柳叶马鞭草遗传转化体系初探及VbWRKY32基因的克隆与功能鉴定

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柳叶马鞭草具有花色柔和、耐旱能力强、需水量中等、易成活等优点,在光照强和温度高的地区广泛分布,并且具有较高的观赏价值。但在柳叶马鞭草的种植中,冬季的低温环境影响了柳叶马鞭草的产量及观赏性。本研究,对低温胁迫下“诀窍”柳叶马鞭草叶片进行转录组测序分析,初步探索了柳叶马鞭草的低温响应机制并筛选出VbWRKY32基因。利用本研究构建的柳叶马鞭草遗传转化体系,将VbWRKY32基因遗传转化柳叶马鞭草,并鉴定了VbWRKY32基因的抗寒功能。1.利用Illumina测序技术对低温胁迫下柳叶马鞭草叶片进行转录组测序分析,建立了6个cDNA文库,最终获得271,920条unigene,其中205,539条得到注释,19,003条为差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)。利用这些测序数据,本研究分析了柳叶马鞭草在低温胁迫下基因产物代谢途径的富集情况,与光合系统、膜系统、抗氧化酶和植物激素相关的DEGs的变化情况,以及转录因子对低温的响应。2.在建立柳叶马鞭草再生体系时,利用柳叶马鞭草无菌苗的叶片,在添加了1.0mg/L 6-BA和0.1 mg/L NAA的MS基本培养基上,成功诱导出了不定芽,出芽率约为62.67%,增殖系数约为1.03。叶片的最佳接种模式为叶背向下,诱导不定芽的最佳温度为35℃,不定芽的芽点位置主要位于叶基和叶尖端。在构建的农杆菌介导的柳叶马鞭草遗传转化体系中,叶片侵染的农杆菌OD600值为0.4,侵染时间为10 min,抑菌剂羧苄青霉素(Carbenicillin,Carb)浓度为450 mg/L,卡那霉素(Kanamycin,Km)浓度为1 mg/L,最后得到阳性苗的概率为60.00%。3.从低温胁迫下柳叶马鞭草转录组数据中筛选出的VbWRKY32基因,克隆得到该基因全长序列,利用生物信息学分析VbWRKY32基因特征;构建植物克隆载体pEASY-WRKY32,用BamH I和Kpn I对含有pEASY-WRKY32和pCAMBIA 2300表达载体质粒进行双酶切,利用建立的遗传转化体系,将VbWRKY32基因转入柳叶马鞭草,得到转VbWRKY32的柳叶马鞭草植株。通过荧光定量(Real time Quantitative PCR,qPCR)实验,证明VbWRKY32基因在野生型(wild-type,WT)柳叶马鞭草叶片中的的表达水平显著高于茎和根。4.在低温胁迫下,转基因柳叶马鞭草的丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量、相对电导率、过氧化氢(Hydrogen peroxide,H2O2)和超氧阴离子(Superoxide anion,O2-)含量低于野生型,而抗氧化酶活性及渗透调节物质含量高于野生型;运用qPCR技术对相关抗寒基因的表达量进行检测,发现在低温胁迫下,转基因柳叶马鞭草中VbPOD,VbSOD,VbCAT,VbAPX6,VbCor413im1、VbCor413pm2,VbAMY3,VbBAM1、VbP5CS基因的表达水平均显著高于野生型;在正常条件下,转基因柳叶马鞭草和野生型在表观特征上没有明显差异;在低温胁迫下,转基因株系表现出较好的抗寒性,并且恢复率高于野生型。综上,本研究提供并分析了柳叶马鞭草低温胁迫下的转录组测序数据,利用建立的柳叶马鞭草的遗传转化体系成功转入基因,并证明VbWRKY32是一个对柳叶马鞭草有积极调控作用的基因,能够提高转基因柳叶马鞭草的抗寒性,是优良的耐低温植物育种基因。
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