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拟南芥PAT1(phytochromeAsignaltransduction1)基因特异地在PhyA信号传导途径的早期起作用。但这个基因在大白菜(BrassicacampestrisL.ssp.pekinensis)中未见研究。本试验在自交系大白菜福山包头中,分离了拟南芥(Ar口6idopsisthaliana)PAT1基因的同源基因,命名为CcPAT1(ChinesecabbagePAT1),构建了CcPAT1基因的超表达载体pCAMBIA2300-CcPAT1。为研究大白菜CcPAT1基因的功能,我们将该基因转化拟南芥,获得了相应的转基因植株。同时,由于大白菜的离体再生相当困难,是蔬菜中最难脱分化和再分化的,这使得其转基因研究难以进行。我们建立了以下胚轴为外植体的高效稳定再生遗传转化体系和以子叶-子叶柄为外植体的高效稳定再生体系,以期将大白菜CcPAT1基因转入大白菜,对其表达和基因功能作进一步的分析。本研究对进一步利用CcPAT1基因进行大白菜遗传改良有重要的理论价值。
主要结果如下:
1、CcPAT1基因的克隆
获得一条分子质量约为1500bp的均一扩增条带,经测序,该DNA片段为1494bp,与预期的目的片段大小一致。构建的超表达载体pCAMBIA2300-CcPAT1经PCR、酶切验证,证明目的片段CcPAT1基因已经连接到表达载体pCAMBIA2300上。
2、PCR及测序鉴定转基因拟南芥
采用根癌农杆菌介导的浸花法侵染拟南芥,获得30棵左右转基因植株。随机提取2株拟南芥基因组DNA,以35S启动子的下游引物序列P35SL和CcPAT1基因的下游引物序列ccpat1a,扩增外源CcPAT1基因,均扩增出1500bp左右的片段,表明2棵拟南芥均是阳性植株。
将上述PCR扩增出来的目的片段测序结果与拟南芥PAT1基因及我们克隆的CcPAT1基因序列比对,结果表明导入拟南芥的外源基因与大白菜CcPAT1基因完全相同。因此,获得了可以超表达CcPAT1基因的拟南芥转基因植株。
3、转基因拟南芥的表型观察
侵染后的植株在1/2MS培养基上筛选6-7天后,转基因植株子叶深绿,根系不如野生型发达,而且比野生型晚发育1-2天。将转基因与野生型幼苗移栽入基质和蛭石的混合培养基20d左右的时间内,转基因植株和野生型植株几乎没有表型变化。继续观察,拟南芥植株到初达开花期时,可以观察到转基因植株和野生型相比较,植株矮小,赢弱,叶片变小,发育较晚。
4、以下胚轴为外植体的大白菜稳定高效再生遗传转化体系的建立:
1)转化频率最高的基因型是Seoul,最佳筛选培养基配比是MS+2mg/L6-BA+1mg/LNAA+2mg/LAgNO3+300mg/LCar+10mg/LHyg,pH5.8,侵染液浓度OD600=0.5,侵染时间为10main。
2)以大白菜杂交系Seoul下胚轴为外植体,与农杆菌共培养两天后做GUS瞬时染色,发现下胚轴都能染出蓝色,说明外源基因已经进入植物细胞体内并且表达。
3)共培养后将外植体置于分化培养基上培养,10天左右后抗性愈伤长出,3周后抗性愈伤上分化出抗性芽。取愈伤组织及芽GUS染色后发现变成蓝色,说明GUS基因已经整合进细胞的染色体中,并且稳定表达。但我们从抗性芽很难得到阳性植株,原因可能是:大白菜杂交系的分化能力差,阳性芽褐化严重,极易死亡。在今后的试验中,还需要进一步摸索防褐化条件,减少抗性芽的死亡,以期获得转基因植株。
5、以带柄子叶为外植体的大白菜稳定高效再生体系的建立:
再生频率最高的基因型是北京新2号,最佳分化培养基配是MS+5mg/L6-BA+0.5mg/LNAA+4mg/LAgNO3,pH5.8
6、以大白菜杂交系北京新2号带柄子叶为外植体,与农杆菌共培养两天后做GUS瞬时染色,发现子叶柄都能染出蓝色,说明外源基因已经进入植物细胞体内并且表达。但是,本试验中,经农杆菌侵染的大白菜外植体子叶-子叶柄在含有潮霉素的筛选培养基中,一方面很容易褐化和白化死亡,另一方面,得到的再生苗都是假阳性的,一直没有得到的抗性芽或抗性苗,所以,没有办法研究影响大白菜遗传转化的因素,这也是今后我们试验所要努力的方向。