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马铃薯(Solanum tuberosum L.)是目前世界上位居第四的粮食作物,也是中国的重要粮、菜作物。马铃薯晚疫病是由疫霉菌引起的一种严重性病害,已成为制约马铃薯生产的主要因素。
将外源基因通过基因工程技术导入受体植物体内,从而改良植物品种,提高植物抗病虫害的能力,以达到提高生物产量的目的,可方便快捷地解决常规育种无法解决的问题。本研究拟用转基因技术解决马铃薯晚疫病问题,为获得抗晚疫病的转基因马铃薯新品系,构建了以草甘膦抗性基因5-烯醇丙酮酰-莽草酸-3-磷酸合成酶基因(5-enolpyruvyl-shikimate-3-phosphate synthase EPSP)为筛选标记的萝卜抗菌肽基因(antifungal protein gene AFP)及花生芪合酶基因(Stilbene synthase gene STS)的植物表达载体pCAM-EPSPS-AFP及pCAM-EPSPS-STS。利用农杆菌介导法,以微型薯薯片为外植体,将萝卜抗菌肽基因(AFP)及花生芪合酶基因(SIS)导入马铃薯栽培品种夏波蒂(Shepody)中。通过草甘膦抗性筛选和PCR检测初步鉴定出转萝卜AFP基因试管苗4株(编号为A1,A2,A3,A5)及转花生STS基因试管苗4株(编号为R1,R3,R4,R5)。将转基因阳性植株试管苗通过黑暗诱导得到转基因微型薯,将其在田间种植得到完整的转基因马铃薯植株。
晚疫病菌选用近年来甘肃省马铃薯晚疫病优势小种4.6.7.11,采用离体叶片接种法,鉴定转基因马铃薯的抗晚疫病效果,结果转萝卜AFP基因的4个无性系植株的抗病性均有一定程度的提高且发病时间推迟。转花生STS基因的4个无性系植株R1,R4表现出中度抗病,而R3,R5两株与对照相比无显著差异。
田间马铃薯经3个月的生长后成熟,收获T0代转基因马铃薯,其小薯的形态特征无明显变化。再经薯片鉴定法鉴定其抗晚疫病能力,结果A1,A3,R1,R4抗病能力有一定的提高,A2,A5,R3,R5与对照组无明显差别。将收获的小薯在4℃保存,3个月后将其在温室中播种得到T1代转基因马铃薯植株,其形态特征与野生型无显著性差异,经整株抗病性鉴定后,A1,A2,A3,A5,R1,R4的抗病性有所提高。取田间转基因植株幼嫩叶片提取DNA,通过PCR及测序检测证实萝卜AFP基因已插入到A1,A2,A3,A5无性系马铃薯基因组中。通过PCR及连接测序证实花生STS基因已插入到R1,R4植株的基因组中。综合考虑转基因植株的抗病性鉴定及分子生物学鉴定,筛选出4个抗晚疫病无性系转基因马铃薯植株(A1、A3、R1和R4)。
本研究通过优化微型薯诱导条件,得到了一批转基因微型薯,通过田间种植,发芽生长8周后获得了一批抗晚疫病的转基因马铃薯植株。有望经过田间筛选及转基因植物安全监测评估,解决马铃薯生产上的问题。