我做的农杆菌感受态的制备侵染小麦幼胚愈伤转化GUS基因,能不能发几张染色成功的图片?

分子植物育种,2010年,第8卷,第2期,第388-392页Molecular Plant Breeding,2010,V01.8,No.2,388~392技术改进Upgraded Technology农杆菌介导小麦遗传转化条件的优化李明浩陈炜邢莉萍’通讯作者.xiuew@njau.edu.gn<
br />肖进王海燕曹爱忠王秀娥’南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室,南京。210095摘要本研究以普通小麦品种扬麦15和Alondra's的幼胚产生的愈伤组织为受体材料,通过检测gus基因的瞬时表达情况,研究了农杆菌介导的主要影响因子的转化效率。研究结果表明,在相同条件下两个品种农杆 菌侵染的最佳条件不尽相同。扬麦15的最佳优化条件为:先在不添加AS的培养基中预培养,然后在菌液浓度 为OD600=0.2、AS浓度为100 ixmoFL条件下侵染10 min,最后在25℃共培养l d;Alondra's则在菌液浓度为 OD600==0.5、共培养时间为2 d时,表现出最佳的gus基因瞬时表达率。为小麦的遗传转化提供参考。 关键词小麦,农杆菌介导,遗传转化Optimization ofanA grob ac te rium―mediated TransformationSystem for助'eatLiMinghaoChenWeiXing LipingXiao JinWangHaiyanCao AizhongWangXiue‘National KeyLaboratory ofCrop Genetics and Germplasm ’Corresponding author,xiuew@njau.edu.C11 IX)l:i0.3969/mpb.008.000388Enhancemvat,Nanjing Agricultural Uniwersity,Nanjing,210095AbstractIn this research,we employed the callus induced from immature embryo ofwheat varieties Yangmai 15asandAlondra's to bematerials for studying the tl'ansformation efficiency on main factors ofA grobacterium-mediat―frequency ofgus gene.The results showed that the optimized condition fored for by using thetransient expressionthe above two varieties were different under the same condition.The best condition in A grobacterium―mediatedtransformation ofYangmaiterium1 5 ale:First pre.cultured without acetosyringone,then infected for 1 0 min with A grobac―atumefaciensbacterial atatconcentration ofOD卯o=0.2and acetosyringoneataconcentration of loo izmol/L.fi_naUy C,O.cultured for l daythe temperature of25℃:and under the similar condition,the most transient expressionfrequency of Gusthe CO.culture to 2gene in Alondra’S with the concentration ofA grobacteriumtumefaciensbacterial to OD印0=0.5 anddays.ThiSwork would provide reference for the genetic transformation in wheat.Keywords、Ⅳheat,Agrobacterium-mediated,Genetictransf(}rmation(1991)通过基因枪法将gus和bar基因导入小麦品种 “Pavon”,在世界上首次获得了对除草剂Basta具有抗 性的转基因小麦(Vasilet小麦是世界上最重要的粮食作物之一,在中国 是仅次于水稻的第二大作物。通过遗传转化可以打 破物种之间的遗传限制,利用转基因技术将外源基 因导入小麦,可以实现新品种的定向改良,从而创造 新的小麦品种(系)和种质资源(毕瑞明等,2006;毕瑞 明,2008;Lorz et a1.,1998)。但由于小麦基因组庞大, 小麦转基因研究20世纪90年代才开始起步(Vasil et al,1993;Weeks et al,1993;Nehraeta1.,1991),随后几年小麦转基因技术得到迅速发展(葛维德等,2007)。 目前,小麦的遗传转化中常用的为基因枪法、农 杆菌介导法和花粉管通道法等三种。Weeks等 (1993)以品种“Bobwhite”的未成熟胚为外植体,通 过基因枪法转化小麦愈伤组织并获得了可育的转a1.,1994)。Vasil等WWW.molplantbreed.org/doi/lO.3969/mpb.008.000388基金项目:本研究由国家转基因重大专项(2008及08002一001)、国家863项目(2006从10zlF6)和高等学校学科创新引智计划lll项目(B08025)共同资助万方数据 农杆菌介导小麦遗传转化条件的优化Optimization ofan Agrobacterium―mediated Transformation System forWheat… …bar基冈的小麦植株,转化效率约为0.1% ̄o.2%; 曾君祉等(1993)用花粉管通道法获得了转gus基因 的小麦植株,并检测到了gus基因的表达:Weir等(200 1)在小麦上首次使用农杆菌介导和绿色荧光蛋白后,然后在相同条件下进行转化。当菌液浓度为 O.5时,Alondra’S中的gus基闪瞬时表达频率最高; 而扬麦15则在菌液浓度为l时表现最高的gus基 因瞬时表达频率(表1)。表明小麦不同基因犁对农杆 菌的敏感性存在差异。彳i同侵染时间也显著影响gus 基冈瞬时表达率(表2)。当侵染时间为10 min时,扬 麦15和Aiondra’S都表现最高的gus基因表达率。GFP相结合的方法获得了携带GFP的转基因小 麦,转化效率约为1.8%。目前已经在多个小麦基因 型中建立了成熟小麦基因枪转化技术体系,据统计 在小麦的转基因中90%以上都是通过基凶枪法获 得的(肖兴囝等,2000;叶兴国等,2001)。但是,基因 枪法具有转化效率低、成本较高、多拷贝数等缺点。 向.农杆菌介导法具有易操作、成本较低、转化效率 高以及插入拷贝数少等自身独特的优势,在小麦的 遗传转化中得到越来越广泛的重视和应用(Chengeta1.,1997),建立起一个较为完善、高效的农杆菌介导的小麦遗传转化体系对于小麦基凼组研究和 转基因育种都至关重要(赵慧茹等,2008)。但是,由 于禾本科作物特别是小麦不是农杆菌的天然宿丰, 因此,通过农杆菌携带质粒DNA来侵染小麦细胞 组织有一定难度。Cheng等(1997)首次报道利用农 杆菌法获得了转基冈小麦,随后夏光敏等也获得了 农杆菌介导的正常转基因小麦(Xiaet图1 Alondra’s愈伤组织中gus基陶表达 注:左:对照:右:gus基㈨表达Figure l The expression ofgus gene in callus ofAlondra’S Note:LeR:CK;Right:Expression ofgusa1.,1999)。但表l荫液浓度对小麦愈伤组织中gus基冈瞬时表达频率的影响Table lTheeffectsonbacterial concentrationsontransientex.目前与水稻和其它双子叶植物相比,小麦的农杆菌 介导的遗传转化系统还很不成熟。本试验以小麦幼 胚愈伤组织为受体材料,通过优化预培养基、农杆 菌浓度、侵染时间、乙酰丁香酮(AS)浓度及共培养 时间等影响遗传转化的主要影响冈子,为农杆菌介 导的小麦遗传转化体系的建立提供参考。pression frequency ofgu's gene in callusetiesfrom the two wheat vari-I结果与分析I.I预培养对小麦愈伤组织gus基因瞬时表达频率 的影响 将经过预培养的小麦幼胚愈伤组织在相同条件 下进行侵染转化,然后在无菌滤纸上共培养2 d。结 果显示,部分愈伤中的gus基因得到表达(图1)。对于 预培养中是否添加AS对扬麦15及Alondra’S的影 响摹本一致,即在不添加AS时相对于添加会有相对 较高的gus基因表达率。 1.2茵液浓度及侵染时间对小麦愈伤组织gus基因瞬 时表达频率的影响 在农杆菌介导的遗传转化试验中,农杆菌悬浮 液浓度及侵染时间是影响遗传转化最莺要的两个因 素。愈伤组织经过不同浓度的菌液侵染及侵染时间注:同表lNote:The sameas注:a、b表示0.05显著差异水平Note:a、b represent the statistic significant of0.05 and possibilitydifferenceatthe level表2侵染时间对小麦愈伤组织中gw基冈瞬时表达频率的影响 Table 2 Effects of infection time on transient expression frequen― cy of gu5 gene in callus from the two wheat varietiestable l万方数据 s∞黼蕊。B删唱而降低或延长侵染时间都会使表达率降低。综合 本试验结果,小麦品种在农杆菌浓度为O.5,侵染时间 为10rain时为宜。 1.3乙酰丁香酮(AS)浓度小麦愈伤组织gus基因瞬时 表达频率的影响Table 4www.molplaatbreed.orgIX)I:10.3969/mpb.008.000388表4共培养时间对小麦愈伤组织中g吣基因瞬时表达频率的 影响Effects of co-culture periodOntransient expression丘e-from the two wheat varieties quency ofgus gone in callus乙酰丁香酮(AS)的浓度对于小麦愈伤组织缈基因的瞬时表达率有重要的影响(表3)。除侵染液中AS浓度存在差异外,其它因素均在相同 条件下进行转化。当不添加AS时,扬麦15及Alondra's gus基因瞬时表达率均最低;而加入AS后脚基因的瞬时表达率显著得到提高。这表明,在农杆菌介导的小麦遗传转化中AS起到至关重 要的作用。然而从试验中也可以发现,当AS浓度过 大时反而不利于其转化,AS的浓度以100 p,mol/L 为宜。 1.4共培养时间小麦愈伤组织bus基因瞬时表达频 率的影响 小麦愈伤组织经农杆菌侵染后,在相同条件下 共培养l ̄3d后进行gus染色,结果表明(表4),当共 培养ld时,扬麦15中的gus基因瞬时表达率最高; 而Alondra's中gus基因表达率共培养1 d时仅为中 等水平,共培养2 d时达到最高。当共培养时间延长 至3 d时,两个品种中gus基因瞬时表达率均迅速下 降,这可能是由于农杆菌的过度生长布满了整个愈介导的遗传转化过程中各种影响因子的优化,可以为 以后小麦转基因育种提供高效的遗传转化技术体系。 本研究发现,在预培养培养基中加入AS,对于gus 基因的表达率影响不大。这可能是因为,虽然加入AS 在一定程度上可以诱导农杆菌V/r基因的表达,从而增 强组织的遗传转化效率;但是,AS本身是一种酚类化 合物,具有氧化性作用,长时间与愈伤组织接触会对其 造成一定的伤害作用。所以,预培养基中是否添加AS 还要综合考虑而定。 在农杆菌介导的植物遗传转化过程中,由于受体 组织是直接浸泡在农杆菌悬浮液之中,因此,菌液浓度 以及浸泡时间与遗传转化效率有着最为直接的关系。 当菌液浓度过低时,会由于单位体积农杆菌细胞数过 少而达不到侵染效果,以至于遗传转化效率较低;当菌 液浓度过高,则会由于农杆菌细胞的过度生长而影响 受体细胞的正常生长及分化,也达不到较高的遗传转 化效率。与菌液浓度最为密切的是侵染时间,因此,需 要将两个因素综合考虑,当菌液浓度过大时,可以适当 减少受体组织侵染的时间;当菌液浓度过小时,可以适 当延长侵染时间。本研究结果表明,在小麦农杆菌转化 中,适宜的农杆菌浓度为0.5,侵染时间为10min。 农杆菌介导的植物侵染过程中,共培养时间也是 一个重要的影响因素。共培养阶段,也即农杆菌侵染受 体组织的一个阶段,共培养时间的长短也直接影响着 遗传转化效率。根据本研究结果,不同基因型最佳共培 养时间为1 ̄2d。伤,从而抑制了愈伤的正常生长及胛基因的表达。2讨论农杆菌介导的小麦遗传转化具有独特优点,在小 麦的遗传转化中,影响其转化率的因素众多。对农杆菌表3乙酰丁香酮浓度对小麦愈伤组织中gm基因瞬时表达频 率的影响Table 3 Effects of acetosyringene concentrations011transientexpression frequency of gus gene in callus from the two wheatval'letles3材料与方法3.1供试材料及菌株 本实验所用材料六倍体普通小麦(Triticum他s―tivumL.,AABBDD)品种扬麦15和Alondra’s的幼胚注:同表lNote:11坞sameas均取自南京农业大学江浦试验站,两个品种均表现table l良好的农艺性状;转基因瞬间表达采用的农杆菌菌万方数据 农杆菌介导小麦遗传转化条件的优化Optimization ofan Agrobacteriam-mediated Transformation System for Wheat… …株为CssC。,其中含有pBll21质粒,其T―DNA区含 有新霉素磷酸转移酶基因nptⅡ和葡糖苷酸酶基因3.5gus组织化学染色及数据分析 gus报告基因采用组织化学染色法检测。将侵染gus等,均为本实验室保存。3.2小麦幼胚愈伤培养 将开花后15 d左右的扬麦15与Alongdra’S的 幼嫩的种子经消毒后,挑取幼胚接种在诱导培养基 (MS+2,4一D 2 mg/L)JZ,在气候箱内暗培养,培养温度为 (25±1)℃,一周后形成的愈伤组织用于农杆菌侵染。 3.3农杆菌的活化及悬浮液的制备 取保存在一70"C冰箱的农杆菌菌株C铝C,的甘油 菌在添加卡那霉素(Kanamycin,Kan)50 平(Rifampicin,RiO50过的愈伤组织浸泡在检测液中,放置在37。C恒温箱 过夜。用肉眼或在显微镜下即可观察到蓝色小点的 gus基因表达。鼬基因瞬时表达率的计算: gus基因瞬时表达率=(卵+愈伤组织数/检测愈伤组织数)x100%参考文献BiR.M.,2008,Optimization of major factors for Agrobacteri-um―mediated genetic transformation of callus of wheatture nla-m扎、利福mgCL的YEB固体培养基上划embryo,Shengwu Jishu(Biotechnology),1 8(2):58―60线,然后挑取单克隆放在5 mL含有上述相同抗生素 的液体培养于28℃、200 r/min培养过夜。然后将菌 液转移到50 mL的液体培养基中进行扩大培养,菌 液在3000(毕瑞明,2008,农杆菌介导小麦成熟胚愈伤组织转化的 主要凶子优化,生物技术,18(2):58―60).Bi R.M.,Chen L.G.,Hou M.,and Wang H.G.,2006,Genetic transformation of wheat,Zhiwu Shenglixue Tongxun(PlantPhysiologyr/min下离心15-20 min,收集农杆菌,然Communications),42(3):573―579(毕瑞明,陈后用WCC农杆菌悬浮液将其悬浮至OD㈣所需值。 所得到的悬浮液即可用于侵染转化。 将愈伤组织置于含有AS浓度100 i-LmoUL农杆 菌悬浮液的小培养皿中浸泡15 min左右,浸泡之后 挑出愈伤并用灭菌滤纸吸干多余的菌液,然后放在 含有无菌滤纸的培养皿中25℃黑暗共培养2 d。除所 进行设置的单个因素外,其它试验条件均按上述参 数进行。选取一部分共培养的愈伤组织进行gus组织 化学染色,每个处理取25块,并将剩余的愈伤组织 转移到筛选培养基上继续培养。 3.4农杆菌介导的遗传转化 预培养:将扬麦15与Alondra’s的幼胚接种在诱 导培养基上,在25℃、黑暗条件下进行预培养,分为 培养基中添加AS与不添加两种组合。 菌液浓度与侵染时间:将过夜摇菌的菌液浓度 分别设置为OD鲫=0.2、0.5、1.0等三个梯度,然后将 含有gus基因的此菌液用于侵染愈伤,侵染时间分别 设为5 min、10 件均相同。 乙酰丁香酮的浓度:在农杆菌侵染幼胚的悬浮 液中,分别添加100 txmol/L、200“mol/L的乙酰丁香 酮,放置大约30-60 min,然后用于侵染。 共培养时间:将农杆菌侵染过的愈伤组织挑出放 置在灭菌的无水滤纸上,放置在25"C恒温气候箱共 培养ld、2 min、15 min、20 min四个梯度,其余条Ge立国,后猛,王洪刚,2006,小麦的遗传转化,植物生理学 通讯,42(3):573.579).ChengM.,Fry J.E.,Pang S.,Zhou H,Hironaka C.M.,Duncan D.&,ConnerT.W.,and WanY.,1997,Genetic transformation ofwheat mediated by Agrobacteriumtumefaciens,PlantPhysi―ology,1 15:971―980W…DandNiuX…G2007,Transgenic research progress of Sci-Wheat,Liaoning Nongye Kexue(Liaoning Agriculturalcrees),(2):40-43(葛维德,钮旭光,2007,小麦转基因技术 研究进展,辽宁农业科学,(2):40-43)Lorz H.,Becker D.,and Lutticke S.,1 998,Molecular wheatbreeding by direct gene I/ansfcr,Euphytica,100:219-222 NehraN.S.,Chibbar R.N.,Lenng 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这种稻可以在全球几个缺乏维A的地区满足人们对其的需求。缺乏维生素A会导致成千上万人失明,他们 认为这种转基因水稻将弥补这种缺陷。关于反对生物技术作物的,Datta教授明确表示没有任何不同部委间 的冲突,“如果你能很好的阅读环境部部长的报告,你能明确他并不反对研究和科学之意。”他指出在转基 因水稻、白菜和一些蔬菜作物上进行的试验将继续进行。编译者:陈游,本刊通讯员DOI:1 0.3969/mpb.008.000392本文引用格式:陈游,2010,印度农业研究委员会希望获得研究黄金稻的自由,分子植物育种,8(2):392 信息来源:http://www.thehindubusinessline.com/2010/02/26/stories/2010022651562000.htm万方数据
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