水稻 Glu B-1启动子克隆及序列分析

GluB_1是水稻种子谷蛋白的编码基因,是种子成熟过程中,由GluB_1启动子调控,特异地在胚乳中表达的蛋白。以水稻基因组DNA为模板,通过PCR扩增得到Glu B_1启动子片段,将其克隆在pGEM_T Easy载体上进行序列分析。结果表明:获得的启动子片段的大小为2 293 bp,与已报道的该启动子序列相比较,其核苷酸序列同源性为99.2%。该启动子区域含有ACGT基序、AACA基序和GCN4基序等胚乳特异表达必需元件。     

水稻谷蛋白的一个新基因克隆及表达分析

与其他禾本科作物以醇溶蛋白为主不同，水稻种子含有醇溶蛋白和谷蛋白两种主要蛋白质贮藏形式。其中，谷蛋白约占胚乳蛋白总量的70%~80%。水稻谷蛋白是由多基因家族编码合成的，到目前为止至少已克隆获得了9个全长cDNA，根据这些cDNA编码的氨基酸序列同源性可将谷蛋白分为A、B两个亚家族。B亚族谷蛋白成员富含赖氨酸等人体必需氨基酸，与稻米的营养品质直接相关，因此挖掘、利用B亚族基因成员对于改良稻米蛋白品质性状至关重要。本文报道了以32P标记的谷蛋白基因GluB-2 cDNA片段为探针筛选水稻胚乳cDNA文库获得1个新的水稻谷蛋白基因全长cDNA。序列分析显示该基因核苷酸序列共1588 bp，含有1个由495个氨基酸残基组成的开放阅读框，编码蛋白分子量约为56 kD。推导的氨基酸序列与其他已知谷蛋白基因家族成员间序列相似性介于57.8%~97.8%之间，并与B亚族谷蛋白基因的同源性更高，因此命名为GluB-7（GenBank注册号AY987390）。Northern杂交显示，GluB-7具有高度的胚乳表达特性。     

水稻金属硫蛋白基因(MT2bL)启动子的克隆与表达分析

金属硫蛋白(metallothionein,MT)富含半胱氨酸,而且能够结合多种金属离子,调控细胞内金属代谢的平衡。本研究根据水稻在减数分裂期、开花期和开花后5 d的基因芯片数据结果,从水稻品种黎榆B(O.sativa L.ssp.japonica C.V.Liyu B)基因组中克隆得到了一个植物MT-2类基因Metallothionein2b-Like(Os MT2b L)的启动子序列,序列全长2 063 bp。利用植物启动子区域顺式作用元件数据库(PLACE)分析表明该启动子序列含有5个CURE(copper-response element)元件(GTAC)以及多个其它顺式作用元件。构建了多个启动子融合表达载体(p Ca MV35S::GUS,p MT2b L::GUS,p Ubi1::GUS,p CYC::GUS和p ACT1::GUS),并通过根癌农杆菌介导转化水稻愈伤组织获得了转基因植株。GUS组织染色结果分析表明,Os MT2b L基因启动子在水稻幼苗期的胚根、胚芽和胚芽鞘中具有高水平的GUS表达活性,特别是在胚根根尖和胚芽顶端的GUS表达活性较高;在减数分裂期的植株叶片、颖壳和开花10 d后的未成熟种子中GUS表达活性也较高;GUS蛋白荧光定量分析结果表明,Os MT2b L基因启动子在水稻叶片中驱动GUS基因表达的活性比Ca MV35S基因启动子高出3倍以上。     

植物安全性表达载体的构建策略:以表达水稻反义蜡质基因的载体构建为例

基于转基因作物的安全性考虑,在用于转化的表达载体上除了含有目的基因以及控制该目的基因表达的启动子和终止子外,最好不存在其它有可能存在安全性争议的DNA序列,由此培育的转基因植物可能将更易于被消费者所接受。本研究以pCAMBIA1300载体为基础,基因操作去除pCAMBIA1300质粒上的潮霉素抗性基因和花椰菜花叶病毒的35S启动子序列,构建了两种只含有水稻蜡质基因启动子引导蜡质基因反义片段的表达载体,p13AWY-1和p13AWY-2。其中p13AWY-1表达载体含有一个由水稻蜡质基因启动子、第一内含子、反义蜡质基因（W axy pro＋intron1＋anti-W axy）的融合基因单元;而p13AWY-2表达载体含有两个正向排列的W axy pro＋intron1＋anti-W axy融合基因单元。我们通过构建水稻反义蜡质基因安全性表达载体,试图为植物安全性表达载体的构建提供一种思路,为今后大规模商业化采用转基因技术改良农作物遗传特性提供安全的转基因方法。     

大豆CHI1基因启动子的克隆及功能初探

为了解大豆ClassⅠ几丁酶基因(Chitinase gene)对不同胁迫响应的分子机制。利用PCR技术克隆了大豆ClassⅠChitinase基因的启动子片段(Gm CHI1p),序列分析表明,扩增片段(1 641 bp)与Gen Bank中的已知序列同源性达99.8%,且含有多个胁迫响应调控元件。利用GUS基因上游无启动子的表达载体p CAMBIA1391Z,构建GmCHI1p与GUS基因融合的植物表达载体pCAM-Gm CHI1p,并通过农杆菌介导法导入烟草中。在转基因烟草愈伤组织中检测到GUS活性,表明该启动子具有启动活性。对转基因烟草中的GUS活性进行初步定性分析,结果表明,GmCHI1p可驱动GUS基因在转基因烟草的根部特异性表达,而且在伤害处理的叶片中检测到GUS的强烈表达,表现出明显的根组织特异性及伤害诱导性。这种伤害诱导仅在伤害组织部位及其附近高效表达而没有被长距离传递,预计该启动子在转基因抗虫分子育种中具有巨大的应用前景。     

水稻种子蜡质基因表达分析

为进一步研究蜡质基因在胚乳中表达模式,选用蜡质基因启动子与gus报告基因构建融合基因导入水稻。转基因水稻不同发育阶段种子胚乳GUS活性检测表明,种子发育过程中,蜡质基因表达逐渐从边缘向中心伸展。在水稻开花第2天至第5天对蜡质基因表达量分析结果显示,蜡质基因在开花第3天开始表达,并在开花第5天出现明显增强现象。     

含双边界序列植物双价表达载体的构建

转基因植物的安全性是基因工程改良作物的一个重要问题.构建含双边界序列（双T-DNA区）载体,将选择标记基因和目标外源基因分开在不同的T-DNA区,通过转基因植株有性杂交及后代分离,可在转基因后代中获得无选择标记的转基因安全植株.将2个外源基因置于同一载体上,可以提高其共转化的效率.本研究构建了1个中间载体pAHC17-PTA和1个含双边界序列的植物双价表达载体pDB13PS.pAHC17-PTA含有由Ubiquitin启动子引导的具有抗虫效果的半夏凝集素基因（PTA）.pDB13PS含2个独立的T-DNA区,在其中一个T-DNA区,含两个目的基因的完整的表达盒,一个是由Ubiquitin启动子引导的半夏凝集素基因（PTA）,另一个是由水稻胚乳特异表达启动子（Glutelin-B1 promoter）驱动的马铃薯高赖氨酸蛋白基因的cDNA（SB401）.pDB13PS的成功构建,为提高PTA和SB401的共转化效率和获得无选择标记的转基因后代植株奠定了基础.     

水稻新基因OsCPSF7启动子克隆及其时空表达特性分析

CPSF(cleavage and polyadenylation specificity factor),真核细胞mRNA3'端前体加工中起主导作用的蛋白因子。然而迄今对植物和水稻CPSF家族基因及其表达调控元件的克隆和功能的研究还不多。本研究克隆了水稻中一个未知功能基因OsCPSF7的上游2 330 bp启动子区域,构建植物融合表达载体pOsCPSF7:GUS,并获得了转基因水稻植株。组织化学染色结果表明,OsCPSF7基因启动子具有表达活性,可驱动GUS报告基因,在转基因水稻植株不同发育时期的叶枕、叶舌、茎间、小穗及种子柱头基部、胚和胚乳的连接部位均有强烈的表达。结果表明OsCPSF7基因启动子可能参与调控信号转导、逆境应答以及水稻生长和发育。该研究结果为进一步研究水稻OsCPSF7基因启动子的功能及其相关调控机制奠定了基础。     

水稻谷蛋白GluB-4基因启动子克隆及载体构建

GluB-4是水稻种子谷蛋白的编码基因,在种子成熟过程中,由GluB-4启动子调控,在胚乳中特异地表达。以水稻基因组DNA为模板,通过PCR扩增技术得到GluB-4启动子片段,序列分析结果表明:获得的启动子片段的大小为1 560 bp,与已报道的该启动子序列相比较,其核苷酸序列同源性为99.8%。该启动子区域含有TATA-box,CAAT-box,GCN4基序,Skn-1基序等胚乳特异表达启动子所必需的正调控元件,同时还含有高水平转录调控因子5UTR Py-rich stretch序列。利用该启动子构建了植物种子特异表达载体pCGB4P,为进一步的研究工作奠定了基础。     

水稻寡肽运输基因OsOPT7的时空表达特性分析

基因的表达是基因行使其功能的前提。为了阐明水稻寡肽运输基因OsOPT7的功能,本研究以OsOPT7启动子诱导GUS蛋白表达的转基因水稻为核心研究材料,结合生物信息学分析、半定量RT-PCR等研究方法,对稻寡肽运输基因OsOPT7的时空表达特性展开研究。从GUS蛋白活性的组织化学染色结果来看,OsOPT7基因主要在水稻不同器官的维管系统里面表达,半定量RT-PCR和RiceXPro数据库里的OsOPT7基因表达数据也支持这一结果。另外,OsOPT7基因启动子序列含有一些胁迫相关响应元件、光响应元件和植物激素响应元件,暗示OsOPT7基因会被这些外部因素诱导表达。综合几个方面的实验结果,我们发现水稻寡肽运输基因OsOPT7主要在水稻的维管系统中表达。     

The sulphur-rich Brazil nut 2S albumin is specifically formed in transgenic seeds of the grain legume Vicia narbonensis

Summary Epicotyl explants were co-cultivated with Agrobacterium tumefaciens EHA101 to transfer a chimeric 2S albumin gene construct carried in the binary Ti plasmid vectors pGSGLUC1 or pGA472 into the grain legume Vicia narbonensis. This gene encoding the sulphur-rich Brazil nut albumin was under the control of either the CaMV 35S promoter which permits gene expression in all organs, or the Vicia faba legumin B4 promoter which elicits seed-specific gene expression. After callus formation and selection for kanamycin resistance, somatic embryos were induced which, in the case of transformation with the vector pGSGLUC1, were screened for GUS activity. Embryos that produced GUS were in addition analysed for 2S albumin formation. Selected transgenic embryos were cloned by multiple shoot regeneration. Rooted and fertile plants were obtained by grafting transgenic shoots on the appropriate seedlings. R₁ and R₂ generations were raised and analysed for GUS as well as 2S albumin gene expression.Expression of the 35S promoter/2S albumin gene fusion took place in all organs of the transgenic plants including the cotyledons of seeds, whereas seed-specific gene expression was found in transformants with the legumin promoter/2S albumin gene fusion. The 2S albumin accumulated in the 2S protein fraction of transgenic seeds and its primary translation product was processed into the 9 and 3 kDa polypeptide chains. The foreign protein was localised in the protein bodies of the grain legume. Analysis of the R₂ plants indicated Mendelian inheritance of the 2S albumin gene. In homozygous V. narbonensis plants the amounts of 2S albumin were twice that present in the corresponding heterozygous plants. Whereas only low level formation of the foreign protein was achieved if the gene was under the control of the 35S promoter, approximately 3.0% of the soluble seed protein was 2S albumin if seed-specific gene expression was directed by the legumin B4 promoter. Some of these transformants exhibited a three-fold increase in the methionine content of the salt-soluble protein fraction extracted from seeds.Abbreviations 35S cauliflower mosaic virus 35S protein gene - GUS -glucuronidase - NPTII neomycin phosphotransferase II - LeB4 Vicia faba legumin B4 gene - 2S albumin Brazil nut (Bertholletia excelsa) 2S albumin - ER endoplasmic reticulum - rER rough endoplasmic reticulum - HPLC high pressure liquid chromatography     

受多逆境诱导表达的GhWRKY64基因启动子克隆与功能分析

WRKY蛋白属于锌指型转录调控因子,参与植物生长发育及耐逆响应。以陆地棉遗传标准系TM-1为材料,克隆Gh WRKY64(KF031101)基因上游1064 bp的启动子序列,并对其调控元件及功能进行分析。生物信息学分析表明,该区域含18个组织器官表达及诱导表达关键元件,分别为6个ROOTMOTIFTAPOX1根特异调控元件,4个CACTFTPPCA1叶肉特异性调控元件、4个OSE2ROOTNODULE病菌诱导元件、2个GTIGMSCAM4盐调控元件和2个W-box胁迫应答响应元件。将该启动子与GUS基因融合,构建p BIW64:GUS植物表达载体,通过农杆菌介导叶盘转化法获得12个转基因烟草株系。选择GUS表达量最高的p BIW64-5进行转基因不同组织器官表达及诱导表达分析。GUS组织化学染色显示,苗期的转基因烟草植株在叶和根部均具有GUS活性,开花期在转基因烟草植株根、叶及叶柄均检测到GUS活性,特别在转基因烟草的根及根尖部分染色更深,在茎和花组织上未检测到GUS活性。对该转基因烟草幼苗进行黄萎病菌诱导处理,诱导48 h后,转基因烟草幼苗根和叶片的GUS染色比未诱导处理的对照明显加深。结果表明,Gh WRKY64上游1064 bp长度的DNA序列,具有启动子的相关顺式作用元件,且为病原菌诱导型启动子。该启动子可为开展棉花抗黄萎病转基因研究提供调控元件。     

棉花GhTCP2基因启动子分离及其在幼嫩组织的表达分析

 采用Genome walking的方法分离了GhTCP2基因的启动子区,应用在线分析软件PLACE对该启动子序列进行分析,发现含有多个与细胞周期、细胞分裂素、生长素相关的顺式作用元件。构建了GhTCP2基因启动子驱动报告基因GUS的植物表达载体并转化了模式植物拟南芥。转基因拟南芥的组织化学染色显示,GUS基因主要在根尖、幼叶、顶芽、侧芽和花蕾中表达。这说明棉花GhTCP2基因启动子可以驱动目的基因在植物的幼嫩组织表达,该启动子有望在植物抗虫基因工程中应用。     

拟南芥2-甲基-6-叶绿基-1,4-苯醌甲基转移酶启动子在转基因烟草中的表达特性分析

通过对报告基因GUS产物的分析进行了拟南芥2-甲基-6-叶绿基-1,4-苯醌甲基转移酶（MPBQ MT）启动子在转基因烟草中的表达特性的初步研究。构建含该启动子和GUS报告基因的植物表达载体,通过农杆菌介导转化烟草,对转基因烟草进行GUS组织化学染色和GUS荧光定量分析该启动子表达特性。GUS在转基因烟草的根和种子中基本不表达,茎上有一定表达,叶上表达量最高,约是茎的4.7~10.9倍。结果表明MPBQ MT基因启动子主要在烟草绿色组织中特异性高表达。     

3个陆地棉球蛋白基因启动子的克隆与功能初步分析

为克隆陆地棉来源的种子特异性启动子,根据雷蒙德氏棉测序结果,设计针对GhαGLOA、GhβGLOA和GhβGLOB基因编码区上游约1.5 kb序列的引物,分别以陆地棉总DNA为模板克隆了3条序列。构建了含有编码区上游序列驱动GUS的表达载体,经农杆菌介导转化野生型拟南芥。转基因拟南芥种子的GUS活性荧光检测结果表明,所克隆序列具有启动子功能,其中GhαGLOA启动子的转录活性极显著高于其他2个启动子。在转基因拟南芥成体植株的多个器官中,仅可检出痕量的GUS活性,认为所克隆启动子为种子特异性启动子。     

rd29A启动子的克隆及提高烟草抗逆性的研究

根据GenBank上公布的rd29A基因序列(D13044),利用PCR方法从拟南芥(Arabidopsis thaliana)基因组DNA中扩增得到了rd29A基因的启动子片段.序列分析表明,该片段与D13044有99%的同源性,它包括了DRE等4种完整的顺式作用元件.与GUS基因融合构建双元植物表达载体pBI-rd.转基因烟草的GUS活性组织染色分析及Northern杂交分析均表明,3种胁迫处理均可诱导GUS基因大量表达.其中,15%PEG和0.5%NaCl胁迫处理的转基因烟草比0℃低温处理的转基因烟草的GUS表达量高,而未经胁迫处理的转基因烟草的GUS基因只有少量表达.这些结果表明,rd29A属胁迫诱导型启动子,当植物遭受逆境胁迫时,rd29A启动子可以驱动下游目的基因超量表达,这就为通过基因工程途径提高植物抗逆性奠定了基础.     

根癌农杆菌介导gna基因对水稻的转化

褐飞虱在中国分布很广,近年来已成为南方稻区的主要害虫。大量研究表明,进行抗虫基因分子育种是迅速改良水稻褐飞虱抗性的有效途径。采用农杆菌介导法将来源于大肠杆菌的6-磷酸甘露糖异构酶（PMI）安全选择标记基因和雪花莲凝集素（GNA）抗虫基因构建于同一表达载体上进行遗传转化,获得带有安全标记基因的抗褐飞虱转基因植株。通过PCR扩增、Southern印迹和GUS检测分析表明,PMI标记基因和抗虫GNA基因同时被转入部分植株中并得到了表达,其外缘基因主要以单拷贝的方式插入水稻基因组中。对随机选取的8个转基因单株T0代种子经含潮霉素的培养基培养15d后抗感苗数统计分析表明,绝大多数转基因植株后代符合单基因的遗传分离规律。     

中棉(Gossypium arboreum)光锈导基因Gacab启动子在转基因烟草中的功能缺失分析

分离了金华中棉(Gossypiun arboreum var. jinhua)光诱导基因cab 5'上游的调控序列1 009 bp,并对其功能进行了分析,证明获得的这一DNA片段具有驱动光诱导表达的功能。为了进一步分离具有最大转录活性的最小光诱导启动子,根据光诱导表达调控元件所在的位置,构建了Gacab P和197 bp、504 bp、779 bp的5'端缺失体,并将这些缺失体分别与gus (uid A)基因融合,构建植物表达载体。用农杆菌介导法转化烟草,获得转基因烟草。GUS组织化学分析表明,转基因烟草的T1代种子在光下培养时,只有Gacab P驱动gus基因在转基因烟草的叶片表达,其他3个启动子驱动gus基因在转基因烟草的整个植株中均有表达;当转基因烟草的T1代种子在暗中萌发及培养时,Gacab P驱动gus基因在转基因烟草中无表达,其他3个启动子驱动gus基因在转基因烟草的整个植株中均有表达。GUS定量分析表明,–504 ~ –1 bp的启动子缺失体启动活性最高,比CaMV35S启动子高0.6倍。上述结果表明只有全长的Gacab启动子具有光诱导和绿色组织特异表达特性,且–504 ~ –1 bp的启动子缺失体启动活性最高。     

HPV45-L1和HPV58-L1蛋白植物表达载体的构建及水稻转基因植株的鉴定

利用水稻胚乳细胞生物反应器,构建含有HPV45-L1和HPV58-L1基因的重组植物表达载体,为HPV-45L1和HPV58-L1蛋白的表达提供一种新的高效、低廉的表达方式。利用PCR技术克隆人乳头瘤病毒HPV45-L1和HPV58-L1蛋白编码基因,将其重组于中间载体pMP3和植物表达载体pCAMBIA-1300中,构建含HPV45-L1和HPV58-L1基因的植物表达载体pCAMBIA-1300-pMP3-HPV45-L1、pCAMBIA-1300-pMP3-HPV58-L1,随后采用根癌农杆菌侵染水稻愈伤组织介导的水稻遗传转化,获得HPV-L1转基因水稻植株。PCR检测结果表明,HPV45-L1和HPV58-L1基因已整合到水稻基因组中,说明已成功构建水稻胚乳特异性表达载体。