大豆体细胞胚胎组织培养及遗传转化研究进展

大豆体细胞胚胎遗传转化体系是提高外源基因遗传稳定性,克服嵌合体的有效途径,因此建立高效稳定的大豆体细胞胚胎组织培养体系并广泛应用于大豆的遗传转化是完善大豆遗传转化研究的重要研究内容。本文从大豆体细胞胚胎再生体系研究和转基因研究方法两个方面阐述了大豆体细胞胚胎再生体系的研究进展,并对影响大豆体细胞胚胎遗传转化的影响因素进行了探讨。     

菜豆再生体系及遗传转化体系研究进展

菜豆分子育种及功能基因组学分析需要高效稳定的再生体系和遗传转化体系。归纳了近年来国内外菜豆再生体系及遗传转化体系的研究进展。首先阐述了菜豆再生方法及研究现状,其中包括基于器官发生和体细胞胚发生不同途径菜豆再生体系的建立和相关的影响因素。其次概括了农杆菌介导法在菜豆遗传转化方面的研究进展,并分析了影响农杆菌介导遗传转化效率的主要因素,包括受体外植体类型和外植体损伤、农杆菌菌株及菌液浓度、共培养条件(时间、温度、光照时间)、乙酰丁香醇浓度等。然后叙述了有关基因枪介导菜豆遗传转化的研究进展。最后对目前菜豆再生体系和遗传转化体系存在的难题进行了总结,以期为建立菜豆的高效离体再生体系和遗传转化体系提供重要参考。     

转基因技术在大豆育种上的应用与研究

近年来,转基因技术在大豆上的研究重点主要集中在建立高效再生体系和稳定地遗传转化体系方面,随着遗传转化技术的发展,我国已获得了抗病、抗虫转基因的大豆植株并取得突破性进展。笔者就大豆遗传转化在受体系统(器官发生受体系统、体细胞胚胎发生受体系统、原生质体受体系统)以及转化方法(农杆菌介导法、基因枪法)等方面的研究进展情况进行了综述,并对今后大豆转基因研究方向进行了探讨。     

葡萄体细胞胚发生的研究进展

主要综述了近年来葡萄胚性愈伤组织的诱导、体细胞胚胎发生的诱导、体细胞胚长期保存和体细胞胚的萌发与成苗的研究进展,并对研究中的主要影响因素进行叙述。此外,还介绍了体细胞胚在转基因上的应用,指出葡萄体细胞胚胎发生过程还存在胚状体诱导难,再生率低等问题。对葡萄胚性悬浮培养液的建立及体细胞胚发生在转基因、原生质体培养等上的应用进行了展望。     

探析植物体胚发生的关键基因

体细胞胚胎是植物离体再生的高效方式及遗传转化的理想受体,也是进行科学研究的理想体系;但是从体细胞转变为胚性细胞的过程是复杂的基因调控网络调控的,在这其中,BABY BOOM/WUSCHEL/LEAFY COTYLEDON/MYB115等转录因子处于体胚调控网络的上游,能够带动下游相关基因的响应从而启动了体细胞胚胎的发生,起着"画龙点睛"的关键作用,是启动体胚发生"按钮"和调控体胚发育的"开关"。本综述分析了上述关键基因在启动体细胞胚胎发生及体胚发育和器官再生等过程中的作用,及探讨了从分子水平调控体胚发生的研究体系。认为,在化学诱导表达体系下操纵BABY BOOM和WUSCHEL基因的表达是启动体胚发生及提高植物再生能力的最有效的调控系统,无论同源和异源表达均表现出明显的功能和诱导体胚发生形成的作用,对于科研和生产均具有重要的价值和意义。     

茶树离体植株再生与遗传转化

茶树(Camellia sinensis(L.)O.Kuntze)属山茶科(Theaceae),是重要的饮料作物。茶树为多年生木本植物,其自身的一些特性,如长生育周期、自交不亲和性、高度自交衰退等,使人工杂交或自交进行的遗传改良受到诸多限制。因此通过遗传转化进行茶树育种越来越受到研究者的重视。离体再生困难和转化效率低是限制茶树遗传转化进行的主要因素。本文在综述了茶树微繁途径、器官发生途径和体细胞胚发生途径等离体植株再生和遗传转化的主要研究进展基础上,提出发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)介导法最有可能在茶树遗传转化上取得成功。     

高粱BTx623幼胚遗传转化及再生体系的建立

高粱是世界上仅次于小麦、水稻、玉米和大麦的重要作物之一,虽然高粱基因组已经完成了测序,但是针对高粱测序品种BTx623,高效、稳定的遗传转化和再生体系的缺乏,阻碍了高粱遗传育种和功能基因组研究发展。本研究以高粱基因组测序品种BTx623幼胚为外植体材料,利用农杆菌介导的方法以抗草铵膦的Bar基因为筛选标记进行高粱遗传转化。通过筛选愈伤组织对不同浓度草铵膦的适应性,确定了高粱品种BTx623遗传转化中合适的草铵膦浓度为2.5 mg/L。以BTx623幼胚为外植体转化材料,通过农杆菌遗传转化方法,获得抗性愈伤组织。通过在分化培养中添加浓度为0.006 7 mg/L的ZNC,建立了高粱品种BTx623的植株再生体系,获得了再生植株。因此,本研究成功获得了抗性愈伤组织和再生植株,建立了高粱品种BTx623遗传转化及再生体系,这对高粱功能基因组研究和遗传育种技术发展具有重要意义。     

棉花组织培养与植株再生

棉花是世界上重要的纤维和油料作物。现代生物技术的不断发展为棉花育种和种质创新提供了新的技术手段,极大地推动了棉花育种的进程。现代生物技术在植物育种中的成功应用大多是依靠有效的再生体系的建立。因此棉花组织培养及其再生技术在品种改良、种质资源的繁殖和保存、杂种优势的固定和遗传转化等方面具有重要作用,颇受各国研究者的重视。本文综述了棉花的体细胞培养、花药培养、茎尖培养、胚珠和胚培养以及原生质体培养等方面近年来的主要研究进展,并提出了棉花组织培养中存在的主要问题及今后的研究方向。     

根癌农杆菌介导小麦成熟胚的遗传转化研究

以小麦成熟胚为转化受体,采用农杆菌介导的遗传转化技术,建立了小麦的转基因株系.结果表明,建立的小麦遗传转化和植株再生体系,在选择压下由侵染的小麦成熟胚中,获得的抗性愈伤组织频率为57.50%,愈伤组织分化频率为8.58%,植株分化比例为0.83%.对再生植株中报告基因Gus的PCR检测结果表明,供试3株小麦的PCR均为阳性.与未进行遗传转化的对照植株相比,再生植株的Gus活性明显提高.表明再生的供试植株均为转基因植株.因此,本研究建立的小麦成熟胚遗传转化和再生体系,为今后小麦的高频转基因系的获得提供了参考依据.     

大豆体细胞胚胎发生系统组织学研究

大豆体细胞可以诱导发生在形态和结构上类似胚结构的胚状体。利用大豆体细胞胚发生系统进行大豆遗传转化,具有转化频率高、同步性好、转基因植株嵌合体少等诸多优点。对经根癌农杆菌侵染后,在含卡那霉素筛选培养基上生长的大豆未成熟子叶胚性细胞的发生、分化及发育进行了组织学研究。结果表明,体细胞胚以非芽体方式发生。胚性细胞可以从外植体表层或表层下1-2层细胞开始发生。随着胚性细胞的分裂,周围细胞开始退化解体,并形成具有类似胚柄结构的胚状体。之后,呈球形的胚状体突出于表皮之外,并依次发育成心形胚、鱼雷形胚和子叶形胚。以期为利用大豆未成熟子叶诱导体细胞胚发生系统高效转化体系的建立提供理论依据。     

花生组培再生及农杆菌介导遗传转化研究进展

农杆菌介导法是花生遗传转化最常用的转化方法,近年来,花生农杆菌介导转化技术日渐成熟,但仍存在再生体系不完善,以及转化效率低和基因型限制等难题。为了建立高效的再生和遗传转化体系,本文归纳了近十几年来国内外花生组织培养及农杆菌介导转化方法,分析了不同方法的诱导效率和转化效果,认为花生体胚转化体系可以提高外源基因的遗传稳定性,并克服嵌合体等问题。在现有的组培再生基础上,对花生体胚诱导再生进一步优化,建立高频的花生体胚再生体系,进一步提高花生的转化效率,建立标准化、规模化、工厂化以及可重复的安全高效转化体系,是花生遗传转化的发展趋势。     

海岛棉愈伤组织诱导及分化的影响因素初探

本研究以新疆自育海岛棉品种新海16无菌苗下胚轴为外植体材料,进行愈伤组织诱导、分化及再生植株的初步研究,筛选出适合于海岛棉体细胞胚胎再生的培养体系。结果表明,最佳诱导愈伤组织及分化配方为MSB附加0.1mg/L2,4-D及0.05mg/LKT,分化率达到88%;于MSB1附加0.01mg/LKT及0.3mg/LNAA中对胚性愈伤组织进行增值培养;由MSB2附加0.1mg/LIBA中可分化出成熟体细胞胚胎及再生植株,分化率达73%。本研究通过体细胞胚胎发生途径获得了海岛棉再生植株,为海岛棉遗传转化体系的建立及分子育种奠定了基础。     

大豆品种合丰25体细胞胚发生条件的优化

为优化大豆体细胞胚再生植株的条件,提高大豆遗传转化的效率,本研究选用大豆品种合丰25为试验材料,针对影响体细胞胚诱导的3个关键因素pH值、2,4-D浓度及光照条件进行体细胞胚发生频率的研究。结果表明:pH值、2,4-D浓度、光照条件这3种因素的不同处理对体细胞胚的诱导影响显著,其幼胚的发生频率最高为70.70%、最低为3.70%。当pH值为7.0、2,4-D浓度为20mg/L,黑暗培养最有利于合丰25体细胞胚的诱导,其胚的发生频率为70.70%,明显高于其他处理。     

不同凝固剂对陆地棉体细胞胚胎发生和植株再生的影响

以陆地棉种质系珂字312和陆地棉标准系TM-1为材料,结合优化的陆地棉体细胞培养体系,系统地研究了琼脂、Gelrite和Phytagel3种培养基凝固剂对愈伤组织的诱导、胚性愈伤的增殖、体细胞胚状体的发生和植株再生的影响。结果表明,用Phytagel作为培养基的凝固剂,可显著改善陆地棉体细胞培养过程中的褐化问题,并具有提高胚性愈伤组织增殖速度、体细胞胚胎发生和植株再生频率等作用。Gelrite虽也能改善棉花体细胞培养中的褐化问题,但因水化现象严重而影响胚性愈伤组织增殖和体细胞胚状体发生,其效果不如Phy-tagel。因此,在陆地棉体细胞培养过程中的胚性愈伤组织诱导、体细胞胚状体发生和植株再生过程中,宜用Phytagel作为培养基的凝固剂,而无菌苗培养和愈伤组织诱导仍可以选用琼脂凝固剂。     

双丙氨磷在橡胶树遗传转化中的应用

本研究以GV3101::pMP90RK为工程菌株,bar基因作为筛选标记基因,研究了双丙氨磷在橡胶树根癌农杆菌介导法转基因体系中对转基因愈伤组织的筛选效果,并利用该体系将橡胶树转录因子HbWRKY5转入橡胶树无性系热研8-79中。实验结果表明,3mg/L双丙氨磷可作为橡胶树转基因体系中抗性愈伤组织筛选的最佳浓度。本研究中共获得了3个抗性愈伤组织系,抗性愈伤经过体细胞胚发生共获得234个体细胞胚,经植株再生培养后共获得22株再生植株。对再生植株进行的PCR鉴定结果表明,所获得的再生植株均为转基因植株。因此,bar基因结合双丙氨磷的筛选体系可以作为橡胶树转化体系中的有效筛选体系。     

花生基因工程研究进展

本文归纳了近十几年来国内外花生遗传转化方法,分析了不同方法的诱导效率和转化效果,概括了花生转基因研究进展并对其应用前景进行了展望。常用的花生转基因方法主要有3种,一是基因枪法转化胚性组织,二是农杆菌介导转化子叶(节),三是农杆菌介导转化茎尖(非组培)。花生基因工程转化的目的基因主要包括提高对病毒、真菌、干旱、除草剂等抗性的相关基因,在降低花生过敏原、提高油酸含量等品质改良和生物反应器生产免疫产品等方面也开展了探索性研究。花生体细胞胚诱导及再生和农杆菌介导的遗传转化技术日渐成熟,但花生的遗传转化体系仍存在转化效率低、受体基因型范围窄、后代遗传不稳定等问题,建立稳定、高效的转化平台是实现花生基因工程潜在价值的基础。     

棉花组织培养高效植株再生体系的建立

通过对影响棉花体细胞胚胎发生和植株再生关键因素的研究,建立了适用于广泛基因型的棉花组织培养高效胚胎发生与植株再生体系。从中棉所12、中棉所19、泗棉3号等20余个主栽品种诱导获得了胚胎发生和植株再生,有效地突破了棉花组织培养植株再生的基因型控制,使占我国棉田面积50%以上的品种均能诱导获得胚胎发生和再生植株。首次诱导获得直接胚胎发生,使棉花组织培养的周期由180d缩短到120d左右,减少了培养过程中变异的发生。该结果的获得必将大大促进植物细胞工程和基因工程在棉花遗传改良上的应用。     

低酚陆地棉直接体细胞胚胎发生和植株再生

选用低酚陆地棉无菌苗下胚轴为材料进行全固体组织培养,直接诱导获得了胚性愈伤组织,并进一步分化为再生植株.结果表明,激素是影响棉花直接体细胞胚胎发生的重要因素.MSB培养基中添加2,4-D有利于愈伤组织的形成,却不能直接诱导获得胚性愈伤组织.MSB培养基中添加IBA和BA也不能直接诱导获得胚性愈伤组织.MSB培养基附加适当浓度的IBA和KT能直接诱导出胚性愈伤组织.最适激素组合(1.0 mg/L IBA,0.5 mg/L KT)能使诱导棉花下胚轴产生大量胚性愈伤组织,并且在3个月内就可肉眼观察到不同发育时期的胚.MSB培养基中附加1.0 g/L谷氨酰胺和0.5 g/L天门冬酰胺有利于胚萌发成苗.本研究建立了简便高效的棉花直接体细胞胚胎发生和植株再生培养体系,从胚性愈伤组织诱导到植株再生约需5～6个月时间.     

番木瓜成熟种子的体细胞胚简易诱导和植株再生

目前中国番木瓜产业受到环斑花叶病等病害的严重威胁,利用生物技术手段创制新种质、培育高产优质的抗病新品种成为番木瓜产业发展的亟需。本研究以‘一尺瓜’品种的140~150 d龄果实成熟种子为外植体,研究了其体细胞胚诱导和植株再生技术。结果发现了一种非常简单有效的外植体杀菌消毒方法,即用自来水将果实外表清洗干净,然后用70%酒精对果实进行表面消毒即可。该品种成熟种子理想的胚性愈伤组织诱导培养基组成为:1/2 MS(Murashige and Skoog,1962)+2 mg/L 2,4-D(2,4 dichlorophenoxyacetic acid)+400 mg/L谷氨酰胺+60 g/L蔗糖+7 g/L琼脂粉,胚性愈伤组织诱导率可达45%。将胚性愈伤组织置于含1 mg/L2,4-D的增殖培养基继代培养2个周期后,可获得大量均质的表面含有白色体细胞胚的胚性愈伤组织。胚性愈伤组织团在不含任何激素的培养基上可完成体细胞胚的诱导、成熟、萌发和生根过程。挑取具有芽和根的体细胞胚转移到再生培养基培养30 d后可获得具有正常叶片和根系的完整植株,其发育为正常植株的百分率为52.5%。本研究为番木瓜生物技术育种建立一套简单、高效的体细胞胚再生技术体系提供技术支撑。     

花椰菜生物技术育种研究进展

现代生物技术在花椰菜遗传育种工作中得到广泛应用。目前已经建立起离体再生与单倍体诱导技术体系;利用分子标记技术对花椰菜种质资源进行遗传多样性分析,并绘制了主要花椰菜品种核酸指纹,为品种DUS测试、新品种保护以及种质资源评价利用提供重要依据;已经鉴定与分离出与抗性、品质和产量相关基因,建立了稳定遗传转化技术体系。本文还对生物技术在花椰菜遗传育种中的进一步应用进行了讨论。