sporamin A ipt嵌合质粒的构建及其对马铃薯的转化

细胞分裂素在植物的生长、发育过程中起着重要的作用，来源于农杆菌Ti质粒上基因4区域的ipt基因特异地编码控制细胞分裂素生物合成中的关键酶－－异戊烯基转移酶。 启动子是一类非常重要的基因表达调控元件，在植物的生长、发育过程中控制着基因的时空及顺序表达。来源于甘薯的Sporamin有两种类型（A和B），它是甘薯块根中的主要贮藏蛋白，并且特异地在块根中表达。我们将sporamin A启动子和ipt基因嵌合构成双元载体pBz213，使之进入农杆菌，然后再转化马铃薯，已经得到了具有卡那霉素抗性的小植株，进一步的检测工作正在进行中。在马铃薯块茎中可望异戊烯基转移酶特异地合成，并且能够增加细胞分裂素的水平。

细胞分裂素的测定及其转基因植物的基因表达和调控的研究

细胞分裂素是一类重要的植物激素，它参与调节许多植物的生命活动过程。本文从几个方面研究了细胞分裂素的作用。 在细胞分裂素的活性测定中，通过改进尾穗蔸苋红素合成法建立了一种简便、准确的生物试法，同时还建立了根据物理化学和免疫学原理而测定细胞分裂素的HPLC和ELISA方法，使得细胞分裂素的定量更加准确。经过对上述三种方法的相互验证实验表明，同时采用二种方法可以保证细胞分裂素分析的准确和可靠。 细胞分裂素可以促进黄瓜子叶的扩张。利用离体黄瓜子叶，分析BA诱发其扩张与子叶内源细胞分裂素之间的关系，实验证明，BA能促进玉米素及其核苷的迅速积累，进而诱发子叶的扩张。上述结果还表明，黄瓜子叶可能具有合成细胞分裂素的能力。 荸荠球茎是一种贮藏器官，但实验测定发现其中含有细胞分裂素的生理活性形式——异戊烯基腺嘌呤核苷(iPA)，而且合成它的前体腺嘌呤的含量也十分丰富，考虑到球茎与种子的类似之处，推测它可能做为合成细胞分裂素的一个源，而且其合成途径可能有别于植物其它组织。 农杆菌中的异戊烯基转移酶(ipt)基因是负责细胞分裂素生物合成的关键基因。将ipt基因克隆后对其启动子进行了改造，分别构建了如下三种基因：(1) ipt启动子+ipt编码区和3，区(ipt)，(2)磷酸核酮糖羧化酶小亚基启动子SSU 301+ipt编码区和3，区(SSU -ipt)，(3)豌豆种子特异性启动子viciln+ipt编码区和3，区(vic-ipt)。上述三种基因经农杆菌介导转化烟草，获得了16株再生植株，经Southern杂交证明其中15株的基因组上含有正常整合的ipt基因。Northern杂交表明有13株转基因烟草中的ipt基因能转录出大小正常的ipt mRNA并促进了细胞分裂素的生物合成。 实验表明，转基因烟草中ipt基因的表达受到多种因素的调控。首先启动子决定了ipt基因的表达模式，SSU -ipt基因的表达受光的诱导，黑暗中这种基因的转录完全停止，而vic-ipt基因的表达是种子特异性的，它不在烟草营养生长器官如根、茎、叶和愈伤组织中表达。第二，生长素能降低ipt基因的表达活性。第三，在整体植物的根中，存在某些反式因子，能够控制ipt基因的过量表达，这其中可能涉及到细胞内的蛋白因子、基因的甲基化作用及细胞分裂素的反馈调节等。 vic-ipt基因在烟草种子中的特异性表达导致种子内形成了一个细胞分裂素合成的源(source)。对种子中营养物质积累的研究表明，ipt基因的表达促进了种子干物质的积累，其中作用最明显的是增加种子内蛋白质的合成。转入vic-ipt基因后的烟草种子其萌发率没有显著变化，但幼苗的生长速率明显加快，这表明细胞分裂素能调节植株的生长。 通过Northern杂交检测转基因烟草中基因表达的调控，实验证明，ipt基因的表达明显抑制一组植物病理相关蛋白(PR)基因的转录活性，这组基因编码：几丁质酶，β-1，3一葡萄糖苷酶，伸展蛋白和渗调蛋白。对这些调控作用的生理学意义还有待进一步探索。 上述结果表明，在高等植物中，除了传统上认为根是合成细胞分裂素的部位之外，其它组织和器官也具有合成细胞分裂素的能力，其中合成能力最强的是一些离体组织和贮藏器官。农杆菌中的细胞分裂素生物合成基因(ipt)能够在高等植物的基因组中正常的整合和表达，并受到植物体内生理、发育等多种因素的调控，而与整体植物的正常生理过程协调一致。ipt基因的表达还能够调节植物体的生长和发育，包括种子发育时营养物质的积累、幼苗的生长和某些相关基因的表达。对上述问题的深入研究,必将促进细胞分裂素及其相关生理学和发育学研究的进展。

种子特异启动子调控ipt基因表达对烟草种子发育的影响

细胞分裂素（cytokinin，CTK）是五大类植物激素之一，它参与了植物许多生理过程与代谢的调控，主要有促进细胞的分裂和扩大，诱导芽、根和叶绿体的分化，促进种子与果实的发育，解除顶端优势，延缓叶片衰老及增强植物胁迫抗性，调节叶绿体发育基因、营养代谢基因及其它功能基因的表达，调控营养物质的运输和分配等。其调节的植物生理过程也受到其他不同因素的影响。细胞分裂素也是参与植物信号途径间相互作用的一类重要激素。 早期有关细胞分裂素生理作用的研究是基于外源激素的施用来进行的。由于通过外源施用细胞分裂素，其在植物体内的吸收，转运及代谢过程的复杂性和未知性，使得实验研究的因果关系难以确定。随着分子生物学的发展和植物转基因技术的日趋成熟，采用基因工程的方法来研究和探讨细胞分裂素对植物生长发育的调节作用及作用机理是近年来研究的热点，同时也为应用植物激素进行遗传育种提供了广阔的前景。 近年来，越来越多的真核生物启动子的分离克隆，促进了细胞分裂素基因工程的发展。利用具有组织特异性、发育特异性的启动子调控ipt基因，可使ipt基因在植物的特定组织或某一发育阶段进行表达。从而可根据不同的研究目的调控植物转化体中细胞分裂素合成的部位、时间和表达水平。尽管应用一些组织特异启动子融合ipt基因进行了一些细胞分裂素有关生理作用的研究，但是，有关细胞分裂素在胚和种子发育过程中的细胞学方面的研究还很少。 为研究ipt基因在种子发育过程中的作用，我们用大豆种子特异启动子-lectin融合ipt基因转化烟草，获得再生烟草植株。从生理学和细胞学上分析了ipt基因在lectin启动子的控制下的基因表达对种子生长发育的影响。发现在转基因烟草中，lectin-ipt基因的表达促进了种子胚及胚乳的细胞分裂，促使种子胚的生长加快，种子胚的增大为物质的贮存提供了条件，使营养物质更多的向种子运输，主要是可溶性蛋白质含量增加。由此进一步提高了转基因烟草种子干重的增加，种子的萌发与幼苗生长的加快，幼苗鲜重增加。

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。

roIC基因和MT基因特性及其表达的研究

植物种子萌发、开花结实和衰老等一系列生长发育过程，都受到植物激素的影响。细胞分裂素作为重要的生长调节物质，对其传统生物化学和生理学特性的研究已积累子大量资料。随着分子生物学的发展，对植物激素的研究又进一步从单纯的生物学描述阶段深入到分子水平研究的阶段。尤其是近年来对来自病原微生物植物激素相关基因的研究，为揭示细胞分裂素的作用机理和细胸分裂素的水平调节机制的阐明开辟了新的途径。 根瘤农杆菌T-DNA上ipt、iaaM和iaaH基因和发根农杆菌的rol基因表达产物与植物激素的代谢有关。rolC基因是位于发根农杆菌T-DNA区的12号开放读框，编码细胞分裂素-β-葡萄糖苷酶，水解结合态细胞分裂素为自由态细胞分裂素。ipt基因编码异戊烯基转移酶，是细胞分裂素合成过程中的关键酶。 本文用PCR方法从发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）1601质粒中扩增 rolC基因，并构建CaMV 35S启动子驱动下的双元表达载体。以农杆菌介导的叶盘法，分别对野生型烟草（Nicotiana tabacum L. cv. W38）和已转入异戊烯基转移酶基因（ipt）的3F1和3F2烟草进行转达化。Southern blot和Northern Dot Blot分析表明，rolC基因已导入烟草植株，并具有转录活性。转基因烟草的形态特征与细胞分裂素过量表达的植株表现出的特征一致。 用ELISA方法测定转基因烟草植株中激素的含量，结果显示，单独转rolC基因烟草和同时转入rolC和ipt两个基因的烟草，细胞分裂素的水平有不同程度的提高。转基因烟草表现多芽、节间缩短、叶色深绿等现象。同时，转基因烟草内部发生生理变化，如总自由氨基酸、脯氨酸在正常情况下较对照减少，气孔延迟关闭。在干旱胁迫下，转基因烟草随水势的降低、总自由氨基酸和脯氨酸的变化与对照不同。转基因烟草在开始干旱阶段较对照的总自由氨基酸和脯氨酸含量低，随着干旱胁迫的加深，植物中自由氨基酸的含量增加，但转基因植物自由氨基酸的含量高峰值出现时间较对照推迟。干旱胁迫48小时后，恢复给水，转基因植物较对照易恢复正常生长状态，表明转细胞分裂素基因植物抗旱能力增强。另外，叶片总蛋白SDS-PAGE电泳分析表明，转基因植物蛋白质含量高于对照，某些蛋白组分所占比例也明显提高。 综上所述，转rolC和ipt基因烟草的形态和生理变化，是细胞分裂素过量表达引起植物体内激素失衡的结果。