拟南芥VTE1过量表达可以增加维生素E含量和提高烟草植株耐盐行

维生素E在动物细胞内具有抗氧化等重要作用，但在植物体内的功能却鲜为人知．本实验利用CaMV 35S启动子与来源于拟南芥的编码生育酚环化酶（TC）的cDNA（VTE1）构建的嵌合表达载体，以根癌农杆菌介导的叶盘法转化烟草W38．实验结果表明，具有卡那霉素抗性的再生植株经RT-PCR检测，得到了与阳性对照一致的495bp的目标片段；转基因植株的VE含量比对照植株高2倍左右，个别株系高达11倍．实验还发现，在耐盐性实验中转基因植株对盐的抗性明显高于野生型烟草；同时，在不同盐浓度（150、250mmoL／L）胁迫下转基因植株VE含量比未转化植株增加了1．3～1．8倍，首次证明VTE1与植物耐盐性之间的关系．     

异源表达胡杨PeCPD基因提高烟草对盐、高氮和干旱胁迫的抗性

油菜素类固醇(Brassinosteroids,BRs)在调节植物生长发育和提高植物对非生物胁迫的抗性中起着重要作用,CPD(Constitutive Photomorphogenesis and Dwarfism)基因编码一种甾醇类23a羟化酶,在BR的生物合成中发挥着重要作用.本研究克隆胡杨Pe CPD基因的c DNA序列,并利用农杆菌介导法,将Pe CPD基因植物过表达载体p BI121-35S::Pe CPD转化野生型烟草,筛选得到Pe CPD基因过表达的转基因烟草植株,并利用Na Cl、高氮和甘露醇分别对转基因和野生型烟草进行胁迫处理,检测转基因烟草的耐受性和相关的生理生化指标.结果表明:(1)在正常条件下,转基因烟草的鲜重是野生型烟草的1.47倍;(2)在Na Cl、高氮以及甘露醇的胁迫处理下,转基因烟草植株的根长、叶片叶绿素和类胡萝卜素的含量均显著高于野生型植株,抗氧化酶SOD和POD活性以及渗透调节物质脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖的含量也同样表现为转基因烟草显著高于野生型,而野生型植株的丙二醛(MDA)含量显著高于转基因植株.因此在烟草中异源过表达胡杨Pe CPD基因不但能够增加烟草的生物量,而且能够提高烟草对盐、高氮和干旱胁迫的抵抗能力.     

表达马铃薯Y病毒外壳蛋白基因的转基因烟草抗病机制

根据已报道的马铃薯Y病毒坏死株系(PVY^N)核苷酸序列，克隆了PVY^N外壳蛋白(CP)基因，通过根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)LBA4404介导的方法，转化烟草NC89，获得了38株PCR呈阳性的转基因植株．攻毒试验发现，转基因植株对PVY^N的抗性水平存在着差异，其中有4株表现为高度抗病性．Southern blot表明，PVY^N CP基因已经整合到烟草染色体中，转基因的拷贝数与植株的抗病性成正相关．Northern blot表明，PVY^N CP基因在RNA水平上得到了表达，而且PVY^N CP RNA在细胞中的积累量与转基因植株的抗病性呈明显的负相关．Western blot表明，高度抗病植株未检测到转基因CP蛋白质，而抗病和感病植株都检测到了PVY^N CP蛋白，且不同抗性的转基因植物中转基因蛋白质的积累有一定的差异．实验结果表明，表达PVY^N CP基因的转基因烟草其抗病机制类似于转录后的基因沉默，即抗病件可能是RNA介导的．     

异源表达胡杨PeBAK1;1基因增强烟草对Pst DC3000的抗性

BAK1(BRI1-associated receptor kinase 1)是一个富亮氨酸重复序列(LRR)的膜受体蛋白激酶,除参与植物油菜素内酯信号的转导外,还可以结合其他的LRR-RLKs蛋白来启动植物的先天免疫反应.为明确胡杨Pe BAK1;1基因在烟草中抗Pst DC3000(丁香假单胞杆菌种番茄致病变种)的功能及其在植物抗病中的调控方式,克隆胡杨Pe BAK1;1基因c DNA序列构建Pe BAK1;1基因的过量表达载体p BI121-35S::Pe BAK1;1,并利用农杆菌介导法将其转化野生型烟草,筛选获得Pe BAK1;1基因过表达的转基因烟草植株.生物信息学分析结果表明胡杨Pe BAK1;1蛋白具有植物SERK家族的全部结构特征,系统进化树分析表明胡杨Pe BAK1;1与毛果杨Pt BAK1的序列同源性最高;组织表达分析表明Pe BAK1;1基因主要在根和叶中表达;Pst DC3000侵染试验结果显示,野生型烟草植株接种Pst DC3000后表现出明显的感病症状,而Pe BAK1;1基因过表达的转基因烟草植株表现出明显的抗病症状;Real-time PCR及quantitative real-time-PCR分析结果表明,与野生型相比,转基因烟草中抗病防御相关基因PR1、PR3、PR4和PR5的表达量显著升高,且参与植物生长发育与先天防卫反应的基因BIR1和BON1的表达量也明显升高.上述结果表明,异源表达胡杨Pe BAK1;1基因在烟草抗Pst DC3000过程中起正调控作用,能够增强植物的抗病能力.     

种子特异启动子At2S3驱动热激转录因子AtHsfA6a提高烟草热抗性

特异启动子指导外源基因在某一特定时空表达,避免个体多余营养的浪费,在作物品质及逆境适应性改良中具有重要应用潜力.采用种子特异启动子联合抗性基因的方法,对拟南芥种子特异启动子At2S3和热激转录因子At Hsf A6a进行克隆,构建p BI121双元表达载体(p At2S3::At Hsf A6a),利用农杆菌菌株转化烟草,获得转基因烟草稳定株系,并进行种子抗高温胁迫萌发实验.结果显示:At Hsf A6a表达量随高温胁迫持续而不断积累,45℃高温处理后,热激转录因子At Hsf A6a的表达量最高上调28倍.转基因烟草株系(L2,L3)与野生型烟草(WT)相比,在45℃高温处理12 h、18 h和24 h后,最终萌发率分别为100%、98%和80%,98%、94%和76%以及97%、92%和70%.根长实验表明转基因株系L2和L3的根长为未处理时的74%和60%,而WT根长为未处理时的52%.上述结果说明超表达烟草株系的萌发和根系生长较之WT对热激处理更不敏感,呈现出更高的抗性;可为种子特异启动子加抗性基因的组合提高转基因植株抗胁迫能力提供直接实验证据,为基因工程育种提供种子特异启动子和抗胁迫新策略.     

瞬时表达比较马铃薯X病毒CP基因3种结构对RNA沉默的诱导效果

RNA沉默是植物抵御病毒侵染的一种防卫机制,病原来源的抗性(pathogen-derived resistance,PDR)被认为是通过RNA沉默起作用的.转化的核酸片段在基因组中的位置、长短和不同排列结构等均影响RNA沉默的效率.用全长马铃薯X病毒(PVX)CP基因构建非翻译的正义、反义和反向重复结构转基因的植物表达载体,通过农杆菌渗入法瞬时表达测试了这些转基因对RNA介导抗性的诱导效率和有效性.结果表明,反向重复的PVXCP是更为有效的RNA沉默诱导因子,同时也证明让目的基因在受试植物中瞬时表达,在转化植物之前能比较快速地检测转基因的表达情况以及表达产物的功能,从而节约时间和资源,并减少盲目性.图3表2参21     

烟草异源过表达胡杨PeGRF6/8a对不同逆境的响应

14-3-3蛋白是一种广泛存在于动植物体内的高度保守的蛋白家族,通过与各种靶蛋白之间的互作,参与生物体内各种生理生化过程和代谢反应,且在生物与非生物胁迫响应中发挥着重要作用.为明确胡杨PeGRF6/8a在非生物胁迫中的功能,克隆了胡杨14-3-3蛋白家族中PeGRF6/8a的cDNA序列,构建该基因的植物过表达载体pBI121-35S::PeGRF6/8a,并采用农杆菌介导法将其转化野生型烟草.对获得的异源过表达烟草进行以下处理:(1)浓度为1μmol/L和2.5μmol/L脱落酸(Abscisic acid,ABA)处理条件下的种子萌发实验;(2)低氮(2.5 mmol/L KNO_3)和高氮(150 mmol/L KNO_3)胁迫下的根长对比实验;(3)1/2霍格兰(Hongland)营养液水培实验,分别设置对照(CK)、低氮(0.2 mmol/L KNO_3)、高氮(150 mmol/L KNO_3)和盐胁迫(150 mmol/L NaCl)4个处理.结果显示:(1)在ABA处理下,转基因烟草种子的萌发率较野生型低,且在2.5μmol/L处理下更加显著;(2)低氮处理下,转基因烟草的根长显著短于野生型烟草的根长,而高氮处理下的结果相反;(3)水培实验中,低氮和盐胁迫处理下,转基因烟草与野生型相比,其下部的叶片明显变黄或萎焉,所含叶绿素和类胡萝卜素含量明显降低,抗氧化酶SOD以及渗透调节物质脯氨酸和可溶性蛋白的含量也显著降低,而叶片中丙二醛(MDA)的积累量却显著升高;高氮胁迫下,野生型烟草的萎蔫速度要显著快于转基因烟草,其转基因植株的生理指标除MDA积累量外均显著高于野生型.上述结果表明在烟草中异源过表达胡杨PeGRF6/8a能够降低植物对低氮和盐的耐受性,但可以增强植物对高氮的耐受性.(图9参31)     

双农杆菌共转化获得无标记转pepc基因的水稻植株

利用双农杆菌/双质粒的共转化系统获得了无选择标记转pepc基因的水稻植株.采用两个农杆菌EHA105转化粳稻品种台粳9号幼胚诱导的胚性愈伤组织,其中一个农杆菌内的质粒表达载体的T-DNA区仅含有目的基因pepc,另一个的T-DNA区含有选择标记基因hpt和GUS报告基因.获得抗性愈伤的转化率为9.2%.85.3%的抗性愈伤分化成T0代株系,其中78.8%的T0代植株为GUS阳性转基因植株.PCR分析表明,在78个T0代GUS阳性植株(来源于23个抗性愈伤组织)中共有35个植株(来源于7个抗性愈伤组织)含有pepc基因,即在23个GUS阳性株系中发生共转化株系的频率为30.4%.7个共转化的株系中有5个株系自交产生后代植株中含有无标记转pepc基因植株,其比例为71.4%.无标记的转pepc基因水稻植株中PEPC活性平均比对照提高8.8倍;与非转基因对照植株相比,转pepc基因水稻植株表现出更强的光合能力.图5表3参26     

壳寡糖诱导转反义mapk基因烟草的TMV抗性和PAL活性研究

壳寡糖具有诱导植物对病原物防御反应的作用,而PAL活性的升高通常被认为是发生抗性反应的标志之一.本文以mapk基因受到反义抑制的转基因枯斑三生烟草为试材,比较了壳寡糖诱导后转基因型和野生型烟草的PAL活性变化及对TMV抗性的变化.由实验结果初步推测,在壳寡糖诱导的植物抗性信号通路中,mapk可能为PAL的一个重要的上游基因,同时mapk在烟草抗TMV信号转导中亦为一个重要组分.图4表2参13     

番茄SIZ1-like1基因的克隆与功能

SUMO(Small ubiquitin-related modifi er)化修饰是植物体内一种重要的蛋白质功能调节方式.它调控植物细胞中蛋白的降解与定位,植物抗性及激素调节等.SIZ1是SUMO的E3连接酶并在SUMO化中起重要作用.为了解SIZ1基因在番茄中的功能,成功克隆番茄(Solanum lycopersicum)SIZ1基因(SIZ1-like1)并构建番茄SIZ1-like1RNA干涉和过表达载体后,通过农杆菌介导转入野生型番茄,成功获得6个独立的转基因阳性植株.荧光定量PCR(Real-time PCR)分析野生型番茄中SIZ1-like1基因的组织表达特异性,发现SIZ1-like1在植物的各个组织中都有表达.构建SIZ1-like1黄色荧光蛋白融合表达载体,通过对SIZ1-like1融合黄色荧光蛋白转基因番茄的根尖进行荧光显微观察,证实番茄SIZ1蛋白定位于细胞核.干旱胁迫实验分析显示,过表达转基因植株抗旱性强于野生型,且脯氨酸含量是野生型的3倍左右,而RNAi植株抗旱能力则较弱.因此SIZ1基因对番茄抗旱起到了正调控作用.     

编码水稻胞外核苷酸双磷酸酶基因的表达特性

NTPDase(Nucleoside triphosphate-diphosphohydrolase,核苷酸双磷酸酶)在哺乳动物巾分布于细胞膜,可以水解细胞外ATP和其他核苷酸,从而调控胞外核苷酸代谢及信号应答.根据水稻NTPD基因序列设计引物,在不同胁迫条件样品中,通过PCR扩增水稻NTPD基因,结果表明水稻NTPD基因表达水平在盐胁迫样品中升高.为进一步分析水稻NTPD基因的功能,构建了该基因的过量表达、RNA干涉载体,通过根癌农杆菌介导转入水稻品种日本晴并获得阳性植株.半定量RT-PCR分析达到过量表达和干涉日的.在盐胁迫条件下,TO代过表达转基因植株表现出一定程度的抗胁迫能力,RNA干涉转基因植株的生长则受到抑制.图7表3参20     

植物抗盐机理的研究进展

盐胁迫是抑制植物生长 ,降低农作物产量的主要环境因素之一 .长期以来 ,关于如何提高植物的抗盐性 ,增加在盐胁迫下农作物的产量一直是人们关注的焦点 .植物对盐胁迫的反应机制和抗盐机理的探明 ,是指导通过生物工程方法或其它措施改造植物提高其抗盐能力的前提 .由于植物的抗盐性状涉及生理生化多方面的因素 ,是一个多基因控制的极为复杂的反应过程 ,而且不同植物甚至同一种类不同品种的植物 ,对盐胁迫的反应及其适应机制也不尽相同 .植物抗盐能力的强弱差异较大 ,有些植物在 2 0 0～ 50 0ｍｍｏｌ/ＬＮａＣｌ的条件下能继续生长 ,完成其生…     

Heterologous overexpression of Populus euphratica BAK1;1 gene enhanced resistance to Pst DC3000 in tobacco北大核心CSCD

BRI1-ASSOCIATED RECEPTORKINASE1(BAK1), a leucine-rich repeat (LRR) receptor protein kinase, plays a significant role in brassinosteroid (BR) signaling. Furthermore, it combines with other LRR-RLKs protein to initiate immune response in plants. The objective of this study was to (1) investigate the function of the Populus euphratica BAK1;1 gene in the resistance of transgenic tobacco to Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pst DC3000) and (2) discuss the regulation pathway of PeBAK1;1 involved in the resistance to plant pathogen. We cloned the cDNA sequence of the P. euphratica PeBAK1;1 gene, constructed the pBI121-35S::PeBAK1;1 over-expression vector, and then transformed it into wild-type tobacco by Agrobacterium-mediated transformation to obtain PeBA K 1;1-overexpressing transgenic tobacco plants. The bioinformatic analysis showed that the PeBAK1;1 protein contained all the structural features of the plant SERK family. The phylogenetic tree showed that PeBAK1;1 has the highest sequence homology with PtBAK1. The gene expression profile results indicated that the expression of PeBAK1;1 in the root was higher than that in the leaf and stem. The wild-type tobacco plants showed an obvious susceptibility to Pst DC3000, whereas the transgenic plants exhibited enhanced resistance to Pst DC3000. Compared with that of the wild-type (WT), the real-time PCR and quantitative real-time PCR analysis revealed that the expression of pathogenesis-related genes (including PR1, PR3, PR4, and PR5), BAK1-interacting receptor kinase 1 gene, and BONZAI1 gene was upregulated in 35S::PeBAK1;1 transgenic tobacco plants. In conclusion, the PeBAK1;1 gene plays a positive regulatory role in 35S::PeBAK1;1 transgenic tobacco against Pst DC3000, which can enhance the resistance of plants to pathogen. © 2018 Science Press. All rights reserved.     

Effects of nano-silicon and common silicon on lead uptake and translocation in two rice cultivars

The current study investigated the effects of nano-silicon (Si) and common Si on lead (Pb) toxicity, uptake, translocation, and accumulation in the rice cultivars Yangdao 6 and Yu 44 grown in soil containing two different Pb levels (500 mg·kg⁻¹ and 1000 mg·kg⁻¹). The results showed that Si application alleviated the toxic effects of Pb on rice growth. Under soil Pb treatments of 500 and 1000 mg·kg⁻¹, the biomasses of plants supplied with common Si and nano-Si were 1.8%–5.2% and 3.3%–11.8% higher, respectively, than those of plants with no Si supply (control). Compared to the control, Pb concentrations in rice shoots supplied with common Si and nano-Si were reduced by 14.3%–31.4% and 27.6%–54.0%, respectively. Pb concentrations in rice grains treated with common Si and nano-Si decreased by 21.3%–40.9% and 38.6%–64.8%, respectively. Pb translocation factors (TFs) from roots to shoots decreased by 15.0%–29.3% and 25.6%–50.8%, respectively. The TFs from shoots to grains reduced by 8.3%–13.7% and 15.3%–21.1%, respectively, after Si application. The magnitudes of the effects observed on plants decreased in the following order: nano-Si treatment>common Si treatment and high-grain-Pb-accumulating cultivar (Yangdao 6)>low-grain-Pb-accumulating cultivar (Yu 44) and heavy Pb stress (1000 mg·kg⁻¹)>moderate Pb stress (500 mg·kg⁻¹)>no Pb treatment. The results of the study indicate that nano-Si is more efficient than common Si in ameliorating the toxic effects of Pb on rice growth, preventing Pb transfer from rice roots to aboveground parts, and blocking Pb accumulation in rice grains, especially in high-Pb-accumulating rice cultivars and in heavily Pb-polluted soils.     

优良籼型恢复系转基因植株的获得及其遗传稳定性

报道了用基因枪转化法将雪花莲凝集素基因(gna)转移到优良籼型杂交稻恢复系蜀恢527中．PCR、PCR Southern blotting和Southern blotting等分子检测证明，外源基因以多拷贝单位点方式整合到受体基因组中并稳定遗传到转基因第三代(T2)．转基因第一代植株(TO)在株高和结实率上与相应的组培、种子实生苗植株相比，发生明显的不可遗传的变异，随着繁殖代数的增加，转基因植株恢复到与对照植株一致．Western blotting表明，目的基因在转基因植株中正确表达．蛋白活性分析显示，外源基因在转基因植株中合成的蛋白具有凝血生物活性，含量占可溶性总蛋白的0．1％左右．本文还对转基因技术在杂交稻育种中的应用进行了讨沦．图4表2参18     

转基因烟草中赖氨酸含量的提高

采用叶盘法将高赖氨酸蛋白基因导入到烟草中.GUS组织化学染色、PCR扩增、Southernblot分析表明, 该基因已经整合到烟草基因组中.测定 10株转基因烟草叶片赖氨酸含量,大部分植株有着明显的提高,最高幅度达到了49. 89%. 图 6参 11     

NaCl胁迫对甜高粱发芽期生理生化特性的影响

为筛选耐盐甜高粱材料,探讨NaCl胁迫对甜高粱发芽期生理生化特性的影响,研究了0、70、140、210 mmol.L-1NaCl胁迫对吉甜3、BJK156、甜132、凯勒、威利、考利、吉甜2、戴尔等8个甜高粱材料发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、芽长、根长、芽鲜质量、根鲜质量等8个指标盐害系数的影响,利用系统聚类分类法对甜高粱耐盐性进行聚类可分为3类：耐盐性最强的是甜132,耐盐性中等的是BJK156,耐盐性较敏感的是考利、吉甜3、吉甜2、戴尔、凯勒、威利。进一步研究了盐胁迫对甜高粱芽苗中丙二醛、可溶性蛋白含量及过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响。结果得出：随着盐胁迫的加重丙二醛含量逐渐增加,可溶性蛋白含量逐渐减少。NaCl胁迫不同程度地提高了8个甜高粱材料POD、CAT、SOD活性,受3种NaCl质量浓度胁迫后8个甜高粱材料POD、CAT、SOD活性的变化趋势不同,这可能是它们耐盐差异的生理原因之一。另外,在3种NaCl浓度胁迫后甜132中的丙二醛增加量在8个材料中都是最低的,这与系统聚类分析得出甜132耐盐性最强的结论相吻合。研究认为丙二醛含量的变化可以作为筛选发芽期耐盐甜高粱品种的一个指标。     

Age-specific responses to elevated salinity in the coastal marsh plant black needlerush (Juncus roemerianus Scheele) as determined through polyphasic chlorophyll a fluorescence transients (OJIP)

This study employed polyphasic chlorophyll a fluorescence transients (OJIP), a non-invasive marker of environmental stress in plants, to evaluate salt tolerance in three different Juncus roemerianus age classifications (6-, 24-, and 60-months). Following exposure to elevated salts (30 psu), the younger plants sustained growth, which was comparable to freshwater controls. While older (60-month) plants receiving only freshwater also grew over the 8-week study, the older salt-treated plants did not increase in size. Similarly, there were significant declines in variable chlorophyll a fluorescence parameters (F _v/F _m and F _v/F _o), electron transport flux per reaction center (ET_o/RC), and photosystem II performance index (PI_ABS) for 60-month J. roemerianus following salt treatment. These responses were not evident in the two younger salt-treated age classifications. Our results suggest that older J. roemerianus are less tolerant to rapid and sudden increases in salinity relative to younger plants and that this age-specific response may help explain observed discrepancies in salt tolerance in J. roemerianus.