菜豆胚轴再生机理及遗传转化的研究

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菜豆(Phaseolus vulgaris L.)为菜豆属栽培最广的一种作物,营养丰富,味道鲜美,深受消费者喜爱。然而菜豆由于再生能力有限和DNA转移率低,难以进行遗传转化。再生体系构建作为遗传转化的基础,建立高效稳定的菜豆再生体系首先要明确再生机理,才能建立稳定的再生体系。本研究将胚轴接种在芽诱导培养基上,分别在0、3、7 d取样进行转录组测序。发现植物信号转导途径在胚轴不定芽再生中起着重要的作用,因此研究了细胞分裂素6-BA以及乙烯抑制剂硝酸银对胚轴不定芽再生的影响,添加不同浓度的IBA,探究其对不定芽生根的诱导效果,另外,进行了遗传转化体系的初步探索,为后续菜豆转化研究提供参考,结果如下:1.P16165胚轴作为外植体接种在培养基上,培养0 d、3 d、7 d后取样,进行转录组测序。D3vs.D0、D7vs.D0以及D7vs.D3分别有8414、3122、9518个差异基因,其中共有差异表达基因1312个,这些基因在胚轴芽诱导过程中表达活跃,推测这些基因与胚轴分化不定芽过程相关。在植物信号转导途径中,存在73个显著差异表达基因。发现24个差异基因与生长素相关,这些基因分别属于GH3基因家族(2个)、ARF基因家族(3个)、AUX/IAA基因家族(6个)、SAUR基因家族(13个);2个基因与细胞分裂素相关,分别为ARR-B和AHK基因家族;5个与乙烯信号转导相关,为CTR1基因家族;19个与转录因子相关,有b ZIP转录因子、b HLH转录因子、GRAS转录因子、AP2/ERF转录因子,众多基因相互作用、共同调控植物激素发生极其活跃和复杂的变化。2.以菜豆胚轴为外植体,探究了P16165、A18和44-1的胚轴不定芽再生情况,发现P16165不定芽再生率和平均芽数综合最佳。P16165在添加5 mg/L 6-BA和10mg/L硝酸银的组合培养基上芽再生情况最好,诱导率和平均芽数可达100%和3.15。在诱导A18胚轴不定芽再生中,5 mg/L 6-BA的添加再生效果最佳。而1mg/L 6-BA培养基对44-1品种芽诱导情况是最理想的。在含0.5 mg/L IBA的MS培养基中,生根率可达88.33%,生根效果最好。因此,本研究确定了三个菜豆品种在胚轴不定芽再生过程的适宜外源物质浓度,并诱导形成完整菜豆植株。3.通过测定GUS基因在菜豆中的瞬时表达,研究了不同参数对根癌农杆菌T-DNA转移的影响。研究的参数包括菌液浓度、共培养时间、用于vir基因活化的乙酰丁香酮浓度以及外植体类型。在以下条件下获得了最佳的T-DNA转移:OD600:0.2的侵染浓度、培养基中添加200μM乙酰丁香酮下共培养5 d。以胚轴作为外植体瞬时转化效率明显高于子叶节。在用草铵膦筛选后获得了抗性植株,然而,只有局部组织有GUS表达,这表明获得的植株是嵌合体。综合以上结果,通过对菜豆胚轴不定芽再生过程中不同时间点的转录组分析,筛选出了与不定芽发生相关的基因,在此基础上进一步优化胚轴再生体系,并对菜豆遗传转化进行初步探索,为后续菜豆基因工程育种奠定基础。
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