【摘 要】
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棉花是我国重要的经济作物之一,也是世界第二大纺织纤维工业原料和食用油原料。随着棉花基因工程和转基因育种的不断发展,转基因育种成为棉花育种最为快捷高效的途径。体细胞胚胎发生作为棉花再生体系的主要途径,具有遗传稳定性好和嵌合体少的优点,体细胞胚胎发生体系的建立是棉花高效遗传转化技术的基础。近年来,不同基因型棉花再生体系相继建立,对棉花体细胞胚胎再生体系的分子机制研究也越来越多。其中,生长素和光在体细胞
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棉花是我国重要的经济作物之一,也是世界第二大纺织纤维工业原料和食用油原料。随着棉花基因工程和转基因育种的不断发展,转基因育种成为棉花育种最为快捷高效的途径。体细胞胚胎发生作为棉花再生体系的主要途径,具有遗传稳定性好和嵌合体少的优点,体细胞胚胎发生体系的建立是棉花高效遗传转化技术的基础。近年来,不同基因型棉花再生体系相继建立,对棉花体细胞胚胎再生体系的分子机制研究也越来越多。其中,生长素和光在体细胞胚胎发生过程中对细胞命运的调控起着重要的作用,但生长素和光的相互作用网络及对棉花组培是否有积极的影响还不清楚。本研究利用拟南芥体细胞胚胎发生体系,鉴定出了低通量的红光对体细胞胚胎发生的胚性愈伤的建成具有正调控作用。通过不同光处理观察,鉴定出最优的光组合体系并通过DR5:GUS:GFP以及pPIN1:PIN1:GFP分析红光和生长素的关系,并运用至棉花组培中,得到以下试验结果:1.低通量的红光影响拟南芥体胚发生的胚性愈伤的分化利用拟南芥体细胞胚胎发生(somatic embryogenesis,SE)体系来评价不同体细胞胚胎发生阶段红光的效果,初级体细胞胚(primary somatic embryo,PSE)诱导和胚性愈伤(disc-like embryonic calli,EC)诱导阶段采用不同组合的光照,观察并分别计算了EC诱导5天时的细胞分化率。结果表明在白光条件下诱导PSEs,红光条件下进行胚性愈伤诱导为最优体系,其与黑暗相比,红光处理下的EC诱导率明显提高。2.红光通过促进胚性愈伤诱导过程中生长素的积累和分布诱导胚性愈伤建成白光条件下初级体细胞胚胎被诱导,胚性愈伤诱导分别在黑暗和红光条件下诱导的体系被用来进行该项研究。利用拟南芥DR5:GUS:GFP和pPIN1:PIN1:GFP转基因材料来监测胚性愈伤诱导阶段不同光处理下的生长素的含量及其分布情况。结果表明,在胚性愈伤诱导阶段2-5天,相较于黑暗,红光处理下的GFP和GUS的表达更明显且分布更为广泛。这说明红光通过促进生长素的合成和分布促进胚性愈伤的建成。3.低通量红光应用于棉花体细胞胚胎发生为了明确低通量红光对棉花体细胞胚胎分化的影响,将低通量红光设置在棉花体细胞胚胎发生的体系中进行研究,结果表明,相较于对照(16h白光/8h黑暗),红光(16h红光/8h黑暗)作用于棉花体细胞胚胎发生中的愈伤诱导阶段将很大程度提高胚性愈伤的分化效率。利用DR5:GFP转基因棉花材料证明了红光通过促进生长素的积累来加速胚性愈伤的建成,并且红光对难分化材料中12的分化具有明显的改善。这说明,红光可应用于棉花组培优化体细胞胚胎发生体系进而辅助棉花遗传转化。综上所述,低通量的红光能够显著提高棉花胚性愈伤的诱导分化和改善难分化材料愈伤组织的诱导,且与生长素的积累分布密切相关。打破了由棉花愈伤组织向胚性愈伤分化效率低的瓶颈,为棉花转基因技术应用于品种选育奠定了基础。
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