农杆菌介导单子叶植物遗传转化问题与对策

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1、万方数据植物学通报ChineseBulletinofBotany2008,25(4):491-496,www.chinbullbotany.com-专题介绍-农杆菌介导单子叶植物遗传转化问题与对策魏开发r,刘逸萍1,林子英1,杨雅芳1,张泽宏1,贾文锁21漳州师范学院生物系,漳州363000;2中国农业大学农学与生物技术学院,北京100094摘要尽管十几年来农杆菌介导的单子叶植物遗传转化研究取得了较大的进步,但仍存在着基因型限制、转化率不高和外源基因表达活性低等问题。本文综述了近几年来此项研究在感受态细胞选择与调节、预培养及共培养体系优化、转化子的筛选及外源基冈表达调控等方面的

2、主要进展。关键词农杆菌,遗传转化,单子叶植物魏开发,刘逸萍,林子英,杨雅芳,张泽宏,贾文锁(2008).农杆菌介导单子叶植物遗传转化问题与对策.植物学通报25,491—496.单子叶植物中的水稻、玉米和小麦是我国重要的粮食作物,其产量直接关系到我国的粮食安全。近年来的人口增长和耕地面积锐减,给育种工作者带来了极大的压力。传统的杂交育种存在周期长、效率低和种间杂交困难等问题,很难创造新的品系。分子生物学在植物育种上的应用,为植物种质资源创新,打破种问杂交障碍,定向选育优、新、特新品种提供了一个有效的基因操纵平台。在众多基因转化方法中,农杆菌转化法具有转化机理清楚、外源基因低拷贝整

3、合、能导人大片段外源基因以及不易引起分子间或分子内重排等优势。但由于单子叶植物不是农杆菌的天然寄主,加之单子叶植物外植体再生能力低下、感受态细胞缺乏和遗传转化不稳定等,限制了这一方法在禾本科作物上的应用。本文作者结合自已的研究工作就其存在的问题提出了相应的解决策略。1感受态细胞的选择与调节感受态细胞的获得是影响基因工程能否开展并走向实用的关键。在愈伤组织诱导过程中形成的胚性细胞有很强的接受外源DNA的能力,因此是合适的转化受体。而单子叶植物薄壁细胞在发育旺盛期就失去了分化能力,收稿日期:2007-12-04;接受口期:2008-01—20基金项目:国家自然科学蕈会(No.304

4、70160)’通讯作者。E-mail:kaifa.wei@163.com其受伤区周围细胞发生不同程度的木质化,缺乏感受态细胞,加之不同基因型植物形成胚性愈伤的能力相差甚远,造成单子叶植物感受态系统建立困难,但是它们的这种潜在能力在适宜条件下也可以表现出来。基因型对感受态细胞具有决定性作用,其特异性表现在细胞内源激素水平、细胞壁结构、细胞创伤反应、农杆菌识别和附着位点以及外植体再生能力等方面。如在相同条件下,玉米A188的再生能力显著高于其它品系,以其为亲本的杂交后代也表现出较高的体细胞再生能力。研究者可选择处于适宜生理状态基因型的相应器官作为外植体,通过激素和培养基的合理组配来

5、获得和维持受体细胞的最佳感受态状态(魏开发等,2004;高武军等,2005)。2预培养及共培养体系的优化2.1质粒和菌株的组合由于单子叶植物不是农杆菌的天然寄主,农杆菌菌株和质粒的适当组合对于转化的成功非常重要。Ishida等(1996)选择感染性强的菌株EHAl01获得了玉米高效转化系统,菌株LBA4404与超双元载体pSBl31或pTOKl33的组合也能有效转化玉米。Hiei等(1994)用万方数据492植物学通报25(4)20082种菌株(LBA4404、EHAl01)和2个双元载体(piGl21Hm、pTOK233)的不同组合转化水稻,实验结果显示,组合LBA4404/

6、pTOK233的转化率明显高于其它组合,而超毒力菌株EHAl01与pTOK233组合比普通农杆菌与双元质粒组合的转化率还低。分析不同菌株对水稻愈伤组织的转化频率,发现EHAl05最好,LBA4404次之,AGL-1最差(易自力等,2001o用3种不同菌株(LBA4404、EHAl05、AGL-1)与同一种双元载体质粒(pCAMBIAl301)组合转化水稻“中花11号”,结果表明,由EHAl01衍生而来的EHAl05对受体的敏感性高于LBA4404(刘巧泉等,1999)。彭昊等(2006)采用EHAl05/pCAMBIAl300组合实现了水稻高效RNA干涉体系的建立。在小麦的转化

7、中,组合EHAl01/piGl21Hm相对于LBA4404/pTOK233和GV3101/pPCV6NFHGusInt是最有效的(Guoeta1.,1998)。实验采用了3个农杆菌菌株与2个质粒的不完全组合转化小麦“农大146”的幼胚,组合AGL-1/p3301、EHAl05/p3301和LBA4404/pTBAaB的转化效率依次增高(王永勤等,2002)。有研究者利用EHAl05、MOGl01和LBA4404转化小麦幼胚,没有获得转基因植株,而利用C58cl获得了转基因植株,并认为ABI及

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1、万方数据植物学通报ChineseBulletinofBotany2008,25(4):491-496,www.chinbullbotany.com-专题介绍-农杆菌介导单子叶植物遗传转化问题与对策魏开发r,刘逸萍1,林子英1,杨雅芳1,张泽宏1,贾文锁21漳州师范学院生物系,漳州363000;2中国农业大学农学与生物技术学院,北京100094摘要尽管十几年来农杆菌介导的单子叶植物遗传转化研究取得了较大的进步,但仍存在着基因型限制、转化率不高和外源基因表达活性低等问题。本文综述了近几年来此项研究在感受态细胞选择与调节、预培养及共培养体系优化、转化子的筛选及外源基冈表达调控等方面的

2、主要进展。关键词农杆菌,遗传转化,单子叶植物魏开发,刘逸萍,林子英,杨雅芳,张泽宏,贾文锁(2008).农杆菌介导单子叶植物遗传转化问题与对策.植物学通报25,491—496.单子叶植物中的水稻、玉米和小麦是我国重要的粮食作物,其产量直接关系到我国的粮食安全。近年来的人口增长和耕地面积锐减,给育种工作者带来了极大的压力。传统的杂交育种存在周期长、效率低和种间杂交困难等问题,很难创造新的品系。分子生物学在植物育种上的应用,为植物种质资源创新,打破种问杂交障碍,定向选育优、新、特新品种提供了一个有效的基因操纵平台。在众多基因转化方法中,农杆菌转化法具有转化机理清楚、外源基因低拷贝整

3、合、能导人大片段外源基因以及不易引起分子间或分子内重排等优势。但由于单子叶植物不是农杆菌的天然寄主,加之单子叶植物外植体再生能力低下、感受态细胞缺乏和遗传转化不稳定等,限制了这一方法在禾本科作物上的应用。本文作者结合自已的研究工作就其存在的问题提出了相应的解决策略。1感受态细胞的选择与调节感受态细胞的获得是影响基因工程能否开展并走向实用的关键。在愈伤组织诱导过程中形成的胚性细胞有很强的接受外源DNA的能力,因此是合适的转化受体。而单子叶植物薄壁细胞在发育旺盛期就失去了分化能力,收稿日期:2007-12-04;接受口期:2008-01—20基金项目:国家自然科学蕈会(No.304

4、70160)’通讯作者。E-mail:kaifa.wei@163.com其受伤区周围细胞发生不同程度的木质化,缺乏感受态细胞,加之不同基因型植物形成胚性愈伤的能力相差甚远,造成单子叶植物感受态系统建立困难,但是它们的这种潜在能力在适宜条件下也可以表现出来。基因型对感受态细胞具有决定性作用,其特异性表现在细胞内源激素水平、细胞壁结构、细胞创伤反应、农杆菌识别和附着位点以及外植体再生能力等方面。如在相同条件下,玉米A188的再生能力显著高于其它品系,以其为亲本的杂交后代也表现出较高的体细胞再生能力。研究者可选择处于适宜生理状态基因型的相应器官作为外植体,通过激素和培养基的合理组配来

5、获得和维持受体细胞的最佳感受态状态(魏开发等,2004;高武军等,2005)。2预培养及共培养体系的优化2.1质粒和菌株的组合由于单子叶植物不是农杆菌的天然寄主,农杆菌菌株和质粒的适当组合对于转化的成功非常重要。Ishida等(1996)选择感染性强的菌株EHAl01获得了玉米高效转化系统,菌株LBA4404与超双元载体pSBl31或pTOKl33的组合也能有效转化玉米。Hiei等(1994)用万方数据492植物学通报25(4)20082种菌株(LBA4404、EHAl01)和2个双元载体(piGl21Hm、pTOK233)的不同组合转化水稻,实验结果显示,组合LBA4404/

6、pTOK233的转化率明显高于其它组合,而超毒力菌株EHAl01与pTOK233组合比普通农杆菌与双元质粒组合的转化率还低。分析不同菌株对水稻愈伤组织的转化频率,发现EHAl05最好,LBA4404次之,AGL-1最差(易自力等,2001o用3种不同菌株(LBA4404、EHAl05、AGL-1)与同一种双元载体质粒(pCAMBIAl301)组合转化水稻“中花11号”,结果表明,由EHAl01衍生而来的EHAl05对受体的敏感性高于LBA4404(刘巧泉等,1999)。彭昊等(2006)采用EHAl05/pCAMBIAl300组合实现了水稻高效RNA干涉体系的建立。在小麦的转化

7、中,组合EHAl01/piGl21Hm相对于LBA4404/pTOK233和GV3101/pPCV6NFHGusInt是最有效的(Guoeta1.,1998)。实验采用了3个农杆菌菌株与2个质粒的不完全组合转化小麦“农大146”的幼胚,组合AGL-1/p3301、EHAl05/p3301和LBA4404/pTBAaB的转化效率依次增高(王永勤等,2002)。有研究者利用EHAl05、MOGl01和LBA4404转化小麦幼胚,没有获得转基因植株,而利用C58cl获得了转基因植株,并认为ABI及

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