仝鑄+何利剛+吳黎明+王志靜+蔣迎春+孫中海+
摘要:以pCAMBIA1391Z為載體,對(duì)農(nóng)桿菌EHA105介導(dǎo)的檸檬[Citrus limon (L.)Burm.f.]遺傳轉(zhuǎn)化體系進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明,培養(yǎng)基中植物激素的濃度、農(nóng)桿菌浸染濃度以及浸染后共培養(yǎng)的時(shí)間對(duì)檸檬的再生和遺傳轉(zhuǎn)化效率均有明顯影響。1.0 mg/L 6-BA和0.1 mg/L的NAA有利于檸檬上胚軸不定芽的再生,并且再生芽的質(zhì)量最佳。農(nóng)桿菌的浸染濃度以OD600 nm=0.6為最佳,浸染后共培養(yǎng)2 d,在含5.0 mg/L潮霉素的篩選培養(yǎng)基上篩選,有利于檸檬不定芽再生率的提高。
關(guān)鍵詞:檸檬[Citrus limon (L.) Burm.f.];上胚軸;再生;遺傳轉(zhuǎn)化體系;優(yōu)化
中圖分類號(hào):S666.5;Q813.1+2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0439-8114(2014)09-2100-03
Establishment and Optimization of Genetic Transformation System of
Lemon[Citrus limon (L.)Burm.f.]
TONG Zhu, HE Li-gang, WU Li-ming, WANG Zhi-jing, JING Ying-chun, SUN Zhong-hai
(Institute of Fruit and Tea, Hubei Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430064, China)
Abstract: Using pCAMBIA1391Z as vector, the genetic transformation system of lemon [Citrus limon(L.) Burm.f.]with Agrobacterium-mediated by EHA105 was optimized. The results showed that concentration of plant hormones, inoculum density and co-cultivation time had significant effects on lemon regeneration and transformation. It was most conducive to the regeneration of adventitious buds lemon epicotyl by adding 1.0 mg/L 6-BA and 0.1 mg/L NAA in MT medium. The best inoculum density and co-cultivation time were 0.6(OD600 nm) and two days. For the adventitious bud regeneration of lemon, the most benifical screening concentration of hygromycin was 5.0 mg/L.
Key words: lemon[Citrus limon (L.)Burm.f.]; epicotyl; regeneration; genetic transformation system; optimization
柑橘類水果是世界第一大水果,也是湖北省第一大水果。包括檸檬在內(nèi)的柑橘類多年生果樹(shù)由于多胚性等特點(diǎn),很難通過(guò)傳統(tǒng)的育種途徑培育含有目標(biāo)性狀且品質(zhì)優(yōu)良的后代[1]。生物技術(shù)特別是基因工程的發(fā)展為柑橘類水果遺傳改良開(kāi)辟了一條新途徑[2]。柑橘轉(zhuǎn)基因研究已開(kāi)展近20年,盡管在大多數(shù)柑橘類植物中如甜橙、金柑、枳、葡萄柚已獲得成功[3-5],但是柑橘類水果的不同屬間遺傳特性差異較大,即使是同屬的不同類型之間,其再生的難易和對(duì)農(nóng)桿菌的反應(yīng)也不盡相同[6]。提高柑橘類轉(zhuǎn)化效率的研究主要集中在影響外植體再生、共培養(yǎng)條件、不定芽的篩選條件等因素上。黃家權(quán)等[7]曾對(duì)尤力克檸檬的不定芽的發(fā)生因素進(jìn)行了初步研究。因此,在進(jìn)行基因功能驗(yàn)證前,有必要對(duì)其目標(biāo)植物的再生和遺傳轉(zhuǎn)化體系進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。檸檬是柑橘類植物中最不抗寒的品種,本研究以pCAMBIA1391Z為載體,對(duì)農(nóng)桿菌EHA105介導(dǎo)的檸檬遺傳轉(zhuǎn)化體系進(jìn)行了優(yōu)化,建立其高效遺傳轉(zhuǎn)化體系,以期為抗寒基因在柑橘類植物中的功能驗(yàn)證和分析提供一個(gè)良好的試驗(yàn)平臺(tái)。
1材料與方法
1.1材料和試劑
試驗(yàn)所用檸檬種子為尤力克檸檬種子,購(gòu)自武漢市果品批發(fā)市場(chǎng),產(chǎn)地四川。農(nóng)桿菌菌株為EHA105,遺傳轉(zhuǎn)化載體為pCAMBIA1391Z(攜帶潮霉素抗性篩選標(biāo)記),表達(dá)基因?yàn)椋牵眨樱é拢咸烟擒账崦福#牵眨踊蛑糜冢茫幔停郑常担訂?dòng)子下,Hyg基因位于NOS啟動(dòng)子下。6-BA、NAA、頭孢霉素(Cefotaxime,Cef)和利福平(Rifampicin)購(gòu)自北京鼎國(guó)生物公司,潮霉素B購(gòu)自美國(guó)EMD Chemicals公司。
1.2培養(yǎng)基的配制
細(xì)菌培養(yǎng)基為YEB培養(yǎng)基,主要配方如下:
YEB培養(yǎng)基:5 g/L 胰蛋白胨+1 g/L 酵母提取物+5 g/L牛肉浸膏+0.493 g/L MgSO4·7H2O(瓊脂粉15 g/L),pH 為7.0。
植物組織培養(yǎng)所用的4種培養(yǎng)基配方:MT基本培養(yǎng)基[8](pH 5.8);MT懸浮培養(yǎng)基為MT+0.5 g/L麥芽提取物+1.5 g/L 谷氨酰胺+100 μmol/L AS(乙酰丁香酮)(pH 5.7);共培養(yǎng)培養(yǎng)基CM為MT+100 μmol/L AS(pH 5.7);生根培養(yǎng)培養(yǎng)基RM為1/2MT+0.5 mg/L NAA+0.1 mg/L IBA(吲哚丁酸)+0.5 g/L活性炭(pH 5.8)。
以上各固體培養(yǎng)基瓊脂為7.5 g/L。光照培養(yǎng)的光照度為1 500~2 000 lx,每天光照14 h。
1.3檸檬再生體系的建立及優(yōu)化
上胚軸的獲得:將檸檬果實(shí)破碎取出種子,用1 mol/L NaOH浸泡10 min去除種子表面的果膠,再用自來(lái)水漂洗干凈,在超凈工作臺(tái)上用70%乙醇浸泡2~3 min,用2%次氯酸鈉浸泡滅菌20 min,中間搖動(dòng)數(shù)次,棄去次氯酸鈉溶液,用無(wú)菌水洗滌3次,每次5 min;將上述滅菌的種子在超凈工作臺(tái)上剝?nèi)?nèi)外種皮,置于裝有MT培養(yǎng)基的試管中(26±1) ℃暗培養(yǎng),20 d后取上胚軸進(jìn)行試驗(yàn)。
添加不同濃度的6-BA和0.1 mg/L NAA到MT培養(yǎng)基配方中,研究各配方對(duì)檸檬上胚軸再生不定芽的影響。將切好的上胚軸莖段平放在培養(yǎng)基平板上,用Parafilm膜封口,在(26±1) ℃下暗培養(yǎng)10 d后轉(zhuǎn)至光照培養(yǎng),60 d后統(tǒng)計(jì)再生芽數(shù)量。
1.4農(nóng)桿菌的培養(yǎng)及浸染液的制備
參照王關(guān)林等[9]的方法進(jìn)行農(nóng)桿菌的培養(yǎng)及浸染液的制備。
1.5共培養(yǎng)
將農(nóng)桿菌侵染后的檸檬上胚軸切段置于干燥的無(wú)菌濾紙上,吸去切段上附著的農(nóng)桿菌菌液,然后將轉(zhuǎn)化后的切段置于覆蓋濾紙的共培養(yǎng)培養(yǎng)基上,采用Parafilm膜密封后置于22 ℃的培養(yǎng)箱中進(jìn)行暗培養(yǎng),分不同時(shí)間(0、2、3 d)統(tǒng)計(jì)再生芽數(shù)量。
1.6抗生素敏感性試驗(yàn)
檸檬上胚軸切段分別置于含不同濃度潮霉素(0、2.5、5.0、7.5、10.0 mg/L)的培養(yǎng)基上,(26±1) ℃下暗培養(yǎng)10 d,轉(zhuǎn)入14/10 h光周期條件下培養(yǎng)。每個(gè)處理3皿,每皿接入25個(gè)外植體,3次重復(fù),60 d后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)外植體的發(fā)芽數(shù)及再生頻率。
1.7農(nóng)桿菌菌液浸染試驗(yàn)
用MT懸浮培養(yǎng)基將上述培養(yǎng)好的農(nóng)桿菌菌液稀釋至所需濃度0~1.0(以OD600 nm值計(jì)算)。每個(gè)濃度梯度侵染至少25個(gè)外植體,3次重復(fù)。
1.8不定芽的再生及PCR鑒定
在添加潮霉素的MT培養(yǎng)基上篩選4個(gè)月后,將再生的不定芽(長(zhǎng)1 cm左右)切下,在溫室枳砧上嫁接。取再生植株的葉片,采用CTAB法提取其DNA。根據(jù)載體pCAMBIA1391Z上的GUS基因序列設(shè)計(jì)引物(GS1-5′GTCCTGTAGAAACCCCAACCCG 3′,GA1-5′CGCTAGTGCCTTGTCCAGTTGC 3′)。
1.9數(shù)據(jù)分析
所有處理的外植體每20 d繼代一次。再生頻率(再生頻率=生芽的外植體數(shù)/總外植體數(shù))數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)在轉(zhuǎn)化120 d后進(jìn)行。采用SAS 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,差異顯著性采用鄧肯氏新復(fù)極差法分析,百分?jǐn)?shù)經(jīng)過(guò)反正弦轉(zhuǎn)換后進(jìn)行分析。
2結(jié)果與分析
2.1不同濃度6-BA對(duì)檸檬上胚軸再生的影響
選用MT培養(yǎng)基為基本培養(yǎng)基,對(duì)添加不同濃度的6-BA和固定濃度NAA(0.1 mg/L)的培養(yǎng)基組合進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果(表1)表明,在不添加6-BA或6-BA含量為0.5 mg/L時(shí),檸檬上胚軸的再生率較低。MT培養(yǎng)基中添加1.0或1.5 mg/L的6-BA有利于檸檬不定芽的再生,再生率分別達(dá)68.3%和70.3%,但添加1.5 mg/L 6-BA導(dǎo)致部分再生芽畸形、叢生。隨著6-BA濃度的增加,這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重,添加2.0 mg/L 6-BA的培養(yǎng)基,產(chǎn)生的不定芽大部分畸形、叢生,不能再生。因此,選擇添加1.0 mg/L 6-BA的培養(yǎng)基為檸檬再生的誘導(dǎo)培養(yǎng)基。
2.2不同濃度潮霉素對(duì)檸檬上胚軸再生的影響
從表2可以看出,在誘導(dǎo)培養(yǎng)基中添加2.5 mg/L的潮霉素,對(duì)檸檬上胚軸不定芽的再生產(chǎn)生抑制作用,與不添加潮霉素相比,其不定芽再生率由50.7%下降為25.3%;在培養(yǎng)基中添加7.5 mg/L以上濃度的潮霉素,強(qiáng)烈抑制檸檬不定芽的再生。
2.3不同濃度農(nóng)桿菌對(duì)檸檬上胚軸再生的影響
農(nóng)桿菌菌液濃度對(duì)遺傳轉(zhuǎn)化的影響較大。菌液的濃度過(guò)低時(shí),沒(méi)有足夠的農(nóng)桿菌附著于外植體切口;菌液的濃度過(guò)高,導(dǎo)致外植體的切口褐化,影響不定芽的再生并導(dǎo)致農(nóng)桿菌的過(guò)度生長(zhǎng),增加后面組織培養(yǎng)抑菌的難度。
從表3可以看出,在OD600 nm值0~0.6的范圍內(nèi),隨著農(nóng)桿菌菌液濃度的增加,檸檬上胚軸的再生率不斷增加,在OD600 nm值為0.6時(shí),檸檬上胚軸再生率達(dá)到最大值,為12.0%;在OD600 nm值大于0.6之后,隨著農(nóng)桿菌菌液濃度的提高,檸檬上胚軸再生率呈下降趨勢(shì),而且外植體切口的褐化程度也不斷加深。因此,確定檸檬上胚軸轉(zhuǎn)化的最適宜農(nóng)桿菌菌液濃度為0.6(OD600 nm)。
2.4共培養(yǎng)時(shí)間對(duì)檸檬上胚軸再生的影響
在遺傳轉(zhuǎn)化后,將轉(zhuǎn)化的材料在22 ℃的條件下進(jìn)行共培養(yǎng)。從表4可以看出,轉(zhuǎn)化后共培養(yǎng)2~3 d,可以顯著提高檸檬上胚軸的再生率。但是隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng),容易造成農(nóng)桿菌的過(guò)度生長(zhǎng),造成污染,反而使再生率下降。
2.5再生植株的PCR鑒定
利用PCR技術(shù)對(duì)16株轉(zhuǎn)基因檸檬再生植株進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果(圖1)表明,其中有9株為陽(yáng)性植株,再生植株率為56%。
3小結(jié)與討論
柑橘遺傳轉(zhuǎn)化的環(huán)節(jié)比較多,影響其再生和轉(zhuǎn)化的因素也很多,植物激素的種類和濃度、共培養(yǎng)的條件、農(nóng)桿菌浸染的時(shí)間和濃度都會(huì)對(duì)再生頻率產(chǎn)生影響[9,10]。其中共培養(yǎng)是遺傳轉(zhuǎn)化中關(guān)鍵的一環(huán),共培養(yǎng)培養(yǎng)基的選擇、濾紙的使用、共培養(yǎng)時(shí)間的長(zhǎng)短、溫度的高低、轉(zhuǎn)化誘導(dǎo)物如乙酰丁香酮的使用與否都會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)化效率產(chǎn)生直接的影響[11]。
農(nóng)桿菌侵染外植體后,轉(zhuǎn)化不能立即發(fā)生,只有農(nóng)桿菌在創(chuàng)傷部位生存16 h才能誘發(fā)T-DNA的轉(zhuǎn)移和整合,完成轉(zhuǎn)化。理論上說(shuō),農(nóng)桿菌侵染的時(shí)間越長(zhǎng),發(fā)生轉(zhuǎn)化的頻率越高。但在實(shí)際操作中,農(nóng)桿菌侵染的時(shí)間過(guò)長(zhǎng),容易導(dǎo)致農(nóng)桿菌的過(guò)度生長(zhǎng),給隨后的組織培養(yǎng)和再生造成困難[12]。
本研究建立并優(yōu)化了檸檬的遺傳轉(zhuǎn)化體系,1.0 mg/L 6-BA和0.1 mg/L的NAA有利于檸檬上胚軸不定芽的再生,并且得到再生芽的質(zhì)量最佳。農(nóng)桿菌的浸染濃度以OD600 nm=0.6為最佳,浸染后共培養(yǎng)2 d,在含5.0 mg/L潮霉素的篩選培養(yǎng)基上篩選,有利于檸檬不定芽的再生率的提高。因?yàn)檗D(zhuǎn)基因載體所用的篩選標(biāo)記為潮霉素抗性基因,所以需要用潮霉素作為篩選抗生素,但是這種抗生素對(duì)柑橘的不定芽再生有一定的抑制作用。雖然較高濃度的潮霉素有利于篩選出抗性不定芽,但是也會(huì)強(qiáng)烈抑制不定芽的再生,因此選擇合適的潮霉素濃度,以保證在篩選效果和再生能力之間取得一個(gè)較好的平衡。該優(yōu)化遺傳轉(zhuǎn)化體系的建立,為利用檸檬在柑橘類植物中最不耐寒的特性,驗(yàn)證柑橘抗寒相關(guān)基因或啟動(dòng)子功能奠定基礎(chǔ)。
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檸檬上胚軸切段分別置于含不同濃度潮霉素(0、2.5、5.0、7.5、10.0 mg/L)的培養(yǎng)基上,(26±1) ℃下暗培養(yǎng)10 d,轉(zhuǎn)入14/10 h光周期條件下培養(yǎng)。每個(gè)處理3皿,每皿接入25個(gè)外植體,3次重復(fù),60 d后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)外植體的發(fā)芽數(shù)及再生頻率。
1.7農(nóng)桿菌菌液浸染試驗(yàn)
用MT懸浮培養(yǎng)基將上述培養(yǎng)好的農(nóng)桿菌菌液稀釋至所需濃度0~1.0(以OD600 nm值計(jì)算)。每個(gè)濃度梯度侵染至少25個(gè)外植體,3次重復(fù)。
1.8不定芽的再生及PCR鑒定
在添加潮霉素的MT培養(yǎng)基上篩選4個(gè)月后,將再生的不定芽(長(zhǎng)1 cm左右)切下,在溫室枳砧上嫁接。取再生植株的葉片,采用CTAB法提取其DNA。根據(jù)載體pCAMBIA1391Z上的GUS基因序列設(shè)計(jì)引物(GS1-5′GTCCTGTAGAAACCCCAACCCG 3′,GA1-5′CGCTAGTGCCTTGTCCAGTTGC 3′)。
1.9數(shù)據(jù)分析
所有處理的外植體每20 d繼代一次。再生頻率(再生頻率=生芽的外植體數(shù)/總外植體數(shù))數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)在轉(zhuǎn)化120 d后進(jìn)行。采用SAS 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,差異顯著性采用鄧肯氏新復(fù)極差法分析,百分?jǐn)?shù)經(jīng)過(guò)反正弦轉(zhuǎn)換后進(jìn)行分析。
2結(jié)果與分析
2.1不同濃度6-BA對(duì)檸檬上胚軸再生的影響
選用MT培養(yǎng)基為基本培養(yǎng)基,對(duì)添加不同濃度的6-BA和固定濃度NAA(0.1 mg/L)的培養(yǎng)基組合進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果(表1)表明,在不添加6-BA或6-BA含量為0.5 mg/L時(shí),檸檬上胚軸的再生率較低。MT培養(yǎng)基中添加1.0或1.5 mg/L的6-BA有利于檸檬不定芽的再生,再生率分別達(dá)68.3%和70.3%,但添加1.5 mg/L 6-BA導(dǎo)致部分再生芽畸形、叢生。隨著6-BA濃度的增加,這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重,添加2.0 mg/L 6-BA的培養(yǎng)基,產(chǎn)生的不定芽大部分畸形、叢生,不能再生。因此,選擇添加1.0 mg/L 6-BA的培養(yǎng)基為檸檬再生的誘導(dǎo)培養(yǎng)基。
2.2不同濃度潮霉素對(duì)檸檬上胚軸再生的影響
從表2可以看出,在誘導(dǎo)培養(yǎng)基中添加2.5 mg/L的潮霉素,對(duì)檸檬上胚軸不定芽的再生產(chǎn)生抑制作用,與不添加潮霉素相比,其不定芽再生率由50.7%下降為25.3%;在培養(yǎng)基中添加7.5 mg/L以上濃度的潮霉素,強(qiáng)烈抑制檸檬不定芽的再生。
2.3不同濃度農(nóng)桿菌對(duì)檸檬上胚軸再生的影響
農(nóng)桿菌菌液濃度對(duì)遺傳轉(zhuǎn)化的影響較大。菌液的濃度過(guò)低時(shí),沒(méi)有足夠的農(nóng)桿菌附著于外植體切口;菌液的濃度過(guò)高,導(dǎo)致外植體的切口褐化,影響不定芽的再生并導(dǎo)致農(nóng)桿菌的過(guò)度生長(zhǎng),增加后面組織培養(yǎng)抑菌的難度。
從表3可以看出,在OD600 nm值0~0.6的范圍內(nèi),隨著農(nóng)桿菌菌液濃度的增加,檸檬上胚軸的再生率不斷增加,在OD600 nm值為0.6時(shí),檸檬上胚軸再生率達(dá)到最大值,為12.0%;在OD600 nm值大于0.6之后,隨著農(nóng)桿菌菌液濃度的提高,檸檬上胚軸再生率呈下降趨勢(shì),而且外植體切口的褐化程度也不斷加深。因此,確定檸檬上胚軸轉(zhuǎn)化的最適宜農(nóng)桿菌菌液濃度為0.6(OD600 nm)。
2.4共培養(yǎng)時(shí)間對(duì)檸檬上胚軸再生的影響
在遺傳轉(zhuǎn)化后,將轉(zhuǎn)化的材料在22 ℃的條件下進(jìn)行共培養(yǎng)。從表4可以看出,轉(zhuǎn)化后共培養(yǎng)2~3 d,可以顯著提高檸檬上胚軸的再生率。但是隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng),容易造成農(nóng)桿菌的過(guò)度生長(zhǎng),造成污染,反而使再生率下降。
2.5再生植株的PCR鑒定
利用PCR技術(shù)對(duì)16株轉(zhuǎn)基因檸檬再生植株進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果(圖1)表明,其中有9株為陽(yáng)性植株,再生植株率為56%。
3小結(jié)與討論
柑橘遺傳轉(zhuǎn)化的環(huán)節(jié)比較多,影響其再生和轉(zhuǎn)化的因素也很多,植物激素的種類和濃度、共培養(yǎng)的條件、農(nóng)桿菌浸染的時(shí)間和濃度都會(huì)對(duì)再生頻率產(chǎn)生影響[9,10]。其中共培養(yǎng)是遺傳轉(zhuǎn)化中關(guān)鍵的一環(huán),共培養(yǎng)培養(yǎng)基的選擇、濾紙的使用、共培養(yǎng)時(shí)間的長(zhǎng)短、溫度的高低、轉(zhuǎn)化誘導(dǎo)物如乙酰丁香酮的使用與否都會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)化效率產(chǎn)生直接的影響[11]。
農(nóng)桿菌侵染外植體后,轉(zhuǎn)化不能立即發(fā)生,只有農(nóng)桿菌在創(chuàng)傷部位生存16 h才能誘發(fā)T-DNA的轉(zhuǎn)移和整合,完成轉(zhuǎn)化。理論上說(shuō),農(nóng)桿菌侵染的時(shí)間越長(zhǎng),發(fā)生轉(zhuǎn)化的頻率越高。但在實(shí)際操作中,農(nóng)桿菌侵染的時(shí)間過(guò)長(zhǎng),容易導(dǎo)致農(nóng)桿菌的過(guò)度生長(zhǎng),給隨后的組織培養(yǎng)和再生造成困難[12]。
本研究建立并優(yōu)化了檸檬的遺傳轉(zhuǎn)化體系,1.0 mg/L 6-BA和0.1 mg/L的NAA有利于檸檬上胚軸不定芽的再生,并且得到再生芽的質(zhì)量最佳。農(nóng)桿菌的浸染濃度以OD600 nm=0.6為最佳,浸染后共培養(yǎng)2 d,在含5.0 mg/L潮霉素的篩選培養(yǎng)基上篩選,有利于檸檬不定芽的再生率的提高。因?yàn)檗D(zhuǎn)基因載體所用的篩選標(biāo)記為潮霉素抗性基因,所以需要用潮霉素作為篩選抗生素,但是這種抗生素對(duì)柑橘的不定芽再生有一定的抑制作用。雖然較高濃度的潮霉素有利于篩選出抗性不定芽,但是也會(huì)強(qiáng)烈抑制不定芽的再生,因此選擇合適的潮霉素濃度,以保證在篩選效果和再生能力之間取得一個(gè)較好的平衡。該優(yōu)化遺傳轉(zhuǎn)化體系的建立,為利用檸檬在柑橘類植物中最不耐寒的特性,驗(yàn)證柑橘抗寒相關(guān)基因或啟動(dòng)子功能奠定基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
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檸檬上胚軸切段分別置于含不同濃度潮霉素(0、2.5、5.0、7.5、10.0 mg/L)的培養(yǎng)基上,(26±1) ℃下暗培養(yǎng)10 d,轉(zhuǎn)入14/10 h光周期條件下培養(yǎng)。每個(gè)處理3皿,每皿接入25個(gè)外植體,3次重復(fù),60 d后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)外植體的發(fā)芽數(shù)及再生頻率。
1.7農(nóng)桿菌菌液浸染試驗(yàn)
用MT懸浮培養(yǎng)基將上述培養(yǎng)好的農(nóng)桿菌菌液稀釋至所需濃度0~1.0(以OD600 nm值計(jì)算)。每個(gè)濃度梯度侵染至少25個(gè)外植體,3次重復(fù)。
1.8不定芽的再生及PCR鑒定
在添加潮霉素的MT培養(yǎng)基上篩選4個(gè)月后,將再生的不定芽(長(zhǎng)1 cm左右)切下,在溫室枳砧上嫁接。取再生植株的葉片,采用CTAB法提取其DNA。根據(jù)載體pCAMBIA1391Z上的GUS基因序列設(shè)計(jì)引物(GS1-5′GTCCTGTAGAAACCCCAACCCG 3′,GA1-5′CGCTAGTGCCTTGTCCAGTTGC 3′)。
1.9數(shù)據(jù)分析
所有處理的外植體每20 d繼代一次。再生頻率(再生頻率=生芽的外植體數(shù)/總外植體數(shù))數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)在轉(zhuǎn)化120 d后進(jìn)行。采用SAS 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,差異顯著性采用鄧肯氏新復(fù)極差法分析,百分?jǐn)?shù)經(jīng)過(guò)反正弦轉(zhuǎn)換后進(jìn)行分析。
2結(jié)果與分析
2.1不同濃度6-BA對(duì)檸檬上胚軸再生的影響
選用MT培養(yǎng)基為基本培養(yǎng)基,對(duì)添加不同濃度的6-BA和固定濃度NAA(0.1 mg/L)的培養(yǎng)基組合進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果(表1)表明,在不添加6-BA或6-BA含量為0.5 mg/L時(shí),檸檬上胚軸的再生率較低。MT培養(yǎng)基中添加1.0或1.5 mg/L的6-BA有利于檸檬不定芽的再生,再生率分別達(dá)68.3%和70.3%,但添加1.5 mg/L 6-BA導(dǎo)致部分再生芽畸形、叢生。隨著6-BA濃度的增加,這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重,添加2.0 mg/L 6-BA的培養(yǎng)基,產(chǎn)生的不定芽大部分畸形、叢生,不能再生。因此,選擇添加1.0 mg/L 6-BA的培養(yǎng)基為檸檬再生的誘導(dǎo)培養(yǎng)基。
2.2不同濃度潮霉素對(duì)檸檬上胚軸再生的影響
從表2可以看出,在誘導(dǎo)培養(yǎng)基中添加2.5 mg/L的潮霉素,對(duì)檸檬上胚軸不定芽的再生產(chǎn)生抑制作用,與不添加潮霉素相比,其不定芽再生率由50.7%下降為25.3%;在培養(yǎng)基中添加7.5 mg/L以上濃度的潮霉素,強(qiáng)烈抑制檸檬不定芽的再生。
2.3不同濃度農(nóng)桿菌對(duì)檸檬上胚軸再生的影響
農(nóng)桿菌菌液濃度對(duì)遺傳轉(zhuǎn)化的影響較大。菌液的濃度過(guò)低時(shí),沒(méi)有足夠的農(nóng)桿菌附著于外植體切口;菌液的濃度過(guò)高,導(dǎo)致外植體的切口褐化,影響不定芽的再生并導(dǎo)致農(nóng)桿菌的過(guò)度生長(zhǎng),增加后面組織培養(yǎng)抑菌的難度。
從表3可以看出,在OD600 nm值0~0.6的范圍內(nèi),隨著農(nóng)桿菌菌液濃度的增加,檸檬上胚軸的再生率不斷增加,在OD600 nm值為0.6時(shí),檸檬上胚軸再生率達(dá)到最大值,為12.0%;在OD600 nm值大于0.6之后,隨著農(nóng)桿菌菌液濃度的提高,檸檬上胚軸再生率呈下降趨勢(shì),而且外植體切口的褐化程度也不斷加深。因此,確定檸檬上胚軸轉(zhuǎn)化的最適宜農(nóng)桿菌菌液濃度為0.6(OD600 nm)。
2.4共培養(yǎng)時(shí)間對(duì)檸檬上胚軸再生的影響
在遺傳轉(zhuǎn)化后,將轉(zhuǎn)化的材料在22 ℃的條件下進(jìn)行共培養(yǎng)。從表4可以看出,轉(zhuǎn)化后共培養(yǎng)2~3 d,可以顯著提高檸檬上胚軸的再生率。但是隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng),容易造成農(nóng)桿菌的過(guò)度生長(zhǎng),造成污染,反而使再生率下降。
2.5再生植株的PCR鑒定
利用PCR技術(shù)對(duì)16株轉(zhuǎn)基因檸檬再生植株進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果(圖1)表明,其中有9株為陽(yáng)性植株,再生植株率為56%。
3小結(jié)與討論
柑橘遺傳轉(zhuǎn)化的環(huán)節(jié)比較多,影響其再生和轉(zhuǎn)化的因素也很多,植物激素的種類和濃度、共培養(yǎng)的條件、農(nóng)桿菌浸染的時(shí)間和濃度都會(huì)對(duì)再生頻率產(chǎn)生影響[9,10]。其中共培養(yǎng)是遺傳轉(zhuǎn)化中關(guān)鍵的一環(huán),共培養(yǎng)培養(yǎng)基的選擇、濾紙的使用、共培養(yǎng)時(shí)間的長(zhǎng)短、溫度的高低、轉(zhuǎn)化誘導(dǎo)物如乙酰丁香酮的使用與否都會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)化效率產(chǎn)生直接的影響[11]。
農(nóng)桿菌侵染外植體后,轉(zhuǎn)化不能立即發(fā)生,只有農(nóng)桿菌在創(chuàng)傷部位生存16 h才能誘發(fā)T-DNA的轉(zhuǎn)移和整合,完成轉(zhuǎn)化。理論上說(shuō),農(nóng)桿菌侵染的時(shí)間越長(zhǎng),發(fā)生轉(zhuǎn)化的頻率越高。但在實(shí)際操作中,農(nóng)桿菌侵染的時(shí)間過(guò)長(zhǎng),容易導(dǎo)致農(nóng)桿菌的過(guò)度生長(zhǎng),給隨后的組織培養(yǎng)和再生造成困難[12]。
本研究建立并優(yōu)化了檸檬的遺傳轉(zhuǎn)化體系,1.0 mg/L 6-BA和0.1 mg/L的NAA有利于檸檬上胚軸不定芽的再生,并且得到再生芽的質(zhì)量最佳。農(nóng)桿菌的浸染濃度以OD600 nm=0.6為最佳,浸染后共培養(yǎng)2 d,在含5.0 mg/L潮霉素的篩選培養(yǎng)基上篩選,有利于檸檬不定芽的再生率的提高。因?yàn)檗D(zhuǎn)基因載體所用的篩選標(biāo)記為潮霉素抗性基因,所以需要用潮霉素作為篩選抗生素,但是這種抗生素對(duì)柑橘的不定芽再生有一定的抑制作用。雖然較高濃度的潮霉素有利于篩選出抗性不定芽,但是也會(huì)強(qiáng)烈抑制不定芽的再生,因此選擇合適的潮霉素濃度,以保證在篩選效果和再生能力之間取得一個(gè)較好的平衡。該優(yōu)化遺傳轉(zhuǎn)化體系的建立,為利用檸檬在柑橘類植物中最不耐寒的特性,驗(yàn)證柑橘抗寒相關(guān)基因或啟動(dòng)子功能奠定基礎(chǔ)。
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