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随着分子生物学和生物技术的飞速发展,转基因技术也取得了长足的进步,如何高效的获得无选择标记、稳定可育、高安全性的转基因植株成为植物遗传转化发展的方向。基因工程问世的30年来,植物遗传转化的技术也得到了飞速发展,遗传转化方法包括农杆菌介导法、基因枪法(又称微弹轰击法)、电击法、显微注射法等,其中农杆菌介导法以易操作、低费用、插入片段拷贝数低、不产生嵌合体、遗传较稳定等优点而被广泛应用。
本研究通过同源序列法分别从油菜(Brassica napus)中克隆热休克蛋白基因HSP81.1上游的启动子序列、从哥伦比亚生态型拟南芥中克隆出细胞色素酶基因P450上游的启动子序列,其中HSP81.1基因启动子长2169bp,P450基因启动子长2186bp,将这两个启动子分别与报告基因GUS融合并通过农杆菌介导法导入烟草,得到转基因烟草植株,组织化学分析表明,油菜热休克蛋白HSP81.1:基因在烟草中具有高温诱导表达的能力。热激处理后,不同生长时期的T1代转基因烟草GUS染色深浅不同,而且在烟草生长至50天时启动子活性最高,而拟南芥细胞色素酶P450基因在烟草中并不存在空间特异性,在烟草的根、茎、叶都有不同程度的表达。
随着生物技术的发展,转基因作物的生物安全性问题在近年来受到人们的广泛关注,其中有较大争议的就是筛选标记基因,对于转基因植株来说,筛选标记基因在获得目的转基因植株后已无用处。但这些随目的基因整合进去的筛选标记基因却存在潜在的生物安全性问题,如抗除草剂基因是否会造成超级杂草的出现而影响生态平衡;抗生素标记基因是否会通过食物转移至人、畜肠道微生物中,影响抗生素治疗的效果。鉴于对转基因作物选择标记的安全性考虑,本研究构建了便于标记基因删除的位点特异性载体Cre/loxP系统,分别用热休克蛋白HSP81.1基因启动子和泛组织表达的花椰菜花叶病毒CaMV35S启动子表达Cre酶基因;使用花椰菜花叶病毒CaMV35S启动子表达GFP报告基因,该载体的选择标记bar基因置于两个同向的loxP位点之间,将三个载体分别通过农杆菌介导法导入烟草,并得到大量转基因烟草植株,将含有Cre酶基因的转基因烟草和含有loxP位点的转基因烟草进行杂交,获得无选择标记的转基因烟草。
转基因作物的安全性问题不仅仅表现在选择标记基因上,转基因作物也可能成为超级杂草,而且有可能对近缘物种和野生种带来潜在的影响。由于转基因作物与非转基因作物的生长期、花期、花时相同或相似,所以产生基因漂流的机会很大。另外,由于大多数转基因作物与非转基因作物的种子在外观上难以区别,因此容易混杂在一起而被传播,可能会带来难以预测的环境风险。因此,本研究从油菜( MS8RF3)基因组DNA中克隆出了解淀粉芽孢杆菌核糖核酸酶基因Bamase,将Bamase基因分别置于种子特异性表达的启动子PNap和细胞色素酶P450启动子的下游,成功构建了载体pBILoxp2 PNap TAibamase、pBILoxp2 P450TAibamase和pC1300 PNap Barstar L Bamase,分别将这三个载体通过农杆菌介导法导入烟草,其中转pBILoxp2 PNap TAibamase载体的烟草得到了大量的转基因烟草植株,但是这些转基因烟草植株没有种子形成,而转pBILoxp2 P450 TAibamase和pC1300 PNap Barstar L Barnase载体的烟草均没有得到阳性植株。