冬小麦春化作用相关基因Verc203的功能鉴定

本文应用反义基因技术对减法杂交和差异筛选所获得的春化相关基因CDNA克隆( Verc203)的功能进行鉴定。将Vcrc203插入PB1221质粒的CaMV35S启动子与GLIS基因之间构成表达载体，采用花粉管途径转基因法导入冬小麦胚，得到300粒种子。将上述处理的冬小麦种子萌发后在2-4℃处理28天，转入自然条件下栽培。以幼叶为材料提取基因组DNA，以Gus基因片断为探针，用点杂交法筛选获得转基因植株．转基因植株在自然条件下生长三个月未见抽穗， 而同样栽培条件下的对照（未经转基因处理的冬小麦，经相同条件春化处理）则全部抽穗。以Vcrc203和Gus基因的部分序列为引物，在转基因材料的基因组DNA中扩增出Vcrc203反义基因序列，Gus活性检测表明Gus基因在转基因小麦的茎尖和叶片中得到表达。上述结果表明Vcrc203的反义基因已整合到冬小麦基因组内，并得到高效表达。转基因植株的发育受到严重影响，显示Vcrc203基因可能参与了冬小麦春化作用对植物发育进程的调控．

植物克隆化基因功能分析及蛋白编码基因分离的研究

直到九十年代，以利用拟南芥菜和金鱼草突变体克隆到花器官发育基因为重要标志的植物发育研究取得了重大突破。但由于开花决定过程分子控制机理研究进展却较为缓慢。以mRNA人手利用差异筛选技术获得春化相关基因克隆(verc203，verc17)，Northem blot初步证明这些克隆对春化处理的特异性。根据反义RNA理论和技术对克隆化verc203基因功能进行研究。另外，从纯化蛋白人手，在金针菇中克隆到新的溶血性毒蛋白编码基因，并在细菌中得到表达，这一实验为利用此途径来克隆发育调控蛋白的编码基因进行了有益的技术路线探索。本研究的具体结果如下： 1． 春化相关基因(verc203)对冬小麦花发育调控 根据反义RNA的理论和技术进一步证明verc203在冬小麦开花启动和花发育过程中的可能控制作用。将verc203 DNA序列插入带有CaMV35S启动子和GUS基因的pBI221表达载体， 使之能在植物中高效表达反义RNA，并以转正义基因植株作为对照。通过花粉管途径转基因方法，得到326粒反义质粒冬小麦转化种子和1 98粒正义质粒冬小麦转化种子．所有转化处理种子和正常小麦种子萌发后，经春化处理，与未春化冬小麦植株一起培养直到对照植株达到成熟期。实验观察发现，转反义基因植株的抽穗受到明显的阻抑，开花过程大大推迟。其中表达较强的6株转基因植株甚至晚花五十多天。还发现一些表达较弱的植株尽管晚花20到30天，但花器官发育却受到影响，如，雄蕊缺失，穗发育异常等。Southemblot和PCR实验结果表明外源基因整合到转基因植株基因组。 Northrenblot以及报告基因(GUS)活性等实验证明反义基因在转反义基因植株RNA水平上得到高效表达。同时，GUS基因在蛋白质水平上得到表达。基于上述实验，有理由认为ver203基因可能是控制冬小麦春化诱导的成花启动和花发育过程中的主要基因之一。 2． 金针菇毒蛋白flammutoxin编码基因的克隆及其在细菌中的表达 利用色谱分离技术及SDS．PAGE电泳技术从金针菇(Flammuleina velutips)分离得到一种分子量为31 kDa、对人血红细胞具有溶血活性的蛋白质(flammutoxin)，通过蛋白质序列微量分析技术测得其N-端3 1个氨基酸顺序。利用氨基酸序列推测其编码基因序列信息，通过RT - PCR克隆到一个由973个核苷酸组成的编码基因，5’端93个核苷酸编码肽链序列与测得flammutoxin N-端氨基酸序列完全相同。基因序列同源性分析表明在GenBank (USA)，EMBL Database (Europe)和DDBJ (Japan)基因序列数据库中未找到与之同源的基因序列。这个基因与载体p-半乳糖苷酶部分基因编码的融合蛋白在E coli细胞中有效地得到表达。表达产物的SDS-PAGE，Western blot和溶血活性实验表明它是flammutoxin蛋白原编码基因。并对融合蛋白的溶血活性降低原因作了讨论。

花粉管通道遗传转化方法的新证据

将pBIN35S-mGFP4质粒转入受体菌DH5α中，扩繁后提取纯化质粒DNA，待棉花盛花期时，用花粉管通道转化方法将其注射到授粉24小时左右的子房中。在被检测的950个发育10～20天左右的幼胚中，发现七个幼胚在蓝光(460～490nm)激发下发出绿色荧光，而对照发出程度不同的红色荧光。将收获的“转化种子”浸泡萌发得到生长5～6天的黄化无菌苗，在200粒种子来源的无菌苗中，检出两棵转化植株。在紫外光照射灯下转化植株发出绿色荧光，其叶片和下胚轴横切面在蓝光激发下也与对照明显不同。PCR及Southern blotting结果均证实转化植株的真实性，从而为花粉管通道转化方法的可行性提供了直接可靠的细胞及分子生物学证据。 将GFPmut1质粒的gfp通过一端平接一端粘接后重组到pBI121的BamH1和Sal1限制性酶切位点从而代替GUS基因，然后将新的重组质粒用三亲交配法转入到LBA4404菌株中得到双元载体，用于棉花下胚轴切段的转化。结果表明，gfp象gus一样可作为报告基因用于农杆菌介导的棉花转化。在对筛选培养基上生长的“抗性愈伤”进一步进行报告基因检测时，只需手持紫外灯就可以检出GFP阳性愈伤，大大减少了工作量和试验费用。 另外，在进行农杆菌转化前的棉花卡那霉素敏感性实验中发现，卡那霉素对棉花下胚轴的愈伤组织形成和增殖均有明显的抑制作用，随其浓度的增加，愈伤组织形成的频率降低，增殖的倍数减小;当浓度增加到100mg/L时，愈伤组织严重褐化，其正常生长受到完全抑制;下胚轴形态学上端切段较下端更易受卡那霉素的影响。

大赖草总DNA转化小麦引起的HMW-GS基因变化及大赖草HMW-GS基因的克隆

应用花粉管通道技术将新疆大赖草总DNA导入小麦，用高重序列分析方法，已为大赖草总DNA转入小麦提供了初步的分子证据。在转 化后代中选育出稳定遗传的大穗变异株系，分析表明，这些转化株中蛋白质含量明显增高(13%-17%)。对基因供体新疆大赖草、受 体春麦761、转化株的高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)进行了SDS-PAGE分析，发现这些转化株中HMW-GS发生了很大变化，并在此基础 上，用来自小麦基因组的四对特异引物，以PCR方法扩增供体、受体以及转化株的1Ax、1Bx、1Dx及1Ay、1By、1Dy型HMW-GS全基因 ，比较他们扩增产物的差异，结果表明，受体与转化株在HMW-GS基因1Ax、1Bx位点上的扩增产物差异不大，在HMW-GS基因位点1Dx 和y型基因上的扩增产物有较大差异，说明了受体在基因位点1Dx、1Ay、1By和1Dy上可能发生了多位点插入，可能由于这些基因位 点上的插入引起了转化株的高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)的变化，这就再一次为大赖草总DNA导入提供了直接的分子证据。虽然大 赖草总DNA导入提高了小麦蛋白质的含量，改变了HMW-GS的组成，部分改变了品质评分，但我们感到这些转化株在品质改良方面仍 有很大余地，如何更好地利用新疆大赖草蛋白质的优良特性及避免总DNA导入给转化株带来的不良性状，一个大赖草HMW-GS基因正 被分离及克隆，并准备将其利用于未来的品质育种当中。Total DNA of Leymus racemosus had been transformed into wheat through pollen tube pathway. Analysis of the repeated gene sequence had provided an elementary proof. Some variant cultivars with big ear were screened from their offsprings, and their protein content increased greatly from 13% (receptor)to 17%(transformed). The result from SDS-PAGE analysis of high-molecular-weight glutenin subunits(HMW- GS) respectively in donor(Xinjiang Leymus racemosus), receptor(spring wheat cultivar 761)and transformed wheats, showed the HMW-GS composition changed in the transformed plants. On the basis of the research, Four special pairs primers from wheat(T.aestivum L.) genome were used to amplify complete coding regions of HMW-GS genes on 1Ax、1Bx 、1Dx and 1Ay、1By、1Dy loci of donor、receptor and the big ear transformed cultivars. By comparing amplified PCR products. Faint differences were found among receptor and transformed cultivar's 1Ax、1Bx PCR amplifed products and apparent differences on those of 1Dx、y-typePCR product. We gueseed that there may be some DNA inserts in 1Dx 、1By、1Dy loci resulted in the changes of the HMW-GS among transformed cultivars. This provides second direct molecular witness to the exogenous DNA introduction. Even though the transformed plants have higher protein content, changed HMW-GS composition, partially improved process quality, there still leave much work to improve quality. In order to make full use of the excellent property of Leymus racemosus protein and avoid the disadvantages introducced by total DNA transformation, a HMW-GS gene of Leymus racemosus was being isolated and cloned.

磷酸肌醇信号途径对青扦花粉萌发和花粉管发育的调控作用及芦苇叶细胞壁结构的生理生态学研究

植物在长期的进化过程中，已经对其生存环境具备了各种适应对策。放牧影响下草原植物的生态适应策略，决定了其是否能够忍耐或者适应放牧生境从而维持自身的生存和种群的延续。研究植食性动物对植物的影响有助于制定合理的放牧制度和草地利用方式，从而为防止草原退化和恢复退化草地提供重要的理论依据;同时研究植物对放牧的响应策略，对于草原生物多样性的保护和草原生物资源的合理利用具有重要的理论和实践意义。 本文以中科院内蒙古草原生态系统定位研究站放牧综合试验样地中的小叶锦鸡儿为主要研究对象。通过长期不同放牧强度的放牧试验和唾液涂抹等模拟试验，从形态学、有性生殖、种子萌发和遗传多样性等方面，探讨了小叶锦鸡儿对放牧家畜（绵羊）采食的生物学响应。本研究得到以下主要结论： 1. 通过小叶锦鸡儿形态和有性生殖的实验，可以看到放牧改变了该种植物的形态和生殖特性，不同放牧强度对其影响的程度是不相同的。在啃食压力下，小叶锦鸡儿的营养、生殖和防御之间存在消长关系。随着放牧强度的增加，小叶锦鸡儿对营养器官和有性生殖器官的投资均减少，而对防御器官的投资有增加的趋势，主要体现在：个体的小型化（植株高度、叶轴长度、小叶大小）和果荚数目及成熟种子数都随着放牧强度的增加而明显减少;物理性防御器官――刺，其密度和长度都明显的增加。同时，放牧也对植物花粉的品质产生了消极影响。 2. 放牧不仅影响了植物体本身的生物学特性，而且影响了子代的生物学特性。不同放牧强度下的植株产生的种子，其萌发速率明显不同。同时放牧强度和沙埋深度对小叶锦鸡儿的出苗率均具有显著影响，随着沙埋深度增加，出苗率明显降低，0～2cm是其适宜出苗的沙埋深度;浅层沙埋处理下，轻度放牧和重度放牧的出苗率差异显著。与轻度放牧相比，重牧条件下同一沙埋深度的种子出苗时间明显推迟;在相同放牧压力下，沙埋深度也影响了出苗时间。 3. 采食活动对植物本身的形态、生殖以及子代的萌发特性都产生了影响;通过AFLP实验证明了小叶锦鸡儿在长期的放牧历史活动中已经发生了遗传多样性的变化，重度放牧强度下的植株与轻度放牧条件下的植株具有相对较远的遗传距离，也就是说，小叶锦鸡儿种群的分化与放牧强度具有密切的关系。 4. 三种不同生活型植物（灌木-小叶锦鸡儿、半灌木-冷蒿和草本-羊草）对绵羊唾液涂抹的响应不同，刈割和涂抹绵羊唾液能够增加植物的净地上生物量，并促进植株增加地上部分的光合产物投资。同时表明，简单的机械剪除不能够真正反应放牧家畜采食所产生的生物学效应。