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目的:研究转CpTI水稻(S86)中潮霉素磷酸转移酶(hpt)抗性标记基因在大鼠体内消化系统的降解情况以及在体内脏器的代谢情况,为hpt基因及S86转基因水稻的安全性评价提供科学数据。此外,本课题还对不同植物中同一基因的降解情况作了探索性研究。
方法:
⑴配制转基因大米饲料和非转基因饲料,将48只成年雄性SD大鼠随机分为8组:6组喂饲转基因大米、另外2组喂饲非转基因大米,持续喂饲2周,每周称量大鼠进食量及体重各2次,第14天下午禁食,第15天早上给予相应饲料,2小时后撤掉所有饲料,分别在给予饲料后2,4,6,8,10,24h断头处死大鼠,并取少量胃、空肠、回肠下段、盲肠、直肠中的内容物,放入-20℃冰冻保存。以市售普通大鼠生长维持饲料喂饲SD大鼠2周,称量大鼠进食量及体重各2次,第14天下午禁食,第15天早上给予相应饲料,2小时后撤掉所有饲料,分别在给予饲料后2,4,6,8,10,12h断头处死大鼠,并取少量胃、空肠、回肠下段、盲肠、直肠中的内容物,放入-20℃冰冻保存。将20只SD大鼠随机分为两组,分别喂饲转基因大米饲料和非转基因大米饲料4周,实验结束处死大鼠,并取部分肝、肾组织,置-20℃冰冻保存。
⑵为检测hpt序列,我们用Primer Premier5.0软件设计了针对hpt的5对引物:Y-02,Y-03,Y-04,Y-10,Y-11,其中针对hpt不同长度片段的引物:Y-04,Y-10,Y-11;针对hpt不同位置片段的引物:Y-02,Y-03,Y-04,并用市售大米、大豆、玉米作了引物特异性研究研究采用经适当改良的CTAB法提取转基因大米饲料、非转基因大米饲料、普通饲料、大豆和玉米基因组DNA,提取胃和空肠内容物DNA时采用了盐酸胍裂解与Wizard DNA Clean-up system纯化相结合的方法,提取回肠下段、盲肠、直肠内容物时采用了效果更好的QIAamp DNA Stool Mini Kit来提取。本研究对PCR扩增体系作了优化,使其尽可能有效扩增。
结果:
①外源基因hpt在消化道不同部位的降解情况不同,胃、空肠内容物中可检测到hpt,在回肠下段、盲肠、直肠内容物均检测不到。
②利用不同大小扩增片段的嵌套式引物(Y-04,Y-10,Y-11)来研究hpt降解的长度依赖性(length-dependent),结果发现在消化道中同一部位中,长度较小的片段(Y-04)更容易检测到,长度较大的片段(Y-11)则不易检测到。
③利用不同位置扩增片段的引物(Y-02,Y-03,Y-04)来研究hpt降解是否与位置相关,结果发现在同一消化道部位中,位于hpt中间的片段(Y-03)不易降解,而位于hpt两段(hpt与大米基因组连接处)的片段较容易降解。
④hpt片段在消化道同一部位不同时间点的降解程度不同,hpt的降解与其受作用时间有较大关系,受作用时间越长,其被降解的越彻底,在喂饲大鼠饲料后2,4,6,8h后在胃、空肠内容物中可检测到hpt,而10h后则检测不到。
⑤肝、肾中未发现外源hpt基因片段存在。
⑥普通生长维持饲料与大米饲料中内源性叶绿体基因片段(编码tRNALeu)在消化道中降解可能有所差异,前者在消化道中降解之后在所有部位中均可检测到基因片段,后者在消化道中降解之后在下部消化道中检测到的几率较低。
结论:
⑴提出了更高效提取饲料和消化道内容物DNA的方法,为相关研究搭建了技术平台。
⑵首次获得外源基因hpt在消化道中降解的特点:随时间延长hpt降解的程度变大,而且较长的片段更容易降解;hpt不同位置相应片段被降解的几率不同,位于中间的片段经过消化道被降解的几率偏低,而位于hpt两端(与植物基因组相连接)的部分则较容易被降解。
⑶外源基因hpt经过消化道降解进入回肠下段时便检测不到,在脏器中未检测到hpt基因,提示该基因水平转移的可能性较小。
⑷玉米、大豆等“粗粮”与大米等“细粮”中叶绿体基因的降解可能有所差异,提示不同宿主植物中同一基因在体内代谢降解的结果可能不一致。