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草莓(Fragaria ananassa Duch)属蔷薇科草莓属多年生草本植物,是世界上广泛栽培的重要经济果树,然而草莓不能安全越冬和耐寒品种的缺乏成为生产上的突出问题。由于草莓的栽培品种多为八倍体,遗传性状高度杂合,给常规杂交育种带来很大困难。现代基因工程直接在基因水平上改良,打破了物种间的界限,在培育抗病、抗虫、抗逆境和抗除草剂等草莓优良品种中发挥越来越重要的作用。水稻转录因子RdreB1BI是一个调控植物发育且与植物胁迫抗性相关的转录因子。已有研究证明将RdreB1BI基因转化拟南芥,拟南芥植株的抗旱性和耐寒性有很大提高。本研究的目的是用根癌农杆菌介导法将逆境诱导型启动子rd29A诱导RdreB1BI基因转化草莓品种‘红颊’,获得抗寒性较强的转基因植株,以培育抗寒草莓新种质。主要研究结果如下:
1.以草莓‘明宝(Meiho)’和‘红颊(Benihope)’两个品种的叶片为外植体,研究了不同基本培养基、暗培养时间、植物生长调节剂、叶龄、放置方式对其不定芽再生的影响。结果表明:各品种叶片不定芽离体再生的最佳条件不同。‘明宝’叶片的最佳不定芽再生培养基为MS+2.5mg/L TDZ+0.1mg/LIBA+0.1mg/L2,4-D,叶片再生的最佳叶龄为30~40d,再生率可达82.8%;‘红颊’叶片的最佳不定芽再生培养基为MS+2.0mg/L TDZ+0.1mg/L IBA+0.1mg/L2,4-D,叶片再生的最佳叶龄在10~20d,再生率可达80%。两个品种叶片暗培养14d可以提高不定芽再生率;叶片正放比反放再生效果好;添加浓度8mg/L AgNO3和1000 mg/L活性炭可有效提高再生率。
2.以‘红颊’草莓品种的叶片为受体,对影响遗传转化的一系列因子(潮霉素选择压、抗生素种类和浓度、农杆菌浓度、浸染时间和共培养时间)进行优化,建立了高效的遗传转化体系。优化的转化体系为:菌液浓度为OD600=0.4;侵染时间为6min;250mg/L的Cb作为抑菌抗生素,5mg/L的潮霉素作为筛选抗生素;共培养时间3天。
3.为培育耐低温的草莓新种质,我们将诱导型启动子rd29A诱导RdreB1BI基因转入草莓优良品种‘红颊’中。将5株转基因植株进行分子检测,GUS染色成阳性、PCR结果显示RdreB1BI基因已成功整合到5株转基因植株的基因组中;RT-PCR检测结果显示RdreB1BL基因已在这5个转基因株系中进行了转录;将转基因植株进行炼苗盆载以及利用Inverse PCR方法对其进行目的基因拷贝数检测,结果显示拷贝数1~3个不等。
4.将通过GUS染色、PCR、RT-PCR和目的基因拷贝数检测的五个转基因株系进行低温处理,选出最抗寒株系检测丙二醛(MDA)、脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖含量和超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性,结果表明,其中一个单拷贝的株系的转基因植株可以忍受-4℃低温并可以恢复正常生长,RdreB1BI基因在0℃时表达量最高。进一步研究发现导入RdreB1BI转录因子可显著减弱MDA在植物体内的积累,提高可溶性蛋白、游离脯氨酸的含量、SOD以及CAT的活性,从而提高了转基因草莓的抗寒能力。