、PCR及除草剂(500 mg·L-1 Basta)喷施检测基础上,通过Southern杂交技术进一步分析外源基因在转基因大豆中的整合情况和拷贝数。采用人工摩擦接种法,对T2和T3代转基因大豆株系进行田间抗SMV鉴定农艺性状调查,分析转基因大豆对SMV抗性及遗传稳定性。并利用q RT-PCR技术分析接种SMV 28 d后转基因大豆中SMV积累水平。【结果】共转化2 600多个外植体,获得耐草铵膦(5 mg·L-1)大豆再生植株76株。PCR检测结果表明,其中65株能够扩增出目的条带,大豆遗传转化效率为2.48%。对T1—T3代转基因大豆株系喷施除草剂表明,在500 mg·L-1 Basta处理7 d后,转基因植株表型没有明显变化,而对照(非转基因大豆)植株叶片则黄化枯死。Southern杂交结果表明,外源基因以低拷贝的方式(1—2个)整合至大豆基因组中。摩擦接种SMV SC-3鉴定表明,在接种35 d后,对照出现严重花叶、皱缩等典型SMV发病症状,而转基因大豆仅部分叶片表现出轻微的花叶症状,其病情指数降低至11.11—22.22,较对照(病情指数36.81—46.24)显著降低,且SMV抗性在转基因大豆不同代际间能够稳定遗传。q RT-PCR分析表明,在接种SMV SC-3株系28 d后,转基因大豆中SMV CP表达水平较对照极显著下降。农艺性状调查表明,在未接种SMV条件下,转基因大豆在叶形、花色、种皮色、种脐色、株高、节数、结荚高度、生育期及百粒重等方面与对照没有显著差异。【结论】PAC1过表达显著抑制了SMV的积累及症状发展,增强了转基因大豆对SMV的抗性水平。

双斑萤叶甲基因组调研及线粒体基因组分析

双斑萤叶甲Monolepta hieroglyphica为杂食性鞘翅目害虫。近年来,该虫对我国农业的为害呈加重趋势,本文对双斑萤叶甲基因组进行调研及对线粒体基因组进行分析,为进一步的全基因组测序提供参考,并为双斑萤叶甲线粒体研究提供基础资料。本文采用Illumina Hiseq 2000测序平台对单只雌性双斑萤叶甲进行双末端测序,测序结果表明:双斑萤叶甲基因组大小约为2.4 Gb,重复序列含量约为52.61%,杂合率为0.67%,GC含量为30.29%。双斑萤叶甲基因组较大,但其基因组的杂合率和GC含量较低。利用基因组测序原始数据,借助NOVOPlasty软件直接提取基因组中线粒体基因组序列并进行组装,获得16299 bp的双斑萤叶甲线粒体基因组。通过MITOS软件对线粒体基因组进行注释,斑萤叶甲线粒体基因组共有37个基因,包括13蛋白编码基因、22个转运RNA及2个核糖体RNA基因,以及1个非编码的控制区。其线粒体基因组基因排列方式与果蝇的模式排列相同,并未发生基因重排。进一步利用线粒体COX1蛋白构建的系统进化树,为双斑萤叶甲隶属于鞘翅目、多食亚目、叶甲科、萤叶甲亚科的分类地位提供了分子依据。并初步发现鞘翅目内各个物种遗传距离相对于昆虫纲下其它目的各个物种之间遗传距离较远。

赤霉素代谢调控与绿色革命

赤霉素作为重要的植物激素,参与了植物诸多发育过程的调控。一些涉及赤霉素生物合成和信号传导途径的重要调控基因对作物的株型、产量和品质能够产生积极的影响,已在农业生产中得到广泛应用。其中,Rht-1和sd-1等位基因由于分别赋予了小麦和水稻半矮化的特性,从而促成了20世纪后半叶的"绿色革命"。本文回顾了与"绿色革命"相关的赤霉素代谢调控在影响作物株高、产量、养分利用等方面的研究成果,并对未来如何合理开发和利用赤霉素调控基因,培育出更多的"绿色革命"作物品种进行了展望。

我国油莎豆产业发展现状、潜力及对策

油莎豆(Cyperus esculentus L.)是一种粮油饲兼用、综合利用价值较高的经济作物。其地下块茎富含油脂、淀粉、糖、蛋白质、膳食纤维等营养成分,地上茎叶可作为畜禽优质饲草。作为一种原产于沙漠地区的多用途作物,油莎豆具有适应性广、生物产量大、高附加值等特性,具有较大的开发应用潜力。我国丰富的沙地等边际土地资源为油莎豆产业发展提供了坚实的基础。目前,我国油莎豆产业基础已经形成,产业链条基本具备,发展前景广阔。本文概述了油莎豆特性与用途、研究与产业发展现状,分析了我国油莎豆产业发展潜力和存在问题,提出了产业发展对策与建议,以期为我国油莎豆产业健康快速发展提供参考。

抗病毒转基因大豆事件外源T-DNA序列分析及定性检测

转基因作物的T-DNA插入及其与宿主基因组的连接序列构成的侧翼区域,是转基因事件检测的关键组成部分,也是转基因作物开发、评估和监管所必需的。前期研究得到2个携带大豆花叶病毒P3(soybean mosaic virus P3)基因干扰片段的转基因大豆事件,即L13和L104,可显著提高大豆对大豆花叶病毒、大豆花叶坏死病毒和西瓜花叶病毒的抗性,具有较强的光谱性。为了便于对该转基因事件进行监管以及建立事件特异性检测方法,本研究通过Illumina Xten平台,对L13和L104进行全基因组测序(whole genome sequencing,WGS),并结合生物信息学分析和PCR技术,对转基因事件L13和L104的旁侧序列进行了分析。通过全基因组测序,每一个事件获得了超过12.13 Gb的原始数据,测序深度为11×,与大豆参考基因组(Wm82.a2.v1)和转化载体序列做比较,初步识别出这两个转化事件T-DNA的边界及其旁侧序列。转化事件L13和L104的T-DNA分别位于Chr04和Chr11染色体上。进一步的PCR检测和序列测定表明转基因事件L13的T-DNA为单位点双拷贝整合到大豆基因组Chr04:46747946位点;转基因事件L104的T-DNA为单拷贝插入,整合位点为Chr11:30461895位点。结果证明了全基因组测序在识别转基因作物T-DNA插入和旁侧序列区域方面的有效性和稳定性。此外,插入位点的鉴定和事件特异性检测的建立将有助于广谱抗病毒转基因大豆品种的应用和发展。

耐盐转基因大豆事件FA8015旁侧序列分离及定性PCR检测

本研究前期利用转基因技术,将菠菜(Atriplex hortensis)甜菜碱醛脱氢酶编码基因Ah BADH导入栽培大豆Williams 82中,获得耐盐性较强的转基因大豆事件FA8015。为进一步加快该转基因事件生物安全评价,本研究分离了FA8015外源T-DNA旁侧序列,并依据其序列特征,建立事件特异性检测方法。Southern杂交结果表明,转基因事件FA8015外源T-DNA为单拷贝插入。利用基因组重测序技术,获得转基因大豆事件FA8015的基因组信息,并与参考基因组Williams 82做比较,初步确定转基因大豆事件FA8015外源T-DNA片段整合位点。然后根据整合位点,设计融合大豆基因组和T-DNA序列的引物,获得了1 160 bp的左边界旁侧序列,包括405 bp的大豆基因组序列和750 bp的T-DNA序列;右边界获得了1 254 bp的旁侧序列,其中601 bp为T-DNA片段,653 bp为大豆基因组序列;序列分析证明转基因事件FA8015的T-DNA整合位点为Chr15染色体的25129882位点,整合方式为正向单拷贝插入,与Southern杂交和重测序结果一致。依据PCR结果设计事件特异性引物,建立了转基因大豆事件FA8015转化体特异性检测方法。该方法特异性强、灵敏度高,可快速识别该转基因大豆事件的身份,为该转化事件及其衍生品的安全性和监管提供技术支撑。

Bt基因及其在抗鞘翅目害虫上的应用

苏云金芽孢杆菌是目前研究最深入的杀虫微生物,其杀虫蛋白基因也是应用最广泛和最有发展潜力的抗虫基因。近年来,鞘翅目害虫尤其是金龟甲科害虫对作物的危害日趋严重,是作物生长中最主要的害虫之一。本文介绍了苏云金芽孢杆菌及其抗虫机制,并对该基因在鞘翅目害虫防治方面的研究进展进行了总结。

转基因大豆食用油的安全性评价

随着现代生物技术的迅速发展,转基因技术在作物育种方面运用广泛,转基因食品已经商业化,并大量涌入市场,如:转基因大豆油。然而由于公众对于转基因食品了解较少,因此很多人抱有怀疑、甚至排斥的态度。文中简要介绍转基因作物,在中国发展转基因大豆的迫切性,中国对转基因作物的监管方法,转基因大豆食用油的安全性等。

耐盐转基因植物研究进展

随着人口数量不断增加,可利用耕地面积逐年减少,土壤盐渍化日趋严重,作物种植范围不断缩小,土壤盐碱化已成为影响农作物产量提升的一个主要限制因素。本文综述了植物耐盐机理研究、耐盐相关基因克隆及其在基因工程中的应用等方面的最新研究进展,并对耐盐转基因植物应用前景进行了展望,为耐盐转基因植物育种提供参考依据。

我国抗鳞翅目害虫转基因水稻的研究进展

近年来,我国培育抗鳞翅目害虫水稻不只局限在单价转基因水稻,更多的是向双(多)价基因策略及更多样的生物技术方向发展。故而本文综述了近年来我国水稻抗鳞翅目害虫基因的挖掘及其应用研究进展、培育抗鳞翅目害虫转基因水稻的研究成果,并以此为基础对抗虫转基因水稻的未来进行展望,以期为后续研究提供参考。