009年至今，編者所在團(tuán)隊(duì)在白樺抗逆、材性及生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)基因工程育種方面做了大量的工作。克隆12條白樺基因，構(gòu)建了過表達(dá)及抑制表達(dá)載體18個(gè)，獲得170余個(gè)轉(zhuǎn)基因株系，對(duì)轉(zhuǎn)基因株系的表型、生理及基因調(diào)控機(jī)制進(jìn)行分析，鑒定出了優(yōu)質(zhì)、抗逆、早花及葉形變化的轉(zhuǎn)基因株系。相關(guān)成果已發(fā)表論文10余篇，其中SCI論文5篇。基于此，本專著以5篇博士論文、14篇碩士論文為基礎(chǔ)，對(duì)白樺基因工程育種進(jìn)行了總結(jié)。
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目錄
前言
第一篇 白樺抗旱耐鹽基因工程育種
第1章 轉(zhuǎn)BpTCP7基因白樺的抗旱耐鹽性研究 3
1.1 BpTCP家族基因的生物信息學(xué)分析 3
1.1.1 BpTCP基因的特性分析 3
1.1.2 蛋白質(zhì)基本結(jié)構(gòu)域的預(yù)測(cè) 3
1.1.3 BpTCP基因氨基酸序列的同源性分析 4
1.1.4 BpTCP基因系統(tǒng)進(jìn)化樹 5
1.2 BpTCP基因在白樺不同組織器官表達(dá)特性 5
1.3 BpTCP7基因啟動(dòng)子的表達(dá)特性 7
1.3.1 BpTCP7基因啟動(dòng)子的克隆 7
1.3.2 BpTCP7基因啟動(dòng)子順式作用元件預(yù)測(cè) 7
1.3.3 BpTCP7基因組織部位表達(dá)特性 10
1.3.4 BpTCP7基因干旱及鹽應(yīng)答特性 11
1.4 BpTCP7基因的白樺遺傳轉(zhuǎn)化研究 11
1.4.1 BpTCP7基因植物過表達(dá)載體的構(gòu)建 11
1.4.2 轉(zhuǎn)基因白樺的獲得 13
1.4.3 轉(zhuǎn)基因株系的分子檢測(cè) 14
1.5 轉(zhuǎn)BpTCP7基因白樺的抗旱耐鹽性分析 15
1.5.1 NaCl脅迫處理及生理指標(biāo)測(cè)定 15
1.5.2 PEG脅迫處理及生理指標(biāo)測(cè)定 16
第2章 轉(zhuǎn)BpSPL9基因白樺的抗旱耐鹽性研究 20
2.1 BpSPL家族基因的生物信息學(xué)分析 20
2.1.1 白樺BpSPL基因的特性分析 20
2.1.2 白樺SPL基因的染色體定位分析 21
2.1.3 白樺BpSPL基因氨基酸序列的同源性分析 21
2.1.4 BpSPL基因的系統(tǒng)發(fā)育分析 23
2.2 BpSPL基因在白樺不同組織器官表達(dá)特性 24
2.2.1 BpSPL基因組織部位表達(dá)特性 24
2.2.2 NaCl和PEG脅迫下BpSPL9的應(yīng)答特性 25
2.3 BpSPL9基因的白樺遺傳轉(zhuǎn)化研究 26
2.3.1 植物過表達(dá)載體的構(gòu)建 26
2.3.2 轉(zhuǎn)基因白樺的獲得 29
2.3.3 轉(zhuǎn)基因株系的分子檢測(cè) 29
2.4 轉(zhuǎn)BpSPL9基因白樺的抗旱耐鹽性分析 31
2.4.1 轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性分析 31
2.4.2 轉(zhuǎn)基因植株的抗旱性分析 35
第3章 轉(zhuǎn)BpCHS3基因白樺的耐鹽性研究 41
3.1 BpCHS3基因生物信息學(xué)分析 41
3.1.1 BpCHS3基因開放讀碼框和相似性比對(duì) 41
3.1.2 BpCHS3氨基酸序列及理化性質(zhì) 41
3.1.3 BpCHS3基因系統(tǒng)進(jìn)化樹 43
3.2 BpCHS3基因的白樺遺傳轉(zhuǎn)化研究 44
3.2.1 植物表達(dá)載體的構(gòu)建 44
3.2.2 BpCHS3基因過表達(dá)株系的獲得 47
3.2.3 白樺BpCHS3基因干擾株系的獲得 49
3.3 轉(zhuǎn)BpCHS3基因白樺的耐鹽性分析 51
3.3.1 轉(zhuǎn)基因白樺組培苗的耐鹽性分析 51
3.3.2 田間盆栽轉(zhuǎn)基因白樺的耐鹽性分析 52
3.4 轉(zhuǎn)BpCHS3基因白樺的葉片花青素含量比較 53
第4章 轉(zhuǎn)ThDHN基因白樺的抗旱耐鹽性分析 55
4.1 ThDHN基因的生物信息學(xué)分析 55
4.2 ThDHN基因在不同逆境下的表達(dá)分析 59
4.2.1 鹽脅迫處理下ThDHN基因在檉柳中的表達(dá) 59
4.2.2 干旱脅迫處理下ThDHN基因在檉柳中的表達(dá) 59
4.2.3 冷脅迫處理下ThDHN基因在檉柳中的表達(dá) 60
4.2.4 重金屬鎘脅迫處理下ThDHN基因在檉柳中的表達(dá) 61
4.2.5 ABA誘導(dǎo)處理下ThDHN基因在檉柳中的表達(dá) 61
4.3 ThDHN基因的白樺遺傳轉(zhuǎn)化研究 62
4.3.1 ThDHN基因植物過表達(dá)載體構(gòu)建 62
4.3.2 轉(zhuǎn)基因植株的獲得 63
4.3.3 轉(zhuǎn)基因株系的分子檢測(cè) 63
4.4 轉(zhuǎn)ThDHN基因白樺的抗旱耐鹽性分析 65
4.4.1 轉(zhuǎn)基因白樺耐鹽性分析 65
4.4.2 轉(zhuǎn)基因白樺的抗旱性分析 67
第二篇 白樺材性改良基因工程育種
第5章 白樺BpCCR1基因的功能分析 71
5.1 BpCCR1基因的生物信息學(xué)分析 71
5.1.1 BpCCR1基因序列相似性比對(duì)分析 71
5.1.2 BpCCR1基因的氨基酸序列及理化性質(zhì) 71
5.1.3 BpCCR1基因系統(tǒng)進(jìn)化樹 73
5.2 BpCCR1基因的白樺遺傳轉(zhuǎn)化研究 74
5.2.1 植物表達(dá)載體構(gòu)建 74
5.2.2 轉(zhuǎn)基因白樺的獲得 76
5.2.3 轉(zhuǎn)基因株系的分子檢測(cè) 77
5.3 轉(zhuǎn)BpCCR1基因白樺的生長(zhǎng)特性及木質(zhì)素含量測(cè)定 79
5.3.1 轉(zhuǎn)基因白樺的生長(zhǎng)特性 79
5.3.2 轉(zhuǎn)基因白樺的木質(zhì)素含量和綜纖維素含量分析 82
5.3.3 轉(zhuǎn)基因白樺的次生木質(zhì)部結(jié)構(gòu)觀察 83
5.4 轉(zhuǎn)BpCCR1基因白樺的轉(zhuǎn)錄組分析 86
5.4.1 RNA質(zhì)量檢測(cè) 86
5.4.2 Illumina/Solexa測(cè)序質(zhì)量統(tǒng)計(jì) 87
5.4.3 Unigene注釋分析 88
5.4.4 轉(zhuǎn)基因白樺Unigene的差異表達(dá) 90
5.4.5 差異基因的功能分類分析 90
5.4.6 差異基因的Pathway富集分析 92
第三篇 白樺生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)基因工程育種
第6章 白樺BpIAA10基因的功能研究 101
6.1 BpAux/IAA家族基因的生物信息學(xué)分析 101
6.1.1 BpIAA家族基因序列分析 101
6.1.2 BpIAA家族基因的染色體定位及基因結(jié)構(gòu)分析 101
6.1.3 BpIAA蛋白家族的結(jié)構(gòu)及進(jìn)化關(guān)系 104
6.2 BpAux/IAA家族基因在白樺不同組織器官表達(dá)特性 106
6.2.1 不同倍性白樺中20條BpIAA基因的時(shí)序表達(dá)特性 106
6.2.2 四倍體白樺和二倍體白樺中內(nèi)源激素IAA測(cè)定 107
6.3 BpIAA10啟動(dòng)子功能研究 108
6.3.1 BpIAA10啟動(dòng)子序列分析 108
6.3.2 BpIAA10啟動(dòng)子克隆、載體構(gòu)建及遺傳轉(zhuǎn)化 109
6.3.3 白樺BpIAA10基因啟動(dòng)子的表達(dá)特性 109
6.4 BpIAA10基因的白樺遺傳轉(zhuǎn)化研究 113
6.4.1 BpIAA10基因克隆及植物表達(dá)載體構(gòu)建 113
6.4.2 白樺BpIAA10轉(zhuǎn)錄因子的亞細(xì)胞定位 115
6.4.3 轉(zhuǎn)基因植株的獲得 116
6.4.4 轉(zhuǎn)基因株系的分子檢測(cè) 117
6.5 BpIAA10基因的功能研究 119
6.5.1 BpIAA10基因影響白樺頂端幼葉的發(fā)育 119
6.5.2 BpIAA10基因影響白樺休眠芽形成 126
6.5.3 BpIAA10基因參與調(diào)控白樺不定根發(fā)育 132
6.5.4 BpIAA10基因參與白樺氣孔發(fā)育 134
6.5.5 BpIAA10基因參與白樺高生長(zhǎng) 134
6.5.6 BpIAA10基因影響白樺功能葉基頂軸方向發(fā)育 136
6.6 酵母單雜交和酵母雙雜交篩選BpIAA10啟動(dòng)子/BpIAA10轉(zhuǎn)錄因子的互作蛋白 137
6.6.1 白樺cDNA文庫(kù)的構(gòu)建及質(zhì)量檢測(cè) 137
6.6.2 酵母單雜交篩選BpIAA10基因的上游調(diào)控因子 139
6.6.3 植物細(xì)胞中驗(yàn)證酵母單雜交篩選結(jié)果 141
6.6.4 BpIAA10互作蛋白的篩選 142
6.6.5 雙分子熒光互補(bǔ)（BiFC）在植物細(xì)胞內(nèi)驗(yàn)證候選蛋白的互作 144
第7章 白樺BpGH3.5基因的功能研究 148
7.1 白樺BpGH3.5基因的生物信息學(xué)分析 148
7.2 BpGH3.5基因在白樺不同組織器官表達(dá)特性 151
7.2.1 組織表達(dá)特異性分析 151
7.2.2 激素及非生物脅迫誘導(dǎo)表達(dá)分析 152
7.3 BpGH3.5啟動(dòng)子的表達(dá)特性 152
7.3.1 BpGH3.5啟動(dòng)子序列克隆 152
7.3.2 BpGH3.5啟動(dòng)子序列分析 152
7.3.3 BpGH3.5基因啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)GUS的表達(dá)分析 154
7.4 BpGH3.5基因的白樺遺傳轉(zhuǎn)化研究 155
7.4.1 植物過表達(dá)和抑制表達(dá)載體的構(gòu)建 155
7.4.2 轉(zhuǎn)基因植株的獲得 156
7.4.3 轉(zhuǎn)基因株系的分子檢測(cè) 157
7.5 白樺GH3.5的功能研究 158
7.5.1 轉(zhuǎn)基因白樺的苗高、地徑調(diào)查 158
7.5.2 轉(zhuǎn)基因白樺生長(zhǎng)情況分析 159
7.5.3 轉(zhuǎn)基因白樺的抗旱性分析 165
7.6 轉(zhuǎn)GH3.5基因白樺的轉(zhuǎn)錄組分析 166
7.6.1 Illumina/Solexa測(cè)序質(zhì)量統(tǒng)計(jì) 166
7.6.2 Unigene注釋分析 166
7.6.3 差異Unigene的確定及功能分類 168
7.6.4 差異Unigene分析 172
7.6.5 RNA-seq結(jié)果的驗(yàn)證 176
第8章 白樺BpPIN基因的功能研究 178
8.1 白樺BpPIN基因的生物信息學(xué)分析 178
8.1.1 構(gòu)建BpPIN家族進(jìn)化樹 178
8.1.2 BpPIN基因理化性質(zhì)分析 178
8.1.3 保守結(jié)構(gòu)域分析 181
8.1.4 跨膜結(jié)構(gòu)域分析 181
8.2 BpPIN基因在白樺不同組織器官表達(dá)特性 182
8.2.1 BpPIN基因在白樺葉片不同組織部位中的表達(dá)特性 182
8.2.2 BpPIN基因在白樺不同組織器官中的表達(dá)特性 183
8.2.3 IAA含量與BpPIN表達(dá)的相關(guān)性分析 184
8.3 BpPIN1、BpPIN3、BpPIN5啟動(dòng)子克隆及遺傳轉(zhuǎn)化 187
8.3.1 pro-BpPIN:: GUS表達(dá)載體構(gòu)建 187
8.3.2 轉(zhuǎn)BpPIN啟動(dòng)子白樺的獲得 189
8.3.3 轉(zhuǎn)BpPIN啟動(dòng)子白樺的GUS染色 191
8.3.4 pro-BpPIN3:: GUS白樺對(duì)IAA及TIBA的應(yīng)答 191
8.4 BpPIN3基因的白樺遺傳轉(zhuǎn)化研究 192
8.4.1 BpPIN3基因的獲得與分析 192
8.4.2 植物表達(dá)載體的獲得 192
8.4.3 轉(zhuǎn)基因植株的獲得 195
8.4.4 轉(zhuǎn)基因株系的分子檢測(cè) 196
8.5 轉(zhuǎn)PIN3基因白樺的功能分析 197
8.5.1 轉(zhuǎn)基因白樺的苗高、地徑比較 197
8.5.2 轉(zhuǎn)基因白樺葉型指數(shù)比較 197
8.5.3 轉(zhuǎn)基因白樺根生長(zhǎng)特征比較 199
第9章 白樺BpCUC2基因的功能研究 201
9.1 BpCUC2啟動(dòng)子的表達(dá)分析 201
9.1.1 BpCUC2基因啟動(dòng)子的獲得 201
9.1.2 Pro-CUC2:: LUC載體的構(gòu)建 201
9.1.3 轉(zhuǎn)Pro-CUC2:: LUC白樺的獲得及分子檢測(cè) 202
9.1.4 Pro-CUC2驅(qū)動(dòng)的LUC表達(dá)特性 202
9.1.5 轉(zhuǎn)Pro-CUC2:: LUC白樺對(duì)激素的應(yīng)答分析 204
9.1.6 生長(zhǎng)素響應(yīng)元件的上游調(diào)控基因的獲得 205
9.2 BpCUC2基因的生物信息學(xué)分析 210
9.2.1 BpCUC2基因的獲得 210
9.2.2 BpCUC2基因的生物信息學(xué)分析 210
9.3 BpCUC2基因的白樺遺傳轉(zhuǎn)化研究 213
9.3.1 植物表達(dá)載體的構(gòu)建 213
9.3.2 轉(zhuǎn)基因植株的獲得 215
9.3.3 轉(zhuǎn)基因株系的分子檢測(cè) 215
9.4 轉(zhuǎn)BpCUC2基因白樺的功能研究 217
9.4.1 轉(zhuǎn)35S:: BpCUC2白樺的苗高分析 217
9.4.2 轉(zhuǎn)35S:: BpCUC2白樺的葉片數(shù)量分析 217
9.4.3 轉(zhuǎn)35S:: BpCUC2白樺的節(jié)間距分析 218
第10章 白樺BpCUC2a基因的功能研究 221
10.1 白樺BpCUC2a基因的生物信息學(xué)分析 221
10.1.1 白樺BpCUC2a基因的獲得 221
10.1.2 白樺BpCUC2a基因序列分析 222
10.1.3 BpCUC2a蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 223
10.1.4 BpCUC2a蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 224
10.1.5 BpCUC2a基因的系統(tǒng)發(fā)育樹 224
10.2 BpCUC2at基因的白樺遺傳轉(zhuǎn)化研究 227
10.2.1 植株表達(dá)載體構(gòu)建 227
10.2.2 轉(zhuǎn)基因植株的獲得 229
10.2.3 轉(zhuǎn)基因株系的分子檢測(cè) 230
10.3 轉(zhuǎn)BpCUC2at基因白樺的功能分析 231
10.3.1 轉(zhuǎn)基因白樺表型特征比較 231
10.3.2 轉(zhuǎn)基因白樺苗高及節(jié)間數(shù)比較 232
10.3.3 轉(zhuǎn)基因株系白樺葉表面特征及葉面積比較 235
10.4 轉(zhuǎn)BpCUC2at基因白樺的內(nèi)源IAA含量測(cè)定及相關(guān)基因表達(dá) 238
10.4.1 轉(zhuǎn)基因白樺內(nèi)源IAA含量測(cè)定 238
10.4.2 轉(zhuǎn)基因白樺IAA運(yùn)輸及代謝相關(guān)基因表達(dá)特性分析 239
第11章 白樺BpTOPP1基因的功能研究 243
11.1 BpTOPP基因的生物信息學(xué)分析 243
11.1.1 BpTOPP與其他物種相似性比較及系統(tǒng)發(fā)育分析 243
11.1.2 BpTOPP蛋白特性分析 244
11.2 BpTOPP基因在白樺不同組織器官表達(dá)特性 246
11.2.1 白樺BpTOPP1基因的組織部位表達(dá)分析 246
11.2.2 白樺BpTOPP1基因的時(shí)序表達(dá)分析 247
11.2.3 白樺BpTOPP1基因家族的組織部位表達(dá)分析 247
11.2.4 白樺BpTOPP1基因家族的時(shí)序表達(dá)分析 250
11.3 BpTOPP1基因的白樺遺傳轉(zhuǎn)化研究 252
11.3.1 植物表達(dá)載體的構(gòu)建 252
11.3.2 轉(zhuǎn)35S:: BpTOPP1植株的獲得 254
11.3.3 轉(zhuǎn)35S:: anti-BpTOPP1植株的獲得 255
11.3.4 轉(zhuǎn)基因株系的分子檢測(cè) 255
11.4 轉(zhuǎn)BpTOPP基因白樺的功能初探 259
11.4.1 轉(zhuǎn)基因白樺的生長(zhǎng)特性分析 259
11.4.2 轉(zhuǎn)基因白樺的生理特性分析 261
11.4.3 轉(zhuǎn)BpTOPP1基因白樺耐鹽分析 264
第12章 白樺BpAP1基因的功能研究 269
12.1 BpAP1基因的白樺遺傳轉(zhuǎn)化研究 269
12.1.1 BpAP1基因ihpRNA表達(dá)載體構(gòu)建 269
12.1.2 轉(zhuǎn)基因植株的獲得 269
12.1.3 轉(zhuǎn)基因株系的分子檢測(cè) 271
12.2 轉(zhuǎn)BpAP1基因白樺的生長(zhǎng)發(fā)育特性 272
12.2.1 BpAP1基因過表達(dá)白樺的提早開花現(xiàn)象 272
12.2.2 BpAP1基因過表達(dá)白樺雌、雄花的形態(tài)特征 272
12.2.3 BpAP1基因過表達(dá)白樺T0代的高生長(zhǎng) 275
12.2.4 轉(zhuǎn)基因白樺T1代中BpAP1基因的遺傳規(guī)律 276
12.2.5 BpAP1基因抑制表達(dá)白樺的高生長(zhǎng) 276
12.3 轉(zhuǎn)BpAP1基因白樺的木材特性 278
12.3.1 轉(zhuǎn)基因株系與非轉(zhuǎn)基因株系的干性觀測(cè) 278
12.3.2 轉(zhuǎn)基因株系與非轉(zhuǎn)基因株系木質(zhì)素含量的比較 278
12.3.3 木材細(xì)胞壁的超微結(jié)構(gòu)觀察 279
12.4 轉(zhuǎn)BpAP1基因白樺的轉(zhuǎn)錄組分析 280
12.4.1 Illumina測(cè)序質(zhì)量統(tǒng)計(jì) 280
12.4.2 轉(zhuǎn)基因白樺和非轉(zhuǎn)基因?qū)φ瞻讟錟nigene的差異表達(dá) 281
12.4.3 差異基因的功能分類 283
12.4.4 差異Unigene的代謝途徑 284
12.4.5 開花相關(guān)基因的差異表達(dá) 286
12.4.6 qRT-PCR驗(yàn)證 289
12.5 白樺開花相關(guān)基因的表達(dá)特性分析 290
12.5.1 BpAP1基因的組織部位表達(dá)特性 290
12.5.2 開花相關(guān)基因的時(shí)序表達(dá)特性 291
12.5.3 開花相關(guān)基因的表達(dá)相關(guān)性 296
12.6 BpAP1靶基因的預(yù)測(cè) 296
12.6.1 BpAP1靶基因的預(yù)測(cè) 296
12.6.2 BpAP1及2個(gè)MADS-box下游靶基因的進(jìn)化分析 297
12.6.3 BpAP1與BpPI、BpAP3的表達(dá)相關(guān)性 298
12.6.4 BpAP1和BpPI的組織表達(dá)特性分析 299
12.6.5 BpAP1和BpPI在雌雄花序中的表達(dá)特性分析 300
參考文獻(xiàn) 303
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