抗小麦黄花叶病毒转基因小麦的获得及病毒诱导的基因沉默

利用Act1启动子和除草剂选择标记bar基因，构建了含有小麦黄花叶病毒外壳蛋白基因的植物表达载体，采用基因枪法导和小麦品系，经PCR和PCR－RFLP对转基因小麦T0代及T1代进行检测后，对阳性植株的后代株系（T2代）进行田间抗病性检测。结果表明，外源基因可以在后代中遗传，并且其中一个转基因株系的后代(P8-T2)对小麦黄花叶病毒呈现高度抗性，经Westernblot和RT－PCR检测发现，抗病转基因小麦体内外壳蛋白基因在病毒感染后的表达水平出现明显下降，认为所获得转基因小麦的抗性是由病毒诱导的基因沉默引起的。     

通过转δ-OAT基因获得抗盐抗旱水稻

δ-OAT基因编码的鸟氨酸-δ-氨基转移酶是以鸟氨酸为前体合成脯氨酸途径中的关键酶.采用基因枪法将拟南芥δ-OAT基因导入粳稻品种中作321,通过PCR及分子杂交分析确定目的基因已插入水稻染色体中并得到超量表达.抗盐抗旱检测结果表明,水稻在受到渗透胁迫时会大量积累脯氨酸,各种条件下转基因水稻积累的脯氨酸是对照的5～15倍;同等胁迫条件下转基因株系相对生长更快,苗与根的生物学产量都要高于对照,最后种子产量也显著高于对照,如在0.1 mol/LNaCl胁迫下转基因株系相对产量提高了16%～41%,说明δ-OAT基因超量表达并积累脯氨酸在抗渗透胁迫中有着重要作用,通过转化δ-OAT基因可以获得抗盐抗旱的基因工程水稻.     

转OsNHX1基因耐盐84K杨的培育

采用农杆菌介导的方法将水稻Na+/H+反向转运器基因OsNHX1导入84K杨, 获得3株抗性转化植株, PCR, Southern 和Northern检测结果表明, OsNHX1基因已经整合到84K杨基因组中, 并可以稳定表达. 耐盐实验表明, 3个株系的转基因植株能在200 mmol/L NaCl条件下正常生长. 对盐胁迫处理的转基因植株进行Na+含量和渗透势测定, 发现转基因植株叶片中的Na+明显高于对照植株, 其渗透势明显低于对照植株. 分子检测和耐盐性实验表明OsNHX1基因的转化获得成功, 并获得84K杨耐盐转基因 植株.     

转mtlD/gutD 双价基因水稻的耐盐性

Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交、Ｎｏｒｔｈｅｒｎ杂交和酶活性检测试验表明,通过农杆菌介导法已经把细菌１－磷酸甘露醇脱氢酶（ｍｔｌＤ）基因和６－磷酸山梨醇脱氢酶（ｇｕｔＤ）基因同时整合进水稻基因组并且在转基因水稻中得到表达．气相色谱分析证明转基因水稻合成并积累了甘露醇和山梨醇．与未转基因对照相比,转基因植株耐盐性明显提高．     

转大豆GmDREB基因增强小麦的耐旱及耐盐性

DREB(dehydration responsive element binding)转录因子通过调控下游多个抗逆相关基因表达, 有效提高植物的抗逆性. 利用酵母单杂交技术从大豆(Glycine max)品种吉农27的cDNA表达文库中克隆了一个新的GmDREB基因. 该基因编码174个氨基酸, 具有一个由58个氨基酸组成的AP2/EREBP保守域, 其中第14与第19位保守氨基酸分别是缬氨酸(V)与谷氨酸(E), 在N末端和C末端分别有一个核定位信号区和转录激活区. 利用玉米组成型启动子Ubiquitin和拟南芥诱导型启动子rd29A构建了植物表达载体, 通过基因枪转化小麦品种鲁麦22号, 获得103株T₀代再生植株, 通过PCR检测, 分别获得含Ubi::GmDREB和rd29A::GmDREB的转基因植株13株和11株. T₁代经过PCR, Southern blot, RT-PCR检测, 证明GmDREB基因已经整合到小麦基因组中, 并在转录水平上表达. 携带Ubi::GmDREB或rd29A::GmDREB转基因株系的T₁代植株苗期耐旱或耐盐性鉴定表明, 转基因小麦植株的耐旱或耐盐能力明显提高, 说明GmDREB基因在2种不同启动子驱动下均能有效提高转基因小麦的耐盐、耐旱性.     

红树植物耐盐基因转化烟草及耐盐品系的培育

从耐盐性强的红树植物白骨壤(Avicennia marina)中分离出的耐盐基因CSRG1, 构建了pGAM189/CSRG1转基因载体. 以烟草嫩叶为外植体, 通过农杆菌介导的叶盘转化法将CSRG1基因及GUS基因, Km^r基因和Hyg^r基因转入烟草基因组中. 转化50个外植体, 经过50 mg/L潮霉素和150 mg/L卡那霉素抗性筛选共获得了13个稳定抗性株系. 通过PCR扩增检测、Southern blot分析和GUS基因活性检测, 结果表明, 最终获得的11个转基因品系(基因转化频率为22%)中, CSRG1基因整合到烟草的染色体DNA上. Northern blot分析结果表明, CSRG1基因在转基因植株中获得表达. 耐盐性测定和光合速率测定结果表明, 转基因植株在盐分提高到2% NaCl和全海水(盐度为24)配置的MS培养基中, 成活率保持在80%~90%, 株高增长20%~40%, CSRG1基因的表达产物及形成的生理代谢途径确实可使烟草获得较高的耐盐性, 同时这种耐盐性不仅针对钠离子胁迫, 而且对于各种离子的综合盐胁迫都具有耐受性.     

通过转δ-OAT基因获得抗盐抗旱水稻

δ-OAT基因编码的鸟氨酸-δ-氨基转移酶是以鸟氨酸为前体合成脯氨酸途径中的关键酶. 采用基因枪法将拟南芥δ-OAT基因导入粳稻品种中作321, 通过PCR及分子杂交分析确定目的基因已插入水稻染色体中并得到超量表达. 抗盐抗旱检测结果表明, 水稻在受到渗透胁迫时会大量积累脯氨酸, 各种条件下转基因水稻积累的脯氨酸是对照的5~15倍; 同等胁迫条件下转基因株系相对生长更快, 苗与根的生物学产量都要高于对照, 最后种子产量也显著高于对照, 如在0.1 mol/L NaCl胁迫下转基因株系相对产量提高了16%~41%, 说明δ-OAT基因超量表达并积累脯氨酸在抗渗透胁迫中有着重要作用, 通过转化δ-OAT基因可以获得抗盐抗旱的基因工程水稻.     

表达雪花莲凝集素(GNA)的转基因水稻纯系抗褐飞虱

利用基因枪法将含有潮霉素抗性基因pht,gusA报告基因和雪花莲外源凝集素基因gna的2个质粒（pWRG1515和pRSSGNA1)共转化粳稻品种鄂宜105号和鄂晚5号种子胚诱导的愈伤组织。从轰击的329块愈伤中共再生出61株独立转基因植株。PCR／Southern blot分析显示,79％的转基因植株含有所有3个外源基因。Western blot分析发现,48株含gna基因的转基因植株中有36株（75％）在不同水平上表达了GNA,GNA最高表达量占总可溶性蛋白的0．5％,遗传分析证实外源基因在转基因后代植株中大多以孟德尔方式遗传。从其R1代为3：1孟德尔分离方式遗传的后代R2代植株中,鉴定出含有并表达所有3个外源基因的5个独立转基因植株纯系。褐飞虱生物鉴定和喂养试验表明,转基因纯系对褐飞虱具有显著的抑制作用,具体表现为降低褐飞虱存活率和繁殖力、延缓褐飞虱发育进度及减少褐飞虱进食量,即表达GNA的转基因水稻纯系对褐飞虱具有抗性作用。     

利用测交和PCR快速选择Xa21转基因杂交稻恢复系的纯合系

通过对测交群体的Ｘα－２１基因特异ＰＣＲ分析,辅助选择明恢６３和盐恢５５９两个籼型杂交稻恢复系的转基因后代,获得了含单个拷贝的Ｘα－２１转基因纯合株系,这些Ｘα－２１纯合的转基因恢复系可用于配制抗白叶枯病杂交稻。     

反义Wx基因导入我国籼型杂交稻重点亲本

为改良我国籼型杂交稻稻米的食用品质，利用基因工程技术经农杆菌介导将反义蜡质基因导入保持系龙特甫B等3个高直链淀粉含量的籼型杂交稻重点亲本中，经潮霉素抗性筛选获得了较多的抗性植株。PCR和Southern杂交检测证明，反义Wx基因已整合进转基因水稻的基因组中，绝大多数转基因水稻植株的表型正常。成熟种子直链淀粉含量分析表明，部分转基因水稻T1和T2代种子中的直链淀粉含量已有不同程度的下降，最低的已下降至7％左右，与未转化对照相比下降了18．39％。此外直链淀粉含量改变后对稻米的胶稠度和湖化温度也有一定的影响。     

高赖氨酸含量基因在转基因小麦的表达及其赖氨酸含量分析

构建了含高赖氨酸含量基因(wblrp)和赖氨酸合成关键酶(dapA)基因的植物表达载体pBPC102,用基因枪导入京花1号、京411、优899和烟农15等受体品种的幼穗和幼胚,获得了100多株转基因小麦植株(T0)及其后代株系(T1～T2).PCR和PCR-Southern杂交结果表明,外源基因已稳定整合到转化植株To和T1的基因组中.进一步用RNA分子杂交的方法对高赖氨酸基因的表达及水平调控进行了深入研究,结果表明外源基因已在T2不同株系中获得了表达.植株叶片游离赖氨酸(Lys)含量和种子结合态Lys含量的测定和分析结果表明,有9个转基因植株后代株系叶片的游离Lys含量提高了2～3倍,4个株系的Lys含量提高了10%以上,小麦的营养品质得到了显著的改善.     

优质HMW谷蛋白亚基转基因小麦的获得及其遗传稳定性和品质性状分析

利用编码除草剂PPT抗性的bar基因作为选择标记, 构建了含有优质HMW谷蛋白亚基1Dx5和1Dy10基因的植物表达载体pBPC30, 用基因枪导入京花1号、京411号和京冬6号等受体品种的幼胚和幼穗, 获得了一批转基因小麦植株(T₀)及其后代株系(T₁～T₅). PCR, 点杂交和Southern杂交鉴定表明, 外源基因已整合到转化植株T₀的基因组, 并稳定表达. 转基因植株T₁代能抗20～80 mg/L的PPT, 其中1株抗性超过150 mg/L. 经SDS-PAGE分析表明, 外源1Dx5和1Dy10基因在T₂代不同株系中获得了表达. 转基因系TG3-74缺失了亚基8, 但亚基2, 5, 10和12都表达, 同时出现了一个新的亚基位于亚基7与原有亚基8之间(暂记为8^*). 品质分析结果表明, 有5个株系的Zeleny沉淀值为44.2～49.0 mL, 与对照CNN(48.0 mL)相当, 分别比京花1号(26.9 mL)和京冬6号(30.7 mL)提高了59.6% ~ 64.3%. T₅代株系的粉质曲线稳定时间比受体品种(3～7 min)大幅增长, 转基因株系TG5-23b的稳定时间为16 min, TG1-28d, TG3-76b, TG5-98和TG5-99的面团稳定时间高达30 min以上.     

利用测交和PCR快速选择Xa21转基因杂交稻恢复系的纯合系

通过对测交群体的Ｘａ－２１基因特异ＰＣＲ分析,辅助选择明恢６３和盐恢５５９两个种型杂交稻恢复系的转基因后代,获得了含单个拷贝的Ｘａ－２１转基因纯合株系,这些Ｘａ－２１纯合的转基因恢复系可用于配制抗白叶枯病杂交稻．     

高赖氨酸含量基因在转基因小麦的表达

构建了含高赖氨酸含量基因(wblrp)和赖氨酸合成关键酶(dapA)基因的植物表达载体pBPC102, 用基因枪导入京花1号、京411、优899和烟农15等受体品种的幼穗和幼胚, 获得了100多株转基因小麦植株(T₀)及其后代株系(T₁~T₂). PCR和PCR-Southern杂交结果表明, 外源基因已稳定整合到转化植株T₀和T₁的基因组中. 进一步用RNA分子杂交的方法对高赖氨酸基因的表达及水平调控进行了深入研究, 结果表明外源基因已在T₂不同株系中获得了表达. 植株叶片游离赖氨酸(Lys)含量和种子结合态Lys含量的测定和分析结果表明, 有9个转基因植株后代株系叶片的游离Lys含量提高了2~3倍, 4个株系的Lys含量提高了10%以上, 小麦的营养品质得到了显著的改善.     

转基因水稻研究的回顾与展望

水稻作为世界上超过一半人口的主食, 是最重要的粮食作物之一. 在过去的半个多世纪里, 水稻育种取得了巨大的成功. 水稻的单位产量实现了翻番, 部分地方甚至提高至3倍, 这为保障世界粮食安全作出了巨大的贡献. 但近十几年来水稻的产量停滞不前, 这一方面是由于在育种技术上没有新的突破以及遗传多样性在栽培品种中的逐步变窄, 另一方面也是因为频繁发生的病虫害以及旱灾等自然灾害使得水稻生产损失惨重. 然而, 世界人口的持续增长以及社会经济的快速发展导致对粮食的需求不断增加. 针对这些问题, 我国学者提出了培育绿色超级稻的设想, 围绕水稻抗病虫、抗旱、营养高效利用、优质、高产等五大重要性状, 对水稻品种进行全面改良以实现农业的可持续发展. 而转基因技术作为一种新兴的育种手段, 在实现绿色超级稻目标上将发挥重要作用. 水稻的转基因研究始于20世纪80年代末期, 迄今已有大量的转基因水稻研究被报道, 其中大部分的研究内容与绿色超级稻所要实现的目标一致. 本文首先回顾水稻遗传转化技术的发展, 再以抗病虫、抗旱、营养高效利用、优质、高产、外加抗除草剂等几大主要性状为主线对转基因水稻取得的主要研究成果进行逐一阐述, 最后对转基因水稻的发展进行展望.     

merB基因的序列修饰及转基因烟草对有机汞的高抗作用

由于汞污染对环境和生物的严重危害性，汞污染的治理越来越受到人们的重视。页植物修复具有经济、高效等优点，有望成为汞污染土壤修复的主要手段。通过植物基因工程方法，将细菌中催化甲基汞转变为离子汞的merB基因进行序列改造，通过农杆菌的介导转入烟草，Southern杂交检测证明得到转基因植株。转基因植株后代对有机汞表现较强的抗性，在水培条件下，有些转基因株系抗2．5μmol/L的醛酸苯汞（PMA），而0．1μmol/L的PMA则杀死野生型烟草的幼苗。随着处理浓度的升高，PMA对幼苗生长的抑制作用逐渐增强。此项研究为培育抗汞烟草，修复汞污染的土壤进行了有益的探索。     

转基因技术—一场危险游戏？

近年来，转基因技术发展迅速，转基因食品也摆上了人们的餐桌。据统计美国2／3至3／4的奶酪生产应用了经基因设计的凝乳酶，1／3的奶牛补充了由生物技术生产的牛生长激素以增加产奶。而在全球范围内，据报道已有技术成熟的转基因食品7大类10个品种。然而，就如同一柄双刃剑，转基因技术在提高农业生产效率，创造崭新品种的同时，也给人们带来了这样的担心—一转基因食品安全吗？其实，利用农产品的基因变异并非今天才有。早在一万年前，早期人类就开始驯养野生动物和培植野生植物，以期获得更多的肉、奶和果物。今天的猪、奶牛、谷物和各种…     

3价转病毒外壳蛋白基因马铃薯的获得

马铃薯在全世界广泛种植,既是重要的粮食作物,又可作蔬菜,其世界年总产量仅次于小麦、水稻和玉米.马铃薯Y病毒(PVY)、马铃薯X病毒(PVX)和马铃薯卷叶病毒(PLRV)引起的病害是造成我国马铃薯退化的重要原因,严重危害马铃薯生产.尤其是2种甚至3种病毒混合侵染带来的损失远大于各病毒单独侵染.国外科学家的研究表明,表达病毒外壳蛋白(CP)基因的转基因马铃薯能显著延缓该病毒病害症状的发展并减轻其危害程度.美国已获得同时表达PVX和PVY CP基因的双价转基因马铃薯,其中1个转基因株系对这两种病毒的混合侵染表现高抗.国际上还未见转3基因抗病毒马铃薯的报道.     

转蚕丝心蛋白基因改良了棉花纤维品质

利用农杆菌介导法将蚕丝心蛋白基因(fibroin)导入陆地棉品系WC, 共获得了9块愈伤组织系的30株再生植株. PCR检测、卡那霉素抗性筛选和GUS组织化学分析均为阳性的有17株. 经连续4代的卡那霉素抗性筛选和PCR检测, 在T₃代获得了6个转化事件的转基因纯系. Southern blot和Northern blot结果表明, fibroin已整合到6个纯合株系基因组, 且能稳定遗传和表达. 扫描电子显微镜和纤维品质检测结果显示, 所有转基因纯合株系棉纤维的转曲数和纤维伸长率比对照明显增加, 部分株系比强度提高, 说明蚕丝心蛋白基因在棉纤维中特异表达影响了棉纤维的结构和品质, 可以获得纤维品质改良的株系, 有望在生产上得到应用.     

转基因检测技术:从一片空白到国际立足——记上海交通大学、上海出入境检验检疫局联合团队的十年攻关

本期项目:水稻、玉米、油菜转基因产品内标准检测方法及标准化所获奖项:2012年度上海市科技进步奖一等奖完成单位:上海交通大学、上海出入境检验检疫局近些年来,公众对于转基因食品安全的关注度日益增高。作为种植和进口转基因农产品的大国,如何更好地从技术层面对该类产品进行把关,是我们国家必须直面和应对的问题。上海交通大学张大兵教授与上海出入境检验