拟南芥砷酸还原酶基因AtACR2的表达调控及其功能分析

将砷酸盐还原为亚砷酸盐是植物砷代谢途径中的关键步骤，其中砷酸还原酶是催化砷酸盐还原的关键酶。目前，对植物中砷酸还原酶基因的表达调控机制及该基因的功能了解得还不是很清楚。因此研究拟南芥砷酸还原酶基因的表达调控及其功能对于探讨植物对砷吸收、代谢、转运和富集的分子机制有重要意义。 本论文利用拟南芥砷酸还原酶基因（AtACR2）的启动表达调控序列的不同组合驱动GUS基因转录表达，对AtACR2启动表达调控序列的功能进行了分析；同时利用过表达、AtACR2基因T-DNA插入缺失突变体和地上部特异表达对拟南芥和蜈蚣草砷酸还原酶的基因功能进行了初步分析，主要结果如下： 1．对拟南芥AtACR2基因在不同砷酸盐处理浓度(0、100 yM、200 yM) 下的RT-PCR分析初步表明：在未用Na3As04处理的拟南芥幼苗中，AtACR2基因在根和茎叶中均有表达，且其在根中的转录水平高于茎叶中。同时该基因的表达在转录水平上受砷酸盐的负调控，即随着外界砷酸盐浓度的升高，AtACR2基因的转录水平降低。 2．将AtACR2基因不同启动调控序列组合驱动GUS基因转录表达，结果表 明：①由AtACR2基因上游1250 bp及其5’端非编码医构成的启动调控序列不足以启动AtACR2基因的转录表达和砷酸盐胁迫的应答；②在第一外显子和第一内含子中存在启动AtACR2基因起始转录表达的关键序列元件，它们的存在决定了该基因能否得以转录表达；⑧第一外显子和第一内含子序列中不仅存在起始基因转录的必需元件，还存在砷胁迫相关的应答元件，参与砷酸盐抑制AtACR2基因的转录表达调控；④在第二外显子和第二内含子中可能存在增强基因表达的调控元件序列，进一步影响该基因转录表达强度的调控。 3． 拟南芥AtA CR2基因和砷超富集植物蜈蚣草PvA CR2基因在拟南芥中过表达后的功能分析初步表明：①转基因植株能够通过减少体内As含量增强对砷酸盐的抗性；②两种植物的砷酸还原酶作用能力存在一定差异，其中超表达蜈蚣草PvA CR2能够使转基因植株根中As含量更少，但其对砷酸盐胁迫的抗性并没有AtACR2超表达植株强，这可能与转 PvA CR2基因植株地上部积累相对较高的砷含量有关。 4．将AtA CR2和PvA CR2在拟南芥中地上部特异表达后，抗性实验初步表明：①以野生型拟南芥为背景材料进行地上部特异超表达AtACR2或PvA CR2基因，不能增强转基因植株对砷酸盐抗性；②以AtA CR2基因的T-DNA插入缺失突变体为背景材料地上部特异表达AtACR2或PvA CR2基因，却能够明显增强转基因植株对砷酸盐的抗性。综上所述，植物砷酸还原酶基因在植物对砷酸盐胁迫的响应和调控中起着重要作用。

显花植物器官形成激素调控的分子机理研究

本论文以显花植物水稻和拟南芥为对象，研究植物器官形成激素调控的分子机理。发现拟南芥干细胞决定基因WUS和ABA信号关键调节因子ABI3间存在相互调节关系，它们对质体和根毛发育等具有调控作用；运用细胞学手段对OsAGAP和OsRMC调控根发育的机理进行了研究。这些结果为了解ABA、生长素和JA等激素对分生组织或根等器官的形成的调控机理提供了新资料。 拟南芥WUS基因是一个重要的干细胞决定基因。在茎尖分生组织和花分生组织的动态平衡调节中各存在一个反馈调节环：WUS促进CLV3的表达，而CLV3 反馈抑制WUS表达，它们共同决定干细胞的数目；在WUS+LFY 和AG之间也存在一个类似的反馈环，负责花器官的正常启动和终止。本工作发现在外源ABA 存在下，拟南芥WUS功能获得突变体sef (stem ectopic flowers)子叶黄化过程受到抑制，即sef突变体对ABA 的敏感性降低，而且在sef突变体中ABI3转录水平下调，说明WUS 抑制ABI3的表达。另一方面，在abi3突变体中WUS转录水平下降，启动子分析发现WUS是ABI3所在的B3结构域家族基因的靶基因，酵母单杂交实验表明B3家族蛋白FUS3可以与WUS调控区结合；外源ABA 处理pWUS::GUS植株发现ABA可使WUS异位表达，暗示受ABA信号诱导的B3类转录因子可与WUS调控区结合，从而促进WUS的表达。这些结果支持ABI3/WUS间的反馈调节机理，该调节环可能参与调控拟南芥质体和根毛发育等过程。 双子叶和单子叶植物的发育和器官形成高度依赖生长素极性运输（PAT）， 生长素输入和输出载体的准确定位对于极性运输的正常进行是必要的。在双子叶模式植物拟南芥中，生长素输出载体PIN1的转运和定位受小G蛋白ARF鸟苷酸转换因子GNOM介导。本实验室克隆到一个水稻ARF GAPase激活蛋白OsAGAP， 其超表达引起PAT改变且干扰主根和侧根的发生及发育。前期生理实验显示超表达植株侧根的表型可被膜渗透性生长素NAA恢复，但不能被载体依赖型生长素IAA和2, 4-D恢复。为了解释OsAGAP过表达引起根系发育受到抑制的表型，本工作主要从细胞学角度继续深入分析OsAGAP介导生长素运输的机理。实验发现，OsAGAP超表达植株中AUX1在细胞中分布改变；生长素输出载体PIN1和PIN2的定位不受影响；该基因的超表达使囊泡聚集，形成类似囊泡运输抑制剂BFA处理后的结构；OsAGAP与细胞转运系统中的高尔基体存在部分共定位。以上结果表明OsAGAP调节小G蛋白Arf的活性，参与调控生长素极性运输过程，进而调控根系发育。通过对JA诱导的OsRMC蛋白的膜定位分析及转基因植株根中JA合成水平的测定，为研究此蛋白参与JA信号、调控根系发育提供了直接证据。 此外，论文还对拟南芥STAR2基因的功能进行了一定的初探。

中药青蒿紫穗槐二烯合酶基因表达及调控的研究

青蒿素是从我国传统药用植物中药青蒿（Artemisia annua L.）中提取的新型抗疟特效药，其生物合成途径属于植物类异戊二烯代谢途径。目前，青蒿素生物合成的组织部位及其调控机制仍不完全清楚。紫穗槐二烯合酶（amorpha-4， 11-diene synthase, ADS）作为青蒿素生物合成分支途径的第一个关键酶，催化倍半萜化合物的通用前体法呢基焦磷酸环化，生成紫穗槐二烯。本论文通过对ADS 表达特性的分析，研究了青蒿素生物合成的组织特异性及其调控机制，主要研究结果如下： 一．紫穗槐二烯合酶基因启动子功能的研究 从青蒿高产株系001 中克隆得到了2850 bp 的ADS 启动子调控区。通过比较5’RACE 的测序结果与启动子序列，确定转录起始位点位于翻译起始位点上游44 bp，TATA 盒下游27 bp。该启动子序列包含的顺式作用元件有脱落酸应答元件(ABRE )、乙烯应答元件(ERE)、生长素应答元件(AUXRE）等植物激素反应元件，以及低温应答元件（LTRE）、高温应答元件（HSE）等与逆境有关的反应元件，还有与真菌诱导有关的W-box 元件等。将不同长度ADS 启动子与报告基因GUS 融合，构建了植物表达载体，通过农杆菌介导的方法获得稳定整合的转基因烟草。经过组织化学、GUS 荧光活性检测及RT-PCR 分析，发现该启动子的转录活性很低，无法通过GUS 染色进行观察。GUS 荧光活性检测及RT-PCR 结果表明，转录起始位点上游346 bp 是ADS 基础表达所必需的。高温、低温、干旱、水杨酸、茉莉酸甲酯等处理均能促进青蒿中ADS 的表达，而脱落酸和乙烯的作用效果较小，与启动子序列分析的结果并不完全一致。 二．紫穗槐二烯合酶基因表达特性的研究 以青蒿高产株系001 为材料，在基因和蛋白水平揭示了ADS 的表达特性。RT-PCR 和Western 分析结果表明，ADS 在幼叶和花蕾中大量表达，在老叶和完全开放的花中表达量很低，而在青蒿的根和茎中几乎检测不到ADS 的表达。石蜡切片和整体原位杂交的结果表明，ADS 在顶端分生组织、叶原基及分泌腺毛中表达，在非分泌的T 型腺毛中不表达。当叶片完全展开后，ADS 只在分泌腺毛中表达，而且随着叶片的生长和老化，ADS 的表达量逐渐减少。另一个非常有趣的发现是同一叶片上的分泌腺毛，有些有ADS 的表达，有些则没有。用强光、低温、高温和水杨酸等因素处理后，有ADS 表达的分泌腺毛的比例没有明显的变化。 三．外源水杨酸促进青蒿素的生物合成 研究了外源水杨酸对青蒿素生物合成的影响，结果表明：1 mM 水杨酸处理后，青蒿叶片中的游离态水杨酸含量快速增加，处理后4 h 达到 0.79 μg g-1 FW，是对照的3.5 倍。外源水杨酸能够抑制青蒿中过氧化氢酶活性，提高抗坏血酸过氧化物酶活性，并通过对抗氧化酶活性的抑制引起青蒿体内活性氧水平的迅速升高。在处理后4 h，青蒿中H2O2 和O2-的含量分别达到对照的2.1 倍和2.4 倍。青蒿素含量在水杨酸处理后的前8 h 缓慢升高，随后升高的速度增加。外源水杨酸处理后8 h 和96 h，青蒿素含量分别达到9.1 mg g-1DW 和13.9 mg g-1DW，比对照高21.7%和75.8%。处理后8 h，青蒿酸的含量没有明显变化，随后开始增加。处理后16 h，青蒿酸的含量达到3.6 mg g-1DW，比对照高90%， 随后继续升高，至96 h 达到4.98 mg g-1 DW，比对照高127%。二氢青蒿酸的含量在处理后的8 h 内有所下降，随后缓慢升高。处理后8 h，二氢青蒿酸的含量降低了23.3%，随后二氢青蒿酸的含量开始升高，在处理后96 h，达到7.4 mg g-1DW，比对照高72.1%。外源SA 处理提高了青蒿素及其前体的总含量，在处理后1、2、4 天分别比对照提高了1.3、1.5 和1.8 倍。Northern 结果表明，水杨酸强烈诱导了青蒿素生物合成基因HMGR、ADS 的表达，但是对FPS、CYP71AV1 的诱导作用较小。这些研究结果表明，外源水杨酸至少通过两条途径诱导青蒿素的生物合成：一是通过诱导活性氧的产生促进二氢青蒿酸向青蒿素的转化；二是上调部分青蒿素生物合成相关基因的表达。根据这一研究成果，在青蒿田间栽培中，可以在收获前通过喷施水杨酸来快速、有效和低成本地提高青蒿素产量。

水稻2,3-氧化鲨烯环化酶基因的功能研究

植物通过异戊二烯代谢途径合成多种具有生物活性和功能的三萜及甾醇类化合物，它们在调节植物生长发育、维持膜的完整和功能、抵抗病原微生物侵染中发挥着重要的作用。2,3-氧化鲨烯为三萜和甾醇合成途径的分枝点，参与这一关键步骤的酶被通称为2,3-氧化鲨烯环化酶（OSCs）。本研究系统分了水稻基因组中全部11个OSC基因序列，发现其中四个可能为假基因。亚种间非同义替换率Ka和同义替换率Ks的比值（Ka/Ks）以及进化树的分析表明OsOSC8是单子叶植物特有的功能保守基因，而OsOSC9在水稻两个亚种间发生了功能快速进化，这种快速进化的基因往往参与植物和病原菌相互作用的代谢途径。 根据基因结构、表达谱以及与其它植物已知功能的OSC酶氨基酸序列的比对推测OsOSC3可能具有环阿屯醇合成酶的功能，参与植物甾醇的合成，而OsOSC7、OsOSC10和OsOSC11可能具有β-香树素合成酶的功能，其余OSCs可能参与合成其它三萜化合物。为了进一步分析和验证OSCs酶的功能，将水稻7个OSC基因的开放阅读框（ORF）构建到酵母表达载体并在pichia酵母中表达，发现仅有OsOSC9和OsOSC12能够将酵母内源的2,3-氧化鲨烯分别环化为四环三萜化合物Parkeol和植物中稀有的五环三萜化合物Isoarborinol，目前还未在其它植物中发现参与这两种三萜化合物的基因。另外，水稻所有的OSC基因均不能互补酵母羊毛甾醇缺陷型菌株，表明水稻OSCs不具有合成羊毛甾醇的功能。 RNAi沉默以及启动子融合GUS的表达实验发现OsOSC8可能参与花粉的发育，该基因的下调影响水稻的育性，暗示水稻中存在一个可能与雄性不育有关的三萜代谢途径。水稻其它OSC基因RNAi植株可能在逆境环境和病原菌侵染下才会显现出表型。

细胞分裂素基因（T-cyt）对转基因植物生长发育的调控

高等植物基因表达过程中的信号传导是目前植物分子生物学研究的前沿和热点之一。不少研究者已将脱落酸、乙烯、细胞分裂素及其它植物激素的作用一起归之于植物基因表达的信号传导系统。细胞分裂素作为—类重要的植物激素在植物的生长和发育过程中起重要的调节控制作用。因此研究细胞分裂素的基因与植物发育过程的关系是十分重要的。 为研究细胞分裂素对植物基因表达的调节，本文从转录和翻译水平上测定了黄瓜子叶在外源细胞分裂素诱导下微管蛋白基因表达的活性。发现经BAP处理的黄瓜子叶中α,β-tubulin mRNA迅速积累，微管蛋白的含量迅速增加。这表明外源细胞分裂素在诱导黄瓜子叶膨大的过程中激活了微管蛋白基因的表达。 为探索不同启动子驱动下的细胞分裂素基因转入植物后的表达对转基因植物生长发育的调控，本文将来自根癌农杆菌的细胞分裂素基因(T-cyt)分别置于CaMV 35S启动子，rbc S启动子和T-cyt基因自身启动子的调控下，构建了嵌合表达质粒，分别转化烟草和马铃薯。转基因烟草和马铃薯的PCR检测和Southern杂交鉴定均证实T-cyt基因已分别整合进烟草和马铃薯的核基因组中。标志基因NPTⅡ的酶活性测定表明有外源基因的表达。转基因烟草的Northern分析表明：CaMV 35s启动子驱动的T-cyt基因的mRNA在叶、茎和根中均有表达;rbc S启动子指导的T-cyt基因在叶中表达最强，茎中较弱，在根中几乎没有表达。转细胞分裂素基因的烟草在生长发育上与未转化的对照相比有明显不同。转基因烟草中叶绿素a，b含量明显增加，叶面积减小，叶衰老迟缓。T-cyt基因转化的烟草顶端优势受到抑制，侧芽生长旺盛;与对照相比，其节间短，株高降低，根生长受抑制。 本文还构建了T-cyt基因自身启动子与报告基因GUS编码区的嵌合表达质粒，转化烟草和马铃薯以研究T-cyt启动子在植物中的表达。组织化学定位测定表明，T-cyt启动子在植物的茎，叶中的表达较强，特别是在腋芽的生长点有很高的表达活性，但在根中的表达较弱。诱导性表达试验表明，T-cyt启动子的表达强度受细胞分裂素的诱导，而生长素对T-cyt启动子的表达无明显影响。这提示T-cyt启动子是一个细胞分裂素诱导性表达的启动子。 总之，将T-cyt基因转入植物，作为调节内源细胞分裂素的一种手段，可以对植物的生长发育进行调控。尤其是利用发育阶段特异性和各种器官特异性表达的启动子可以调节T-cyt基因的表达活性，有可能创造出具有经济价值的、具有新遗传特性的植物。

商陆抗真菌蛋白的基因克隆及其应用

商陆种子的7kD多肽被鉴定为一种抗真菌多肽，命名为PAFP（pokeweed antifungal protein）。它抑制Trichoderma viride, Fusatium及其它一些病原真菌的生长。本文构建了cDNA文库，而后从库中筛选和克隆PAFP基因。PAFP的编码序列－－201bp的DNA片段被扩增并插入pBluescript SK+载体。经酶切图谱分析和核苷酸顺序测定之后，这个片段与35S启动子连接并重组于双元载体pBin 19。此表达载体质粒转入农杆菌LBA 4404供转化植物之用。通过农杆菌介导的对西瓜的转化，所采用的基因还包括报告基因GUS和Bar，以及一种来自大麦的抗真菌蛋白的基因。以PCR扩增，GUS与NPT II活性检测，以及Southern杂交对转基因植物进行鉴定。

水稻菠菜紫黄质脱环氧化酶基因的克隆遗传转化及其特性的研究

自发现叶黄素循环具有热耗散的作用后它被引起广泛的关注目前普遍认为叶黄素循环的色素定位于天线色素蛋白复合体上在跨膜质子梯度pH形成后玉米黄质Z和环氧玉米黄质A能够从叶绿素中吸收过多的激发能并以热能的形式耗散到体外从而保护光合器官免受强光的破坏紫黄质脱环氧化酶VDE是叶黄素循环的关键酶在较低的pH条件下它能在数分钟内将紫黄质V转变为Z和A本论文从水稻和菠菜中克隆了编码VDE酶的基因并通过转基因植物进一步研究了叶黄素循环在热耗散方面的作用主要获得了以下结果 首次从两个水稻亚种籼稻和粳稻中克隆了Rvde基因分别命名为iRvde和jRvde的全长cDNA序列分别长1647bp和1887bp两者开放阅读框的同源性为98%与其它已知vde基因的同源性在60以上推导两者均编码446个氨基酸其中转运肽序列长98个氨基酸两者成熟蛋白的氨基酸序列完全相同与已知VDE成熟蛋白的同源性在75%以上其中与小麦的同源性最高达87.4 通过PCR扩增获得了Rvde基因的核基因组DNA序列在它们的编码区中含有4个内含子其长度在jRvde中分别为105bp327bp81bp和69bp而iRvde基因的第2个内含子长425bp与jRvde的第2个内含子差别较大内含子的AT含量为6063%其两端为典型的GT/AG结构 构建了Rvde基因的原核表达载体pET-Rvde在0.4mmol/L IPTG的诱导下该基因能在大肠杆菌BL21(DE3)中大量表达SDS-PAGE和Western杂交表明表达蛋白的分子量约为 43 kDa随着IPTG诱导时间的延长蛋白量逐渐增加诱导4h后它占大肠杆菌总蛋白的25左右吸收光谱差值A502-540随反应的进行逐渐增大反应体系总色素的HPLC分析表明V逐渐降低而Z刚好相反说明表达的蛋白具有与活体VDE酶相同的功能能在体外将V转变为A和Z 从菠菜中克隆了Svde基因并构建了该基因的反义抑制植物表达载体pCB-antiSvde用根癌农杆菌介导法转化烟草获得了大量的转基因植株再生的愈伤组织经GUS染色后呈蓝色PCR扩增潮霉素抗性基因hpt和Svde基因结果显示在转基因植株T0和T1代中都分别扩增出1.0 kb和1.4 kb的目的片段而在未转化的对照植株中没有扩增转基因植株的T0代种子在潮霉素培养基上的萌发数与未萌发数的比值为3:1符合单基因的孟德尔分离规律从T1代转基因植株中筛选出抑制程度较强的一个株系A29Southern杂交结果表明外源Svde基因已整合到烟草的基因组中并且只有一个插入位点通过冻融法从该植株的类囊体中提取VDE酶其酶活性为3.2是对照植株的45.7表明VDE酶受到了抑制荧光动力学及HPLC测定结果显示强光处理后在转基因植株中Z和A的形成较少非光化学淬灭NPQ值较对照低Fv/Fm的下降较对照快表明转基因植株的热耗散能力下降进而说明叶黄素循环具有热耗散的功能 同时还建立了根癌农杆菌介导的水稻遗传转化体系并初步作了转化Svde基因的试验另外还建立了一种适合于筛选转基因植株的DNA微量提取法此方法操作快捷方便一个人在一天内能制备50多个样品100mg的植物鲜样平均可获得40µg的DNA提取的DNA可直接用于PCR反应酶切分析及Southern分析

能用于三亲杂交的植物双元表达小载体pSY系列的构建及转基因鉴定

根癌农杆菌通过将一段含有“癌”基因的T-DNA导入植物基因组中，引起植物的肿瘤：冠瘿。根癌农杆菌的这种能力来源于Ti质粒（Tumor inducing plasmid）。遗传工程中，根癌农杆菌的这一特性被用来将连接入Ti质粒T-DNA区两个边界之间的外源基因转入植物基因组。随着植物分子生物学的发展，T-DNA转化的原理被进一步阐明，农杆菌介导的转基因技术也得到进一步优化，更适合遗传工程操作。特别是Ti质粒毒性区和T-DNA区的反式作用（即位于不同质粒的T-DNA和毒性区也能侵染植物）被发现以来，双元表达载体的构建使遗传工程操作大为简便。 常用的双元表达载体大小都在11kb以上，尽管远远小于几百kb的野生型Ti质粒，但在实际的体外操作中还是不够简便。常用的植物双元表达载体pBI121的基因序列被测定（Frisch et al.，1995），数据显示非T-DNA区一半以上的序列被发现和功能无关，这使双元载体的进一步缩小成为可能。本文即通过PCR方法克隆到pBI121非T-DNA区中载体复制、三亲杂交必需的片段，结合载体pART27中的T-DNA区（含有真核、原核表达活性的嵌合npt II基因）创造了小的合成型植物表达双元载体pSY1（小于7kb）。然后将pBI121上带有35S启动子和nos终止子的GUS基因克隆到pSY1的T-DNA区中，得到pSY2（约10kb）。进一步用pROK2上的35S启动子和nos终止子区替换pSY2上的GUS表达区，得到pSY3（约8kb）。通过三亲法将pSY2转入根癌农杆菌中，根癌农杆菌再通过叶盘法侵染烟草叶片，获得愈伤组织，愈伤组织进一步分化出小苗。GUS组织化学染色表明GUS基因在转基因的愈伤组织和小苗中均有表达，PCR检测也证明GUS基因被导入了植物基因组。pSY系列载体能成功的用于植物遗传转化。

转Rubisco 活化酶大型同工酶基因(rca)水稻的光合作用特性研究

Rubisco 是催化光合暗反应第一步反应的酶，是唯一能将CO2 转变成碳水化合物的酶，由它固定和最后转化成的碳水化合物提供了植物、动物和微生物的食物和能量。但是，Rubisco 催化该反应的效率十分低，使之成为光合作用的限速步骤。由于Rubisco 的合成和催化过程十分复杂，人们很难通过直接改造Rubisco 提高植物固定CO2 的能力。而Rubisco 活化酶能活化Rubisco，使植物在生理CO2 浓度下具有最大的CO2 同化速率，因此研究活化酶有重要意义。水稻活化酶有2 个同工酶，大型同工酶比小型同工酶C 端多37 个氨基酸，其中包括两个Cys 残基。这两个Cys 残基的存在使活化酶大型同工酶对ADP 的存在更加敏感，其活性在硫氧还蛋白的介导下能被基质中氧化还原状态的变化所调节。由于活化酶大型同工酶对调节Rubisco 的活性具有的这种特殊作用，在本研究中，将活化酶大型同工酶rca基因用正义和反义引入水稻基因组，获得了过量表达活化酶大型同工酶基因和反义抑制活化酶基因表达的转基因植株，对其光合作用进行了生理和生化分析。 本研究的主要结果如下： Rubisco 活化酶大型同工酶基因的克隆：从水稻镇恢249 中克隆了1525 bp 的活化酶大型同工酶cDNA 序列。经过测序，它与报道的粳稻品种活化酶大型同工酶cDNA 序列（rca）完全相同。 构建了4 个植物表达载体：3 个为过量表达rca的载体，分别是pCBUbirca，pCBSrca 和 pCBSUbirca ，其中rca分别在水稻中高效表达的玉米Ubiquitin 启动子、受光调控的Rubisco 小亚基基因启动子和由这两个启动子构成的双启动子控制下表达; 1 个在Ubiquitin 启动子控制的反义rca载体，即 pCBUbi-antirca。 获得了转化rca的水稻再生植株：用日本晴，台北309，武育梗7 号和籼稻品种培矮64S 水稻成熟种子诱导愈伤组织。用改良的农杆菌浸染法将rca基因转化这些愈伤组织，在潮霉素筛选压力下获得抗性愈伤组织，经过2 天的干燥处理后，转入到含山梨醇的高渗分化培养基上培养，能迅速获得大量的芽和转化体再生植株。 获得了转rca基因的水稻植株：抗性愈伤组织和再生水稻幼苗的叶片经GUS 染色呈蓝黑色。PCR 扩增转基因水稻基因组内的潮霉素基因和rca，大部分转基因水稻中含有841 bp 的潮霉素基因片段和1525 bp 长的rca cDNA 片段。251 粒T1 代转基因水稻种子中189粒呈现潮霉素抗性，抗性种子/非抗性种子的比率约为3：1，接近孟德尔分离规律。Southern杂交表明rca序列已整合到水稻基因组，一般含1－2个拷贝。Western 杂交显示Rubisco 活化酶含量在转pCBUbi －antirca 的水稻中和对照比，几乎看不出，被反义抑制;转pCBUbirca 的水稻与对照含量相差无几;转pCBSUbirca，pCBSrca 载体的水稻中活化酶的含量比对照有极显著的增加。 T1 代转rca水稻的光合作用发生显著变化：转pCBSrca 和pCBSUbirca 的水稻在饱和光强下的Rubisco 初始活性、羧化效率、光合速率都明显高于对照，但是表观量子效率、色素含量和Rubisco 总活性与对照相似。两者相比，前者比后者更高;转反义rca（pCBUbi-antirca）基因的水稻饱和光强下的光合速率、表观量子效率、羧化效率、Rubisco 初始活性明显降低，色素含量和Rubisco 总活性基本不变;转pCBUbirca 的水稻中，光合作用的各项参数与对照基本相似。 T1 代转rca水稻的叶绿素荧光明显改变：转pCBSrca 和pCBSUbirca 的水稻ΦPSII 的值明显高于对照，而且前者qP 的值明显高于对照。两者相比，前者的ΦPSII 和qP 的值比后者高;转反义rca的水稻ΦPSII，F′v/F′m，qP 值和对照比都明显降低，但qN 的值升高;转pCBUbirca 载体的水稻中，叶绿素荧光的各项参数与对照基本相似。 转rca基因的水稻生长发育的变化：转pCBUbirca 载体的水稻整个生长发育过程与对照相似;转化pCBSrca 和pCBSUbirca 载体的水稻和对照比，植株高大，生长发育速度加快，抽穗、开花和结籽的时间提前。两者本身相比，前者比后者明显;转反义rca（pCBUbi-antirca）基因的水稻生长发育延迟，植株矮小，种子败育。 由上可见，Rubisco 活化酶大型同工酶rca基因在Rubisco 小亚基基因启动子、Ubiquitin 基因启动子和Rubisco 小亚基基因启动子共同控制下正义转入水稻的转基因植物光合作用的参数最好，光合效率提高，植物表型最好，生长发育加快，提前开花结籽。这一研究可能为获得高光合效率和高产量的水稻奠定了基础。

植物油脂积累机理和品质改良—利用RNAi改良大豆油脂品质—四合木茎积累三脂酰甘油特征

利用RNAi改良大豆油脂品质 大豆[Glycine max (L.) Merr.]起源于中国，栽培历史悠久，是重要的粮食作物， 同时也是植物油和蛋白的重要来源。随着经济的发展和生活水平的提高，人们不但对大豆的需求量大大增加，同时对大豆的品质也提出了更高的要求。近年来，我国大豆进口量逐年攀升，已远远超过本国生产量。国外转抗除草剂转基因大豆大面积种植大大降低了生产成本，直接影响了我国大豆生产。因此，提高产量和改良品质是当前中国大豆生产所面临的重要课题。基因工程是大豆品种改良更为有效和快速的方法，但是由于历史原因我国的大豆转基因育种与发达国家尚存在一定差距，对我国的大豆生产贡献十分有限。因此，建立高效的大豆转化体系，加强大豆基因工程研究和育种是解决大豆面临困境的关键。 本研究的目的是以我国主要栽培大豆品种（黑农、合丰和东农等）为材料，利用GUS（β-glucuronidase）报告基因和RNAi技术，建立高效的大豆基因转化体系和基因功能研究体系。为大豆产量和品质基因工程改良提供技术手段和理论基础。结果如下： 以大豆下胚轴为外植体，对分生组织产生不定芽的频率进行了研究。培养基中添加高浓度BAP（6-benzylaminopurine）可以诱导外植体分生组织增殖产生不定芽的发生率;在培养基中添加银离子可以明显地促进大豆单个外植体多芽的产生，使得诱导不定芽总数目显著增加;不同基因型大豆再生不定芽能力有着较大区别，黑农44，黑农37，合丰35，合丰39等品种再生能力强;相对于大豆子叶节等再生系统，大豆下胚轴体系具有高效高频的再生特点（总的再生频率高于80%），且重复性好，容易操作。 以大豆下胚轴为外植体，用含有GUS报告基因的根癌农杆菌对其进行遗传转化，并重点对农杆菌菌液浓度、农杆菌侵染时间、乙酰丁香酮（AS）和抗氧化剂浓度等因素对农杆菌大豆转化效率的影响进行了研究。组织化学染色结果显示GUS基因在外植体顶端表达强烈，表达位置主要位于初生芽基部周围的分生组织。 农杆菌浸染时间以 4h 为最佳，此时的GUS瞬时表达频率可达73.0%;培养基中添加浓度为200μmol/L的乙酰丁香酮，可以显著增加GUS瞬时表达频率。抗氧化剂可以显著降低共培养阶段外植体的褐化和坏死率，进而显著提高农杆菌转化效率。用根癌农杆菌转化大豆下胚轴的方法得到了表达GUS基因转基因大豆株系。 利用大豆油酸去饱和酶基因(FAD2-1;Genbank, L43920)在第315-852碱基之间的基因片断构建了反向重复的RNAi表达载体，以农杆菌介导大豆下胚轴转化方法进行转化，并且获得转基因植株。经过PCR，Southern杂交和转基因后代的脂肪酸分析，表明沉默结构已经成功整合到大豆基因组中，并成功抑制了内源基因的表达。与栽培大豆品种相比较，转基因大豆种子的脂肪酸组成发生显著变化，油酸含量由栽培大豆的18.1％增加到71.5％¬-81.9％;亚油酸含量从栽培大豆的46.4％降到了约3.4％。 栽培大豆种子中油酸去饱和比率（ODP, oleic desaturation proportion）为0.76 到 0.84，转基因大豆种子的油酸去饱和比率降为0.06-0.26，表明Δ12-去饱和酶活性降低了74%-94%。上述结果表明，我们构建的RNAi反向重复序列沉默结构高效地抑制了大豆种子FAD2-1基因。 在本研究中，我们通过外源GUS基因的表达和内源FAD2基因的抑制，成功地建立了以大豆下胚轴为外植体的高效农杆菌介导大豆转化体系，并获得了相应的转基因株系。本研究对我国大豆品种基因工程改良以及进一步大豆功能基因组研究有重要参考价值。 四合木茎积累三脂酰甘油特征 四合木(Tetraena mongotica Maxim)是蒺藜科(Zygophyllaceac)四合木属唯一的种，是地球上最具代表性的古老残遗濒危珍稀植物。由于四合木极易燃烧，当地居民称其为“油柴”。 通过对四合木内可能存在的“油”成分进行了分析，我们发现其茎组织含有大量的三脂酰甘油（Triacylglycerols），含量达到46 mg/g DM。在韧皮部中更高，达到90 mg/g DM。我们通过半薄切片对四合木中三脂酰甘油在不同组织的分布和存在形式进行了研究，发现三脂酰甘油主要以油体形式存在于木质部和韧皮部的薄壁组织中。在韧皮部中，几乎所有的薄壁细胞都含有大量的油体。 三脂酰甘油在植物的生长发育中起着非常重要的作用。作为植物生长发育所需的碳源和能量，三脂酰甘油一般储存在植物的种子和果实中。虽然也有关于其在茎和叶中发现的报道，但是含量很少。四合木茎组织含有大量的三脂酰甘油，这种现象可能与四合木茎中存在茎特异油脂合成酶系统有关。因此，克隆相关基因并在作物中表达，将对能源植物的开发具有重要意义。

农杆菌介导的单子叶植物早熟禾的转化(英文)

利用种子和胚分别在两种培养基K3和K5诱导产生了早熟禾(Poa pratensis L.)一个品种Mado的胚性愈伤组织。K3培养基含有10.0μmol/L的二氯苯氧乙酸(2,4-D)、0.5μmol/L的苄氨基嘌呤(BAP)。K5培养基是K3另加0.5μmol/L的硫酸铜。光照条件为20～30μmol·m~(-2)·s~(-1)、16h光照、8h黑暗。温度保持在24℃。用携有bar基因和gus基因的pDM805质粒转化的农杆菌AGL1对胚性愈伤组织进行转化。共得到4个转基因株系。影响转基因效率的主要因素

Sorption, degradation and mobility of microcystins in Chinese agriculture soils: Risk assessment for groundwater protection

In the present paper, sorption, persistence, and leaching behavior of three microcystin variants in Chinese agriculture soils were examined. Based on this study, the values of capacity factor and slope for three MCs variants in three soils ranged from 0.69 to 6.00, and 1.01 to 1.54, respectively. The adsorption of MCs in the soils decreased in the following order: RR > Dha(7) LR > LR. Furthermore, for each MC variant in the three soils, the adsorption rate in the soils decreased in the following order: soil A > soil C > soil B. The calculated half-time ranged between 7.9 and 17.8 days for MC-RR, 6.0-17.1 days for MC-LR, and 7.1-10.2 days for MC-Dha(7) LR. Results from leaching experiments demonstrated that recoveries of toxins in leachates ranged from 0-16.7% for RR, 73.2-88.9% for LR, and 8.9-73.1% for Dha 7 LR. The GUS value ranged from 1.48 to 2.06 for RR, 1.82-2.88 for LR, and 1.76-2.09 for Dha(7) LR. Results demonstrated the use of cyanobacterial collections as plant fertilizer is likely to be unsafe in soils. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Agrobacterium-mediated transformation of Kentucky bluegrass

Embryogenic calli of Kentucky bluegrass, named Md, were induced from mature seeds and embryos, and proliferated on medium K3 containing 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D, 10.0 mumol/L), 6-benzylaminopurine (BAR, 0.5 mumol/L) and K5 which was the K3 medium supplemented with cupric sulfa (0.5 mumol/L) under dim-light condition (20-30 mumol.m(-2).s-1, 16 h light) at 24 degreesC. Embryogenic calli were transformed with plasmids pDM805 Carring bar and gus genes, Which was mediated by an Agrobacterium strain AGL1, four transgenic lines were obtained. The important factors that affect the transformation efficiency and obtain desirable number of transgenic plants included: (1) the quality of embryogenic calli; (2) light condition and time of co-cultivation; (3) concentration of antibiotics used for suppressing the overgrowth of Agrobacterium in the course of transformed plant regeneration; (4) selection pressure, etc. The micro nutrient of cupric had significant influence on the quality of embryogenic calli. This presentation is the first successful protocol of Kentucky bluegrass transformation mediated by Agrobacterium.

转座子Minos介导的果蝇转基因平台构建及水稻高表达启动子的克隆 任娟 指

本实验室果蝇研究工作，主要集中在黑腹果蝇的新基因起源的研究。新基因起源的分子机制主要包括：外显子重排、基因复制、基因逆转座、移动元件介导、基因水平转移、基因从头起源、基因的断裂融合。为了阐述这些新基因的产生和它们所带来的物种适应性，我们对这些新近起源的基因进行了功能研究。但是，仅仅限于新基因所在物种的功能研究并不能完全解释新基因产生的进化原因，我们需要了解它是否能够给没有该基因的果蝇物种带来一定的适应性。例如一些生殖相关新基因，如果我们将它们转入没有该基因的果蝇，那是否能够给该果蝇带来生殖能力的提高？无论结果如何，这都为我们研究新基因的起源提供一个重要线索。由此，黑腹果蝇以外的其它果蝇物种中实现转基因成为该研究的重要技术环节。但是，实验室目前的转基因系统仅限于P转座子介导的黑腹果蝇转基因系统，因而我们需要建立一种新的转基因平台。而转座子Minos打破物种范围的转基因特性，以及它的转座特点为我们提供了选择。转座子Minos是从果蝇D. hydei中克隆出来长约1.8kb的Ⅱ型转座子，Tc1家族转座元件成员。Minos的转座机制与大部分转座子一样，在宿主基因组里面实行着剪切和粘贴的运作机制。Minos在转座时，偏向插入TA位点并且主要集中于内含子区域，这样可以减少对插入位置基因的影响。此外，Minos在黑腹果蝇中的转座效率约30%，并且拥有一套成熟的选择标记。因此，Minos成为我们解决非黑腹果蝇转基因技术难题的首选。 在本文的工作中，我们采用由希腊Savakis教授（希腊分子生物学与生物技术研究所）提供的Minos转基因系统，完成果蝇的转基因实验。在这套转基因系统中，非自主的转座子Minos和转座酶基因被克隆到了不同载体当中。其中Minos转座子序列中插入了由3xP3眼睛特异表达的启动子介导表达的eGFP报告基因，而转座酶基因则由热激蛋白hsp70启动子调控表达。实验过程中，我们在果蝇D. melanogaster 和D. yakuba的胚胎中分别同时显微注射入含有转座子和转座酶本实验室果蝇研究工作，主要集中在黑腹果蝇的新基因起源的研究。新基因起源的分子机制主要包括：外显子重排、基因复制、基因逆转座、移动元件介导、基因水平转移、基因从头起源、基因的断裂融合。为了阐述这些新基因的产生和它们所带来的物种适应性，我们对这些新近起源的基因进行了功能研究。但是，仅仅限于新基因所在物种的功能研究并不能完全解释新基因产生的进化原因，我们需要了解它是否能够给没有该基因的果蝇物种带来一定的适应性。例如一些生殖相关新基因，如果我们将它们转入没有该基因的果蝇，那是否能够给该果蝇带来生殖能力的提高？无论结果如何，这都为我们研究新基因的起源提供一个重要线索。由此，黑腹果蝇以外的其它果蝇物种中实现转基因成为该研究的重要技术环节。但是，实验室目前的转基因系统仅限于P转座子介导的黑腹果蝇转基因系统，因而我们需要建立一种新的转基因平台。而转座子Minos打破物种范围的转基因特性，以及它的转座特点为我们提供了选择。转座子Minos是从果蝇D. hydei中克隆出来长约1.8kb的Ⅱ型转座子，Tc1家族转座元件成员。Minos的转座机制与大部分转座子一样，在宿主基因组里面实行着剪切和粘贴的运作机制。Minos在转座时，偏向插入TA位点并且主要集中于内含子区域，这样可以减少对插入位置基因的影响。此外，Minos在黑腹果蝇中的转座效率约30%，并且拥有一套成熟的选择标记。因此，Minos成为我们解决非黑腹果蝇转基因技术难题的首选。 在本文的工作中，我们采用由希腊Savakis教授（希腊分子生物学与生物技术研究所）提供的Minos转基因系统，完成果蝇的转基因实验。在这套转基因系统中，非自主的转座子Minos和转座酶基因被克隆到了不同载体当中。其中Minos转座子序列中插入了由3xP3眼睛特异表达的启动子介导表达的eGFP报告基因，而转座酶基因则由热激蛋白hsp70启动子调控表达。实验过程中，我们在果蝇D. melanogaster 和D. yakuba的胚胎中分别同时显微注射入含有转座子和转座酶所在的质粒。转座酶在37度条件诱导下进行表达，协助Minos完成转座过程。在转基因果蝇的阳性筛选中，我们利用眼睛特异表达的绿色荧光蛋作为选择标记。并且，我们通过PCR实验进一步验证了转基因果蝇的真实性。本研究中，我们对转基因实验条件进行了初步优化。我们通过对黑腹果蝇白眼突变品系W1118和D. yakuba注射后胚胎进行保湿，对D. yakuba注射胚胎进行非退壳处理。在改进条件下W1118和D. yakuba的存活率分别为10%和3%左右。通过筛选转基因阳性果蝇，我们得出Minos在W1118和D. yakuba中的转座效率分别在32%和20%左右。我们的实验结果再一次证实了Minos在果蝇D. melanogaster中可行性。同时，该工作也初步完成了在果蝇D. yakuba 中的第一次Minos介导的转基因实验，为新基因的跨物种功能研究奠定了实验基础。在未来的工作计划中，我们将采用Minos转基因系统，把实验室目前研究的黑腹果蝇新基因导入其它物种果蝇进行功能研究。 水稻是一种重要的世界粮食作物，世界上过半的人口以水稻为主食。水稻相对别的粮食作物来讲具有较小的基因组，并且拥有较好的基因组注释，是一种理想的单子叶模式生物。植物转基因技术的发展推动着水稻功能基因组学的研究，目前水稻的转基因技术主要依赖于土壤细菌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）T-DNA介导的外源基因染色体插入。在自然状态下，农杆菌的T-DNA位于Ti致瘤质粒当中。它包括了一些转座元件和一些帮助T-DNA转座的毒性蛋白基因和调节基因。由于Ti质粒上的T-DNA太长，并且没有太多的酶切位点，因此自然状态的T-DNA不适合进行转基因实验。为了方便T-DNA的实际应用，研究人员创立了双载体转基因系统。T-DNA转座区被分离到出Ti载体，并且装载到另外一个适合实验操作的质粒当中，而毒性蛋白表达基因等则保留在Ti质粒上。因此，在进行T-DNA介导的转基因实验时，需要同时存在T-DNA载体和Ti质粒。 本文以“水稻注释计划数据库RAP-DB”的表达数据为参考，选择了60个高表达基因的启动子区域进行克隆。通过对T-DNA载体pCAMBIA1301 进行改造，去掉其原来的35S启动子，将预测的基因启动子克隆到该载体中并与报告基 摘要 因GUS 基因融合。通过分子克隆实验，我们得到了45个高表达基因的启动子载体。最终，为了测试这45个启动子的启动效率，我们会将它们转化到水稻愈伤组织中通过启动子融合的GUS基于表达情况来判断我们启动子的启动效率。

大豆根瘤菌种群多样性及结瘤特性研究

环境因子及土著根瘤菌是影响人工接种根瘤菌剂接种效果的两个主要因素。论文分为二部分。第一部分首先考察了外界因素对根瘤菌剂接种效果的影响。应用GUS（葡萄糖苷酶）基因标记技术将标记基因GUS导入受体菌S.fredii 8855，标记菌体形成的根瘤可被GUS染色缓冲液染成兰色，而土著菌形成的根瘤不能着色，由此即可十分简便地确定土著菌的影响程度。盆栽实验表明，S.fredii 8855的结瘤抗酸碱能力高于土著菌，能在土壤中较大范围内迁移。当它的根瘤占有率不小于43％时，接种能显著提高大豆产量。大豆产量与根瘤根瘤占有率呈正相关(r = 0.98)，而与总瘤数关系不大(r = 0.13)。土壤氮素显著抑制其结瘤，补加磷能缓解这种抑制作用。研究发现应用快生型大豆根瘤菌剂为保证接种效果，接种量至少应为土著根瘤菌数量的10~5倍，同时施用磷肥会提高接种效果。只有当接种根瘤菌的占瘤率在40％以上时接种才可能达到增产目的。第二部分较为系统地考察了新疆主要大豆产区耕作土中大豆根瘤菌种群数量、种群结构及种群共生、遗传多样性。新疆大豆地耕作土中含有数量较高的大豆根瘤菌，数量每克土大多在10~5-10~6之间，种群结构大多以快生型根瘤菌为主。对分离的28株根瘤共生及遗传多样性进行了分析，土著大豆根瘤菌菌株间结瘤能力有一定差异，快生型大豆根瘤菌总体结瘤能力高于慢生型，但差异不显著(p <= 0.05)，形成的根瘤大小也有较大差异。根瘤菌种群中菌株间为植物提供的生物固氮量存在明显差别，但仅有20％的菌株能明显促进植物生长，有1/3的菌株具有较高的固氮能力。慢生型大豆根瘤菌固氮能力明显高于快生型，但二者之间差异未达到显著水平(p < 0.05)。根瘤菌结瘤力与固氮活性之间的相关性分析发现许多根瘤菌形成的根瘤为无效根瘤。重复序列（重复基因外回文REP和肠细菌重复基因间共同序列ERIC）结合聚合酶链式反应(ERP和ERIC－PCR)用于大豆根瘤菌染色体指纹分析，分析结果表明新疆土著大豆根瘤菌具有复杂的遗传多样性，遗传相近程度具有一定的地域性，来自同一地区的根瘤菌株具有较高的遗传相似性。新疆土著大豆根瘤菌在相似水平0.5可分为两大类群，一个类群包括所有慢生型根瘤菌，另一类群为所有快生型根瘤菌。在相似水平0.6大豆根瘤菌可分为5个聚群，快生型根瘤菌分为二个主要聚群和一个次要类群，慢生型根瘤菌分为二个次要类群。主要聚群中一个聚群结瘤能力较高但固氮能力较低，另一聚群结瘤能力和固氮量均较低；次要聚群中快生型和一个慢生型聚群固氮能力较高但结瘤力低，另一慢生型聚群固氮能力和结瘤力均较高。以上研究表明，新疆绿洲农业生态系统中大豆根瘤菌具有一定种质特异性，尽管次要类群具有相对较高的因氮活性，但由于多数根瘤菌形成的根瘤为固氮活性很低的无效根瘤，占优势的主要聚群固氮活性较低，因此土著根瘤菌生物固氮量不能满足作物对氮素的需求，在新疆人工施用根瘤菌剂具有现实意义，但接种的根瘤菌剂可能受到对环境适应性强、结瘤能力高的土著根瘤菌优势类群强有力的竞争。