转基因草菇非期望效应产生机制及核迁移机理研究

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本课题组以草菇V23菌丝作为受体细胞,通过农杆菌介导的afp基因遗传转化草菇,获得了转afp基因草菇,一些转基因草菇具有明显的非期望效应:与对照菌株V23相比,原基明显变多或变少,子实体颜色明显变白或变黑。本研究通过建立草菇细胞核的染色新方法、观察细胞核迁移特性,采用SRAP技术和AFLP技术对转基因草菇基因组DNA进行扫描和差异分析,并通过实时定量PCR和半定量RT-PCR技术对基因表达进行定量分析,探讨转基因草菇非期望效应产生的机制和草菇菌丝细胞核迁移的机理。其主要研究内容和结果如下:   (1)采用混合分群和极端个体分群相结合的方法分别构建不同性状群体的转基因草菇基因组DNA混合池。通过SRAP技术对转基因多原基菌株DNA混合池、转基因少原基菌株DNA混合池以及对照菌株V23基因组DNA进行扫描和差异分析,经构池和对照菌株单株验证,筛选出5条转基因多原基菌株特有的差异片段和4条转基因少原基菌株特有的差异片段,这些差异片段可能与转基因草菇的非期望效应(原基数目产生差异)相关。   (2)采用混合分群和极端个体分群相结合的方法分别构建转基因白草菇DNA混合池和转基因黑草菇DNA混合池。通过AFLP技术对两DNA混合池及对照菌株V23基因组DNA进行扫描和差异分析,经构池和对照菌株单株验证,筛选出5条转基因白草菇特有的差异片段和4条转基因黑草菇特有的差异片段,这些差异片段可能与转基因草菇的非期望效应(子实体颜色产生差异)相关。   (3)对转基因多原基菌株特有的差异片段DS5进行实时定量PCR,分析其基因表达水平,结果显示DS5基因表达与草菇原基数量呈负相关性;DS9为转基因少原基菌株特有的差异片段,与inositol polyphosphate5-phosphataseⅡ具有较高的同源性,实时定量PCR的分析结果表明,其表达量与原基数量呈正相关性。   (4)DA3为转基因白草菇特有的差异片段,与protein phosphatase regulatory subunit Sds22具有较高的同源性,实时定量PCR的分析结果显示,其表达量与草菇子实体黑颜色呈正相关性;DA6和DA7为转基因黑草菇特有的差异片段,DA6与Rho guanyl-nucleotide exchange factor具有较高的同源性,DA7与protein kinase具有一定的同源性,实时定量PCR的分析结果显示,两基因的表达量与子实体黑颜色均呈负相关性。   (5)建立了草菇菌丝细胞核的铁明矾-醋酸-胭脂红染色、伊红-结晶紫染色、伊红-美兰染色和溴化乙锭染色方法。草菇菌丝细胞核的显微观察发现:快速生长的主枝菌丝顶端细胞通常无细胞核;主枝前端细胞、侧枝顶端细胞、老化细胞核的数目较少,通常为1个至几个;主枝菌丝中段细胞核数目较多,通常为几个至数十个不等;在老化菌丝细胞中,细胞核有破损现象。草菇菌丝细胞存在迁移核,迁移核具有向顶端迁移的特性,中心体是其动力源,而动力蛋白可能是其分子马达,受动力蛋白激活蛋白调控。草菇菌丝细胞迁移核的顶端迁移特性及细胞核的分裂是造成草菇菌丝细胞多核,及细胞核数目不定的主要原因。   (6)建立了草菇子实体细胞核的结晶紫染色方法,并用此方法对子实体细胞核进行显微观察:只在子实体菌褶细胞中观察到了明显的细胞核;在菌褶细胞中,没有发现超过4个核的细胞。   综上所述,本研究不仅观察到草菇菌丝细胞迁移核的顶端迁移特性,还提出了转基因草菇非期望效应产生的可能机制和草菇菌丝细胞迁移核的顶端迁移及多核形成的可能机理,为研究草菇原基形成和发育的分子机理及草菇子实体颜色形成的分子机理奠定基础,也为草菇生物学特性研究和草菇育种提供参考和依据。
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