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乙烯作为植物体内五大内源激素之一,其对植物叶、花的衰败、果实成熟及生长发育等生理过程起着关键性的作用。源自微生物的ACC脱氨酶(1-aminocyclopropane-1-carboxylicaciddeaminase,ACDS)可以将乙烯生物合成的直接前体物(ACC)分解成α-丁酮酸和氨,从而有效抑制乙烯的生物生成。但至今尚未在植物中发现ACC脱氨酶基因(ACDS)。通过基因工程技术使ACDS在高等植物体内表达,有望达到延缓植物衰老进程、培育出耐贮运农产品及园艺产品新品种之目的。本实验开展ACDS克隆、载体构建及遗传转化研究,企望为培育延缓衰老的转基因花卉品种奠定技术基础,获得如下主要结果;
1.采用改良的小量细菌总DNA提取法,从阴沟肠杆菌(Enterobactercloacae)UW4菌株提取细菌总DNA,根据已报道的阴沟肠杆菌ACDS的序列设计并合成一对简并引物,通过PCR扩增获得一条约1.02Kb特异片段,把该片段连接到pGEM-Tvector上进行克隆测序。序列分析结果表明该基因编码区全长为1017bp,共编码338个氨基酸残基,与GenBank中报道的序列(AF047710)相比仅存在8个核苷酸的差异,同源性高达99.1%;将其翻译成氨基酸序列后发现,仅引起了4个氨基酸残基的变化,氨基酸同源性高达98.2%。同时利用DNASIS软件对蛋白质二级结构进行分析比较,发现其在蛋白质二级结构及其单元上与报道的序列完全一致,从理论上证明该基因在阴沟肠杆菌中是高度保守的。另外,将克隆的ACDS插入原核表达载体pET-28b,并转入大肠杆菌进行融合蛋白的诱导表达,经Westernblot检测,发现其表达的融合蛋白与预期相符,进一步证实所克隆基因的功能与报道的序列一致。
2.以矮牵牛(Petuniahybrida)叶片总DNA为模板,通过PCR扩增获得花特异表达启动子CHSA。
3.以质粒pSG516DNA为模板,通过PCR扩增获得衰老特异表达启动子SAG12。
4.分别以CaMV35S、CHSA及SAG12为启动子构建ACDS的植物表达载体。
5.分别以CaMV35S及CHSA为启动子构建了ACDS及康乃馨反义ACC氧化酶基因的双基因植物表达载体。
6.采用“三亲交配”法,将上述构建好的植物表达载体转入根癌农杆菌中。
7.建立了烟草叶片从愈伤组织到完整植株的再生体系。
8.通过农杆菌介导法对烟草叶盘进行遗传转化,并通过愈伤组织成苗途径,获得了16株转基因植株,其中5株为CaMV35S组成型表达;6株为SAG12衰老特异表达;5株为花特异表达。经多重PCR及PCR-Southern杂交检测,证实ACDS已整合进烟草的基因组中。