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月季品种‘萨蔓莎’植株再生体系的建立和根癌农杆菌介导的遗传转化研究

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目录

摘要

缩略词表

1文献综述

1.1关于植株再生

1.1.1器官发生途径

1.1.2体细胞胚发生途径

1.2月季植株再生的研究进展

1.2.1月季器官发生途径的植株再生

1.2.2月季体细胞胚发生途径的植株再生

1.3关于植物遗传转化

1.3.1农杆菌介导的遗传转化

1.4月季遗传转化的研究进展

1.5关于反义RNA技术

1.5.1反义RNA

1.5.2反义RNA技术的原理

1.5.3反义RNA技术的应用

1.6月季衰老与乙烯关系的研究进展

1.6.1月季自然衰老过程中乙烯合成的变化

1.6.2外源乙烯对月季开花和衰老的影响

1.6.3乙烯合成和作用抑制剂对月季衰老的影响

1.7本研究课题的目的和意义

2材料与方法

2.1月季微繁体系的建立

2.1.1植物材料

2.1.2培养方法

2.1.3培养条件

2.1.4试管苗的生根和移栽

2.2月季不定芽直接再生体系的建立

2.2.1基因型对植株再生的影响

2.2.2外植体对植株再生的影响

2.2.3叶位对植株再生的影响

2.2.4暗培养天数对植株再生的影响

2.2.5植物生长调节剂对植株再生的影响

2.3月季叶片间接再生体系的建立

2.3.1小叶外植体愈伤组织的诱导

2.3.2假珠芽的发生

2.3.3可继代增殖愈伤组织的获得

2.3.4愈伤组织的诱导分化

2.3.5悬浮体系的建立

2.3.6愈伤组织石蜡切片的制作

2.4月季‘萨蔓莎’根癌农杆菌遗传转化体系的建立

2.4.1植物材料

2.4.2月季‘萨蔓莎’小叶对潮霉素的敏感性分析

2.4.3月季‘萨蔓莎’愈伤组织对潮霉素的敏感性分析

2.4.4根癌农杆菌菌株及质粒

2.4.5根癌农杆菌的活化和工程菌液的制备

2.4.6侵染和共培养

2.4.7脱菌和选择培养

2.4.8转化条件的优化

2.4.9 GUS基因瞬间表达的检测

2.4.10试验培养基及各种试剂的配制

2.5 ACC氧化酶反义基因转化月季‘萨蔓莎’愈伤组织

2.5.1根癌农杆菌菌株及质粒

2.5.2转化和选择方法

2.6抗性愈伤组织的PCR检测

2.6.1愈伤组织DNA和质粒DNA的提取

2.6.2 PCR反应

3结果与分析

3.1月季微繁体系的建立

3.1.1腋芽的萌发

3.1.2试管苗的增殖

3.1.3试管苗的生根和移栽

3.2月季直接诱导不定芽和植株再生

3.2.1基因型对不定芽诱导的影响

3.2.2外植体对不定芽诱导的影响

3.2.3叶位对不定芽诱导的影响

3.2.5植物生长调节剂对植株再生的影响

3.3月季‘萨蔓莎'间接再生体系的建立

3.3.1小叶外植体愈伤组织的诱导

3.3.2假珠芽的发生

3.3.3可继代增殖愈伤组织的获得

3.3.4愈伤组织的诱导分化

3.3.5悬浮体系的初步建立

3.4月季‘萨蔓莎’叶片和愈伤组织的遗传转化

3.4.1叶片对潮霉素的敏感性分析

3.4.2愈伤组织对潮霉素的敏感性分析

3.4.3外植体对遗传转化的影响

3.4.4共培养培养基中盐浓度对愈伤组织遗传转化的影响

3.4.5侵染时间对愈伤组织遗传转化的影响

3.4.6共培养时光照条件对愈伤组织遗传转化的影响

3.4.7共培养培养基的pH值对愈伤组织遗传转化的影响

3.4.8共培养培养基中AS浓度对愈伤组织遗传转化的影响

3.4.9菌液浓度、共培养温度和时间对愈伤组织遗传转化的影响

3.4.10抗性愈伤组织的获得

3.4.11抗性愈伤组织的GUS检测和PCR检测

3.5含ACC氧化酶反义基因愈伤组织的获得

4问题与讨论

4.1月季‘萨蔓莎’两种转化受体系统的比较

4.1.1再生能力

4.1.2遗传稳定性

4.1.3外植体来源

4.1.4对选择抗生素的敏感性

4.1.5对农杆菌侵染的敏感性

4.2影响月季‘萨蔓莎’愈伤组织遗传转化的因素

4.3 GUS基因瞬间表达和稳定转化之间的关系

4.4关于本研究中转化系统的转化效率

4.5本研究的下一步工作

参考文献

附录

致 谢

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摘要

月季是园林中应用最广的木本花卉之一,因其花朵美丽、四季开花、适应性广、耐修剪能力强,在我国广泛栽培。切花月季是世界四大切花之一,然而,月季切花的瓶插寿命相比于菊花、香石竹要短得多。近些年来,不少研究者围绕着月季切花衰老和保鲜问题进行了广泛的探讨,但最终未能从根本上解决问题。越来越多的研究结果表明在某些切花月季品种的开花和衰老过程中,乙烯合成呈现跃变型特征,外源乙烯处理加速花朵的衰老,而乙烯合成或作用抑制剂处理有利于延长花期,这些表现与乙烯跃变型切花非常相似。 本研究的主要目标是通过农杆菌介导的遗传转化方法导入ACC氧化酶反义基因,利用反义RNA技术,抑制月季切花的乙烯合成,从而获得花期延长的月季植株。围绕这一目标,本研究以类似乙烯跃变型月季品种‘萨蔓莎’为试材,首先建立了该品种的离体微繁及植株再生体系,并就基因型、外植体类型、培养条件和植物生长调节剂等因素对月季叶片直接再生体系和间接再生体系的影响进行了详细的研究;然后利用GUS报告基因对影响根癌农杆菌介导月季遗传转化的条件作了深入探索,通过优化转化条件,建立了月季愈伤组织遗传转化体系;最后在此基础上进行ACC氧化酶反义基因的转化,并由PCR检测结果证明获得了月季‘萨蔓莎’转化的愈伤组织。本研究主要的研究结果如下: 1.建立了月季4个品种的离体微繁体系。以武汉地区市场效益较好的月季品种,包括红色系的‘萨蔓莎’、‘红衣主教’和黄色系的‘金奖章’、‘黄和平’为材料,建立其离体微繁体系。研究结果表明:初代接种材料的采集宜在春季的4~5月间进行,此时当年生枝条开始木质化,不容易失水,且经历了冬季低温,病虫害少,易于灭菌消毒;4个品种初代培养枝条上的腋芽在MS+0.5mg/LBA+0.004mg/LNAA+0.1mg/LGA3培养基上培养2~3周后,可陆续萌发,萌芽率达70%左右;将幼芽切下后每4周一次继代在新鲜的扩繁培养基上,经过一定时间的适应过程,各品种试管苗的增殖效果都表现良好,其中,品种‘金奖章’和‘黄和平’相比于‘萨蔓莎’和‘红衣主教’需要经历更长的适应期;继代培养约4周后的枝条转入1/2MS+0.1mg/LIBA生根培养基中,20~30d后产生不定根;移栽成活的关键是生根试管苗的成熟程度,开始木质化的粗壮的试管苗移栽成活率高,约为80%,但幼嫩的试管苗因容易失水,抵抗力较差,而成活率低。2.建立了月季品种‘萨蔓莎’直接器官发生途径的植株再生体系。分别以月季品种‘萨蔓莎’、‘红衣主教’、‘金奖章’和‘黄和平’的小叶或复叶柄为外植体,研究了不同基因型、外植体、叶位、暗培养时间和植物生长调节剂对不定芽分化和植株再生的影响。结果表明:基因型对植株再生有重要影响,4个品种中仅‘萨蔓莎’能产生正常不定芽并完成植株再生,另外3个品种的小叶柄基部虽能产生突起,但无法再生植株;‘萨蔓莎’在诱导培养基(MS+1.5mg/LTDZ+0.05mg/LNAA+10mg/LAgNO3)上黑暗培养8d后转入发枝培养基(MS+0.5mg/LBA+0.01mg/LNAA+0.1mg/LGA3)中光下培养,再生效果最好;暗培养时间过长,易形成愈伤组织而不利于不定芽的分化和植株再生;小叶外植体和复叶柄的再生率分别为51.8%和10%,而小叶的叶位对植株再生无显著影响;植物生长调节剂中NAA的效果优于IBA,生长素浓度升高易导致愈伤组织形成而影响植株再生。 3.建立了月季品种‘萨蔓莎’间接器官发生途径的植株再生体系。以月季品种‘萨蔓莎’试管苗小叶为外植体,探讨了愈伤组织诱导及植株再生的方法。结果表明:月季‘萨蔓莎’间接器官发生途径的植株再生需要经历外植体愈伤组织诱导、假珠芽的发生、可增殖愈伤组织的选择和愈伤组织的分化4个阶段;高浓度的生长素有利于诱导小叶外植体产生愈伤组织,在NAA、2,4-D和pCPA这3种生长素中,以2,4-D的诱导效果最好;经7.0~10.0mg/L2,4-D光下诱导愈伤15d的小叶外植体在含1.5mg/LTDZ的MS培养基上光下培养约20d后有白色假珠芽形成;将此假珠芽分离后黑暗培养在含0.25mg/LNAA、1.5mg/LZT和1.0mg/LGA3的培养基上,在继代的过程中产生新的假珠芽和新的愈伤组织,通过持续选择生活力高、生命力强的组织,约一年后获得可长期继代增殖的愈伤组织,此愈伤组织白色至淡黄色,疏松颗粒状,活力旺盛,到目前为止已保存了16个月;愈伤组织在1.0mg/LTDZ、0.01mg/LNAA和0.1mg/LGA3的诱导下30d内分化出不定芽,在含2.0mg/LBA和0.05mg/LNAA的MS培养基上不定芽伸长形成正常植株。 4.建立了以愈伤组织为转化受体的根癌农杆菌遗传转化体系。根据本研究建立的月季‘萨蔓莎’的两种再生体系,以小叶和愈伤组织为转化受体进行GUS报告基因的遗传转化。首先测试了选择抗生素潮霉素对小叶直接分化不定芽和愈伤组织增殖的影响,结果表明,小叶外植体对潮霉素非常敏感,发枝培养基中6mg/L潮霉素可完全抑制不定芽的生长,而愈伤组织由于分裂能力强,对潮霉素的忍耐性也要高得多,潮霉素浓度为70mg/L时可抑制90%的愈伤组织生长。以小叶和愈伤组织为转化受体材料,通过评价GUS基因瞬间表达结果,详细地探讨了外植体、共培养时光照条件、共培养培养基中盐浓度、AS浓度、pH值、菌液浓度、侵染时间、共培养时间和共培养温度对T-DNA转化的影响,并优化了转化条件。结果表明:外植体类型是影响月季‘萨蔓莎’遗传转化成败的关键,小叶外植体对农杆菌的浸染反应不敏感,在不同的转化条件下,均未观测到GUS基因瞬间表达,而愈伤组织GUS基因瞬间表达量高,表现出很强的接受外源DNA的能力,但这种能力在不同的转化条件下也存在显著的差异;除外植体类型外,光照条件、共培养培养基中AS浓度和盐浓度也是影响T-DNA转化的重要因子,而侵染时间和共培养培养基pH值对转化效率影响不大;菌液浓度、共培养时间和共培养温度的水平在一定范围内与GUS基因的瞬间表达量呈正比,此3因素的水平过高和过低都不利于农杆菌的转化;将愈伤组织与OD600=0.5~0.8的菌液侵染20min,然后在黑暗、23℃条件下于含30μMAS的盐类减半的共培养培养基上培养3d可获得最佳的T-DNA转化效率。利用此优化的转化系统进行农杆菌的侵染,并在含70mg/L潮霉素和300mg/L头孢霉素的选择培养基上进行选择,3个月后经PCR检测证明获得含GUS基因的稳定转化的愈伤组织。 5.获得了ACC氧化酶反义基因稳定转化的愈伤组织。按照优化的遗传转化系统,利用含潮霉素选择基因和ACO反义基因的EHA105菌株和GV3101菌株对月季‘萨蔓莎’愈伤组织进行了遗传转化试验,结果表明:共培养期间GV3101菌株比EHA105菌株生长慢,因此共培养时间为5d;PCR结果证明获得稳定转化的愈伤组织。 本研究还对月季‘萨蔓莎’两种转化受体系统进行了比较,对影响农杆菌遗传转化的因素进行了总结,对GUS基因瞬间表达和外源基因稳定转化的关系及本转化系统的转化效率问题进行了讨论,并对本研究下一步的工作重点进行了分析。

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