微弹轰击小麦幼胚愈伤组织的影响因素研究

【目的】优化小麦基因枪转化技术体系,为提高小麦基因枪转化效率提供参考。【方法】以小偃22为材料,采用基因枪法分析小麦幼胚愈伤组织诱导时间、微弹轰击金粉用量及筛选分化培养基类型对基因枪遗传转化频率的影响,并对转化植株进行了检测。【结果】在相同条件下,小麦幼胚经过9d的愈伤组织诱导时再生植株率最高,达到4.24%;同一条件下,金粉用量为60μg/枪的再生植株率最高,达到3.90%;使用1/2MS培养基添加NAA1.0mg/L和KT 1.0mg/L进行转化细胞筛选与分化的效果最好,再生植株率为3.72%;对转化抗性再生植株的特异PCR检测表明,目的基因已整合到小麦染色体组中。【结论】小麦幼胚通过9d的愈伤组织诱导,基因枪轰击金粉用量为60μg/枪,使用筛选分化培养基1/2MS+KT 1.0mg/L+NAA 1.0mg/L+双丙氨膦2.0mg/L+蔗糖30g/L+Ag 5.0g/L进行转化细胞的筛选与分化,可获得较高的抗性再生植株率。     

农杆菌介导的小麦转化体系的优化

为建立农杆菌介导的高效小麦遗传转化体系,分析比较了不同小麦栽培品种、不同培养处理条件下的愈伤诱导、分化及转化效率。结果表明:2个长江中下游主推小麦品种扬麦158和华麦13的幼胚愈伤诱导没有差异,但扬麦158形成的胚性愈伤多、分化率及转化率高于华麦13,是优良的农杆菌介导的遗传转化受体基因型。预培养20d的愈伤转化率最高,高渗处理可进一步提高转化率。获得的T0、T1代转基因植株,经PCR分析鉴定,表明外源基因已经整合到小麦基因组中。     

基因枪法介导转ZmalⅠ基因小麦植株的获得和鉴定

【目的】获得转玉米ZmalⅠ基因的安全转基因小麦植株,为研究玉米ZmalⅠ基因在增加小麦籽粒大小和粒质量方面的作用,以及利用基因工程提高小麦产量奠定基础。【方法】以陕农138为供试材料,绿色荧光蛋白基因(GFP)为安全标记基因,利用基因枪法,将由谷蛋白胚乳特异表达启动子启动的ZmalⅠ+GFP融合蛋白基因的过表达载体pGlu-exbessa::ZmalⅠ导入小麦中,并对转基因小麦进行PCR检测。【结果】采用基因枪法共轰击3 000个幼胚,获得再生植株59株,移栽至培养钵后成活52株,成活率为88.1%;利用载体上安全标记基因GFP的特异引物对成活的转化植株进行PCR检测,获得含有GFP基因的阳性安全植株16株,转化率为0.53%。【结论】将ZmalⅠ基因成功地整合到了小麦基因组中。     

农杆菌介导的2mG_2-epsps基因转化玉米自交系18-599R幼胚的研究

【目的】对农杆菌介导的抗草甘膦新基因2 mG2-epsps转化玉米18-599R幼胚的体系进行优化,以获得具有明显草甘膦抗性的转基因植株。【方法】以玉米18-599R幼胚为受体,采用农杆菌介导法,对转化时的预处理条件、菌液浓度×浸染时间、草甘膦筛选浓度设置处理,以优化转化体系;并用PCR、实时荧光定量PCR和喷洒草甘膦鉴定外源基因在转基因植株中的表达情况。【结果】热激处理对抗性愈伤率没有明显的提高作用,离心处理会降低抗性愈伤率;菌液浓度为OD600=0.6,浸染时间为10 min时,平均抗性愈伤率最高,为37.33%;草甘膦浓度为2.0mmol/L是比较理想的筛选浓度;实验共得到46株再生植株,5株PCR检测呈阳性,阳性率为10.87%;实时荧光定量PCR表明外源基因在T2代植株的根、茎、叶中均有表达;对T2代转基因植株喷洒1.5g/L的草甘膦,表现出耐受性。【结论】实验成功将2 mG2-epsps导入18-599R基因组,并获得了明显的草甘膦抗性。     

农杆菌介导小麦遗传转化方法的优化与应用

为了优化农杆菌介导小麦遗传转化方法,以郑麦9023幼胚愈伤组织为材料,研究了60Coγ射线辐照对农杆菌介导法遗传转化的影响。结果表明,在辐照剂量为4 Gy,辐照处理后以继代培养24 h时β-葡萄糖苷酸酶(gus)基因瞬时表达率最高。负压抽拉处理结果表明,抽拉10次可明显提高农杆菌介导的遗传转化效率。转基因抗性再生植株bar基因分子标记检测结果表明,利用改良的遗传转化处理方法(4 Gy辐照+辐照后培养24 h+负压抽拉处理10次),可将遗传转化效率由2.2%提高至3.5%,优化后的小麦农杆菌转化方法可应用于小麦遗传转化。     

农杆菌介导水稻幼胚转化体系的建立

利用根癌农杆菌介导的转化方法对 3个粳稻品种的幼胚进行转化。在对影响根癌农杆菌转化水稻效率的多种因素进行比较研究后 ,优化转化条件 ,改进技术 ,建立了农杆菌介导的水稻幼胚转化体系。利用该体系 ,水稻品种秀水 11号的幼胚经预培养 4～ 7d得到的愈伤组织 ,用农杆菌EHA10 5 /pCAMBIA13 0 1感染后 ,筛选出潮霉素抗性愈伤组织并获得转化植株 ,潮霉素抗性愈伤组织获得率为 70 .76%。GUS染色及转基因植株总DNA的PCR检测结果表明 ,T -DNA上的外源基因已整合进了转基因水稻基因组中。     

枯草杆菌果聚糖蔗糖酶基因转化小麦的研究

 【目的】尝试将枯草杆菌果聚糖蔗糖酶基因（SacB）导入小麦品种（系）02-371、02-207、郑麦9023和东农7742以提高其耐旱性。【方法】利用农杆菌介导法转化小麦幼胚愈伤组织，将SacB基因导入4个小麦品种，并对转化植株进行PCR和Southern杂交检测。【结果】SacB基因已整合到受体小麦的基因组中。转基因植株整合目的基因的拷贝数多为1～2个。4个受体小麦品种（系）02-371、02-207、郑麦9023和东农7742的转化频率分别为0.88%、1.48%、1.04%和1.23%。RT-PCR检测结果表明，SacB基因在部分转基因植株中得到表达，并使转基因小麦植株的耐干旱胁迫能力明显提高。【结论】向小麦中导入枯草杆菌SacB基因可增强其耐旱性。     

超声波辅助农杆菌转化OT百合‘罗宾娜’的研究

【目的】通过超声波处理辅助农杆菌转化OT百合小鳞片,提高农杆菌介导法转化百合的效率。【方法】以OT百合‘罗宾娜’(Lilium tenuifoliumoriental×tumpet‘Robina’)的再生小鳞片为外植体,分别以80W功率的超声波处理1,2,3,4,5min,通过超声波处理辅助根癌农杆菌进行外源基因的转化,同时以未进行超声波处理为对照;利用GUS组织化学法,分别检测转化脱菌后筛选培养7d的外植体和筛选培养60d后形成的潮霉素抗性再生植株叶片、小鳞片、根系的GUS瞬时表达和稳定表达,提取潮霉素抗性植株基因组DNA进行GUS和HPT基因的PCR扩增分析。【结果】超声波处理的农杆菌介导转化的百合外植体经GUS组织化学染色,多数可见蓝色斑点,且以3min超声波处理的蓝色最深;3min超声波处理的外植体对潮霉素的抗性率最高达48.85%,未经超声波处理的仅为15.56%,二者差异达显著水平。从53个潮霉素抗性再生植株的DNA样品中扩增得到了GUS基因和HPT基因的扩增片段,其中超声波处理3min的PCR阳性植株转化率最高,为28.30%,而未进行超声波处理的PCR阳性植株转化率仅为5.66%,初步证明外源基因可能整合到百合基因组中。【结论】20℃条件下80W功率超声波处理3min,可以有效提高农杆菌介导法转化OT百合的效率。     

优良小麦转基因受体品种的筛选及成熟胚半胚培养的研究

为了筛选具有良好组织培养特性的优良小麦品种作为转基因受体,使转基因小麦能尽快得到应用,对4个小麦品种的幼胚和成熟胚以及7个小麦品系的成熟胚进行离体培养,考察其组织培养特性.结果表明,11个品种(系)的成熟胚成愈率都达90%以上,但不同成熟胚来源的愈伤组织的植株再生率存在很大差异:7个小麦品系的植株再生率都低于20%,而4个小麦品种的植株再生率都达35%以上,幼胚成愈率及植株再生率都分别达90%和62%以上.该研究为小麦的遗传转化提供了几个新的优良受体品种.该研究进行成熟胚培养时,采用半胚培养的方式,一方面有效地克服了成熟胚在诱导培养基上直接萌发的现象,另一方面提高了成熟胚来源的愈伤组织分化为多苗的能力.该再生体系可作为小麦胚培养的参考.     

小麦规模化转基因技术体系构建及其应用

在主要农作物中,小麦属于遗传转化比较困难的作物,转化效率较低,重复性较差,转化规模较小,优良转基因材料较少,基因工程育种进程明显落后于大豆、玉米、棉花、水稻等作物。目前,应用于小麦中的转基因技术主要包括基因枪介导法和农杆菌介导法,有些实验室也采用花粉管通道、离子束注入、激光微束穿刺、PEG、花粉介导和农杆菌浸花等方法。在外植体利用方面,多数研究主要利用小麦幼胚及其愈伤组织作为起始转化材料,以成熟胚、幼穗、花药愈伤组织为材料转化成功的报道还比较少,需要进一步探索。在转化效率方面,基因枪报道为0.1%-16.7%,农杆菌报道为0.7%-44.8%,变化幅度较大。在目标基因转化方面,除了nptⅡ、bar、hpt、GUS、GOX、pmi、ALS等筛选基因和报告基因外,转化的功能基因主要涉及小麦品质、抗病性、耐旱性、抗蚜虫和抗除草剂等性状改良。农杆菌介导和基因枪介导转化小麦幼胚的转化效率除与受体基因型有关外,还与受体材料的生理状态有关,供体植株生长期间的温度条件、光照条件、营养条件和水分条件对转化效率有至关重要的影响,开花到幼胚取样期间适宜的昼夜温度有利于转化后胚性愈伤组织诱导和候选转基因植株的获得。从整体水平看,中国小麦转基因技术研究虽然取得了较大进展,如建立了小麦成熟胚高频率再生体系并应用于小麦转化,改进了小麦幼胚再生体系和转化体系,将一批抗病、耐旱和品质改良相关基因转入小麦,初步建立了小麦规模化转基因技术体系,但与国际先进水平相比,尤其与一些跨国生物技术公司相比,在转化规模和转化效率方面仍然存在较大差距。认为转化效率较低、基因型依赖性强、人工气候条件不够先进、转化队伍不稳定是限制中国小麦规模化转基因技术发展的瓶颈;建立主栽品种转化体系、提高转化效率、开展多基因转化、开发安全型转化技术、避免载体骨架序列插入、减少基因沉默、实现定点整合等是小麦转基因技术研究的发展趋势;通过对组织培养技术、植株再生和转化相关基因的研究,以及优良受体基因型筛选、培养基改良和各个转化影响因素的优化、集成等,克服农杆菌转化小麦的瓶颈,提高小麦转化效率,扩大转化规模。文章重点综述了基因枪和农杆菌转化技术在小麦中的应用和发展,回顾了近5年中国小麦规模化转基因技术研究进展,对于促进转基因小麦新品种培育和小麦功能基因组学研究具有一定参考价值。     

Improvement of Plant Regeneration from Immature Embryos of Wheat Infected by Agrobacterium tumefaciens

Wheat, one of the most important food crops, has been extensively studied with respects to plant regeneration and transformation employing the immature embryos as recipient tissues. However, the transformed tissues often become severely necrotic after co-cultivation with Agrobacterium, which is one of the major obstacles in gone delivery. In this study, wheat varieties CB037, Kenong 199, Xinchun 9, Lunxuan 987, and Shi 4185 showed desirable culture potential or high infection ability in Agrobacterium-mediated transformation. Similarly, optimal regeneration conditions were determined by testing their ability to inhibit the cell necrosis and cell death phenotype. Two auxins of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid(2,4-D) and 3,6-dichloro-o-anisic acid (dicamba) were evaluated for highly significant effect on both callus and plantlet production, although they were genotype-dependent in wheat. Substitution of 2,4-D by dicamba enhanced the growth and regeneration ability of callus from the immature embryos of most genotypes tested. The callus growth state couldn't be modified by adding antioxidants such as ascorbic acid, cysteine, and silver nitrate or organic additives such as thiamine HCl and asparagine to the media. On the contrary, the best tissue statement and plant regeneration was achieved by employing the media containing the simplest MS (Murashige and Skoog) components and dicamba without organic components and vitamins. Thereby, our results are thought to inhibit wheat cell necrosis effectively and suggested to be used for more wheat genotypes.     

小麦幼胚离体培养的研究初报

[目的]筛选适宜小麦幼胚培养的培养基和转基因受体材料的优良基因型,为小麦转化、遗传等提供依据.[方法]以7个春小麦品种(系)的幼胚为材料,取开花后12～16 d的幼胚进行培养,20 d后统计幼胚一步成苗数和愈伤组织绿苗分化数.[结果]小麦幼胚在C17、MS和YP三种培养基上都能诱导一次成苗,其中YP培养基一次成苗率最高(75;),其次是MS(33.13;),最低的是C17(23.34;),YP培养基一次成苗的效果明显优于其它两种培养基,不同基因型间的愈伤组织绿苗分化率差异明显.[结论]筛选出适宜小麦幼胚培养一次成苗的YP培养基和一次成苗和愈伤组织分化绿苗率都较高的材料新春9号,此材料可作为幼胚培养和转基因受体材料的优良基因型.     

玉米幼胚和源于幼苗的幼嫩叶段愈伤诱导及其植株再生的比较

 【目的】以育种上常用自交系的幼胚和源于幼苗的幼嫩叶段为外植体,研究它们在愈伤诱导及植株再生之间的区别与联系,为建立以叶段为外植体的另一高效稳定的玉米组培体系提供技术参考。【方法】选用6个育种上常用自交系,以幼胚和幼嫩叶段为外植体分别进行愈伤诱导及植株再生,研究2,4-D对不同外植体初级愈伤组织诱导的影响,对不同来源的6个自交系分别统计诱导率及分化率,并观察愈伤组织的形态。【结果】不同外植体对2,4-D浓度的要求不同,且幼嫩叶段相对幼胚较难诱导愈伤且需要的2,4-D浓度更高。同一基因型的幼胚和幼嫩叶段形成的愈伤形态基本无区别,不同基因型之间愈伤形态有差异。不同来源的6个基因型的愈伤诱导率、分化率也存在差异。【结论】通过再生过程中幼胚和叶段多方面的比较,筛选到3个诱导率较高且愈伤形态优良的基因型齐319、Mo17和鲁原92。     

Effects of Environmental Temperature on the Regeneration Frequency of the Immature Embryos of Wheat （Trificum aestivum L.）

The immature embryos （IEs） of wheat are the most widely used tissues for in vitro culture and genetic transformation due to its high regeneration competency. However, this explant can only be maintained in 4℃ daily cooler for a short period time for its use in plant tissue culture or transformation experiments. This study aimed to investigate the effects of environmental temperature, cryopreservation storage temperature, and heat shock culture （HSC） temperature on the regeneration frequency of wheat IEs. Results indicated that environmental temperature significantly affected the induction of embryonic calli. The optimum total accumulated temperature （TAT） during the time of anthesis and sampling for regeneration of these tissues was around 280℃ for spring wheat type cv. CB037 and approximately 300℃ for winter wheat type cv. Kenong 199. Regeneration ability obviously declined when the highest environmental temperature was over 35℃ for 1 d or a high temperature between 30 and 33℃ lasted for 5 d during anthesis and sampling. This finding was verified by culturing the freshly isolated IEs under different temperatures from 29 to 37℃ in different controlled growth incubators for 5 d; the IEs almost completely lost regeneration ability when the temperature rose to 37℃. Cryopreservation of-20℃ caused the wheat samples lost ability of producing callus or embryonic callus in a few days, and cryopreservation of-10℃ more than 10 d made the regeneration potential of the tissues dramatically declined. Comparatively, the temperature that best maintained high regeneration ability was -5℃, at which the materials can be maintained for around 1 mon. In addition, the preservation of the immature samples at -5 or -10℃ inhibited the direct germination of the IEs, avoiding the embryo axis removing process. Our results are useful for ensuring that field collection and cryopreservation of the wheat IEs are done correctly to enable tissue culture and genetic transformation.     

Effects of inter-culture,arabinogalactan proteins,and hydrogen peroxide on the plant regeneration of wheat immature embryos

The regeneration rate of wheat immature embryo varies among genotypes, howbeit many elite agriculture wheat varieties have low regeneration rates. Optimization of tissue culture conditions and attempts of adding signal molecules are effective ways to increase plant regeneration rate. Inter-culture is one of ways that have not been investigated in plant tissue culture. Moreover, the use of arabinogalactan proteins(AGPs) and hydrogen peroxide(H2O2) have been reported to increase regeneration rate in a few plant species other than wheat. The current research pioneeringly uses inter-culture of immature embryos of different wheat genotypes, and also investigates impacts of AGP and H2O2 on the induction of embryogenic calli and plant regeneration. As a result, high-frequency regeneration wheat cultivars Kenong 199(KN199) and Xinchun 9(XC9), together with low-frequency regeneration wheat line Chinese Spring(CS), presented striking increase in the induction of embryogenic calli and plant regeneration rate of CS through inter-culture strategy, up to 52.19 and 67.98%, respectively. Adding 50 to 200 mg L–1 AGP or 0.005 to 0.01 ‰ H2O2 to the callus induction medium, enhanced growth of embryogenic calli and plant regeneration rate in quite a few wheat genotypes. At 50 mg L–1 AGP application level in callus induction medium plant regeneration rates of 8.49, 409.06 and 283.16% were achieved for Jimai 22(JM22), Jingdong 18(JD18) and Yangmai 18(YM18), respectively; whereas at 100 mg L–1 AGP level, CS(105.44%), Chuannong 16(CN16)(80.60%) and Ningchun 4(NC4)(62.87%) acted the best. Moreover CS(79.05%), JM22(7.55%), CN16(101.87%), YM18(365.56%), Yangmai 20(YM20)(10.48%), and CB301(187.40%) were more responsive to 0.005 ‰ of H2O2, and NC4(35.37%) obtained the highest shoot regeneration rates at 0.01 ‰ of H2O2. Overall, these two methods, inter-culture and AGP(or H2O2) application, can be further applied to wheat transgenic research.     

3种抗生素对尾巨桉愈伤组织诱导及植株再生的影响

【目的】研究潮霉素、卡那霉素和头孢霉素对尾巨桉愈伤组织诱导、不定芽分化及生根的影响,确立抑制农杆菌生长的头孢霉素质量浓度。【方法】以尾巨桉无菌苗茎段为外植体,先后接种于添加不同质量浓度抗生素的愈伤组织诱导培养基、不定芽诱导培养基以及生根培养基上,统计愈伤组织诱导率、不定芽诱导率和不定芽生根率,观察头孢霉素对农杆菌生长的影响。【结果】(1)培养基中的潮霉素、卡那霉素、头孢霉素的质量浓度分别为15,25,200 mg/L时,尾巨桉外植体的愈伤组织诱导率分别为6.7%,12.1%和26.7%;(2)潮霉素、卡那霉素、头孢霉素的质量浓度分别为15,25,250 mg/L时,不定芽分化受到明显抑制,不定芽诱导率分别仅有2.6%,10.2%和7.6%;(3)潮霉素、卡那霉素、头孢霉素的质量浓度分别为15,25,250 mg/L时,不定芽生根困难,生根率分别为10.2%,16.2%和10.1%;当头孢霉素质量浓度≥200 mg/L时,农杆菌生长被完全抑制。【结论】尾巨桉对不同抗生素的敏感性存在差异,在尾巨桉遗传转化过程中,抗性愈伤组织与不定芽诱导的潮霉素适宜质量浓度为10 mg/L,卡那霉素为20 mg/L;生根诱导适宜的潮霉素和卡那霉素的质量浓度分别为15 和25 mg/L;抑制农杆菌生长的头孢霉素较适宜的质量浓度为200 mg/L。     

过量表达蔗糖转运蛋白基因增强转基因小麦的耐旱性

【目的】创制过量表达TaSUT1A的转基因小麦,分析TaSUT1A在转基因小麦中的遗传及其对干旱胁迫的应答反应,选育抗旱的转基因小麦新种质。【方法】采用基因重组技术构建了TaSUT1A表达载体,利用基因枪介导法将该载体转入小麦品种科农199,通过Bialaphos筛选、转化植株基因组DNA PCR验证获得转基因T₀植株;利用RT-PCR检测TaSUT1A在转基因T₃植株中的表达情况,在此基础上,对3个转基因系的T₄转基因植株进行抗旱性鉴定和抗旱相关生理指标分析,验证其抗旱能力。【结果】经PCR检测和RT-PCR验证,获得了转TaSUT1A小麦阳性植株,与非转基因对照相比,20%PEG胁迫处理显著诱导了转基因株系根叶组织中目标基因TaSUT1A的上调表达。抗旱鉴定和抗性生理分析显示,在20%PEG胁迫处理下,转基因株系的萌发率比非转基因对照平均提高了32.8%,显著高于非转基因对照,并促进初生根的萌发和生长,初生根长和胚芽鞘长比非转基因对照平均增加了81.72%和170.77%;在20%PEG胁迫处理下,转基因植株叶组织中的蔗糖和可溶性糖平均提高了42.95%和36.56%,根中蔗糖和可溶性糖平均提高了58.01%和43.01%,均显著高于非转基因对照植株;与未胁迫处理相比,20%PEG胁迫处理后非转基因植株叶中的SOD活性由105.4 U·g^-1FW升高到139.1 U·g^-1FW,而转基因植株的活性由107.7-115.3 U·g^-1FW提高到168.2-211.6 U·g^-1FW,显著高于非转基因对照,同时,转基因小麦株系的MDA的产生较非转基因对照平均降低了37.47%,显著减少了MDA的产生。【结论】TaSUT1A在参与植物的逆境应答反应机制中具有重要作用,促进逆境胁迫中小麦的萌发和生长,超量表达TaSUT1A可显著提高转基因小麦的耐旱能力。     

十二个小麦新品种成熟胚再生性能与农杆菌侵染敏感性评价

小麦成熟胚培养再生率比较低,尤其对优良小麦品种成熟胚再生性和农杆菌侵染敏感性还缺乏研究,一定程度阻碍了转基因小麦有效开展和产业化进程。以扬麦18、扬麦15、扬麦16、新冬18、小偃166和周麦22等12个优良小麦新品种为材料,研究了其成熟胚再生率及其对农杆菌侵染的敏感性。结果表明,12个小麦新品种成熟胚再生率0~35.3%,周麦27最高,扬麦19次之（27.9%）,新冬18、石麦B07-4056分别为211%和20.0%,其余品种再生率均低于20.0%;12个小麦品种成熟胚愈伤组织农杆菌侵染后GUS基因瞬间表达率0~33.3%,周麦18最高,扬麦15次之（23.8%）,扬麦18、周麦22、周麦27和石麦B07-4056虽有表达但频率较低（6.7%~9.1%）,其余品种没有观察到GUS基因瞬间表达。认为周麦27、扬麦19等品种适合进行成熟胚培养,周麦18、扬麦15等品种成熟胚适合进行农杆菌转化。优良小麦品种成熟胚再生性能和农杆菌敏感性评价为进一步利用细胞工程和基因工程途径改良小麦奠定了基础。