农杆菌介导大麦无筛选标记转基因植株的获得

【目的】目前,国内外大麦遗传转化主要利用Golden Promise品种,基因依赖性严重,尤其是大麦的转化效率较低,并且获得安全型转基因大麦植株对其进一步产业化非常重要。建立高效、无筛选标记大麦遗传转化体系,拓展大麦遗传转化的受体基因型,为大麦基因功能解析和大麦转基因育种及商业化种植提供技术保障。【方法】以优良大麦品种Vlamingh为受体,取开花授粉后14 d左右的幼胚为转化材料,通过对培养基成分及培养步骤优化,建立农杆菌介导的高效遗传转化体系,并利用该体系将Bar和GUS在不同T-DNA区段的双T-DNA表达载体pWMB123转化大麦,获得候选转基因植株,然后利用PCR、Bar试纸条、组织化学染色和Southern blot等检测方法,在T1代转基因植株中成功获得无筛选标记大麦转基因植株。【结果】在愈伤组织分化阶段,发现培养基中添加1.0 mg·L^-1 KT、0.5 mg·L^-16-BA和0.05 mg·L^-1 NAA明显促进愈伤组织分化。在转基因植株生根阶段,发现采用添加1.0 mg·L^-1的IBA的SM1(无其他生长素)的生根效果最佳,培养基中添加2.5 mg·L^-1 CuSO4显著降低了大麦转基因植株白化现象。共转化了138个幼胚,最终获得14株大麦转基因植株,转化效率10.14%。PCR、Bar试纸条、GUS染色等检测证实,T0代转基因植株中均含有Bar,而仅有10株含有GUS,2个T-DNA的共转化效率为71.43%。选取4个同时含有Bar和GUS的转基因植株,对其自交后代进行检测,在BL8株系中筛选到2株只含GUS而不含Bar的转基因植株,无筛选标记效率为6.9%。在T1代转基因植株中对Bar和GUS进行了Southern blot鉴定,发现在多数转基因植株中Bar和GUS均为多拷贝整合,进一步证实BL8-15和BL8-19为无筛选标记的转基因植株。【结论】利用大麦品种Vlamingh为转化材料可以较高效率获得转基因植株,提高愈伤组织分化效率和转基因植株生根效率,降低转基因植株白化现象。利用农杆菌介导双T-DNA表达载体转化大麦,成功获得了无筛选标记转基因植株。

基于簇毛麦No.1026转录组的SSR序列分析及其PCR标记开发

【目的】探究从前苏联引进的簇毛麦No.1026(Dv#4)的EST-SSR序列特征及其在染色体的分布,分析它们在不同簇毛麦间及与小麦间的多态性,为其进一步的研究与利用提供依据。【方法】通过Illumina HiSeq测序获得No.1026植株的转录组序列,利用MISA软件分析转录组SSR序列及特征,采用Primer 3设计SSR引物,随机合成238对引物,对小麦中国春与簇毛麦Dv#4和引自英国剑桥的簇毛麦Dv#2的基因组DNA进行扩增,在琼脂糖凝胶上分离评价扩增产物的多态性,并利用一套小麦-簇毛麦异染色体系进行扩增分析。【结果】检测了No.1026总长62.76 Mb的转录组序列,发现10 497个SSR位点,它们分布于8 735条Unigene上。在1—6个核苷酸的重复单元中,单、双、三碱基的重复占95.85%,其中三核苷酸串联重复数量最多,占SSR总数的50.33%,而CCG/CGG基序的重复占三核苷酸串联重复的41.66%;单核苷酸重复是第二大类型,出现频率为27.13%,其中A/T重复占单核苷酸重复的74.58%。二核苷酸重复类型的数量位列第三,占SSR总数的18.39%。在238对EST-SSR引物中,88对在中国春与簇毛麦(包括Dv#2和Dv#4)之间的扩增产物显示多态性;8对只在簇毛麦和单一异染色体系扩增;4对可在簇毛麦和多个异染色体系中特异扩增;但多数可在簇毛麦中清晰扩增的引物不能在任何异染色体系中扩增,推测可能与簇毛麦基因组及染色体导入小麦过程中的变异有关;47对(19.74%)在2份不同来源的簇毛麦Dv#2和Dv#4之间的扩增产物呈现多态性。利用1对EST-SSR引物和1个EST-PCR标记检测48个簇毛麦植株,证明多态性的SSR引物可有效用于检测簇毛麦的异质性。【结论】簇毛麦No.1026(Dv#4)的转录组中存在丰富的SSR序列,其中CCG/CGG、A/T和AG/CT等三核苷酸、单核苷酸和二核苷酸是其最主要的串联重复基序。部分EST-SSR的侧翼保守序列与单一或若干外源染色体特异相关联,据此开发特异的分子标记,可用于跟踪检测小麦背景中特异的簇毛麦染色体或染色体片段。Dv#4与Dv#2间的部分EST-SSR具有多态性,提示2份不同来源簇毛麦的表达序列间存在一定程度的遗传差异,因此,簇毛麦Dv#4值得进一步的发掘研究。

基于小麦SNP芯片对簇毛麦6V#2和6V#4染色体及其与小麦6A、6D染色体的多态性分析

【目的】利用大数据比较2条不同的簇毛麦6V(#2和#4)染色体及其与小麦6A、6D染色体间DNA水平上的差异,为小麦-簇毛麦靶向易位的精准设计育种提供依据。【方法】以6V#4(6D)异代换系RW15为父本和6V#2(6A)异代换系南87-88为母本进行杂交,获得F2分离群体,利用6V#4S/6V#2S/6AS/6DS/6VL特异分子标记检测F2植株,筛选新类型的代换系,并用分子标记结合基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)对新类型代换系进行确认,再利用小麦55K芯片中的6A、6D探针,对新代换系及其双亲南87-88和RW15进行分析;结合660K芯片6A、6D探针对2份簇毛麦的SNP分析结果,筛选6V特异SNP。【结果】GISH分析表明,19EL124和19EL134的体细胞染色体数2n=42,分别携带2条完整的外源染色体;分子标记鉴定结果表明,19EL124含有6V#4S/6DS特异标记带,缺失了6V#2S/6AS特异带,而19EL134含有6V#2S/6AS特异标记带,缺失了6V#4S/6DS特异带;19EL124和19EL134都含有6VL的特异带,证明19EL124为6V#4(6A)异代换系,19EL134为6V#2(6D)异代换系。55K芯片检测结果表明,异代换系中关键染色体探针的检测效率显著低于其他染色体,且对同类型异代换不同系的检测效率也有所不同。1177个6A探针中,63.21%不能对6A代换系南87-88分型,68.90%不能对6A异代换系19EL124分型,22.51%检测到6V#2和6V#4间的多态性,其中88个只能检测到6V#4染色体,而155个只能检测到6V#2染色体;479个6D探针中,49.48%不能对6D异代换系RW15分型,53.44%不能对6D代换系19EL134分型,16.70%检测到6V#2和6V#4间的多态性,其中23个只能检测到6V#2染色体,42个只能检测到6V#4染色体。整合55K和660K芯片的共有探针,分别从395个6A、231个6D探针筛选获得簇毛麦6V特异的SNP标记22个和15个,其中3个可在6V#2和6V#4染色体间显示多态性。【结论】小麦染色体的缺失与外源染色体的替换,使相应染色体探针的检测效率大幅降低,NA分型比例极大增加,且多数NA分型在2条不同的外源染色体间显示多态;相同探针对2条外源染色体的检测效率不同,小麦6A探针可以更好地检测6V#2,而小麦6D探针可更好检测6V#4;在簇毛麦与异代换系6V染色体的一致性分型中,筛选获得簇毛麦6V特异的SNP标记37个。

2023年小麦新基因挖掘和遗传改良新技术研究回眸

2023年小麦生物育种相关研究取得了重要进展:挖掘了调控小麦高产、抗病、抗旱、耐低温等性状相关的新基因,创制了具有高产、抗病、优质等性状的新种质,构建了大批量EMS突变体库,完善了利用引导编辑系统编辑小麦内源基因和诱导系诱导小麦单倍体的技术体系,丰富了小麦基因组测序数据的覆盖度和多态性。今后需要注重这些新基因、新种质、新技术和新测序数据在小麦育种中的应用,充分发挥它们的作用。尤其是尽可能将多个优良基因或性状进行聚合,培育兼具高产、多抗、优质等多个优良性状的小麦品种。同时,加强小麦抗蚜虫、耐高温和高光效等性状的研究,努力解决小麦生产中的实际问题。

Improvement of wheat drought and salt tolerance by expression of a stress- inducible transcription factorGmDREB of soybean (Glycinemax)

Under stress conditions such as droughthigh-salinity and low-temperature, the transcription factorof DREB (dehydration responsive element binding proteins)improved efficiently stress resistance by regulating the ex-pression of its downstream genes with various environmentastress resistance in plants. GmDREB gene (GenBank Acces-sion No. AF514908) encoding a stress-inducible transcriptionfactor was cloned by screening a cDNA library of Glycinemax cv. Jinong 27 with yeast one-hybrid method. GmDREBgene was 910 bp in length and encoded 174 amino acids con-taining a conserved AP2/EREBP DNA-binding domain of 58amino acids. Two conserved functional amino acids, valineand glutamic acid, were located on the 14th and the 19thamino acid residues in the conserved structural domain. Analkaline amino acid region (KKR) related to a nuclear local-ization signal was at the N-terminal, while an acidic aminoacid region (DDD) related to trans-activation was at theC-terminal. Plant expression vectors were constructed andtransformed into wheat by bombardment. In total, 13 trans-genic plants with Ubi::GmDREB and 11 transgenic plantswith rd29A::GmDREB were identified from 103 regenerationplants by molecular analysis. The drought and salt tolerancesof T1 transgenic lines with Ubi::GmDREB orrd29A::GmDREB were demonstrated to be improved ascompared to wild type. The result also suggested that bothUbiquitin and rd29A promoters could effectively drive theexpression of the GmDREB gene and enhance drought andsalt tolerance of T1 plants.