中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (7): 1269-1283.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.07.002
收稿日期:
2024-08-19
接受日期:
2024-09-26
出版日期:
2025-04-08
发布日期:
2025-04-08
联系方式:
岳润清,E-mail:yuerunqing06@163.com
基金资助:
YUE RunQing(), LI WenLan, DING ZhaoHua, MENG ZhaoDong
Received:
2024-08-19
Accepted:
2024-09-26
Published:
2025-04-08
Online:
2025-04-08
摘要:
【目的】明确转基因复合抗虫耐除草剂玉米LD05的分子特征和目标性状有效性,为产业化应用提供数据基础、技术支撑和产品储备。【方法】利用生物信息学分析设计改造获得的自主产权抗虫融合基因m2cryAb-vip3A,针对创制的新型转基因复合抗虫耐除草剂玉米LD05,选取其BC4F3、BC4F4、BC4F5代开展试验研究。利用特异性PCR和Southern blot开展基因组整合稳定性分析;利用qRT-PCR和ELISA开展表达稳定性分析;通过室内生测和田间接虫试验评价其对靶标害虫的抗性,通过田间喷施草铵膦测试其除草剂的耐受稳定性。【结果】发掘设计出自主产权新型抗虫融合基因m2cryAb-vip3A,创制出复合抗虫耐除草剂玉米转化体LD05,其外源T-DNA以单拷贝形式整合进玉米基因组中。qRT-PCR结果表明,m2cryAb-vip3A和bar在3个世代不同组织器官中均有表达,表达量变化趋势基本一致。其中,m2cryAb-vip3A在连续3个世代苗期叶中表达量最高,平均表达量为36.73,而在成熟期穗轴中表达量最低,平均表达量仅有0.91;bar与m2cryAb-vip3A表达模式相似,在苗期叶片中表达量最高,平均表达量为7.35,在拔节期以后表达量变低。ELISA结果表明,M2CryAb-VIP3A在3个世代不同时期、不同器官中均能稳定积累,且不同世代蛋白积累量相似,其中,不同世代苗期叶中积累量最高,均高于19.67 μg·g-1 FW;PAT蛋白在连续3个世代的不同组织中均能检测出较高目标蛋白的表达,且在不同世代之间表达量无明显差异,其中,在不同世代苗期叶中表达量最高,平均含量为16.61 μg·g-1 FW,而在成熟期根中的积累量最低,平均含量为0.30 μg·g-1 FW。室内生测结果显示,取食LD05的心叶期玉米叶片组织96 h后,玉米螟、草地贪夜蛾、黏虫的校正死亡率均达到100%,为高抗级别;花丝期接虫96 h后,玉米螟、草地贪夜蛾、棉铃虫的校正死亡率分别为100%、100%和98.67%,均为高抗级别。田间接虫试验结果显示,LD05转化体在心叶期和花丝期对玉米螟、心叶期对黏虫,以及在花丝期对棉铃虫的抗性等级均为高抗。草铵膦耐受性试验结果表明,转基因玉米LD05能够耐受4倍草铵膦。农艺性状调查显示,转基因玉米LD05和对照郑58无差别。【结论】研发出自主产权新型抗虫融合基因m2cryAb-vip3A,创制的转基因复合抗虫耐除草剂玉米LD05分子特征清晰、遗传稳定、功能性状突出。
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表1
本研究所用引物"
引物 Primers | 序列 Primer sequence (5′-3′) | 用途 Purpose |
---|---|---|
23A0496 | CGCATAGAAACAACAGAAGTG | 左边界Left boundary |
23A0497 | TCCTAAAACCAAAATCCAGTA | |
23A0498 | GGCAGAGGCATCTTCAACG | 右边界Right boundary |
23A0499 | AAACCCCAAGTCCAAGTAAC | |
LC0797 | ATCTCGTCCAGCGTCAGGT | 检测m2cryAb-vip3A Detection of m2cryAb-vip3A |
LC0798 | TCAACATCGGCATCAACAA | |
LCH001 | TTGCCCAGCTATCTGTCACTTT | 检测m2cryAb-vip3A启动子CaMV 35S promoter Detection of m2cryAb-vip3A promoter CaMV 35S promoter |
LCH002 | TGTTCGGGTTGTTGTCCATTCT | |
LCH003 | AAAACCCATCTCATAAATAACG | 检测m2cryAb-vip3A终止子NOS terminator Detection of m2cryAb-vip3A terminator NOS terminator |
LCH004 | GAACAACAACTTGGAGGACTAC | |
LC0234 | CTGAAGTCCAGCTGCCAGAA | 检测bar Detection of bar |
LC0235 | ATGAGCCCAGAACGACGC | |
LCH005 | GAGGAAGGTCTTGCGAAGGATAGT | 检测bar启动子CaMV35S promoter (enhanced) Detection of bar promoter CaMV 35S promoter (enhanced) |
LCH006 | AGCATAAAGTGTAAAGCCTGGGGT | |
LC0787 | TTATCTGGGAACTACTCAC | 检测bar终止子CaMV poly(A) Detection of bar terminator CaMV poly(A) |
LC0788 | GACTGGGCTCCACGCTCTA | |
23A0349 | GTTCTTGGTGACGCTCTTC | m2cryAb-vip3A的Southern blot探针合成 Synthesis of m2cryAb-vip3A by Southern blot probe |
23A0350 | GCTCAGCAGCACGCTCTAC | |
23A0345 | GGCTGGCTGGTGGCAGGATATATT | bar的Southern blot探针合成 Synthesis of bar by Southern blot probe |
23A0346 | ACGAAGTTCGAGAAGGACA | |
23C073 | GTTTCCTTTACCGGGGACGA | m2cryAb-vip3A定量PCR qRT-PCR primers of m2cryAb-vip3A |
23C074 | ACCACCCCCTTCAACTTCAG | |
23C007 | CAGGAACCGCAGGAGTGGAC | bar定量PCR qRT-PCR primers of bar |
23C008 | CTTCAGCAGGTGGGTGTAGAGC | |
LC0378 | CGGTGGATGCTAAGGCTG | zSSⅡb定量PCR qRT-PCR primers of zSSⅡb |
LC0379 | AAAGGGCCAGGTTCATTATCCTC |
表2
玉米螟、黏虫和棉铃虫田间接虫结果"
材料 Material | 玉米螟 Ostrinia furnacalis | 黏虫 Mythimna separata | 棉铃虫 Helicoverpa armigera | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
心叶期 V5 stage | 花丝期 Silking stage | 心叶期 V5 stage | 花丝期 Silking stage | |||||
危害级别 Damage level | 抗性 Resistance | 危害级别 Damage level | 抗性 Resistance | 危害级别 Damage level | 抗性 Resistance | 危害级别 Damage level | 抗性 Resistance | |
LD05(BC4F3) | 1.00 | 高抗 High resistance | 1.00 | 高抗 High resistance | 1.02 | 高抗 High resistance | 1.00 | 高抗 High resistance |
LD05(BC4F4) | 1.00 | 高抗 High resistance | 1.00 | 高抗 High resistance | 1.01 | 高抗 High resistance | 1.00 | 高抗 High resistance |
LD05(BC4F5) | 1.00 | 高抗 High resistance | 1.00 | 高抗 High resistance | 1.03 | 高抗 High resistance | 1.00 | 高抗 High resistance |
郑58 Zheng 58 | 8.85 | 高感 High sense | 8.99 | 高感 High sense | 8.61 | 高感 High sense | 6.72 | 感 Sense |
先达205 Xianda 205 | 8.69 | 高感 High sense | 8.43 | 高感 High sense | 8.05 | 高感 High sense | 6.95 | 感 Sense |
表3
BC44F5代LD05对草铵膦除草剂的耐受性"
药后时间(周) Time after herbicide spraying (weeks) | 材料 Material | 剂量(倍) Dose(times) | 成苗率 Planting percent (%) | 受害率 Damage rate (%) |
---|---|---|---|---|
1 | 郑58 Zheng 58 | 0× | 100.00±0.00a | - |
1× | 0.00±0.00b | 100.00±0.00a | ||
LD05 | 0× | 100.00±0.00a | - | |
1× | 100.00±0.00a | 0.00±0.00b | ||
2× | 100.00±0.00a | 0.00±0.00b | ||
4× | 100.00±0.00a | 10.67±6.93b | ||
2 | 郑58 Zheng 58 | 0× | 100.00±0.00a | - |
1× | 0.00±0.00b | 100.00±0.00a | ||
LD05 | 0× | 100.00±0.00a | - | |
1× | 100.00±0.00a | 0.00±0.00b | ||
2× | 100.00±0.00a | 0.00±0.00b | ||
4× | 100.00±0.00a | 0.00±0.00b | ||
4 | 郑58 Zheng 58 | 0× | 100.00±0.00a | - |
1× | 0.00±0.00b | 100.00±0.00a | ||
LD05 | 0× | 100.00±0.00a | - | |
1× | 100.00±0.00a | 0.00±0.00b | ||
2× | 100.00±0.00a | 0.00±0.00b | ||
4× | 100.00±0.00a | 0.00±0.00b |
表4
BC44F5代LD05和郑58农艺性状比较"
农艺性状 Agronomic trait | LD05 (BC4F5) | 郑58 Zheng58 |
---|---|---|
抽雄期Tasseling stage (d) | 59±1.0a | 59±1.0a |
生育期Growth stage (d) | 108.7±1.5a | 109.3±1.5a |
株高Plant height (cm) | 163.0±2.6a | 164.0±2.0a |
穗位高Ear height (cm) | 56.0±2.0a | 55.3±1.5a |
穗行数Rows per ear | 12±0a | 12±0a |
穗粗Ear diameter (cm) | 3.8±0.1a | 3.8±0.1a |
百粒重100-kernel weight (g) | 33.4±0.5a | 33.5±0.7a |
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