玉米轉(zhuǎn)基因受體材料篩選研究
綜述了轉(zhuǎn)基因玉米的研究進(jìn)展及應(yīng)用現(xiàn)狀,介紹了轉(zhuǎn)基因玉米受體材料的選擇、轉(zhuǎn)基因技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域,對轉(zhuǎn)基因玉米在遺傳育種中的安全問題進(jìn)行了分析,對其研究及應(yīng)用前景進(jìn)行了展望.下面是小編搜集整理的相關(guān)內(nèi)容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要：玉米胚性愈傷組織的誘導(dǎo)率直接影響玉米遺傳轉(zhuǎn)化效率。本研究利用N6培養(yǎng)基誘導(dǎo)玉米幼胚產(chǎn)生胚性愈傷組織，以篩選玉米轉(zhuǎn)基因受體材料。從215個玉米基因型中篩選出28個胚性愈傷組織誘導(dǎo)率較高的材料，其中，6個基因型的誘導(dǎo)率高于對照A188和Hi-II。基因型“吉V130”胚性愈傷組織誘導(dǎo)率最高，作為受體材料進(jìn)行轉(zhuǎn)基因研究中，獲得了較高的轉(zhuǎn)化效率。該基因型在今后玉米基因功能研究和基因工程育種中可作為重要的受體材料。
關(guān)鍵詞：玉米基因型;胚性愈傷組織;轉(zhuǎn)基因
引言：
1.我國是世界上第二大玉米生產(chǎn)國，玉米在我國經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中占有非常重要的地位。長期以來，科研工作者利用常規(guī)育種技術(shù)，即通過有性雜交實現(xiàn)基因重組，育成了大量優(yōu)良品種。但是，利用常規(guī)雜交育種技術(shù)進(jìn)行玉米改良中受到很多因素的影響，如優(yōu)良親本自交系當(dāng)選率低，自交系的培育和改造困難，育種周期長，特別是由于栽培品種中某些特定種質(zhì)資源的缺乏，以及遠(yuǎn)緣雜交不親和性等障礙，限制了物種間優(yōu)良性狀的轉(zhuǎn)移。
2.隨著生物技術(shù)的迅速發(fā)展，利用基因工程技術(shù)改良玉米常規(guī)育種難以改良的性狀(如品質(zhì)改良、抗蟲、抗病、抗旱等)變得現(xiàn)實可行，并取得了傳統(tǒng)育種技術(shù)難以達(dá)到的效果[1],目前，基因工程技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于玉米優(yōu)良品種選育和遺傳改良中，在某些研究方面獲得了很大的進(jìn)展，并進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段[2]。建立穩(wěn)定、簡便和高效的遺傳轉(zhuǎn)化系統(tǒng)是玉米基因工程育種應(yīng)用的前提條件，良好的受體材料是遺傳轉(zhuǎn)化成功的關(guān)鍵因素。科研工作者雖然通過優(yōu)化各種影響因子建立了玉米遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)體系，但其轉(zhuǎn)化效率仍然受玉米基因型的限制。
3.目前為止，玉米轉(zhuǎn)基因研究大都仍局限于A188和Hi-II等少數(shù)幾個基因型作為受體材料[3-15]，雖然也有一些利用玉米主要自交系遺傳轉(zhuǎn)化研究報道[16-25]，但轉(zhuǎn)基因成功的事例較少，主要原因是大多數(shù)生產(chǎn)上常用的自交系很難形成Ⅱ型愈傷組織，遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)體系尚未成熟，基因型依賴性強是影響轉(zhuǎn)化的主要限制因素。隨著玉米基因組學(xué)的迅速發(fā)展，高效遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)體系將成為玉米基礎(chǔ)研究和品種改良的關(guān)鍵技術(shù)之一。本研究將依據(jù)不同玉米基因型胚性愈傷組織的誘導(dǎo)率，篩選農(nóng)藝性狀較好且適宜于遺傳轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)基因受體材料，為今后玉米轉(zhuǎn)基因研究和基因工程育種提供更好的受體材料。
一、材料與方法
1.1玉米材料
本研究共用“吉V130”等215個玉米基因型，均由吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所保存，以A188和Hi-II為對照材料(表1列出的材料為部分胚性愈傷組織誘導(dǎo)率較好的自交系)。玉米自交系于2009年5月初種植于吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院(公主嶺)試驗地。
1.2誘導(dǎo)培養(yǎng)基
胚性愈傷組織誘導(dǎo)培養(yǎng)基為N6培養(yǎng)基[26]，附加100mg/L肌醇、2.76g/L脯氨酸、100mg/L水解酪蛋白、2mg/L2，4-D、30g/L蔗糖、3g/L植物凝膠，pH5.8，高壓滅菌后加入硝酸銀(4.3mg/L)。再生培養(yǎng)基：植株再生培養(yǎng)基為190-2培養(yǎng)基[27]，附加30g/L蔗糖、3mg/L6-BA、3g/L植物凝膠，pH5.8，高壓滅菌。
1.3幼胚培養(yǎng)
于7月底取授粉后10～11d玉米幼穗(幼胚大小約為1～2mm)，去除苞葉后，在超凈工作臺上用1%的氯化汞消毒15min，再用滅菌水洗滌3次。用解剖刀剝?nèi)∮着撸着叨芷辖臃N于誘導(dǎo)培養(yǎng)基上，每皿培養(yǎng)基接種20個幼胚(培養(yǎng)皿大小為直徑100mm×高25mm)，于27℃暗培養(yǎng)。
1.4繼代與再生培養(yǎng)
胚性愈傷組織每隔2周進(jìn)行繼代培養(yǎng)(繼代培養(yǎng)基同誘導(dǎo)培養(yǎng)基)，每隔4周取部分胚性愈傷組織于再生培養(yǎng)基上進(jìn)行植株再生，測試胚性愈傷組織的再生能力。
1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計
本試驗采用完全隨機試驗設(shè)計，每皿培養(yǎng)基接種20個幼胚，約100個幼胚為一個重復(fù)，每個基因型共接種約500個幼胚。對不同基因型間胚性愈傷組織誘導(dǎo)率進(jìn)行方差分析，并比較基因型間胚性愈傷組織誘導(dǎo)率差異顯著性，利用DPS進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。
二、結(jié)果與討論
2.1本研究共用了215個玉米基因型進(jìn)行了試驗，大部分基因型胚性愈傷組織誘導(dǎo)率較差或難以誘導(dǎo)胚性愈傷組織。有28個基因型胚性愈傷組織誘導(dǎo)率較高(>20%，表1)且愈傷組織為Ⅱ型胚性愈傷組織(松脆、生長快且再生能力強)，基因型間胚性愈傷組織誘導(dǎo)率差異極顯著(P<0.01)，其中6個基因型的誘導(dǎo)率高于A188(72%)和Hi-II(73%)。“吉V130”的誘導(dǎo)率最高，為77.94%(表1，圖1a、b)，且愈傷組織為Ⅱ型愈傷組織。胚性愈傷組織經(jīng)過14個月的繼代培養(yǎng)仍保持較強的再生能力(圖1c、d)，綠苗再生率為93%。在農(nóng)桿菌介導(dǎo)的玉米遺傳轉(zhuǎn)化中，良好的受體系統(tǒng)是轉(zhuǎn)化成功的關(guān)鍵因素。
2.2用于玉米轉(zhuǎn)基因受體材料有多種，包括：原生質(zhì)體、胚性愈傷組織、幼胚以及直接分生組織等。玉米幼胚是進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化常用的受體材料，已被廣泛用于轉(zhuǎn)基因研究中[3，5，9-10，12-13]。玉米受體材料必須具有較高的胚性愈傷組織誘導(dǎo)率和再生能力，才有可能獲得較高的轉(zhuǎn)化效率。而玉米基因型對胚性愈傷組織的誘導(dǎo)和植株再生起決定作用，是玉米轉(zhuǎn)化效率的主要限制因素。本研究篩選出28個胚性愈傷組織誘導(dǎo)率較高的基因型，其中6個基因型的誘導(dǎo)率高于A188和Hi-II。這些材料不僅具有很好的胚性愈傷組織誘導(dǎo)率，而且具有較高的再生能力。本研究基因型“吉V130”胚性愈傷組織誘導(dǎo)率最高，經(jīng)過長期繼代培養(yǎng)的胚性愈傷組織仍保持很強的再生能力。
2.3本實驗室后期選用“吉V130”幼胚作為受體材料進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化，獲得了較高的轉(zhuǎn)化效率。由于該基因型具有相對較好的農(nóng)藝性狀且轉(zhuǎn)化效率高于A188和Hi-II，在今后的玉米轉(zhuǎn)基因研究中，可作為重要的受體材料。玉米幼胚胚性愈傷組織的誘導(dǎo)主要受基因型、幼胚大小、植株的發(fā)育狀態(tài)及培養(yǎng)條件等因素影響，其中基因型影響最大。玉米幼胚誘導(dǎo)的愈傷組織主要有3種類型，Ⅰ型為結(jié)構(gòu)致密的塊狀組織;Ⅱ型為愈傷組織為結(jié)構(gòu)松脆、生長快、顏色鮮亮的胚性愈傷組織，再生能力強;Ⅲ型為愈傷組織呈松軟、水浸狀，不具有再生能力。本研究不同基因型間胚性愈傷組織誘導(dǎo)率差異較大，變幅為0～78%，這表明了玉米基因型對胚性愈傷組織誘導(dǎo)率的顯著影響，這與前人的研究結(jié)果相一致[28-30]。本試驗中部分基因型胚性愈傷組織誘導(dǎo)率(如：農(nóng)系531、7922、340、8902、Mo17等)與已報道的誘導(dǎo)率有一定的差異[29,31-34]，這可能是因為玉米材料的來源不同，遺傳背景有一定的變異以及培養(yǎng)條件的差異造成的。
三、結(jié)論
本研究利用玉米幼胚誘導(dǎo)胚性愈傷組織，根據(jù)胚性愈傷組織誘導(dǎo)率篩選出6個誘導(dǎo)率高于A188和Hi-II的玉米材料;基因型“吉V130”胚性愈傷組織誘導(dǎo)率最高，胚性愈傷組織經(jīng)過長期繼代培養(yǎng)后仍保持很強的再生能力。在后期作為受體材料進(jìn)行轉(zhuǎn)基因研究中，獲得了較高的轉(zhuǎn)化效率;“吉V130”具有相對較好的農(nóng)藝性狀且轉(zhuǎn)化效率高于A188和Hi-II，在今后玉米轉(zhuǎn)基因研究工作中將發(fā)揮重要的作用。
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