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定点重组转基因技术是调节外源基因表达,提高转基因效率的重要手段之一。核苷酸的重组反应介导基因之间的易位、倒位、删除和整合,从而影响基因在不同组织器官和不同发育阶段的表达。将位点特异性重组系统应用在转基因技术中,不仅可以用来在短时间内获得大量结构正常,表达稳定的转化植株,提供育种新资源,还可用于鉴定新基因的功能。基于定点重组的基因叠加技术使转基因作物向复合型性状聚合体的方向发展,加快了新品系的研发进程,将为我国转基因作物的研发提供新的技术思路。本文将定点重组系统介导的删除作用和整合作用分别应用到番茄中,删除作用选取的是两个新型的定点重组系统:CinH-RS2和ParA-MRS,整合作用选取的是Bxb1重组系统。番茄是最早进行遗传转化研究的植物物种之一,也是研究果实发育的模式植物之一,目前在番茄中应用定点重组系统进行基因功能验证和Marker-free转基因研究的有Cre-lox和R-Rs重组系统,研究开发新型定点重组系统,应用到番茄中是功在当代利在千秋的事情。通过一系列实验和分析,得到了如下结果:
在CinH重组酶介导的删除实验中,通过含有重组酶识别位点的Target株系和CinH重组酶表达株系进行杂交,得到的F1代个体中,3个株系中有2个个体通过PCR扩增得到了删除反应发生后的重组子的片段,测序结果也与载体序列吻合,但是在GUS染色时其中一个个体虽然PCR能检测到删除作用的发生,但是GUS染色时叶片仍然呈现蓝色。本实验说明CinH重组酶在番茄中可以介导删除作用的发生,但是在删除酶的活性和效率方面还有待进一步的改进和提高。
在ParA重组酶介导的删除实验中,同样通过含有重组酶识别位点的Target株系和ParA重组酶表达株系进行杂交,获得F1代个体,在仍然含有重组酶识别位点的个体中,PCR没有检测到删除作用发生后的重组子,于是F1代个体自交得到47个F2代个体,PCR检测在13个个体中扩增出了删除作用发生后的重组子,测序结果也与载体序列吻合。本实验说明ParA重组酶在番茄中也可以介导删除作用的发生。
本实验在进行F1代个体筛选时,还获得了6株只含有重组酶识别位点而没有任何重组酶的个体。PCR检测这些株系中插入的T-DNA含有完整的边界;Southern检测这些株系中含有位置正确的gus基因和nptII基因,在遗传过程中没有发生丢失或重排。这些Target株系既可以用来验证新型的重组系统介导外源基因的删除,也可以用来叠加新的基因,为后续工作的开展提供了宝贵的材料。另外,本实验还获得了8株CinH表达株系和5株ParA表达株系,为未来番茄转基因删除体系提供了重要的含有删除酶的材料。
本实验在验证Bxb1重组系统介导基因叠加之前,进行了一系列预实验,验证实验中所选取的基因的可行性和实验设计的可操作性。实验选取的是淫羊藿类黄酮代谢途径中的结构基因和调控基因。在大肠杆菌和烟草原生质体中进行的实验结果表明,实验中所选取的淫羊藿类黄酮代谢途径上的EsMYBA基因和EsANS基因的确存在互相作用,并且在Bxb1重组酶催化作用下,可以发生基因整合作用,将至少两个基因串联在一起。在番茄和烟草中进行的基因枪介导共转化实验中,结果不是很理想,愈伤组织的分化不顺利,后续工作可以继续完善培养基配方,采用番茄/烟草原生质体共转化的方法进行基因叠加,将淫羊藿类黄酮代谢途径中的基因逐步叠加到含有重组酶识别位点的靶株系中,并深入研究代谢途径中多基因间的互作。