藻类耐盐基因的克隆及转化棉花的初步研究

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目前盐碱地面积日益扩大,改良和培育耐盐碱的作物,有效开发利用盐碱地已成为世界性研究课题。棉花是典型的耐盐碱的先锋作物,但是目前生产上推广的耐盐棉花品种仍比较缺乏,挖掘耐盐基因,通过转基因技术改良棉花的耐盐能力,培育棉花耐盐品种显得尤为重要。本研究以海带(Laminaria japonica)配子体和杜氏盐藻(Dunaliella salina)为实验材料,通过NCBI核酸数据库筛选到两个耐盐相关基因完整序列信息,分别是海带的碳酸酐酶基因(CA)和杜氏盐藻的甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因(GAPDH)。利用RT-PCR技术克隆了耐盐相关基因的ORF全长,并对其进行了生物信息学分析,利用绿色荧光蛋白(GFP)对其基因进行亚细胞定位,检测了26种棉花材料花粉的自发绿色荧光现象,并利用基因枪进行了花粉瞬时表达分析和大田棉花活体转化,对收获的T0代部分种子进行了耐盐性筛选和分子检测。主要研究成果如下:1获得两个耐盐相关基因完整ORF通过NCBI核酸数据库筛选到两个耐盐相关基因(海带和杜氏盐藻各一个基因)完整序列信息,利用RT-PCR技术克隆了2个耐盐相关基因的ORF全长,其中海带CA基因完整开放阅读框873bp,编码290个氨基酸。杜氏盐藻GAPDH基因完整开放阅读框1131bp,编码376个氨基酸。2生物信息学分析生物信息学分析表明,CA基因编码蛋白与杜氏盐藻、水稻、苜蓿中华根瘤菌、大麻哈鱼的相似性分别为89%、79%、78%、70%,系统发育树结果显示CA与杜氏盐藻的进化距离最近。二级结构预测显示,该蛋白由α-螺旋、β-折叠、转角和无规则卷曲组成。GAPDH基因编码蛋白与拟南芥、蒺藜苜蓿、玉米和葡萄的同源性达到90%、92%、96%和97%。系统发育树结果表明,GAPDH与团藻的进化距离较近。3基因编码蛋白的亚细胞定位构建绿色荧光融合表达载体(pBI121-CA::GFP和pBI121-GAPDH::GFP),基因枪转化洋葱内表皮细胞,发现CA基因编码蛋白定位于细胞核膜上,GAPDH基因编码蛋白定位于细胞膜上。4棉花花粉瞬时表达分析首先检测26种棉花花粉自发绿色荧光现象,其中23种自发绿色荧光强的材料被淘汰,三种自发绿色荧光弱的材料用基因枪活体转化CA基因进行瞬时表达分析,结果表明三种材料的绿色荧光均增强,证明了便携式基因枪活体转化花粉获得转基因植株的可行性,并为下步实验打下基础。5基因枪活体转化棉花构建植物超表达载体(pBI121-CA和pBI121-GAPDH),基因枪活体转化大田抗虫棉和非抗虫棉材料,收获转CA基因T0代棉桃41个,成铃率达13.1%,收获转GAPDH基因T0代棉桃348个,成铃率达16.9%。6收获的T0代部分种子耐盐性筛选采用双夹层滤纸法,0.8%NaCl溶液进行了耐盐性检测,其中检测162粒转CA基因种子,发芽率达22.2%,检测490粒转GAPDH基因种子,发芽率达16.3%,对照组检测120粒,发芽率为0.08%。7分子检测耐盐性检测后,发芽的和未发芽的种子然后进行育苗和移栽于温室大棚,进一步分子检测,检测到转化CA基因有特异性条带的是12株,转化效率是7.4%,转化GAPDH基因有特异性条带的是26株,转化效率是5.3%;挑选转GAPDH基因2个比较亮的条带,PCR产物直接测序验证,通过比对分析测序结果,表明该两株棉花是阳性植株且耐盐性有了提高。
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