山大张举仁教授：基因芯片研究玉米基因表达

　　

生物通报道：玉米是全球第一大作物、我国第二大作物，而干旱是影响其产量的重要限制因素。山东大学生命科学院张举仁教授的课题组利用基因芯片技术研究了开花期玉米顶叶干旱胁迫下基因的表达。

 

开花期是玉米需水临界期，对干旱胁迫反应最敏感，此时逢干旱会使产量下降幅度最大。张教授的课题组以开花期玉米为材料，分别对其进行短期和长期的干旱胁迫，采用全基因组芯片研究了顶叶中基因的表达情况。

 

分析的结果表明，有197个基因在短期胁迫下差异表达（53％上调），而在长期胁迫下，则有1009个基因差异表达（32％上调）。分离得到的差异表达基因中约有一半的基因功能未知，其他基因按功能则可分为：代谢相关；细胞信号转导；转录相关；蛋白质合成；细胞防御；细胞运输；亚细胞定位等几大类。

 

分析实验表明，在短期胁迫下上调表达的基因中，约有1/3的已知功能基因属于信号转导功能的分类范畴，参与细胞内不同的信号转导途径，这表明信号转导相关基因在玉米对干旱的早期反应中起重要作用。而在长期干旱条件下，顶叶中大量的代谢相关基因差异表达。

 

研究人员指出，特别值得注意的是渗透因子代谢相关基因的表达变化：脯氨酸合成途径中的两个基因P5CS和P5CR表达上调而其降解途径的关键酶基因ProDH表达下调：海藻糖合成途径中的TPS和TPP表达下调而其降解途径的酶基因Trehalase表达上调。另外，棉子糖合成途径中的关键基因的表达也大都受诱导上调。

 

张教授课题组的这项研究分离得到众多开花期玉米干旱胁迫诱导差异表达的基因，为下一步鉴定其功能、明确其在植物抗旱方面的作用，和开展玉米抗旱基因工程研究提供依据。

 

张举仁,男,汉族,1955年2月出生。博士,山东大学生命科学学院教授，博导。1975年9月进入甘肃农业大学农学系农学专业学习，1978年考取兰州大学细胞生物学专业研究生,师从郑国錩院士。研究方向为细胞工程。1982年1月获硕士学位，1985年3月获理学博士学位。1987年晋升为副教授, 1992年底晋升为教授。1987年荣获"中科院青年奖励基金"。 1991年被国家教委和国务院学位委员会授予"做出突出贡献的中国博士学位获得者"证书。1993年10月起享受政府特殊津贴。现任山东省细胞生物学会理事长等职。他长期从事植物细胞工程和基因工程研究，发表论文60余篇，获得国家发明专利3项；获得省部级成果奖3项,其中二等奖两项，排名第一。（生物通雪花）

 

附：张举仁教授代表性研究成果和论文

 

主要代表性工作有：

1、探索出植物遗传转化的新方法，为从多种难于转化的植物获得大批转基因植株开辟了新途径。采用该方法已批量获得了玉米、小麦和棉花等作物的转基因植株。并将多个有用基因分别转入玉米骨干自交系，获得了抗除草剂、抗虫、或耐盐及耐旱性大幅度提高的转基因植株及其后代，并培育出转基因玉米自交系。

 

    2、 攻克了我国玉米骨干自交系组织培养难度大的难关，建立起玉米细胞工程育种的成套技术，获得了多种突变体。并从突变体后代中培育出耐盐、抗病或耐低磷玉米自交系及单交种，有2个品种已通过省级审定并广泛推广。

 

3、构建出玉米高质量的cDNA文库，从中筛选出肌醇磷酸合成酶基因和磷酸肌醇激酶基因等20多个与植物抗逆相关的基因，并对其中6个基因进行了功能分析和基因表达研究。利用抑制性差减杂交技术构建了两个干旱胁迫下开花期玉米消减文库。对两个文库部分克隆进行测序，获得了940条cDNA序列，确定了370条单一的ESTs在干旱胁迫处理中显著上调，并对部分感兴趣的cDNA进行了实时定量RT-PCR分析和全长cDNA克隆，并设计RNAi干扰体进行基因功能分析。

 

4、以盐生植物盐芥为材料进行耐盐相关基因及其启动子的克隆，获得了10条耐盐相关基因和3个基因的启动子区域，发现盐芥耐盐相关基因的功能与拟南芥中直向同源基因的功能基本相同，但表达谱可有很大差别，基因启动子区域序列相似程度很低，为植物耐盐机制的认识提供了重要资料。

 

5、在玉米分子育种和基因克隆方面取得了较大突破。构建出我国玉米“掖478 ×90110” 的RFLP 图谱；确定了玉米粗缩病抗性是由多基因决定的，并将其中一个抗性位点定位在6号染色体上，找到了与其紧密连锁的分子标记，为玉米抗粗缩病育种提供快速有效的途径；寻找到与大斑病抗性基因Ht2紧密连锁的分子标记，克隆Ht2基因的工作取得了初步成果。

 

    6、建立起先进的甜菜、草坪草细胞工程和基因工程育种体系，获得了一批具有重要价值的材料。采用细胞工程技术培育出的生长迅速高产耐盐的饲用甜菜新品系在滨海盐碱地种植显示出良好的抗性和高产性。在基因工程研究中，已将能够提高植物耐盐性或耐热性的基因转入黑麦草、早熟禾、高羊茅和多个甜菜优良品种中，通过耐盐性筛选，获得了一批耐盐耐旱的黑麦草、早熟禾、高羊茅和甜菜新种质。

 

7、研制出高效花生增产剂等产品，获得了农业新技术新产品推广许可证，并大面积推广。

 

8、较系统研究了亚麻培养细胞脱分化过程及影响因素，提出了植物细胞脱分化阶段的新划分。

 

9、诱导玉米未预处理芽尖直接产生雌、雄花序，并研究了基因型和外源因素的影响，对经典的植物发育阶段理论提出了修正。

 

    近5年部分专利申请和发表的研究论文：

 

发明专利：

 

1、发明名称：建立玉米转基因受体体系的方法及受体体系的应用。专利号：ZL00110842.5  

2、发明名称：一种转化大粒种子植物的方法及应用。 专利号：ZL01104428.4     

3、发明名称：一种通过丛生芽诱变和筛选创造甜菜耐盐新种质的方法。专利号：ZL02135731.5

4、发明名称：一种建立黑麦草转基因受体体系的方法及其应用。专利号：ZL 200410024550.3

5、发明名称：一种建立早熟禾遗传转化体系的方法及应用。申请号：申请号：200410024537.8

6、发明名称：一种通过多基因转化提高甜菜耐盐耐旱性和抗除草剂绿黄隆特性的方法及应用。申请号：200510044790.4

7、发明名称：通过转基因聚合betA、NHX1、PPase基因提高玉米、小麦耐盐耐旱性的方法。申请号：200510044791.9

8、发明名称：转PIS基因改变植物抗逆性的应用。申请号：200510044789.1 

 

研究论文：

1. Gao F, Gao Q, Yang AF, Duan XG, Yue GD & JR Zhang. Cloning of an H+-PPase gene from Thellungiella halophila and its heterologous expression to improve salt-tolerance of tobacco. Journal of Experimental Botany, 2006, 57: 3259-3270.

2. A.F. Yang, CM He. F. Gao & J.R. Zhang  Improvement of Agrobacterium -mediated transformatiom of calli from maize elite inbred lines. In Vitro Cellular and Development Biology- Plant, 2006, 42(3): 215-219.

3. Kunpeng Li, Zhongping Xu, Kewei Zhang, Aifang Yang, Juren Zhang  Efficient production of maize (Zea mays L.) inbred lines with low-phosphorus tolerance by cellular engineering and analysis of the low-phosphorus tolerant characteristics. Plant Science, 2006, online.

4. Fei Wang, Guozheng Qin, Zhenhua Sui, Zhaohui Wang, Zhaoyu Wang, Jialin Yu and Juren Zhang. Improved method for assaying maize plant resistance to maize rough dwarf disease by artificial inoculation and real-time RT-PCR. European Journal of Plant Pathology, 2006, online

5.Yang Aifang, Zhao Shilan, Yin Xiaoyan, Gao Feng, Zhang Juren  Introduction of AtNHX1 into beet improved salt-tolerance of transgenic plants. High Technology Letters, (2006), 12(2): 182-187.

6.单晓佚、李蓓、张举仁，利用FLP/frt重组系统产生无选择标记的转基因植株。生物工程学报，（2006），22：744-750。

7.杨爱芳，张可炜，尹小燕，张举仁。玉米转基因植株的农艺性状和配合力分析。中国农业科学，2006，清样。

8. A.F. Yang, X.G. Duan, X.F. Gu, F. Gao & J.R. Zhang. Efficient transformation of beet (Beta vulgaris) and production of plants with improved salt-tolerance. Plant Cell, Tissue and Organ Culture , 2005, 83: 259–270.

9. X.F. Gu, J R. Zhang. An efficient adventitious shoot regeneration system for Zhanhua winter jujube (Zizyphus jujuba Mill.) using leaf explants. Plant Cell Reports, 2005, 23: 775-779.

10. X F.Gu,A F.Yang, H. Meng, J.R.Zhang. In vitro induction of tetraploid plants from diploid Zizyphus jujuba Mill. cv. Zhanhua. Plant Cell Reports, 2005, 24: 671-676.