AgNO_3对橡胶树花药愈伤组织形态及体胚发生的影响

橡胶树的花药愈伤组织在长期继代过程中,胚性易下降甚至丧失;而AgNO_3作为乙烯活性抑制剂,被广泛应用于植物组织培养中。该研究以继代培养4 a以上的热研7-33-97花药愈伤组织为材料,在继代培养基中添加2.5 mg·L^(-1)AgNO_3预培养35 d后,观察预培养前后愈伤组织表形及其细胞形态的变化,并设计不同浓度AgNO_3及不同处理时间对其进行体胚诱导,90 d后分别统计胚状体总数和正常胚数。结果表明:浅黄色质地柔软的愈伤组织在含AgNO_3的培养基上预培养后能转变成鲜黄色易碎愈伤组织,在倒置显微镜下前者大多表现为不规则多边形,细胞内含物较稀薄;而后者则呈圆形或椭圆形,细胞内含物丰富,属于典型的胚性细胞。在体胚诱导的第1个月添加5 mg·L^(-1)AgNO_3能显著促进体胚的发生,AgNO_3浓度升至10 mg·L^(-1)时体胚发生受到抑制,且畸形胚的形成率显著增加;在含5 mg·L^(-1)AgNO_3的培养基中培养2个月以上,体胚发育明显受阻,大部分形成畸形胚。该研究结果在一定程度上恢复了橡胶树长期继代花药愈伤组织的胚性能力,并提高了其体胚发生频率,为橡胶树花药胚性愈伤组织长期继代培养过程中胚性的保持提供了参考。

非生物胁迫下植物水通道蛋白的应答与调控

【目的】水分不仅是细胞中各类生命物质合成的必需底物,而且也参与植物体内的养分代谢和渗透平衡的调节。植物中水分的跨膜转运主要是由水通道蛋白(AQPs)所介导的,因此,无论是在植物整体水平还是细胞水平上,水分的吸收以及跨细胞膜系统的转运对于植物的生长发育都是至关重要的。近年来,水通道蛋白作为调节水分的吸收与转运的关键,已成为植物营养与分子生物学特别关注和研究的热点之一。本文从水通道蛋白的种类结构,底物特异性,基因表达特征和调控机制四个方面对水通道蛋白转运水分的机理和转运水分过程中对胁迫的响应机制进行了详细阐述;从水通道蛋白的水分运输和渗透调节功能及其养分运输功能两方面说明了水通道蛋白在植物生长过程中的生理作用;阐述了光照、干旱和低温与水通道蛋白功能之间的关系,明确了水通道蛋白通过表达量的增加或者降低来响应相应环境条件的变化。【主要机理】水通道蛋白通过保持一定结构及对底物运输的特异性来实现对水分的高效运输,通过调整基因的表达量和翻译后修饰等过程实现对水分的高效转运;同时,水通道蛋白可以通过水分的运输实现植物渗透平衡的调节,对部分小分子养分的吸收等功能更是实现了对植物生理和养分吸收的调节;另外,水通道蛋白不仅可以提高植物的抗旱、抗盐能力,对低温胁迫也有一定的响应,还可以与多类逆境胁迫蛋白发生相互作用,共同调节植物的水分和渗透平衡,提高植物应对逆境胁迫的能力,表明植物水通道蛋白对非生物胁迫下的应答机制有待于进一步探索,为植物水通道蛋白的应用研究提供科学的理论支持与材料支撑。

番茄SlMIP基因参与转基因拟南芥的渗透调节

本实验以野生型(WT)和转番茄SlMIP基因的拟南芥为材料,研究NaCl胁迫条件下对二者体内渗透调节特征的影响。结果发现,在NaCl胁迫下,转SlMIP基因的拟南芥细胞膜损伤程度较轻,组织渗透势显著降低,并保持较高的组织含水量,生长受抑制程度明显低于野生型植株。转基因植株体内Na+含量和Na+/K+比值显著低于野生型拟南芥,K+含量虽有所下降但仍显著高于野生型植株,而且在盐胁迫下脯氨酸和可溶性糖含量也高于野生型拟南芥,表明转入番茄SlMIP基因后的拟南芥,通过增加水分子的吸收,减少钠离子的进入,增加了细胞内脯氨酸和可溶性糖的含量,进而影响植物的有机渗透调节能力,与此同时可能通过离子化区隔机制以及与质膜Na+/H+逆向转运蛋白的相互作用更有效地调节细胞内外的无机离子交换能力,使植物更有效地抵御盐害,表明番茄SlMIP水通道蛋白基因在植物盐胁迫下具有重要的渗透调节作用。

橡胶树花青素合成调控因子HbAn1的克隆及其功能分析

橡胶树转基因过程筛选效率低阻碍了转基因研究快速发展。花青素累积产生的紫红色肉眼直接可辨,是一种简单、安全的可视化筛选标记。为利用橡胶树花青素作为转基因筛选标记,本文首先以R2R3-MYB保守结构域(R2、R3)为探针调取橡胶树R2R3-MYB,并与拟南芥等其他物种花青素合成相关的R2R3-MYB进行进化分析,结果显示橡胶树scaffold0374_923317和Scaffold0598_393375与其他物种已功能验证的花青素合成调控R2R3-MYB聚到同一亚类。随后从古铜期叶片中克隆到scaffold0374_923317基因,并将其命名为HbAn1。序列分析表明,HbAn1蛋白具有R2R3-MYB蛋白的典型结构:R2R3结构域及b HLH互作结构域。定量表达分析表明HbAn1在古铜期叶片及暗培养茎秆中高水平表达,在其他时期叶片及光照培养茎秆中表达水平很低,与不同组织花青素含量正相关。最后,在烟草中组成型过表达HbAn1,使烟草叶片、花瓣、花托、花丝等组织大量累积花青素,定量分析表明其激活了这些组织后期花青素合成酶基因Nt DFR,Nt LDOX,Nt UFGT。本文首次获得橡胶树花青素累积相关的正调控因子R2R3-MYB(HbAn1),这为花青素作为橡胶树转基因可视化筛选标记提供了基因资源。

橡胶树叶片原生质体分离条件的优化

分别以橡胶树GT1种子实生苗古铜期、变色期、淡绿期和稳定期4个不同发育阶段的叶片为材料进行原生质体的酶解分离研究,同时分析比较不同酶组合、酶解时间和甘露醇浓度等主要因素对橡胶树叶片原生质体产量和活力的影响,建立高效稳定的橡胶树叶片原生质体分离体系,为进行橡胶树外源基因瞬时表达及CRISPR基因编辑等研究快速提供高产优质的原生质体。结果表明:在同等条件下,变色期叶片的原生质体产量和活力最高,分别为14.8×10~7个/g FW和97.3%;其次为古铜期叶片,可达到8.6×10~7个/g FW和95.2%;淡绿期和稳定期叶片原生质体的产量非常低,活力也相对较低,分别仅有3.4×10~5个/g FW和89.5%、7.2×104个/g FW和80.6%。单因素实验结果表明,最适合变色期叶片原生质体分离的条件为:酶组合为2%纤维素酶+0.6%离析酶、酶解时间为6 h、甘露醇浓度为0.6 mol/L,此时橡胶树叶肉原生质体的产量可高达19.7×10~7个/g FW,活力约为97.6%。

成花素的移动性及其在育种中的应用

开花是植物从营养生长进入生殖生长的转折点。近年的研究表明,FT就是寻找多年的成花素。FT蛋白在叶片合成,通过韧皮部从芽接部位移动到接穗或根部,其过表达常导致植物提早开花,以上特点在促进木本植物提早开花、缩短童期、加速育种具有重要价值。综述FT蛋白的移动为成花必须,FT蛋白芽接移动性在一年生及多年生植物的差异、FT促进观赏植物提早开花、利用FT加速育种进程等方面的进展,为相关研究提供参考。

橡胶树红根病菌具有差异化的营养需求

将分离自云南、海南两地的9株橡胶树红根病菌,分别在面粉培养基,MS培养基及二者各一半混合而成的培养基(1/2 MS)上培养,结果发现,其中7个菌株在1/2 MS上生长最佳,2个菌株在面粉培养基上生长最佳。同时,5个菌株在MS培养基上生长最慢,3个菌株在面粉培养基上生长最慢,一个菌株在1/2 MS培养基上生长较慢,这说明橡胶树红根病菌具有差异化的营养需求,而1/2 MS可以作为最有利于红根病菌生长的培养基。另外,病原菌在3种培养基上具有不同的形态特征,而且在1/2 MS培养基上最早出现黄化色变。

橡胶树F3’H基因克隆及其功能分析

从橡胶树叶片转录组数据库中调取花青素合成途径中的关键酶类黄酮3’-羟化酶(F3’H)基因序列信息,通过RT-PCR扩增得到2个橡胶树F3’H基因,分别命名为HbF3’H1和HbF3’H2。通过荧光定量PCR分析发现,只有HbF3’H1基因在不同发育时期的橡胶树叶片和嫩茎中的表达水平与花青素的合成积累趋势完全一致。HbF3’H1所编码的蛋白属于P450超家族,具有保守的F3’H结构域,而且HbF3’H1基因的启动子中包含多种环境效应元件,说明HbF3’H1基因的表达受环境因子调控。通过农杆菌转化烟草发现,过表达HbF3’H1基因的烟草花瓣大量累积花青素,其颜色较非转基因烟草显著加深,同时,荧光定量PCR发现HbF3’H1表达水平与转基因烟草花瓣颜色呈正相关,说明HbF3’H1基因表达促进花青素的累积。本研究为阐明橡胶树花青素代谢途径奠定基础。

GDS-80手持基因枪在橡胶树遗传转化上应用的参数优化与配件改进

GDS-80手持基因枪是美国Wealtec公司2009年推出的基因传递系统,具有操作简便、高效的特点。已报道的橡胶树基因枪转化研究都是使用台式基因枪。本文首先利用考马斯亮蓝轰击滤纸去除明显不适合的参数,接着以绿色荧光蛋白(GFP)基因作为报告基因,轰击巴西橡胶树体细胞胚以及愈伤组织,用荧光显微镜观察绿色荧光,探究适合橡胶树的轰击参数。而且比较了Image J软件和肉眼统计荧光斑点数及GDS-80手持基因枪与PDS-1000/He台式基因枪的差异。结果表明:对于橡胶树体细胞胚和愈伤组织,仅依靠原厂配件难以获得较好的转化效果。本文设计了直径3 cm(与轰击范围相同),高度2.5 cm,孔径60目的过滤网。同时改进装试验材料的培养皿,用刀片在培养皿的中心割出一个直径3 cm的圆圈,轰击胚状体时,将上述设计的过滤筛网正向卡在圆圈上,胚状体放入过滤网中,轰击时将培养皿用试管架架高,压力就从筛网及底部的空洞分解,微弹完全轰击到试验材料。轰击胚状体最优参数为:轰击压力为60 psi,针状调节阀为3圈,目标间隔盘为6 cm。轰击愈伤时将材料放到普通培养皿中心的轰击范围内,反向盖上过滤筛网。最优轰击参数为:轰击压力为50 psi,针状调节阀为4圈,目标间隔盘为6 cm。本文采用Image J软件进行荧光斑点计数,准确率与肉眼相当,但较肉眼省时。GDS-80手持基因枪与PDS-1000/He台式基因枪转化效率相当,但GDS-80手持基因枪每打一枪比PDS-1000/He台式基因枪快12 min。研究结果为橡胶树遗传转化提供了高效的基因枪转化体系,为转基因研究提供了一个高效的统计荧光数的软件。