利用杜仲EuLAC1基因创制番茄抗病新种质

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番茄(Solanum Lycopersicum Mill.)是全球销量较高、栽培地区较广且最易染病的蔬菜作物之一。漆酶基因参与木质素的生物合成。有研究证明,杜仲Eu LAC1基因可以提高烟草中木质素的含量,抑制烟草灰霉病菌的生长。番茄中过表达棉花漆酶Gh LAC1基因提高番茄植株对灰霉病的抗性。“外源基因清除”技术(Gene-Deletor)利用器官特异或诱导型启动子、重组酶及融合识别位点构建基因表达元件,将转基因植物中的全部外源基因在完成其功能后自动地从花粉、种子以及果实中清除。为获得具有抗病性番茄植株和不含外源基因的番茄果实,本研究利用基因工程技术,构建含Gene-Deletor系统的杜仲Eu LAC1基因植物表达载体,对Micro-Tom番茄进行遗传转化,研究转Eu LAC1基因番茄的生理生化特性、抗病性和果实外源基因的删除效率,为创制番茄抗病育种以及转基因食品安全问题的解决提供新思路。取得结果如下:1.Eu LAC1基因对番茄的遗传转化利用实验室载体p GM626-Act1,构建具有“Gene-Deletor”系统的杜仲Eu LAC1基因的植物表达载体,通过农杆菌介导遗传转化方法,成功将Eu LAC1基因传入番茄植株中,得到转基因番茄植株。选取转基因番茄植株进行荧光定量PCR分析,发现转基因番茄株系TP-2中Eu LAC1基因的相对表达量最高,说明Eu LAC1基因已整合到番茄基因组中并正常转录,对TP-2转基因番茄株系进行扩繁,获得遗传背景相同且表达量较高的植株,以便后续实验进行。2.Eu LAC1过表达番茄提高灰霉病的抗性分析采用离体叶片接种法,对Eu LAC1过表达番茄的灰霉病抗性进行测定。接菌3d后,发现野生型番茄和转空载体番茄叶片灰霉菌菌饼周围出现灰霉病病斑,而Eu LAC1过表达番茄叶片灰霉菌菌饼病周围还未出现发病状态;接菌7d后,野生型番茄和转空载体番茄叶片病斑在接种叶片上大面积扩散,而Eu LAC1过表达番茄发病程度明显降低,病斑只在灰霉病菌饼病周围小面积扩散。对接菌7d后叶片上病斑直径进行统计分析,转Eu LAC1基因番茄叶片上病斑平均直径仅为1.27±0.07cm,比野生型番茄低28%,比转空载体低27%,且差异都达到极显著水平(P<0.01),Eu LAC1基因过表达可以减缓番茄植株的发病时间并且提高番茄植株对灰霉病的抗性。3.Eu LAC1过表达番茄的生理生化特性以野生型番茄和转空载体番茄为对照测定Eu LAC1过表达番茄植株木质素含量,检测发现Eu LAC1过表达番茄植株叶片中木质素含量比野生型番茄与转空载体番茄叶片提高16.6%和18.6%、茎中木质素含量株比野生型番茄与转空载体番茄植株提高13.6%和12.7%,差异均达到显著水平(0.01<P<0.05)。利用扫描电镜观察野生型番茄、转空载体番茄和Eu LAC1过表达番茄的叶片切面,发现Eu LAC1过表达番茄叶片木质部导管细胞的细胞壁比野生型番茄叶片和转空载体番茄叶片细胞壁更厚。说明Eu LAC1基因的表达提高番茄植株中木质素含量,增强番茄叶片木质部导管细胞壁厚度,提高番茄植株对病原菌的抗性。对灰霉病胁迫下的Eu LAC1过表达番茄植株保护酶活性进行测定,发现CAT和SOD活性均极显著高于野生型番茄和转空载体番茄植株,CAT比野生型番茄高15.0%和比空载高16.4%,比野生型番茄27.5%和比空载高27.7%;且MDA含量极显著低于野生型番茄和转空载体番茄植株,分别比野生型番茄低18.4%和比空载低18.1%,差异均达到极显著水平(P<0.01)。通过间苯三酚染色半定量分析灰霉病侵染后的番茄叶片叶脉木质素的沉积情况,Eu LAC1过表达番茄植株叶片叶脉木质素染色较深。以上结论表明Eu LAC1过表达番茄叶片被灰霉病侵染后,Eu LAC1基因的表达显著提高番茄植株的抗氧化能力和细胞的完整性,促进番茄叶片叶脉中木质素的积累进而调节细胞壁厚度,提高番茄植株对灰霉病抗性。4.Eu LAC1过表达番茄植株农艺性状与果实中外源基因删除效率统计对移栽15d后的野生型番茄、转空载体番茄和Eu LAC1过表达番茄植株进行表型观察,发现Eu LAC1过表达番茄平均株高、叶长、叶宽以及基径相比野生型番茄、转空载体番茄差异不显著。成熟后期的Eu LAC1过表达番茄植株果实色泽好、成熟果粉红色、果实呈椭圆形,单果直径和单果重与转空载体番茄果实和野生型番茄果实相比无显著差异。说明Eu LAC1的表达对成熟后番茄植株农艺形状无显著影响。利用目的基因Eu LAC1基因设计引物对转Eu LAC1基因番茄和转空载体番茄果实进行PCR验证,结果发现40株转Eu LAC1基因番茄果实中有22株果实外源基因被删除,删除率为55%(P<0.01)。
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