乙酰丁香酮对不同糯玉米受体系统遗传转化的影响
2022-03-08
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2013年26卷3期 西南农业学报 V01.26 N 3 Southwest China Journal of Agricultural Sciences 文章编号:1001—4829(2013)03—0899—04 乙酰丁香酮对不同糯玉米受体系统遗传转化的影响 郭新梅 ,车昕明 ,裴玉贺 ,宋希云h (1.青岛农业大学农学与植物保护学院,山东青岛266109;2.山东登海种业股份有限公司/山东省玉米育种与栽培技术企业重点 实验室,山东莱州261448) 摘要:乙酰丁香酮(AS)对农杆菌介导的遗传转化有着重要的影响,为提高糯玉米遗传转化率,本试验以莱农糯38的茎尖和幼胚 愈伤组织为受体材料,比较悬浮培养基的pH,乙酰丁香酮添加方式及浓度对格玉米遗传转化的影响。结果表明:悬浮培养基pH 为5.2,在伤口处滴加2 浓度为150 p.mol/L的As能显著提高糯玉米茎尖转化的效率。玉米愈伤转化中,在侵染液中添加5 ms/ L的AS能显著提高抗性愈伤率。 关键词:受体系统;乙酰丁香酮;添加方式;转化率 中图分类号:¥513 文献标识码:A Effect of Acetosyringone on Genetic Transformation of Receptor System of Diferent Waxy Maizes GUO Xin-mei ・ ,CHE Xin—ming ,PEI Yu-he‘,SONG Xi—yun (1.CoHege ofAgronomy and Plnat Protection,Qingdao Agricultural University,Shandong Qingdao 266109,China;2.Shandong Provincial Key Laboratory of Com Breeding and Cultivation Technology,Shandong Denghai Seeds Co.Ltd,Shandong Laizhou 261448,China) Abstract:Acetosyringone(AS)plays an important role on maize genetic transformation ofthe agrobacterium—mediated genetic transformation system.In order to improve the transformation frequency ofwaxy maize.taken the callus and shoot tips ofLainongnuo38 as receptom materi・ al8,the effects of pH value of infection medium,adding ways and dosages of AS on the genetic transformation of waxy maize were studied. The results showed that when pH value w885.2 in infection medium,dropping2 AS(with a concentration fo 150 p.mol/L)on the wound of shoot tips,the transformation f ̄[uency of shoot tips was signiifcantly enhanced,while during callus transformation,adding5 mg/L AS to infection medium of callus,the frequency of ersistant callus was signiifcantly enhanced. Key words:Receptor system;Acetsoyringone;Added method;Transformation frequency 根癌农杆菌介导的遗传转化是最经济有效的遗 移所必需的,并能提高其转化频率。至此,AS被广 传转化手段之一。研究证明,农杆菌对酚类化合物 泛使用在农杆菌侵染的遗传转化体系中。 具有趋化性,而且叶子的受伤部分与非受伤部分对 AS在促进植物转化率方面,不同的植物或相同 比有明显的诱导作用¨-2]。1988年Owens等 混 植物的不同植株或不同组织间,其促进作用不近相 合农杆菌菌株与酚类化合物转化大豆细胞,发现酚 同。究其原因,除了AS浓度不同、植物基因型差异 类化合物的加入能够提高大豆细胞的转化率。许耀 和农杆菌菌株致毒力强弱外,植物个体差异也会给 等l4 证明受AS等创伤诱导分子激活的vir区基因 研究结果产生很大影响 J。在农杆菌侵染玉米的 的活化和高效表达是农杆菌Ti质粒向宿主细胞转 遗传转化中通常在菌液、共培养基以及在菌液和共 收稿日期:2012—08一Ol 培养基中共同加入100 ̄mol/L AS-6-7]。王宏伟 基金项目:“十二五”国家科技支撑计划(2011BAD35B01);山东 等 认为共培养基中添加200 p ̄moL/L乙酰丁香酮 省泰山学者岗位(作物栽培与育种学);山东省现代农业产业技 术体系创新团队项目;青岛市科技计划基础研究项目(12一1.4-5- (AS)对提高玉米愈伤组织的转化率是必要的。梁 (11)-jch);青岛农业大学高层次人才启动基金项目(630740); 广东 研究表明自交系KIO玉米芽尖在乙酰丁香 山东省玉米育种与栽培技术企业重点实验室 作者简介:郭新梅(1978一),女,河南鲁山人,博士,主要从事玉 酮浓度为lO0 p ̄ol/L、0.05个大气压下真空处理时 米生物技术育种研究工作,・为通讯作者,E—mail:songxy@qau. 转化率最高。姬丹丹H 研究证明大豆萌动胚浸在 edu.en。 含200 p ̄mol/L乙酰丁香酮的农杆菌悬浮培养液时, 西南农业学报 26卷 转化率较高。杨秀荣等¨ 在双子叶植物甘薯中比 较了3种常用的AS使用方式后,发现在甘薯茎段 两端处各滴加2 Ixl 200 i ̄mol/L AS能提转化频率提 中添加0、5、l0、15和20 mg/L乙酰丁香酮,浸泡愈 伤组织10 min,25℃共培养3 d后,转入筛选培养基 进行培养,观察玉米愈伤组织的生长情况,统计抗性 高1.75倍。本实验以玉米茎尖和幼胚愈伤组织为 转化受体,研究了悬浮培养基pH值及乙酰丁香酮 的处理方式及浓度对提高遗传转化率的影响,以期 建立和优化高效的农杆菌介导的糯玉米的遗传转化 愈伤组织率。每个处理接种3O个Ⅱ型愈伤组织,3 次重复。 . -1.2.5转化植株的PER检测用CTAB法提取转 基因玉米再生植株及对照自交系基因组DNA,进行 技术方法和体系。 1材料与方法 1.1供试材料 本试验所用的材料为糯玉米自交系莱农糯38; 农杆菌菌株为EHA105;表达载体为pATC940(由中 国农业科学院王斌教授惠赠),以Kan抗性基因作 为抗性筛选基因。 1.2试验方法 1.2.1 受体材料的制备玉米芽尖的制备及农杆 菌的培养参照文献[12],幼胚愈伤组织的培养参考 文献[13]。 1.2.2 悬浮培养基的制备悬浮培养基为MS培 养基+2%蔗糖+1%葡萄糖+水解酪蛋白0.2 g/ L,pH值分别为5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.6。 1.2.3玉米茎尖转化中AS的添加方式(a)悬浮 培养基中添加不同浓度的As。农杆菌培养至OD600 为0.7时,收集菌体,重新悬浮在添加了0、20、40、 6O、80、100和120 mg/L AS的悬浮培养基中,制备 成侵染液1。将玉米茎尖浸泡在侵染液1中,10— 13 rain后转入28℃共培养3 d,再转入MS筛选培 养基进行培养,2周后统计抗性植株数。(b)农杆菌 培养过程中添加不同浓度的AS。农杆菌培养过程 中在培养基内添加0、20、40、60、80、100、120 mg/L 的As,当其菌液浓度OD咖为0.7时,收集菌体用 pH为5.2的悬浮培养基重悬制备成侵染液2。将 玉米茎尖浸泡在侵染液2中,10—13 min后转入28 ℃共培养3 d,再转人MS筛选培养基进行筛选,2周 后统计抗性植株数。(c)农杆菌侵染后在伤口处滴 加As。农杆菌培养至OD6o0为0.7时,收集菌体,重 新悬浮在pH为5.2的悬浮培养基中,制备成侵染 液3。将玉米茎尖浸泡在侵染液3中,10—13 min 后在伤口处滴加2 l浓度为0、50、100、150、200、 250 ̄mol/L即0、9.81、19.62、29.43、39.24和49. 05 mg/L的AS进行共培养3 d。转入MS筛选培养 基进行筛选,2周后统计抗性植株数。 1.2.4愈伤组织转化中AS的添加浓度农杆菌 培养至OD鲫为0.7时,收集菌体,重新悬浮在pH 为5.2的悬浮培养基中,制备成侵染液4,在侵染液 PCR扩增。引物由上海生工生物技术有限公司合 成,序列如下。 5 引物:n GET ACG GGA TGC TAG GC;3 引 物:TCA TAC I’IIA GAC TGT CAG TC。 2结果与分析 2.1悬浮培养基pH值对遗传转化效率的影响 悬浮培养基的pH值对As的诱导效果有很大 的影响,不同的pH值产生不同的诱导效果(图1)。 随着悬浮培养基pH值的升高,抗性植株的数量不 断增加,pH值为5.2时,抗性植株率最大,达到4.7 %;当pH大于5.2后,抗性植株数不断降低,在pH 值为5.6时,产生抗性植株的数量显著减少。 2.2茎尖转化中AS的不同添加方式及浓度对转 化效果的影响 AS属酚类化合物,添加适量的AS可促进农杆 菌对植物细胞的附着,也可激活农杆菌质粒上的Vir 基因活化和表达,提高转化率。在农杆菌培养过程 中添加AS,农杆菌生长缓慢。仅在AS添加浓度为 0、20 mg/L时,产生少量抗性植株,随着添加AS浓 度的升高,获得抗性植株的数量迅速减少,在AS浓 度为40 mg/L时,不能获得任何抗性植株(图2)。 农杆菌悬浮培养液中加入AS后,随着AS浓度 不断升高获得抗性植株数量显著增加,在AS浓度 为60 mg/L时,获得的抗性植株数量最多,抗性植株 率达到5%;之后随着AS浓度的增大获得抗性植 株的数量显著降低,当AS浓度为120 mg/L时,不 产生抗性植株(图2)。 图中大写字母表示l%水平差异显著性。下表、图相同 图1悬浮培养基oH值对转化效率的影响 Fig.1 Effect ofpH value ofthe suspension medium on transformation 3期 6 5 郭新梅等:乙酰丁香酮对不同糯玉米受体系统遗传转化的影响 1000 bp 9O0 bp 静4 疑1 0 M.DNA Marker;1.空白;2.质粒DNA;3—4.非转化植株;5.阳性 转化植株 图3抗性植株PCR检测 图2 AS的不同添加方式及浓度对遗传转化的影响 Fg.2 Effect of concentration and adding method of AS on transformation Fig.3 PCR assay of transgenic plants 在农杆菌侵染后的芽尖伤口处滴加不同浓度 以植株总DNA为模板,以质粒DNA为阳性对照,未 转化玉米植株DNA为阴性对照,利用农杆菌质粒 AS能够明显提高抗性植株的数量。AS浓度为O一 150 I.Lmol/L时,随着AS浓度升高抗性植株数量增 加,转化效率显著增大,在As浓度为150 I ̄mol/L 时,获得的抗性植株数量极显著高于其它处理浓度, 抗性植株率达到6%;之后随着AS浓度的增大获 得抗性植株的数量随之减少,当AS浓度为250 p ̄oL/L时,仅产生少量抗性植株(表1)。 2.3幼胚愈伤组织转化中AS浓度对转化效果的 影响 玉米愈伤组织的遗传转化中,在侵染液加入不 同浓度的AS,抗性愈伤组织数不同(表2)。AS浓度为 5 L时,抗性愈伤最多,抗性愈伤诱导率极显著地高 于其他处理浓度,达到15.56%;当AS浓度大于5 mg/ L,抗性愈伤诱导率随AS浓度升高而下降。 2.4转基因植株的PCR检测 将得到的莱农糯38的抗性植株提取总DNA, 表1玉米伤口处滴加AS对遗传转化的影响 Table 1 Effect of adding AS in maize wound on transformation 表2 AS浓度对愈伤遗传转化效率的影响 Table 2 E t8 0f AS concentration On callU8 transformation PCR反应体系对获得的抗性植株基因组DNA进行 PCR扩增检测,检测结果(图3)表明,阳性对照和阳 性植株扩增出900 bp的目的条带,阴性对照没有扩 增出相应条带,初步证明外源基因已经导人莱农糯 38。 3讨论与结论 3.1 悬浮培养基pH值对遗传转化效率的影响 Holford等 研究表明,AS的诱导效果与培养 基的pH值有关,pH值为5.2时转化效果最好。同 时,毕瑞明等 引、郝贵霞等n引、凌键等 ’ 的研究中 也有类似报道,认为AS在较低的pH值环境中,可 使农杆菌及其内含的质粒产生一系列反应,诱导并 激活Vir区基因,使其表达,从而导致了转化事件的 发生,提高转化效率。本试验中,悬浮培养基pH为 5.2时转化率最高,与前人结果一致。 3.2 AS的不同添加方式及浓度对转化效果的影响 Stachel等发现烟草叶子的受伤部分比非受伤 叶子具有明显的诱导作用,并从受伤植物细胞中分 离提取出了AS,还证明了它是 基因天然的诱导 剂-2 J。双子叶植物在农杆菌侵染时自身细胞可以 诱导产生大量的AS,实现T—DNA成功的导人,而单 子叶植物需要加人外源的酚类物质AS,才能激活 vir区的基因。 本试验比较了糯玉米遗传转化中常用的2种受 体系统,研究发现茎尖转化中,侵染液中添加6o mg/L AS能够显著提高抗性植株率,而玉米愈伤组 织的遗传转化中,侵染液中添加5 mg/L的AS能显 著提高抗性愈伤率。本研究认为,不同的受体材料 对外源物质的耐受程度不同。愈伤组织是经脱分化 产生的细胞聚集体,对外界环境及添加物的变化较 敏感,因而其AS的最适添加量低于茎尖受体。另 外,在茎尖转化体系中,采用农杆菌侵染后在伤口处 滴加2 l 150 pLmol/L AS比在侵染液中添加As有 更好的转化效率。因此,不同的受体材料,AS的添 加方式和浓度不同,应根据实验材料采用不同的方 西南农业学报 26卷 法。 [7]孙传波,曲文利,姜志磊,等.农杆菌介导向玉米茎尖导入HAL 1 基因的初步研究[J].玉米科学,2009,17(6):32—34. [8]王宏伟,梁业红,史振声,等.共培养环境对玉米遗传转化的影 响[J].西北农业学报,2011,20(9):40-42. 在对AS使用浓度对玉米遗传转化率的影响中 发现,当其使用浓度低于最佳浓度时,抗性植株的数 量随着AS浓度的增大而增加,当其使用浓度高于 [9]梁广东,卢翠华,王振华,等.农杆菌侵染玉米芽尖转化Bc- WRKY1转录因子基因的初报[J].玉米科学,2011,19(3):56— 58. 最佳浓度时,抗性植株的数量随着AS浓度的增大 而减小。这可能是在侵染过程中,通过添加适当浓 度AS可以诱导侵人玉米愈伤的农杆菌陆基因表 达,显著提高玉米抗性植株的诱导率,由于AS是一 种酚类物质,浓度过高不仅影响农杆菌活性,对植物 [10]姬丹丹,王鹏,向凤宁.大豆外源基因转化体系建立及条件 平,等.乙酰丁香酮对根癌农杆菌介导的 优化研究[J].山东大学学报(理学版),2011,46(5):116—122. [11]杨秀荣,陈永文,方甘薯遗传转化的影响[J].西南师范大学学报(自然科学版), 外植体细胞亦有一定损伤,因而,当AS浓度过高时 导致转化效率下降。 参考文献: [1]Shaw C H,Watson M D,Carter G H,et 1a.The irght hand copy of the nopaline Ti-plasmid 25 bp repeat is required for tumoufformation [J].Nucleic Acids Res,1984,12(15):6031—6041. [2]Stachel S E,Messens E,van Montagu M V,et a1.Identiifcation of the signal molecules produced by wounded plnat cells that activate T- DNA transfer in Agrobacterium tumefaeiens[J].Nature,1985,318 (6047):625—629. 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