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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 超表達(dá)MfCOR1提高轉(zhuǎn)基因煙草抗寒性和生物量
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類(lèi)：
- 生命科學(xué)
- 大類(lèi)：
- 自然科學(xué)類(lèi)學(xué)術(shù)論文
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品從非常耐寒的黃花苜蓿中克隆了一個(gè)響應(yīng)低溫的未知功能基因cDNA全長(zhǎng)，暫命名為MfCOR1。該蛋白高度親水，N-端含有葉綠體信號(hào)肽，推測(cè)該蛋白存在于葉綠體基質(zhì)中。對(duì)其過(guò)量表達(dá)的轉(zhuǎn)基因煙草進(jìn)行抗寒性鑒定和生長(zhǎng)狀況分析，結(jié)果表明，MfCOR1是一個(gè)新的耐寒基因，可能與光合系統(tǒng)的運(yùn)輸與調(diào)控有關(guān)，提高植物的光合速率，促進(jìn)植物苗期的生物量積累。本研究為經(jīng)濟(jì)作物的基因工程育種提供了具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新基因，具有應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)作物分子育種的價(jià)值和潛力，具有難以估計(jì)的潛在經(jīng)濟(jì)效益。
- 詳細(xì)介紹：
- 黃花苜蓿是一種非常耐寒的豆科牧草，是苜?？剐杂N的重要基因庫(kù)。本研究從低溫處理的黃花苜蓿中克隆了一個(gè)響應(yīng)低溫的未知功能基因cDNA全長(zhǎng)。在GenBank中尚無(wú)與其同源性高的序列，將編碼該蛋白的基因暫命名為MfCOR1。該蛋白高度親水，N-端含有葉綠體信號(hào)肽，推測(cè)該蛋白存在于葉綠體基質(zhì)中。通過(guò)半定量RT-PCR分析了該基因在低溫脅迫下的表達(dá)規(guī)律，初步證明MfCOR1是低溫誘導(dǎo)基因。構(gòu)建了超表達(dá)載體pBI-MfCOR1，并通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)化煙草獲得了轉(zhuǎn)基因植株，經(jīng)過(guò)PCR檢測(cè)和Southern雜交分析表明轉(zhuǎn)基因植株來(lái)自不同的轉(zhuǎn)化事件。選擇其中3個(gè)單位點(diǎn)的轉(zhuǎn)基因株系T1代幼苗進(jìn)行Southern雜交和RT-PCR檢測(cè)，結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因能穩(wěn)定遺傳并表達(dá)。對(duì)這3個(gè)轉(zhuǎn)基因株系T1代幼苗進(jìn)行了抗寒性鑒定，表明轉(zhuǎn)基因煙草抗寒性顯著提高。轉(zhuǎn)基因株系還表現(xiàn)為正常生長(zhǎng)條件下苗期生物量顯著增大，這與其具有更高的光合速率有關(guān)。研究結(jié)果表明，MfCOR1是一個(gè)新的耐寒基因，可能與光合系統(tǒng)的運(yùn)輸與調(diào)控有關(guān)，提高植物的光合速率，促進(jìn)植物苗期的生物量積累。本研究為經(jīng)濟(jì)作物的基因工程育種提供了具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新基因，具有應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)作物分子育種的價(jià)值和潛力，具有難以估計(jì)的潛在經(jīng)濟(jì)效益。
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作品專(zhuān)業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 本研究以從非常耐寒的黃花苜蓿中克隆并且鑒定耐寒基因?yàn)槟康?，以進(jìn)一步將耐寒基因應(yīng)用到農(nóng)作物的基因工程改良中為長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)，克隆了一個(gè)響應(yīng)低溫的未知功能基因cDNA全長(zhǎng)，暫命名為MfCOR1，對(duì)其過(guò)量表達(dá)的轉(zhuǎn)基因煙草進(jìn)行抗寒性鑒定和生長(zhǎng)狀況分析，以篩選出性狀優(yōu)良的轉(zhuǎn)基因煙草。同時(shí)，本研究為利用該耐寒基因改造其他經(jīng)濟(jì)作物提供有益的探索。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 科學(xué)性：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)合理、嚴(yán)密；方法正確、先進(jìn)；研究結(jié)果可靠。 先進(jìn)性及獨(dú)特之處： 1. 以實(shí)驗(yàn)手段從黃花苜蓿中克隆到目的基因，并利用GenBank進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)它是一個(gè)新的耐寒基因MfCOR1。 2. 通過(guò)基因表達(dá)分析和轉(zhuǎn)基因植物手段證明其是耐寒基因，并觀察到其在煙草表達(dá)后不僅能提高轉(zhuǎn)基因煙草抗寒性，還引起了生長(zhǎng)量增加及光合速率提高，很有應(yīng)用前景，這在過(guò)去報(bào)道的其他耐寒基因中是很少見(jiàn)的。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 低溫是制約植物生長(zhǎng)、降低其產(chǎn)量的非生物因素之一；光合作用是決定作物產(chǎn)量的重要因素之一，光合速率直接關(guān)系到作物產(chǎn)量。本研究從非常耐寒的黃花苜蓿中克隆了一個(gè)新的耐寒基因MfCOR1，發(fā)現(xiàn)其在煙草過(guò)量表達(dá)后提高了植株的抗寒性、生物量和光合速率。本研究為基因工程育種提供了具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新基因，具有應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)作物分子育種的價(jià)值和潛力；同時(shí)，所獲得的提高了抗寒性和生物量的轉(zhuǎn)基因煙草可進(jìn)一步應(yīng)用到煙草育種中。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本研究從非常耐寒的黃花苜蓿中克隆了一個(gè)響應(yīng)低溫的未知功能基因cDNA全長(zhǎng)，其編碼一個(gè)由192個(gè)氨基酸組成的蛋白。在GenBank中尚無(wú)與該蛋白同源性高的序列，將該基因暫命名為MfCOR1。該蛋白高度親水，N-端含有葉綠體信號(hào)肽，推測(cè)其存在于葉綠體基質(zhì)中。通過(guò)半定量RT-PCR分析了該基因在低溫脅迫下的表達(dá)規(guī)律，初步證明其是低溫誘導(dǎo)基因。構(gòu)建了超表達(dá)載體pBI-MfCOR1，通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)化煙草獲得了轉(zhuǎn)基因植株，經(jīng)過(guò)PCR檢測(cè)和Southern雜交分析表明轉(zhuǎn)基因植株來(lái)自不同的轉(zhuǎn)化事件。選擇其中3個(gè)單位點(diǎn)的轉(zhuǎn)基因株系T1代幼苗進(jìn)行Southern雜交和RT-PCR檢測(cè)，結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因能穩(wěn)定遺傳并表達(dá)。進(jìn)一步比較了低溫脅迫對(duì)轉(zhuǎn)基因株系T1代幼苗及其野生型對(duì)照的影響，轉(zhuǎn)基因株系相對(duì)電導(dǎo)率的升幅和凈光合速率的降幅均低于野生型，表明提高了抗寒性。轉(zhuǎn)基因株系還表現(xiàn)為正常生長(zhǎng)條件下苗期生物量顯著增大，這與其具有更高的光合速率有關(guān)。研究結(jié)果表明，MfCOR1是一個(gè)新的耐寒基因，可能參與葉綠體光合作用，提高光合速率，促進(jìn)苗期的生物量積累，是很有應(yīng)用潛力的新基因，可應(yīng)用于改良農(nóng)作物的抗寒性和提高產(chǎn)量。
獲獎(jiǎng)情況
- 2009年5月獲第十屆“挑戰(zhàn)杯”廣東大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)
鑒定結(jié)果
參考文獻(xiàn)
- 韓瑞宏, 盧欣石, 余建斌等. 苜?？购匝芯窟M(jìn)展. 中國(guó)草地, 2005, 27(2): 60-65 藺忠龍, 李維薇, 白現(xiàn)廣等. 植物抗凍基因最新研究進(jìn)展. 北方園藝, 2009, (1): 119-123 Fowler S, Thomashow M. Arabidopsis transcriptome profiling indicates that multiple regulatory pathways are activated during cold acclimation in addition to the CBF cold response pathway. Plant Cell, 2002, 14(8): 1675-1690 Guo Z, Bonos S, Meyer W, et al. Transgenic creeping bentgrass with delayed dollar spot symptoms. Mol Breeding, 2003, 11(2): 95-101 Pennycooke J, Cheng H, Stockinger E, et al.Comparative genomic sequence and expression analyses of Medicago truncatula and alfalfa subspecies falcata COLD-ACCLIMATION-SPECIFIC genes. Plant Physiol, 2008, 146: 1242–1254 Pang C, Wang C, Chen H, et al. Transcript profiling of cold responsive genes in Medicago falcata. In: T. Yamada, G. Spangenberg (eds.) Molecular Breeding of Forage and Turf: The Proceedings of the 5th International Symposium on the Molecular Breeding for Forage and Turf. Springer, 2008, 141-149
同類(lèi)課題研究水平概述
- 在擬南芥和水稻等模式植物基因組及其功能基因組研究取得突破后，對(duì)植物響應(yīng)逆境機(jī)制的研究也取得了進(jìn)展。近年來(lái)對(duì)模式植物和重要經(jīng)濟(jì)作物響應(yīng)低溫脅迫的專(zhuān)題組研究證明，數(shù)百個(gè)基因的表達(dá)在低溫脅迫后會(huì)發(fā)生變化，多條調(diào)節(jié)途徑參與了植物抗寒性的調(diào)控。隨著分子生物學(xué)研究技術(shù)的發(fā)展，揭示植物耐寒分子機(jī)制，分離和鑒定耐寒基因，有利于廣泛開(kāi)展抗寒基因工程的研究與應(yīng)用，以求有效地提高植物的抗寒性，減少低溫傷害造成的經(jīng)濟(jì)損失，具有重要科學(xué)意義與潛在應(yīng)用價(jià)值。 苜蓿是最重要的溫帶豆科牧草，對(duì)苜蓿低溫脅迫的研究過(guò)去主要著重于形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理特性以及不同抗性品種比較等方面，而耐寒分子機(jī)制方面研究不多。在紫花苜蓿和黃花苜蓿已鑒定過(guò)幾個(gè)低溫馴化特異基因（cold acclimation- specific）,包括cas15、cas18、msaCIC等，并證明低溫通過(guò)Ca2+信使誘導(dǎo)cas15基因的表達(dá)，進(jìn)一步研究揭示Ca2+通過(guò)使蛋白磷酸酯酶失活誘導(dǎo)cas15的表達(dá)。最近，通過(guò)對(duì)截型苜蓿和黃花苜蓿cas15和cas30的啟動(dòng)子比較分析，解釋了這兩個(gè)基因在兩種耐寒性差異較大的材料間響應(yīng)低溫表達(dá)差異的原因，可能與CRT/DRE調(diào)控元件在啟動(dòng)子區(qū)的拷貝數(shù)有關(guān)。但總的來(lái)說(shuō)，目前對(duì)已鑒定的少數(shù)幾個(gè)cas基因的功能及其調(diào)控耐寒性的機(jī)制仍不清楚。 黃花苜蓿（Medicago falcalta L.）起源于西伯利亞，具有非常強(qiáng)的耐寒性，是苜?？剐杂N的重要基因庫(kù)。黃花苜蓿草質(zhì)優(yōu)良，適口性好，是我國(guó)北方寒冷地區(qū)的主要優(yōu)良牧草之一，具有重要的飼用價(jià)值、遺傳育種價(jià)值和生態(tài)價(jià)值。但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)黃花苜蓿耐寒分子機(jī)理研究很少，僅有個(gè)別研究報(bào)道。在本實(shí)驗(yàn)室已構(gòu)建了黃花苜蓿響應(yīng)低溫的cDNA消減文庫(kù)基礎(chǔ)上，本研究從該cDNA文庫(kù)中選擇的一個(gè)未知功能基因，對(duì)其cDNA全長(zhǎng)的分離、響應(yīng)低溫的誘導(dǎo)表達(dá)、提高轉(zhuǎn)基因植物抗寒性等方面開(kāi)展了研究。
