樟树体细胞胚再生体系的优化和转化Barnase、PaFT基因的研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nan13519927
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樟树原产于我国,是重要的园林绿化树种和经济树种,现已被引入世界各地种植。但是由于樟树结实量太大,严重影响了推广和应用。本研究就是围绕培育不育樟树的目标展开的。通过对体细胞胚再生体系的优化和遗传转化体系的改进,得到了转化GFP的转基因植株。在此基础上,对Barnase雄性不育基因和PaFT早花基因的转化进行了研究,并得到了转化Barnase的植株。研究的主要内容和结果如下:1、樟树体细胞胚再生体系的优化。以樟树的未成熟合子胚为外植体,对体细胞胚的诱导、胚性愈伤组织的诱导和植株的再生等方面进行优化研究。结果表明,外植体的蔗糖溶液高渗预处理是体细胞胚发生的关键影响因子,可使体细胞胚诱导率和每个外植体上平均体细胞胚数从不预处理的16.29%和平均3个提高到93.27%和平均12.57个。AC和培养基更新有利于提高体细胞胚的质量,不同的基本培养基和培养基中的蔗糖浓度对体细胞胚发生没有显著的影响,其中MS培养基和30g/L蔗糖得到较多的平均体细胞胚数。光照条件对体细胞胚发生没有显著的影响,但是光下培养得到更多的平均体细胞胚数。各种外源激素抑制了樟树体细胞胚的诱导效率,即使个别处理得到提高,效果并不显著。初生胚在MS培养基中黑暗培养2个月后转入经过优化的萌发培养基MS+0.1 mg/L TDZ+0.2 mg/L IBA可得到80%以上的萌发率。初生胚在含0.5 mg/LNAA的MS培养基中以次生胚发生的方式快速增殖,且次生胚除发生于增殖过程中的体细胞胚上,在已经成熟或萌发的体细胞胚上也可发生。次生胚难以萌发,需先用0.5 mg/LABA进行成熟诱导再转入萌发培养基培养,且次生胚的萌发效率随继代次数增多而下降。在体细胞胚的诱导和增殖过程中都观察到胚性愈伤组织的产生。本试验不仅提高了樟树体细胞胚的质量,而且显著提高了体细胞胚和胚性愈伤组织的诱导效率及植株的再生效率。2、樟树次生胚再生体系的建立。以保存4年以上的次生胚为材料,对次生胚的发生方式和过程进行组织学切片观察,并对影响次生胚成熟的各个因子和成熟次生胚的再生条件进行研究。结果表明,樟树的体细胞胚可通过次生胚重复发生的方式大量增殖,次生胚从母体体细胞胚的子叶和胚根端表面直接产生,得到的子叶期次生胚脱离母体独立存在。组织学切片观察表明,次生胚的发生经历了球形胚、心形胚、鱼雷形胚和子叶期胚等几个典型的胚胎发育过程。樟树的次生胚发生是一个不同步的过程,在同一个母体体细胞胚上,不同发育时期的次生胚同时存在。次生胚发育到子叶期后,又开始新一轮的次生胚发生。TDZ、ABA、GA3、甘油和PEG6000对长期保存的次生胚进行成熟处理,均可在一定程度上促进次生胚的成熟,提高萌发率。其中0.5 mg/LABA促进次生胚成熟的效果最为明显,可将萌发率提高到50%以上。萌发培养基MS+0.1 mg/L TDZ+0.2 mg/L IBA有利于次生胚的萌发,不同胚性系的次生胚(L9、L14、L21、L23)经成熟处理后萌发率没有显著差异。3、长期离体保存的樟树次生胚及其再生植株的遗传稳定性检测。利用ISSR分子标记,对继代保存时间>6年的樟树次生胚(L1、L9、L14和L23)及其再生植株(L9和L23)进行遗传稳定性检测。结果表明,从38条ISSR引物中筛选得到15条可以产生清晰明亮、重复性高条带的引物,这15条引物在L1、L9、L14、L23的体细胞胚和L9、L23的植株各12个样品中分别产生96、98、96、96、96、95条清晰的条带,其中有93条条带在所有体细胞胚和植株样品中呈现一致性,而在这些样品中分别检测到1、3、1、1、1、2条多态性条带,多态位点比率分别为1.04%、3.06%、1.04%、1.04%、1.04%和2.11%。这说明樟树的体细胞胚和植株在经过长期的离体培养后,增殖的后代仍能保持极高的遗传稳定性。4、根癌农杆菌介导GFP基因转化樟树胚性愈伤组织进行转基因植株的培育。通过农杆菌菌体重悬、缩短侵染后愈伤组织干燥时间、改进抗性体细胞胚诱导培养条件,结合利用优化的体细胞胚再生体系,进行GFP基因的转化和转基因植株的培育。结果表明,诱导抗性愈伤组织时,农杆菌菌体重悬没有显著效果,但缩短侵染后愈伤组织干燥时间有显著的促进作用。NAA可促进抗性愈伤组织的诱导和增殖,但不利于抗性体细胞胚的产生。含抗生素的MS培养基较适用于抗性体细胞胚的诱导,加入AgNO3有一定的促进作用,但易引起体细胞胚的老化,需慎用。光下培养可明显促进抗性体细胞胚的产生。成熟培养时适当降低Km含量有利于减少体细胞胚的褐化现象。萌发得到的抗性植株进行增殖培养后,通过绿色荧光检测、PCR检测和Southern blotting检测证明GFP基因已成功导入樟树的基因组中。5、转化Barnase和PaFT基因的研究。以樟树胚性愈伤组织为受体,进行Barnase、PaFT及Barnase-PaFT基因的转化,同时对含Barnase的抗性愈伤组织进行PaFT二次转化的尝试。结果表明:转化Barnase基因的抗性植株经PCR检测显示阳性,初步表明Barnase基因已成功导入樟树基因组中。PaFT基因促进抗性愈伤组织向抗性体细胞胚发育,转化PaFT、Barnase-PaFT和经过二次转化的抗性体细胞胚用PaFT特异引物进行PCR检测显示阳性,说明PaFT已导入抗性体细胞胚基因组中。
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