红豆杉紫杉烷14β-羟基化酶基因植物表达载体的构建及转化的研究

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dabei008
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紫杉醇(taxol)首次从短叶红豆杉(Taxus Brevifolia Nutt)树皮中分离得到,是迄今为止少数几个最具抗癌活性的天然化合物之一,对卵巢癌、乳腺癌等均有显著疗效。由于紫杉醇在植物体内的含量相当低,而且红豆杉属植物生长缓慢,这对紫杉醇的进一步开发利用造成了很大的困难。C-14氧取代紫杉烷类化合物具有与紫杉醇共同的生物合成前体,且含量较高,有望通过基因调控的手段在降低C-14氧取代紫杉烷类的同时提高包括紫杉醇在内的C-13氧取代紫杉烷类的合成水平。反义RNA和RNA干扰(RNAi)技术是目前研究植物基因功能较为常用和有效的方法,RNA干扰更是一种研究基因功能的重要新工具。紫杉烷14β-羟基化酶(14OH)存在于紫杉醇类物质生物合成的分支途径中,为此本文利用反义RNA和RNA干扰技术对红豆杉细胞内14β-羟基化酶基因进行调控,其目的是抑制甚至沉默该基因,从而对其效应及基因功能进行研究分析;同时,在前人的基础上优化红豆杉细胞系的培养条件和再生体系,并对其遗传转化体系进行了初步研究。本文主要研究内容和研究结果如下:(1)红豆杉含有大量多糖多酚类物质,提取基因组总DNA时采用了改良方法,避免了酚类物质与DNA结合,提高了提取效果。(2)本研究克隆得到14OH基因915bp的DNA片段,将它与报道的14OH基因进行同源性比较后发现16个碱基有差异,同源性为98.3%。(3)红豆杉离体培养细胞在增殖过程中,自身富含的酚类被氧化成醌类物质,导致细胞褐变甚至死亡,在与农杆菌共培养时褐变现象更为严重。本研究采用定期进行继代更换新鲜培养基,同时在培养基中加入适量的PVPP抗氧化剂的方法防止褐变,使细胞保持良好的生长活力。(4)红豆杉再生体系构建研究表明,在体细胞胚胎发生中外植体的选择(本试验中具体指未成熟胚的发育阶段)对体细胞胚胎的诱导起着重要作用;同时,利用器官发生的分化途径再生红豆杉植株效率很低,有待于进一步探索。(5)本研究利用反义RNA和RNAi技术成功地抑制了红豆杉细胞中紫杉烷14β-羟基化酶基因的表达。其中RNA干扰技术对目的基因的抑制效果优于反义RNA技术,且特异性高的RNAi植物表达载体pZ14b的抑制效率明显高于pZ14a。(6)比较质粒浸泡法直接对红豆杉进行遗传转化和工程农杆菌的植物遗传转化,前者效果明显好于后者,基本上使目的基因完全沉默不表达。(7)化学成分分析证实了紫杉烷14β-羟基化酶基因在紫杉烷类生物合成调控中的重要作用:紫杉烷14β-羟基化酶基因表达受抑制后C-14氧取代的紫杉烷类合成降低。
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