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基因打靶是反向遗传学基因功能研究的重要工具,但在植物转基因过程中,外源基因绝大多数随机插入基因组中,通过同源重组定向插入的概率极低。近年来虽采用了多种方法提高基因打靶的效率,目前仍没有达到实用水平。酿酒酵母转基因主要通过同源重组的方式整合到基因组中,因而具有很高的打靶效率。把酵母等生物的同源重组机制引入植物可能是提高植物基因打靶效率的有效的途径。Rad52蛋白是酵母与同源重组有关的关键酶,而绝大多数植物缺乏Rad52蛋白。本研究的主要目的就是从酵母中克隆出Rad52基因,并把它导入到模式植物拟南芥中,以便进一步研充Rad52基因对植物同源重组及基因打靶效率的影响。
目前植物基因打靶的效率非常低,研究基因打靶需要建立非常有效的植物转基因体系。拟南芥转基因可以采用活体(原位)转化法,在转化阶段可以完全不依赖组织培养技术,转化步骤简单、高效。但转基因种子的筛选基本上还依赖于无菌培养,工作量比较大,而且容易污染,造成实验材料的损失。本研究在前人技术的基础上,着重对种子筛选技术做了改进,提出了三种不依赖于无菌培养的简单、可靠和高效的转基因种子筛选方法。
本研究的主要结果如下:
1.从酵母基因组中克隆出同源重组关键基因Rad52,构建出农杆菌双元载体,并用农杆菌介导的浸花法导入拟南芥野生生态型Columbia。获得的转基因植株经PCR鉴定证实,Rad52基因已整合到基因组中。
2.提出了三种不依赖无菌培养的拟南芥转基因种子筛选方法。其一是滤纸发芽筛选法,转基因种子在含有筛选剂的1/4MS大量元素液体的滤纸上进行发芽筛选。其二是水琼脂发芽筛选法,用含筛选剂的1/4MS大量元素加0.8%的琼脂固化,由于水琼脂不含蔗糖和其他有机物质,加上抗菌素的作用,细菌不会在短期内繁殖,真菌的繁殖也很有限,从而实现非无菌操作筛选。其三是筛选剂浸种筛选法,让转基因种子在低温处理和萌发阶段在含筛选剂的1/4MS大量元素的液体中进行,刚萌发的种子转移到营养土中。三种方法与已有的方法相比都有简单、可靠、高效的特点,解决了拟南芥转化技术中的一个瓶颈问题。