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。

烟草NtFtsZ2-1基因在叶绿体分裂中的作用机制研究及NtFtsZ1-2基因启动子的克隆

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。

两种真核微藻类胡萝卜素代谢工程的初步研究

类胡萝卜素在生物体内具有重要的生理功能，其中虾青素的抗氧化活性、提高动物的免疫能力，预防癌症等生理功能更为显著。类胡萝卜素的代谢工程在大肠杆菌、酵母和高等植物中已取得了较大的进展。本文对真核微藻类胡萝卜素代谢工程进行了初步的探索。 1．克隆雨生红球藻β-胡萝卜素羟化酶基因crtR-B，基因枪法转入衣藻叶绿体，经强光处理转化子，HPLC分析表明细胞的叶黄素库（V＋A＋Z）量较野生型增加，表明是外源的β-胡萝卜素羟化酶将β-胡萝卜素生成玉米黄素。 2．克隆雨生红球藻β-胡萝卜素酮化酶基因bkt，基因枪法转入衣藻叶绿体，RT-PCR及RT-PCR Southern blot分析表明外源基因具有转录活性，但未检测到转化子中积累虾青素。 3．根据盐生杜氏藻大量积累β-胡萝卜素的特点，对其遗传转化体系进行了研究。发现20 µg/ml草丁膦Basta，能够完全抑制1.0×106个/ml细胞生长；通过GUS报告基因在细胞内的瞬时表达，确立了轰击压力450 psi、距离6 cm为基因枪法转化盐生杜氏藻的最佳条件；将bar基因转入细胞，得到稳定的转化子，初步建立了盐生杜氏藻稳定遗传转化体系。克隆了盐生杜氏藻八氢番茄红素合成酶基因psy的cDNA序列、基因组序列及psy基因上游459 bp片段。 本文首次开展了衣藻类胡萝卜素代谢工程研究，发现在强光处理下，衣藻crtR-B转化子外源的羟化酶作用使叶黄素库量增加，实现了对衣藻类胡萝卜素代谢途径的修饰。确立了bar基因为选择标记、Basta为筛选试剂的基因枪转化盐生杜氏藻的遗传转化体系，并克隆了其内源的psy基因5’上游序列，为通过基因工程手段在盐生杜氏藻细胞内积累虾青素奠定了基础。

蓝藻与绿藻类胡萝卜素合成酶基因的比较基因组学及代谢调控研究

类胡萝卜素在生物体内具有重要的生理功能，其中虾青素是一类高附加值值的类胡萝卜素。本文通过比较基因组学和实验手段，探索了类胡萝卜素相关基因的转录调控，为类胡萝卜素的代谢工程奠定的了基础。 1、对已测序的18种蓝藻的类胡萝卜素合成基因进行了比较基因组学研究，发现除了Gloeobacter violaceus PCC 7421的类胡萝卜素合成途径是细菌型外，其余的蓝藻类胡萝卜合成途径均属于植物型。序列比对发现蓝藻中参与合成途径上游的酶基因在进化中保守性较高。研究还发现，一些类胡萝卜素合成酶在结构和功能上存在趋同或趋异进化，揭示它们进化上的多样性。 2、 通过比较基因组学分析，发现在集胞藻Synechocystis sp.PCC6803等几种蓝藻中，没有典型的番茄红素环化酶基因的同源基因，而存在着与绿硫细菌中的γ-carotene环化酶基因相似的基因,例如集胞藻中的sll0147和sll0659。但是研究结果显示sll0147和sll0659的突变对番茄红素环化过程影响不明显，提示在这些蓝藻中可能有其他基因参与环化过程，而sll0659基因可能参与了细胞的分裂过程。 3、 从经济绿藻雨生红球藻中克隆了参与类胡萝卜素合成途径的八氢番茄红素合成酶基因（psy）和八氢番茄红素脱氢酶基因（pds）的cDNA和基因组序列。通过基因组步移的方法克隆了这两个基因的5’侧翼序列，以本实验室建立的lacZ为报告基因的瞬间表达体系研究了这两个基因上游区域的启动子活性。 4、 通过ABA、 N饥饿和高光诱导雨生红球藻积累虾青素，利用半定量RT-PCR方法分析了在相同环境因子诱导下雨生红球藻中类胡萝卜素合成基因的表达调控模式，结果显示在虾青素积累过程中，除了番茄红素环化酶基因变化不明显，其他一些基因均存在明显的转录上调。 本研究首次利用比较基因组学的方法分析了类胡萝卜素基因的进化，发现大部分蓝藻的类胡萝卜合成途径属于植物型，一些类胡萝卜合成酶存在结构和功能的多样性。同时分离了雨生红球藻中类胡萝卜素相关基因八氢番茄红素合成酶基因（psy）和八氢番茄红素脱氢酶基因（pds）的5’上游侧翼序列，验证了它们的启动子功能，研究了雨生红球藻虾青素合成酶基因在相同环境因子诱导下的表达调控模式。本文将基础研究与实验验证相结合，为下一步研究类胡萝卜素合成的代谢工程提供了线索。