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葡萄遗传背景复杂,育种周期长,常规育种方法较难实现品种改良,随着转基因技术的出现和发展,把目的基因转入植物体内,可在不改变多种优良性状的前提下定向改良某些性状,提高育种效率,为葡萄的育种改良提供了一条新途径。
葡萄再生频率低是造成葡萄遗传转化困难的关键因素之一。本研究以优良酿酒葡萄品种葛海娜(Grenache)、霞多丽(Chardonnay)、西腊(Syrah)为试材,对影响离体茎段不定芽诱导的因素,如基因型、接种外植体类型、基本培养基类型、生长调节剂种类及浓度配比、接种方式以及培养条件等进行了较系统的研究,建立了葛海娜离体茎段再生体系,为酿酒葡萄遗传转化奠定了基础。
葡萄果实大小是与产量和市场需求密切相关的重要农艺性状。大粒葡萄具有重要的商业价值,是鲜食葡萄的主要育种目标之一。虽然喷洒赤霉素能适当增大果粒,但增加了管理工序及成本。
本研究采用电子克隆策略,以番茄已知果实大小控制基因ORFX(GenBank登录号:AF261775)为信息探针,依托葡萄EST数据库和基因组信息,采用生物信息学方法,通过同源筛选.结合RT-PCR技术,克隆了控制葡萄果实大小的候选基因(EX);构建了两种植物表达载体.即过量表达载体和抑制表达载体(反义载体).并进行了初步的遗传转化研究。
本试验不仅为阐明果实发育的分子调控机制奠定基础.而且对获得具有自主知识产权的新基因具有重要意义.同时对有效开展葡萄果实大小重要性状的分子育种,提高葡萄的产量及商业价值具有很重要的实践意义。
主要研究结果如下:
1.基因型是影响葡萄离体茎段再生的重要因素,研究结果表明:葛海娜品种的不定芽诱导效率显著高于西腊和霞多丽品种;通过对不同培养基的筛选,确定了MS为葛海娜离体茎段诱导不定芽的最适基本培养基;葛海娜、霞多丽和西腊三种基因型中,仅从茎段外植体诱导出不定芽,而叶片和叶柄外植体均未能诱导出不定芽;茎段不同接种方式对不定芽的诱导效果有显著影响:葛海娜离体茎段最适再生培养基为:MS+BA1.0mg/L+IBA0.01mg/L,不定芽诱导率为27%,适宜的暗培养时间为15d左右。
2.采用电子克隆策略,从http://www.ncbi.nlm.nih.gov/的核酸数据库检索到番茄的果实大小控制基因ORFX(L.pennelliiAF261775),以该序列为信息探针,运行Proteinqueryvstranslateddatabase(tblastn)程序,BLAST检索est-others数据库,得到一条同源性很高的葡萄EST序列(GenBank登录号:FC062660.1)作为种子序列。根据该EST的碱基序列,结合生物信息学分析,我们认为所得到的EST序列就是一个完整的CDS。因此,我们把获得的EST暂时命名为EX。
3.过量表达载体的构建:根据已知EX基因序列设计引物,通过PCR扩增获得EX基因。PCR回收产物与pMD19-T载体连接,筛选出正向阳性克隆pMD19-EX,对pMD19-EX和pCAMBIA1301s载体(载体pCAMBIA1301s带有2×35s双启动子)分别进行KpnI和Sa/I双酶切,回收后用T4连接酶连接,经PCR和酶切鉴定,表明成功构建了过量表达载体,命名为命名为pC1300S-SEX。
4.抑制表达载体的构建(反义表达载体的构建)筛选出反向连入pMD19-T克隆载体的阳性克隆(反向pMD19-EX),对其和pCAMBIA1301s载体分别进行KpnI和SalI双酶切后回收用T4连接酶连接,经PCR和酶切鉴定,表明成功构建了反义表达载体,命名为pC1301S-AEX。
5.通过冻融法将表达载体导入农杆菌EHA105后,进行了葡萄遗传转化研究。将葛海娜茎段外植体经农杆菌侵染后,转到MS+BA0.5mg/L+IBA0.01mg/L+Hyg1mg/L筛选培养基上,经22d后,大部分不定芽褐化死亡,只得到5个Hyg抗性的不定芽。将抗性芽接种于生根培养基中,得到了抗性小植株。由于在筛选、生根过程中一些抗性植株未能成活,因此本研究最终获得了1株抗性植株。经GUS、PCR检测后,没有获得呈阳性的植株。