转IsEPSPS基因耐草甘膦油菜研发

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油菜是世界上重要的油料作物,田间杂草会严重影响油菜产量。油菜生长的田间环境存在多种杂草,包括单子叶和双子叶杂草。因此,油菜地在喷施除草剂时对化学除草剂的种类及剂量有严格的要求。普通的选择性除草剂只能针对单一或少数种类的草害。草甘膦作为非选择型灭生性除草剂代表,因其高效、低毒、低残留等优点受大众欢迎。目前我国尚未拥有自主知识产权的耐草甘膦除草剂油菜品种,因此研发耐除草剂转基因油菜意义重大。IsEPSPS基因是华中农业大学吴高兵副教授课题组从白蚁菌中分离克隆得到的具有自主知识产权的新型抗草甘膦基因,其氨基酸序列与CP4-EPSPS的相似性仅为27%,实用价值高。本研究将IsEPSPS基因通过农杆菌介导的遗传转化法导入甘蓝型油菜品种Westar中,以获得具有自主知识产权的耐草甘膦除草剂转基因油菜。初步对转IsEPSPS基因的阳性株系进行分子检测和草甘膦抗性分析,研究结果如下:通过生物信息学分析及预测表明IsEPSPS蛋白无毒性、致敏性和抗营养作用,初步证明了IsEPSPS蛋白的安全性。利用油菜密码子的偏好性优化并合成IsEPSPS,将其连接到去除潮霉素抗性基因的载体上,通过油菜下胚轴遗传转化方法总计获得11株阳性苗。采用RT-PCR、qRT-PCR等技术对6株转IsEPSPS基因油菜的T1代株系进行基因表达量分析,发现IsEPSPS基因均有表达,且不同转化材料基因表达量有差异,其中OE19-151表达量最高。挑选5份表达量高的T1代材料进行草甘膦抗性检测,在喷施田间推荐剂量1倍(150 mL/ha)、2倍(300 mL/ha)、4倍(600 mL/ha)的草甘膦浓度条件下,存活率为100%,且耐受程度达2级(耐)至1级(高耐)。同时,Southern blot技术鉴定到4份单拷贝插入材料,占率为36.4%,其中包括抗性较强的材料OE2-33、OE9-151。最后通过比较转化体与受体材料的农艺性状差异,发现外源IsEPSPS基因转入受体材料Westar中并不会影响植株农艺性状。本研究验证了新型抗草甘膦基因IsEPSPS在培育耐除草剂转基因作物方面的应用价值,获得的转IsEPSPS基因油菜具有良好的草甘膦耐受性,有助于培育具有自主知识产权的耐草甘膦转基因油菜。
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