TALENs基因编辑技术创制花生高油酸含量突变材料的研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiaxing19871215
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花生(Arachis hypogaea L.)是我国重要的油料作物和经济作物。花生种子油脂的品质由脂肪酸的组成成分所决定。高油酸含量的花生油脂稳定性好,货架期长,而且有益于人体的健康。  △12-脂肪酸脱氢酶(delta12 fatty acid desaturase,FAD2)是植物脂肪酸合成代谢的重要酶,其作用是催化油酸在碳12和碳13位间形成双键,生成亚油酸,调控植物贮藏脂和膜脂中的油酸与亚油酸的比例。AhFAD2基因编码区序列变化引起的编码蛋白活性的差异与花生油酸、亚油酸含量具有密切的相关性。  目前通过基因工程沉默花生AhFAD2基因的方法为RNAi干扰技术,而关于基因组编辑技术修饰AhFAD2基因表达的研究较少。近年来TALENs(transcriptionactivator-like effector nucleases,TALENs)为代表的基因组编辑技术快速发展,通过TALENs基因组编辑技术定向敲除AhFAD2基因有望提高花生籽粒的油酸含量。  实验室于2013年从粤油7号叶片中克隆出AhFAD2基因(genebank登录号为:KF741365,KF741366),开放读码框(ORF)为1140bp,编码379个氨基酸,并且建立了以花生半片成熟种子为受体的非组织培养基因转化方法。  本论文对18个油酸含量不同的花生品种AhFAD2基因进行克隆,通过序列比对,分析其基因序列变化与花生油酸、与亚油酸含量的关系;同时构建花生AhFAD2基因TALENs表达载体,通过遗传转化创制AhFAD2基因花生高油酸突变体材料。实验结果表明:  1、对18个不同油酸含量花生品种的叶片AhFAD2进行克隆,利用DNAMAN软件分析AhFAD2预测氨基酸序列,结果发现,除了翻译提前终止的序列以外,AhFAD2蛋白质结构上具有3个高度保守的组氨酸结构域,分别为HECGHH,HRRHH,HVAHH。  2、利用DNAMAN软件分析18个不同油酸含量花生品种的AhFAD2基因碱基序列,高油酸花生品种在448个碱基处发生G→A突变,或442碱基处插入碱基A,或410碱基处插入碱基C,或451个碱基处发生G→T突变,或480碱基处发生碱基缺失可能会导致花生种子油酸含量的提高。  3、构建了带有35S启动子、以Bar基因为检测基因,能够识别编辑AhFAD2基因的TALENs表达载体L1-R1-PHB,L2-R2-PHB,并转化到农杆菌EHA105。经L1-R1-PHB载体感染的粤油7号花生种子数为323颗,获得拟转基因花生植株216株,对拟转基因花生植株叶片进行PCR鉴定,其中18株为阳性植株,阳性率为8.33%;经L2-R2-PHB载体感染的粤油7号花生种子数为243颗,获得拟转基因花生植株数105株,对拟转基因花生植株叶片进行PCR鉴定,其中13株为阳性植株,阳性率为12.38%。  4、随机挑取7株阳性转基因花生植株,对其AhFAD2基因TALENs靶位点序列进行PCR扩增并测序,通过DNAMAN软件分析发现,转基因植株的AhFAD2基因在TALENs靶位点处均发生碱基缺失,造成AhFAD2基因移码突变,翻译提前终止。  5、检测转基因植株第一代种子油酸与亚油酸含量发现,与非转基因植株相比,L1-R1-PHB载体转化的18株转基因植株中,种子油酸含量增加了9.54%~48.11%,亚油酸含量降低了16.75%~38.92%。经L2-R2-PHB载体转化获得的13株转基因植株中,种子油酸含量增加了15.04%~46.70%,亚油酸含量降低了14.19%~37.19%。  上述结果初步证明了AhFAD2基因碱基序列的改变(第410碱基处插入碱基C,或第451碱基处发生G→T突变,或第480碱基处发生碱基缺失)与种子油酸/亚油酸含量的变化有关,并通过TALENs基因编辑技术获得了AhFAD2基因突变材料,为进一步认识该基因对花生种子油酸含量的影响奠定了基础。
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