椰子瞬时表达体系的建立及胚切片培养

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椰子(Cocos nucifera L.)作为棕榈科椰子属植物的唯一物种,是一种多年生单子叶乔木,它具有较高的经济价值,是典型的热带木本油料作物和食品能源作物。我国椰子种植历史悠久,主要生长在海南省,在广西等省份也有少量分布。2017年全球首次完成并公布椰子全基因组测序,对于研究椰子某些重要功能基因有了一定的帮助,而获得高浓度高质量的椰子原生质体,以及后续的椰子原生质体瞬时表达体系的建立,都将为椰子相关基因功能的验证提供良好的平台。此外,目前椰子种植业面临着很大问题,生物性因素和非生物性因素都在威胁着椰子的市场稳定性,椰子体外繁殖更是极其困难,国内椰子组织培养技术起步晚,盲点多,椰子市场供不应求,因此,当务之急是培育出高产量、品种优良的椰子苗,从而为实现椰子产业可持续发展、椰农收入大幅提升提供科研助力。本论文选用椰子实生苗叶片和椰水为原材料,系统考察并研究了影响椰子原生质体分离和PEG介导的原生质体瞬时转化等相关影响因素,并初步建立起椰子原生质体瞬时表达体系,为了验证该体系的可行性,又研究了椰子原生质体的瞬转荧光定量分析、蛋白质亚细胞定位和细胞倍性的测定。在分离到纯度较高的椰子原生质体后,又尝试进行了椰子原生质体的浅层培养,但由于椰子细胞在生长过程中会携带内生菌,因此很难控制培养基中出现的大量菌类,更不利于镜检,因此研究了以Y3为基本培养基添加不同种类植物激素对椰子胚切片诱导出芽或者愈伤组织的影响,从而提供了一种促进椰子胚切片诱导形成芽或者愈伤组织的培养基配方,以便后续培育出可批量化生产的椰子试管苗。椰子原生质体的分离与酶解液中甘露醇浓度、酶解时间等非生物因素相关,但酶解时间是最为重要的影响因素,不同植物原生质体的分离有不同的最佳酶解时间,目前为止,已经报道了很多热带作物的原生质体分离情况,在参考了不同的热带作物的最佳分离条件后,经过更加细致的优化,研究出椰子原生质体的最优分离条件,即对于椰水原生质体,23℃条件下黑暗酶解0.75小时(摇床上),在此条件下,可分离获得原生质体的产量约为7.1×10~7个/ml,经FDA染色,存活率最高约为89.6%。而对于椰子叶片原生质体,23℃条件下黑暗酶解2.5小时(摇床上),在此条件下,可分离获得原生质体的产量约为7.6×10~6个/ml,经FDA染色,存活率最高约为88.7%。在此基础上,本研究继续对PEG介导的椰子原生质体瞬时基因表达主要影响因子进行了研究,考察了PEG浓度、PEG作用时间、质粒用量或浓度等因素对原生质体瞬时表达率的影响,研究发现以每体系8μg质粒,终浓度为25%的PEG4000,23℃条件下暗处理25分钟,过夜培养大约16-23小时,为最适转化条件。平均转化率大约为12.65%。对于椰子胚切片的组织培养实验发现,在以Y3为基本培养基添加不同种类植物激素结果显示,三种激素中TDZ对于诱导形成芽具有促进作用,胚切片形成芽比率在三种激素中最高为36.0%,6-BA对于诱导形成愈伤组织具有促进作用,胚切片形成愈伤组织比率在三种激素中比率最高14.5%,同时添加这三种植物激素时,在已经启动的切片中,诱导形成芽的比率为44.2%,诱导形成愈伤组织的比率为15.6%,对于形成芽和形成愈伤组织效果最好,因此最终确定了以Y3基本培养基+毒莠定0.5 mg/L+TDZ0.5mg/L+6-BA0.5mg/L+2,4-D0.5mg/L+30g/L蔗糖+1g/L活性炭作为培养基效果最佳。
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