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盐地碱蓬(Suaedasalsa)是一种肉质化的真盐生植物(euhalophyte),在长期的进化过程中可能形成了一些特殊的耐盐机制。盐地碱蓬可耐海水浇灌,在盐渍环境中能正常生长发育完成其生活史,其愈伤组织也具有较强的抗盐性。而且,植物在细胞水平和整株水平感知环境胁迫变化后,会产生相似的生物化学或分子水平的反应。因此,不管是在细胞水平还是在整株水平,盐地碱蓬在植物耐盐基因工程的研究利用方面都显示出了广阔的应用前景和巨大的利用价值。目前,对盐地碱蓬抗逆,特别是抗盐机制的研究已从生理水平深入到了生化及分子水平,并由此带动了其基因工程的研究。
本文以盐地碱蓬幼嫩花序为材料,建立了高效可重复的再生体系;以盐地碱蓬下胚轴为材料,通过根癌农杆菌介导法对其进行遗传转化研究。经过抗生素筛选培养,获得了转基因抗性愈伤组织,并通过GUS组织化学染色、PCR等技术对转基因材料进行了检测。本文首次研究了盐地碱蓬的器官形成和植株再生,并初步建立了遗传转化体系,为下一步通过RNAi或反义RNA更深入地研究植物耐盐的分子机制奠定了基础,这可能是一种研究植物耐盐分子机制的新策略。本文主要研究结果如下:
1.以盐地碱蓬幼嫩花序为外植体,通过器官发生途径诱导形成不定芽,建立了高效的再生体系,探讨了不同激素浓度配比对幼嫩花序离体再生的影响。结果表明,以盐地碱蓬幼嫩花序为外植体,在附加1.0mg.L-16-BA和0.4mg.L-1IAA的MS培养基上培养25天可诱导出不定芽,不定芽的诱导频率达到82.1%,不定芽在此培养基上可快速扩增和长期继代培养。不定芽转至MS培养基中培养2~3周生根形成完整植株。同时发现,高浓度的6-BA不仅抑制不定芽的形成也会导致玻璃化现象的产生。
2.以盐地碱蓬下胚轴为外植体,探讨了不同浓度的卡那霉素对愈伤组织诱导的影响。结果发现,当Kan(Kanamycin,卡那霉素)浓度达到30mg.L-1时愈伤组织的诱导被完全抑制,当达到50mg.L-1时,95%的下胚轴褐化死亡。在愈伤组织诱导过程中,Ps(PiperalillinSodium,哌拉西林钠)浓度为500mg.L-1时对愈伤组织诱导的影响不显著。高浓度的Ps(600mg.L-)对愈伤组织的诱导有明显的抑制作用,综合考虑,在盐地碱蓬农杆菌介导的遗传转化中,诱导愈伤组织的过程宜选用Ps500mg.L-1来抑制农杆菌的生长,Kan筛选的临界浓度为30mg.L-1。
3.以盐地碱蓬下胚轴作为根癌农杆菌(LBA4404)介导转化的受体,通过对GUS基因稳定表达率的分析,研究该转化体系的最佳参数。结果表明预培养时间、共培养时间、农杆菌浓度、感染时间和乙酰丁香酮(Acetosyringone,AS)的添加方式等对转化效率都有一定的影响。最佳转化参数是:切取10天苗龄的无菌苗下胚轴5~8mm,预培养2d后于OD6000.5添加100μMAS农杆菌悬浮液中感染5~10min,吸去多余的菌液,将下胚轴转移到添加100μMAS共培养基中共培养4天,然后转移到脱菌培养基中进行抑菌培养,3天后将下胚轴转到筛选培养基上连续筛选3~4代,每代12天,获得抗性愈伤组织,转化频率为63%。
4.对转基因抗性愈伤组织进行GUS基因组织化学染色和PCR检测,证实了外源基因己经整合到盐地碱蓬愈伤组织的基因组中,并得到稳定表达。我们正在利用转基因抗性愈伤组织获得转基因植株。