外源基因DNA甲基化对农杆菌介导的大豆子叶节遗传转化的影响研究

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:fugaowen
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转基因技术具有推动农业生产发生革命性变化的潜力。农杆菌介导的遗传转化法是目前应用最为广泛的大豆遗传转化方法。但是,与其他的物种相比较,低转化效率一直是大豆基因功能研究中的一个瓶颈,制约了转基因大豆的商业化发展。并且,大豆的遗传转化效率具有很强的基因型依赖性,这限制了遗传转化技术在具有良好性状的商业化大豆品种中的应用。本研究采用不同大豆品种进行农杆菌介导的大豆子叶节遗传转化和大豆原生质体细胞转化试验,分析了不同大豆品种转化早期阶段外源基因表达差异及其调控机制对大豆抗性丛生芽诱导效率的影响,以期提高大豆的抗性丛生芽再生效率,得到以下主要结果:(1)筛选得到高/低遗传转化效率大豆品种。利用农杆菌介导的大豆子叶节遗传转化体系对17个大豆品种进行遗传转化试验,共获得168株转基因大豆植株。根据不同大豆品种的遗传转化效率,筛选得到大豆品种东农50(DN50),Williams 82(Wm82),Bert(Br)和沈农9(SN9)为高遗传转化效率大豆品种(转化效率高于5.5%),而Kottman(Kt),General(Gr),中黄35(ZH35)和辽豆16(LD16)为低遗传转化效率大豆品种(转化效率低于1%)。在农杆菌介导的大豆子叶节遗传转化试验中,当培养基中含有筛选剂(5mg·L-1草铵膦)时,高遗传转化效率大豆品种的抗性丛生芽诱导效率达到75%以上,而低遗传效率大豆品种的抗性丛生芽诱导效率低于20%。并且,不同大豆品种的芽伸长效率(约80%)和生根效率(约85%)没有显著的差异。(2)建立并优化大豆原生质体细胞分离、纯化和转化表达体系。以28℃黑暗环境下培养至真叶完全展开后4天的大豆叶片为材料;使用含有0.4M甘露醇的CPW溶液对组织材料进行预处理30min;使用含有1.6%纤维素酶,0.8%离析酶和1.5%的果胶酶的酶解液于黑暗条件下130r/min×28℃振荡酶解10小时;采用300目细胞筛与100g离心的方法纯化大豆原生质体细胞,得到的大豆原生质体细胞的产量约为1.12×107个·g·FW-1,原生质体细胞活力均达到92%以上;使用20%PEG4000介导法将植物表达载体pEarleyGate 104和pER8-GFP分别转化进入大豆原生质体细胞,以EYFP/GFP作为荧光报告蛋白,在转化后第2天(2DAT)观察到不同大豆品种转化效率(荧光细胞占比)均达到75%以上。(3)高/低遗传转化效率大豆品种原生质体细胞的外源基因表达存在显著差异。在大豆原生质体细胞中,外源基因的转化效率随着培养时间内的延长呈现先上升后下降的趋势,在2DAT时达到最大值,且在1-2DAT时,不同大豆品种原生质中外源基因的转化效率之间没有显著的差异;而在3DAT时,低遗传转化效率大豆品种的外源基因转化效率和基因表达水平显著的低于高遗传转化大豆品种。(4)内源蛋白酶水解途径不是造成大豆原生质体中外源基因表达水平降低的主要原因。与对照相比较,向原生质体细胞培养液中分别添加外源蛋白酶抑制剂MG132(20μM)、AEBSF(50μM)和MG115(200μM)对于3DAT时外源基因的转化效率和基因表达水平没有显著的影响。(5)甲基化抑制剂5-Azac显著的影响外源基因的表达水平。与2DAT相比较,3DAT时,低遗传转化效率大豆品种甲基化酶编码基因MET1的表达水平显著上升,且显著高于高遗传转化效率大豆品种。同时,低遗传转化效率大豆品种外源基因EYFP的启动子区和编码区的甲基化水平显著的显著高于高遗传转化效率大豆品种。10μM的甲基化抑制剂5-Azac处理能够显著的降低低遗传转化效率大豆品种中外源基因的启动子及编码区的DNA甲基化程度,并提高外源基因的表达水平。(6)甲基化抑制剂显著的增加了低遗传转化效率大豆品种的抗性丛生芽诱导效率。在农杆菌介导的大豆遗传转化体系中,在抗性丛生芽诱导1周后,向培养基中加入10μM的甲基化抑制剂5-Azac能够显著的提高大部分大豆品种(19/22)的抗性丛生芽的筛选效率,特别是对于低遗传转化效率大豆品种的促进效果更为显著。综上所述,在本研究中低遗传效率大豆品种中外源基因启动子及编码区较高程度的DNA甲基化水平,抑制了外源基因的表达,并导致了抗性丛生芽诱导效率的低下。甲基化抑制剂5-Azac能够有效的降低外源基因的DNA甲基化程度,并提高低遗传转化效率抗性丛生芽的诱导效率。由于抗性丛生芽的再生是农杆菌介导的大豆遗传转化中的关键步骤,这些结果为提高低遗传转化效率大豆基因型的遗传转化效率提供了新的途径,有利于克服大豆遗传转化困难的问题。
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