植物学报 ›› 2021, Vol. 56 ›› Issue (1): 71-79.DOI: 10.11983/CBB20119
收稿日期:
2020-07-02
接受日期:
2020-10-14
出版日期:
2021-01-01
发布日期:
2021-01-15
通讯作者:
张阿英
作者简介:
E-mail: ayzhang@njau.edu.cn基金资助:
Lan Yang, Ya Liu, Yang Xiang, Xiujuan Sun, Jingwei Yan, Aying Zhang*()
Received:
2020-07-02
Accepted:
2020-10-14
Online:
2021-01-01
Published:
2021-01-15
Contact:
Aying Zhang
摘要: 以谷子(Seteria italica)豫谷一号为实验材料, 建立了一套简便、稳定的体外茎尖遗传转化体系。通过根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导的茎尖转化法, 对转化受体采取不同的处理方式, 待拟转化株长到三叶期后进行PCR鉴定。探明了草丁膦(Basta)喷施处理用于谷子转基因幼苗筛选的最适浓度, 以及2种不同检测方式(直接PCR和喷施Basta+PCR)鉴定转基因植株的效果。在上述基础上, 对影响谷子遗传转化体系的多种因素进行优化。结果表明, 菌液浓度(OD600)=1.4、侵染液中乙酰丁香酮浓度为800 μmol∙L -1、侵染压强为0.05 MPa、侵染40分钟有利于谷子茎尖的遗传转化。同时, 采用上述优化系统获得谷子转SiCBL4基因植株, 通过喷施草丁膦和实时荧光定量PCR对T2代转基因植株进行遗传稳定性分析, 可节约检测时间。综上, 该研究初步建立了稳定的谷子体外茎尖遗传转化体系, 并开发了一种便捷的检测后代转基因植株的组合方法。
杨澜, 刘雅, 项阳, 孙秀娟, 颜景畏, 张阿英. 谷子茎尖体外遗传转化体系的建立与优化. 植物学报, 2021, 56(1): 71-79.
Lan Yang, Ya Liu, Yang Xiang, Xiujuan Sun, Jingwei Yan, Aying Zhang. Establishment and Optimization of a Shoot Tip-based Genetic Transformation System for Foxtail Millet. Chinese Bulletin of Botany, 2021, 56(1): 71-79.
图1 pCUN-NHF质粒T-DNA区段示意图 LB: LB T-DNA重复; Ubi promoter: 玉米Ubiquitin1启动子; HA: HA标签; MCS: 多克隆位点; 35S promoter: CaMV35S启动子; Bar: 抗草铵膦基因; RB: RB T-DNA重复
Figure 1 The T-DNA region of plasmid pCUN-NHF LB: LB T-DNA repeat; Ubi promoter: Zea mays Ubiquitin1 promoter; HA: HA tag; MCS: Multiple cloning site; 35S promoter: CaMV35S promoter; Bar: Herbicide bialaphos-resistance gene; RB: RB T-DNA repeat
图2 谷子转基因植株鉴定 (A) 谷子幼苗GUS染色图(bar=0.1 cm); (B) PCR鉴定(1: 阳性对照; 2: 阴性对照; 3: 切一刀的植株叶片; 4: 切两刀的植株叶片; 5: 不做切除处理的植株叶片)
Figure 2 Identification of transgenic foxtail millet (A) Image from GUS staining of foxtail millet seedlings (bar=0.1 cm); (B) PCR identification (1: Positive control; 2: Negative control; 3: A leaf with one wound cut; 4: A leaf with two wounds cut; 5: A leaf without wound)
图3 谷子茎尖遗传转化体系的建立 (A) 待萌发的种子; (B) 萌发3天后的种子; (C) 转化5天后的幼苗; (D) 拔节期植株; (E) 抽穗期植株; (F) 成熟种子。(A), (C), (E) Bars=1.0 cm; (B) Bar=0.5 cm; (D) Bar=10.0 cm; (F) Bar=5.0 cm
Figure 3 Establishment of the genetic transformation system for foxtail millet using shoot tip (A) Seeds to be germinated; (B) Seeds after germination for 3 d; (C) Seedlings after transformation for 5 d; (D) Plants at jointing stage; (E) Plants at heading stage; (F) Mature seeds. (A), (C), (E) Bars=1.0 cm; (B) Bar=0.5 cm; (D) Bar=10.0 cm; (F) Bar=5.0 cm
图4 不同浓度的草丁膦对谷子幼苗存活率的影响 (A) 不同浓度的草丁膦处理谷子的表型图(bar=5.0 cm); (B) 不同浓度草丁膦处理下谷子的存活率。数据为平均值±标准差(n=3)。Student’s t-test, ** P<0.01, *** P<0.001
Figure 4 Effects of glufosinate concentrations on survival rate of foxtail millet seedlings (A) Phenotypes of foxtail millet seedlings treated with glufosinate at different concentrations (bar=5.0 cm); (B) The survival rate of foxtail millet seedlings treated with different concentrations of glufosinate. Data are means±SD (n=3). Student’s t-test, ** P<0.01, *** P<0.001
图5 两种不同方式检测转基因植株的转化率 数据为平均值±标准差(n=3)。Student’s t-test, * P<0.05
Figure 5 Transformation rate obtained using two different methods Data are means±SD (n=3). Student’s t-test, * P<0.05
图6 农杆菌浓度(A)、乙酰丁香酮浓度(B)、侵染压强(C)、侵染时间(D)及同时改变4个变量(E)对谷子茎尖转化率的影响 数据为平均值±标准差(n=3)。Student’s t-test, * P<0.05。不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。
Figure 6 Effects of Agrobacterium concentration (A), acetosyringone concentration (B), infecting pressure (C), infecting time (D) and changing four variables (E) on transformation rates for foxtail millet using shoot tip Data are means±SD (n=3). Student’s t-test, * P<0.05. Different lowercase letters indicat significant differences (P<0.05).
Agrobacterium concentration (OD600) | Acetosyringone concentration (μmol?L-1) | Pressure (MPa) | Time (min) | |
---|---|---|---|---|
Before optimization | 1.0 | 400 | 0.04 | 20 |
After optimization | 1.4 | 800 | 0.05 | 40 |
表1 初步建立的体系和优化后的体系条件对比
Table 1 Comparison of the conditions of the initially established system and the optimized system
Agrobacterium concentration (OD600) | Acetosyringone concentration (μmol?L-1) | Pressure (MPa) | Time (min) | |
---|---|---|---|---|
Before optimization | 1.0 | 400 | 0.04 | 20 |
After optimization | 1.4 | 800 | 0.05 | 40 |
图7 qRT-PCR分析谷子转基因植株中SiCBL4基因表达量 数据为平均值±标准差(n=3)。Student’s t-test, * P<0.05, ** P<0.01
Figure 7 qRT-PCR analysis of the expression of SiCBL4 in transgenic foxtail millet Data are means±SD (n=3). Student’s t-test, * P<0.05, ** P<0.01
[1] | 陈倩楠, 王轲, 汤沙, 杜丽璞, 智慧, 贾冠清, 赵宝华, 叶兴国, 刁现民 (2018). 以抗除草剂Bar基因稳定转化谷子技术研究. 作物学报 44, 1423-1432. |
[2] | 刁现民, 程汝宏 (2017). 十五年区试数据分析展示谷子糜子育种现状. 中国农业科学 50, 4469-4474. |
[3] | 贺美林 (2018). 谷子成熟胚再生体系建立及EPSPS基因遗传转化研究. 硕士论文. 晋中: 山西农业大学. pp. 26-27. |
[4] | 冷秋思, 屈燕, 刘伟, 区智 (2019). 绿绒蒿属植物不同RNA提取方式的比较分析. 分子植物育种 17, 4643-4647. |
[5] | 李明浩, 陈炜, 邢莉萍, 肖进, 王海燕, 曹爱忠, 王秀娥 (2010). 普通小麦品种Alondra's遗传转化体系的建立. 植物学报 45, 466-471. |
[6] | 李顺国, 刘斐, 刘猛, 刁现民 (2018). 新时期中国谷子产业发展技术需求与展望. 农学学报 8(6), 96-100. |
[7] | 李顺国, 刘斐, 刘猛, 赵宇, 王慧军 (2014). 我国谷子产业现状、发展趋势及对策建议. 农业现代化研究 35, 531-535. |
[8] | 李顺国, 刘猛, 赵宇, 刘斐, 王慧军 (2012). 河北省谷子产业现状和技术需求及发展对策. 农业现代化研究 33, 286-289. |
[9] | 李颜方, 杜艳伟, 张正, 王高鸿, 赵根有, 赵晋锋, 余爱丽 (2019). 农杆菌介导谷子成熟胚遗传转化体系的建立与优化. 作物杂志 ( 3), 73-79. |
[10] | 李臻, 刘炜, 管延安, 王庆国, 潘教文 (2015). 谷子遗传转化体系研究进展. 山东农业科学 47(4), 134-138. |
[11] | 刘宝玲, 张莉, 孙岩, 薛金爱, 高昌勇, 苑丽霞, 王计平, 贾小云, 李润植 (2016). 谷子bZIP转录因子的全基因组鉴定及其在干旱和盐胁迫下的表达分析. 植物学报 51, 473-487. |
[12] | 刘颖慧, 于静娟, 赵倩, 朱登云, 敖光明 (2005). 根癌农杆菌介导谷子的遗传转化. 农业生物技术学报 13, 32-37. |
[13] | 宋利军 (2019). 谷子高产栽培技术分析. 农业技术与装备 ( 7), 87-88. |
[14] | 王永芳, 李伟, 刁现民 (2003). 根癌农杆菌共培养转化谷子技术体系的建立. 河北农业科学 7(4), 1-6. |
[15] | 张明洲, 崔海瑞, 舒庆尧, 夏英武 (2006). 高粱茎尖再生体系及其遗传转化影响因子的研究. 核农学报 20, 23-26. |
[16] | 张笑寒, 仇志浪, 赵德刚 (2016). 农杆菌介导McCHIT1基因遗传转化水稻茎尖研究. 中国农学通报 32(27), 114-120. |
[17] | 张园, 刘正杰, 林春, 闫亚泽, 袁加红, 王入, 毛自朝, 杨焕文 (2020). 芦笋茎尖遗传转化体系的建立与优化. 西北农业学报 29, 109-116. |
[18] |
Arockiasamy S, Ignacimuthu S (2007). Regeneration of transgenic plants from two indica rice (Oryza sativa L.) cultivars using shoot apex explants. Plant Cell Rep 26, 1745-1753.
DOI URL PMID |
[19] | Dellaporta SL, Wood J, Hicks JB (1983). A plant DNA minipreparation: version II. Plant Mol Biol Rep 1, 19-21. |
[20] | Jeong JY, Yim HS, Ryu JY, Lee HS, Lee JH, Seen DS, Kang SG (2012). One-step sequence- and ligation-in- dependent cloning as a rapid and versatile cloning method for functional genomics studies. Appl Environ Microbiol 78, 5440-5443. |
[21] | Jha P, Shashi, Rustagi A, Agnihotri PK, Kulkarni VM, Bhat V (2011). Efficient Agrobacterium-mediated transformation of Pennisetum glaucum (L.) R. Br. using shoot apices as explant source. Plant Cell Tissue Organ Cult 107, 501-512. |
[22] | Li WB, Masilamany P, Kasha KJ, Pauls KP (2002). Developmental, tissue culture, and genotypic factors affecting plant regeneration from shoot apical meristems of germinated Zea mays L. seedlings. In Vitro Cell Dev Biol Plant 38, 285-292. |
[23] | Ma HZ, Liu C, Li ZX, Ran QJ, Xie GN, Wang BM, Fang S, Chu JF, Zhang JR (2018). ZmbZIP4 contributes to stress resistance in maize by regulating ABA synthesis and root development. Plant Physiol 178, 753-770. |
[24] | Sood P, Singh RK, Prasad M (2020). An efficient Agrobacterium-mediated genetic transformation method for foxtail millet (Setaria italica L.). Plant Cell Rep 39, 511-525. |
[25] | Yan JW, Fang L, Yang L, He H, Huang Y, Liu Y, Zhang AY (2020). Abscisic acid positively regulates L-arabinose metabolism to inhibit seed germination through ABSCISIC ACID INSENSITIVE4-mediated transcriptional promotions of MUR4 in Arabidopsis thaliana. New Phytol 225, 823-834. |
[26] | Yellisetty V, Reddy LA, Mandapaka M (2015). In planta transformation of sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) using TPS1 gene for enhancing tolerance to abiotic stresses. J Genet 94, 425-434. |
[27] | Zhao MC, Tang S, Zhang HS, He MM, Liu JH, Zhi H, Sui Y, Liu XT, Jia GQ, Zhao ZY, Yan JJ, Zhang BC, Zhou YH, Chu JF, Wang XC, Zhao BH, Tang WQ, Li JY, Wu CY, Liu XG, Diao XM (2020). DROOPY LEAF 1 controls leaf architecture by orchestrating early brassinosteroid signaling. Proc Natl Acad Sci USA 117, 21766-21774. |
[1] | 李宇琛, 赵海霞, 姜希萍, 黄馨田, 刘亚玲, 吴振映, 赵彦, 付春祥. 根癌农杆菌介导的蒙古冰草稳定遗传转化体系的建立[J]. 植物学报, 2024, 59(4): 0-0. |
[2] | 余晓敏, 王亚琴, 刘雨菡, 易庆平, 程文翰, 朱钰, 段枫, 张莉雪, 何燕红. 根癌农杆菌介导万寿菊遗传转化体系的建立[J]. 植物学报, 2023, 58(5): 760-769. |
[3] | 孙蓉, 杨宇琭, 李亚军, 张会, 李旭凯. 谷子PLATZ转录因子基因家族的鉴定和分析[J]. 植物学报, 2023, 58(4): 548-559. |
[4] | 王琦, 许艳丽, 闫鹏, 董好胜, 张薇, 卢霖, 董志强. PAC对谷子花后土壤氮素供应和叶片抗氧化特性的影响[J]. 植物学报, 2023, 58(1): 90-107. |
[5] | 张慧, 梁红凯, 智慧, 张林林, 刁现民, 贾冠清. 谷子β-胡萝卜素异构酶家族基因的表达与变异分析[J]. 植物学报, 2023, 58(1): 34-50. |
[6] | 黄俊文, 冯琦伊, 郑凯勇, 黄俊杰, 王林博, 赖瑞强, 赖建彬, 阳成伟. 植物蛋白质SUMO化修饰体外高效检测系统[J]. 植物学报, 2022, 57(4): 490-499. |
[7] | 赵庆臻,刘利静,谢旗,于菲菲. 植物蛋白的体外泛素化检测方法[J]. 植物学报, 2019, 54(6): 764-772. |
[8] | 李俊华,刘世宇,李成龙,韩林林,董亚辉,张晓丽,赵喜亭,李明军. 铁棍山药微型块茎遗传转化体系的建立[J]. 植物学报, 2019, 54(1): 72-80. |
[9] | 吴国栋, 修宇, 王华芳. 优化子叶节转化法培育大豆MtDREB2A转基因植株[J]. 植物学报, 2018, 53(1): 59-71. |
[10] | 刘宝玲, 张莉, 孙岩, 薛金爱, 高昌勇, 苑丽霞, 王计平, 贾小云, 李润植. 谷子bZIP转录因子的全基因组鉴定及其在干旱和盐胁迫下的表达分析[J]. 植物学报, 2016, 51(4): 473-487. |
[11] | 赵喜亭, 蒋丽微, 王苗, 朱玉婷, 张文芳, 李明军. 怀黄菊间接体胚受体再生体系的建立及CmTGA1的遗传转化[J]. 植物学报, 2016, 51(4): 525-532. |
[12] | 王燕, 汪一婷, 吕永平, 牟豪杰, 李海营, 陈剑平. 组培增殖方式对网纹草嵌合性状稳定性的影响[J]. 植物学报, 2015, 50(3): 337-338. |
[13] | 陈青青, 李德志. 根系隔离条件下的谷子亲缘识别[J]. 植物生态学报, 2015, 39(12): 1188-1197. |
[14] | 郭利军, 曾炳山, 刘英. 农杆菌介导巨桉Eg5高效遗传转化[J]. 植物学报, 2013, 48(1): 87-93. |
[15] | 崔贵梅, 孙毅, 郝曜山, 杜建中, 王亦学. 玉米花粉体外萌发方法改进及其对花粉介导转基因的作用[J]. 植物学报, 2012, 47(2): 155-161. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||