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本研究从籼稻Kasalath中克隆到在水稻胚乳中特异表达的谷蛋白启动子Gt13aP,并依据水稻偏爱密码子优化植酸酶-乳铁蛋白肽融合基因PhyLf再将人工合成的PhyLf基因和未优化的植酸酶基因AppA2分别与抗除草剂筛选标记基因Bar构建植物表达载体pCB-Gt13aP-PhyLf和pCB2006-AppA2,并通过农杆菌介导的快速转化法分别转化高培养力水稻9K19-5和9K19-1,获得了具有目标性状的转PhyLf基因水稻BPL9K和转AppA2基因水稻BP9K。获得的主要结果如下: 1.从籼稻Kasalath中克隆到谷蛋白Gt13a的启动子Gt13aP,用它驱动β-葡萄糖醛酸酶基因Gus和抗除草剂基因Bar作为筛选标记,构建启动子功能验证载体pCB-Gt13aP-Gus,并通过农杆菌介导的快速转化法转化水稻武运粳21号,得到18个经PCR验证的再生植株BGus21。BGus21腊熟期的根、茎、叶、种子和颖壳的GUS染色结果显示,Gus基因仅在种子中表达,证实Gt13aP启动子可驱动目的基因在胚乳中特异表达。 2.人工优化的基因PhyLf与原始AppA2和Lfcin B相应编码序列相比,其氨基酸序列不变,但原始序列中存在的绝大部分植物稀有密码子被水稻偏爱同义密码子替换,RSCU<0.5的密码子由145个减少到4个,7个内含子剪切信号位点得以消除,mRNA自由能的绝对值由503.67 kcal/mol降低到370.77 kcal/mol、高能发卡结构得以消除。优化基因改变碱基299个,占碱基总数的21.25%;更改密码子261个,占密码子总数的55.65%; G+C含量由原始序列的54.16%增加到60.21%。PhyLf优化融合基因5端添加了水稻谷蛋白Gt13a的信号肽序列Gt13aSP,可使表达的融合蛋白质定向转运并积累在籽粒蛋白储存液泡中。 3.构建植物表达载体pCB-Gt13aP-PhyLf(含有PhyLf和Bar基因)和pCB2006-AppA2(含有AppA2和Bar基因),利用农杆菌介导的快速转化法分别转化高培养力水稻9K19-5和9K19-1,分别获得转PhyLf基因水稻BPL9K七株和转AppA2基因水稻BP9K两株。分子鉴定发现Bar基因和PhyLf(或AppA2)基因成功整合到水稻基因组并稳定表达。BPL9K转基因植株具有草铵膦抗性,目标蛋白PAT的含量在50.45-68.89μg/g之间。测定BPL9K转基因植株完熟期不同器官中的植酸酶活性,发现5个转化体的种子中有酶活性,而根茎叶中没有;其中BPL9K-3最高,达到32.30 U/g,比非转基因组培再生植株(对照)高61.71倍,较未优化转基因植株BP9K-1叶片高7.54倍。同时,转基因种子的无机磷含量显著提高,其中BPL9K-1最高,达到8.23 mg/g,比非转基因组培再生植株对照高13.33倍。T2代植株中Bar基因和PhyLf基因可稳定遗传,并具有除草剂抗性和植酸酶活性。 4.初步抑菌实验表明,融合蛋白的肠激酶消化液可抑制大肠杆菌的生长,但不同转化体之间抑菌效果差异较大,其中原因还有待繁殖更多种子进行进一步研究。