中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (15): 2966-2976.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.011
收稿日期:
2022-12-02
接受日期:
2023-05-22
出版日期:
2023-08-01
发布日期:
2023-08-05
通信作者:
联系方式:
邢苗苗,E-mail:20200021@jaas.ac.cn。
基金资助:
XING MiaoMiao(), XU YuanYuan, LU YuYu, YAN JiYong, ZENG AiSong(
)
Received:
2022-12-02
Accepted:
2023-05-22
Published:
2023-08-01
Online:
2023-08-05
摘要:
【目的】 将来自萝卜的胞质不育恢复基因Rfo导入到青花菜Ogura细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility,CMS)主栽商业品种‘耐寒优秀'(命名为SFB45)中,获得Ogura CMS恢复系,打破Ogura CMS材料在生产上无法再利用的现状,为优异种质的创制和改良提供新途径。【方法】 利用基因合成的方法克隆萝卜Rfo 的CDS及其启动子序列,构建表达载体pRfo ::Rfo。通过农杆菌介导的遗传转化方法侵染SFB45的具柄子叶和下胚轴,进行再生、抗性苗筛选和PCR鉴定获得阳性植株,开花期观察转基因植株的育性恢复情况;用亚历山大染液分析对照组及阳性株的花粉活力;分别提取对照组及阳性株<3 mm和>3 mm花蕾的RNA并反转录成单链cDNA,设计特异引物,利用RT-PCR分析Rfo及绒毡层和花粉壁发育相关基因在SFB45及对应的育性恢复材料花蕾中的表达差异。【结果】 通过遗传转化共获得10个阳性株系,其中8个株系育性得到不同程度的恢复,花粉活力为84.2%—90.4%。RT-PCR分析结果表明,育性恢复植株花蕾中Rfo表达,绒毡层发育关键调节因子DYT1和TDF1及花粉壁主要成分孢粉素合成所必需的基因ACOS5在育性恢复植株<3 mm花蕾中上调表达。绒毡层降解相关基因AMS、四分体胼胝质壁及花粉外壁发育所必需的基因CalS5和CYP703在育性恢复植株>3 mm花蕾中上调表达。分析阳性株系R-1、R-3和R-6自交及杂交后代发现转入的Rfo能稳定遗传,符合孟德尔遗传。【结论】 通过遗传转化Rfo获得了优良青花菜Ogura CMS商品种SFB45的育性恢复系,且Rfo的转入使绒毡层及花粉壁发育相关基因恢复正常表达。
邢苗苗, 许园园, 卢昱宇, 严继勇, 曾爱松. 通过遗传转化Rfo获得青花菜Ogura CMS恢复系[J]. 中国农业科学, 2023, 56(15): 2966-2976.
XING MiaoMiao, XU YuanYuan, LU YuYu, YAN JiYong, ZENG AiSong. Development of Ogura CMS Restorers of Broccoli via Genetic Transformation of Rfo[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(15): 2966-2976.
表1
青花菜遗传转化的培养基配方"
培养基 Medium | 成分 Component |
---|---|
MS培养基 MS medium | 4.43 g∙L-1 MS培养基,30 g∙L-1蔗糖,8 g∙L-1琼脂粉,pH 5.9 4.43 g∙L-1 MS, 30 g∙L-1 sugar, 8 g∙L-1 agar, pH 5. 9 |
预培养基 Preculture medium | 4.43 g∙L-1 MS培养基,30 g∙L-1蔗糖,8 g∙L-1琼脂粉,1 mg∙L-1 6-苄氨基嘌呤,0.1 mg∙L-1 萘乙酸,pH 5.9 4.43 g∙L-1 MS, 30 g∙L-1 sugar, 8 g∙L-1 agar, 1 mg∙L-1 6-BA, 0.1 mg∙L-1 NAA, pH 5. 9 |
共培养基 Cocultivation medium | 4.43 g∙L-1 MS培养基,30 g∙L-1蔗糖,8 g∙L-1琼脂粉,1 mg∙L-1 6-苄氨基嘌呤,0.1 mg∙L-1 萘乙酸,100 μmol∙L-1乙酰丁香酮,pH 5.9 4.43 g∙L-1 MS, 30 g∙L-1 sugar, 8 g∙L-1 agar, 1 mg∙L-1 6-BA, 0.1 mg∙L-1 NAA, 100 μmol∙L-1 Acetosyringone, pH 5. 9 |
延迟培养基 Delayed medium | 4.43 g∙L-1 MS培养基,30 g∙L-1蔗糖,8 g∙L-1琼脂粉,1 mg∙L-1 6-苄氨基嘌呤,0.1 mg∙L-1 萘乙酸,300 mg∙L-1特美汀,pH 5.9 4.43 g∙L-1 MS, 30 g∙L-1 sugar, 8 g∙L-1 agar, 1 mg∙L-1 6-BA, 0.1 mg∙L-1 NAA, 300 mg∙L-1 Timentin, pH 5. 9 |
选择培养基 Selective medium | 4.43 g∙L-1 MS培养基,30 g∙L-1蔗糖,8 g∙L-1琼脂粉,1 mg∙L-1 6-苄氨基嘌呤,0.1 mg∙L-1 萘乙酸,300 mg∙L-1特美汀,pH 5.9 4.43 g∙L-1 MS, 30 g∙L-1 sugar, 8 g∙L-1 agar, 1 mg∙L-1 6-BA, 0.1 mg∙L-1 NAA, 10 mg∙L-1 basta, 300 mg∙L-1 Timentin, pH 5. 9 |
长苗培养基 Seedling medium | 4.43 g∙L-1 MS培养基,30 g∙L-1蔗糖,8 g∙L-1琼脂粉,0.2 mg∙L-1 6-苄氨基嘌呤,0.1 mg∙L-1 萘乙酸,300 mg∙L-1特美汀,pH 5.9 4.43 g∙L-1 MS, 30 g∙L-1 sugar, 8 g∙L-1 agar, 0.2 mg∙L-1 6-BA, 0.1 mg∙L-1 NAA, 300 mg∙L-1 Timentin, pH 5. 9 |
生根培养基 Rooting medium | 4.43 g∙L-1 MS培养基,30 g∙L-1蔗糖,8 g∙L-1琼脂粉,0.1 mg∙L-1 6-苄氨基嘌呤,0.1 mg∙L-1吲哚乙酸,pH 5. 9 4.43 g∙L-1 MS, 30 g∙L-1 sugar, 8 g∙L-1 agar, 0.1 mg∙L-1 NAA, 0.1 mg∙L-1 IBA, pH 5. 9 |
表2
本研究所使用的引物"
引物名称 Primer name | 引物序列 Primer sequence |
---|---|
Bar-F | AAACCCACGTCATGCCAGTT |
Bar-R | GTCTGCACCATCGTCAACCAC |
Bo138300-F | CCATGGACAATAATCTTAGT |
Bo138300-R | TAATGTGCATGAAGTTGAAG |
PRfo-F | cagtGCTCTTCaagacatattcatagattttgttt |
PRfo-R | cgatCGTCTCatttatttttgtttcgcctaa |
Rfo-F | cagtCGTCTCataaaatgttggctagggtttgtgg |
Rfo-R | cagtGCTCTTCaagttcatcccccaaatgatagat |
Rfo-qF | TGCTCTAAGCTCCCCTTTGC |
Rfo-qR | CAGAGCTACGGCTTCGACAA |
Actin-F | CCAGAGGTCTTGTTCCAGCCATC |
Actin-R | GTTCCACCACTGAGCACAATGTTAC |
DYT1-F | TTATGAACAACAAACGGT |
DYT1-R | ATCTCAAATCCCAACAGG |
TDF1-F | GAGATGTGGGAAGAGTTG |
TDF1-R | ATTAGGTGTGAGAAAGGC |
BolC7t41091H-F | TTCCTTCTTCCATCCCTC |
BolC7t41091H-R | GACCTCATCCGCTACCAT |
BolC3t18036H-F | TGCCCATCTTCCTTCTTC |
BolC3t18036H-R | CGTTACGGTTTCATCCAT |
CYP703A2-F | CTGGTGAGAATGGGAAAG |
CYP703A2-R | TCGTGAGGAATCAAGAAC |
ACOS5-F | AAGAGCATACCAATCCTA |
ACOS5-R | AGACACCTTCCTCAACAT |
CalS5-F | TGGTGTCATTGGTGCCTT |
CalS5-R | TTTTGCCGCTTCAGTTCT |
[1] |
李占省, 刘玉梅, 韩风庆, 方智远, 张扬勇, 杨丽梅, 庄木, 吕红豪, 王勇, 季家磊. “十三五”我国青花菜遗传育种研究进展. 中国蔬菜, 2021(1): 33-40.
|
|
|
[2] |
|
[3] |
doi: 10.1016/j.canlet.2008.01.033 |
[4] |
doi: 10.1016/j.jnutbio.2008.02.002 |
[5] |
刘倩男, 黄伟, 丁云花, 王亚钦, 胡丽萍, 赵学志, 何洪巨, 刘光敏. 青花菜中硫代葡萄糖苷RAA和GBC的近红外光谱快速测定. 中国农业科学, 2020, 53(21): 4497-4506. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.21.017.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.21.017 |
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.21.017 |
|
[6] |
李占省, 戚如诗, 刘玉梅, 韩风庆. 我国青花菜生产布局、价格变化及趋势. 长江蔬菜, 2021(4): 1-5.
|
|
|
[7] |
李占省, 刘玉梅, 方智远, 杨丽梅, 庄木, 张扬勇, 吕红豪, 王勇. 我国青花菜产业发展现状、存在问题与应对策略. 中国蔬菜, 2019(4): 1-5.
|
|
|
[8] |
|
[9] |
|
[10] |
doi: 10.1007/BF00284202 |
[11] |
于海龙. 甘蓝类蔬菜Ogura CMS恢复材料的创制及其遗传构成分析[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2018.
|
|
|
[12] |
doi: 10.1038/sj.embor.embor848 pmid: 12740605 |
[13] |
doi: 10.1186/s12870-014-0313-4 |
[14] |
doi: 10.1023/A:1006223908044 |
[15] |
doi: 10.1105/tpc.107.057208 |
[16] |
doi: 10.1007/s00122-005-2059-8 |
[17] |
陈卫江, 李莓, 王同华, 惠荣奎, 涂金星, 傅廷栋. 甘蓝型油菜萝卜细胞质雄性不育恢复材料的创制. 中国农业科学, 2012, 45(8): 1465-1474. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2012.08.002.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2012.08.002 |
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2012.08.002 |
|
[18] |
黄静静, 刘伟, 刘玉梅, 韩风庆, 方智远, 杨丽梅, 庄木, 张扬勇, 吕红豪, 王勇, 季家磊, 李占省. Ogura CMS青花菜育性恢复材料创制及其遗传背景研究. 园艺学报, 2022, 49(3): 533-547.
doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2021-0100 |
doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2021-0100 |
|
[19] |
doi: 10.1007/s00122-016-2728-9 |
[20] |
doi: 10.1007/s00122-020-03757-z |
[21] |
任文静, 于海龙, 陈立, 张斌, 陈文迪, 方智远, 杨丽梅, 庄木, 吕红豪, 王勇, 季家磊, 张扬勇. 甘蓝Ogura CMS育性恢复基因Rfo的传递效率解析及育种应用. 园艺学报, 2021, 48(11): 2197-2210.
doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2020-1078 |
|
|
[22] |
崔慧琳. 结球甘蓝YL-1遗传转化体系的建立及花色基因BolC.cpc-1的功能验证[D]. 合肥: 安徽农业大学, 2018.
|
|
|
[23] |
朱琴, 康宗利, 简元才, 丁云花, 康俊根. 甘蓝细胞质雄性不育相关基因orf138的分子特性分析. 中国农学通报, 2012, 28(4): 104-109.
|
|
|
[24] |
doi: S1360-1385(15)00201-0 pmid: 26442683 |
[25] |
doi: 10.1105/tpc.106.044107 |
[26] |
doi: 10.1007/s12374-016-0523-4 |
[27] |
doi: 10.1111/tpj.13284 |
[28] |
doi: 10.1111/tpj.2005.42.issue-3 |
[29] |
|
[30] |
doi: 10.1007/BF00039614 pmid: 7678759 |
[31] |
doi: 10.1007/s00018-004-4284-8 |
[32] |
doi: 10.1046/j.1365-313X.1996.9060787.x |
[33] |
doi: 10.1016/s1369-5266(98)80016-2 pmid: 10066569 |
[34] |
doi: 10.1101/gad.849600 |
[35] |
doi: 10.1105/tpc.017012 |
[36] |
康俊根. 四种类型甘蓝雄性不育系花药败育特征及基因表达谱分析[D]. 北京: 中国农业科学院, 2006.
|
|
|
[37] |
doi: 10.1046/j.1365-313X.2003.01799.x |
[1] | 杜静雅, 陈凯园, 普金, 周会英, 祝光涛, 张春芝, 杜慧. 高效GFPuv荧光筛选基因编辑载体的改造及其在马铃薯遗传转化中的应用[J]. 中国农业科学, 2023, 56(11): 2223-2236. |
[2] | 赵海霞,肖欣,董玘鑫,吴花拉,李成磊,吴琦. 苦荞愈伤遗传转化体系的优化及用于FtCHS1的过表达分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(9): 1723-1734. |
[3] | 丁茜,赵凯茜,王跃进. 中国野生毛葡萄芪合酶基因表达及对葡萄抗白粉病的影响[J]. 中国农业科学, 2021, 54(2): 310-323. |
[4] | 刘倩男,黄伟,丁云花,王亚钦,胡丽萍,赵学志,何洪巨,刘光敏. 青花菜中硫代葡萄糖苷RAA和GBC的近红外光谱快速测定[J]. 中国农业科学, 2020, 53(21): 4497-4506. |
[5] | 龚强,王轲,叶兴国,杜丽璞,徐延浩. 农杆菌介导大麦无筛选标记转基因植株的获得[J]. 中国农业科学, 2020, 53(18): 3638-3649. |
[6] | 张涵,王学敏,刘希强,马琳,温红雨,王赞. 紫花苜蓿MsGAI的克隆、表达及遗传转化[J]. 中国农业科学, 2019, 52(2): 201-214. |
[7] | 刘梦琦,吴凤颖,王跃进. 中国野生毛葡萄芪合成酶基因表达与抗白粉病分析[J]. 中国农业科学, 2019, 52(14): 2436-2449. |
[8] | 叶明旺,张春芝,黄三文. 二倍体栽培马铃薯高效遗传转化体系的建立[J]. 中国农业科学, 2018, 51(17): 3249-3257. |
[9] | 李占省,刘玉梅,方智远,杨丽梅,庄木,张扬勇,吕红豪. 青花菜P450CYP79F1全长克隆、表达及其与不同器官中莱菔硫烷含量的相关性分析[J]. 中国农业科学, 2018, 51(12): 2357-2367. |
[10] | 李 芳,邓子牛,赵 亚,李大志,戴素明. 柑橘衰退病毒基因p23 RNAi载体的构建及转化[J]. 中国农业科学, 2016, 49(20): 3927-3933. |
[11] | 刘燕蓉,岑慧芳,严建萍,张万军. 农杆菌介导的柳枝稷遗传转化体系的优化[J]. 中国农业科学, 2016, 49(1): 80-89. |
[12] | 刘少芳,王苗苗,涂雄兵,张雄鹏,农向群,曹广春,王广君,张泽华. 两启动子影响egfp在绿僵菌中的荧光表达[J]. 中国农业科学, 2015, 48(S): 23-31. |
[13] | 刘蕊, 张欢欢, 陈志雄, SHAHID Muhammad Qasim, 傅雪琳, 刘耀光, 刘向东, 卢永根. 筛选和转化药用野生稻TAC克隆获得耐旱水稻[J]. 中国农业科学, 2014, 47(8): 1445-1457. |
[14] | 辛燕花1, 肖招燕1, 尤琳烽1, 郭丽琼1, 2, 林俊芳1, 2. 紫杉二烯合酶基因在灵芝中的表达[J]. 中国农业科学, 2014, 47(3): 546-552. |
[15] | 王海艳, 李保华, 张清明, 李桂舫, 董向丽, 王彩霞. 农杆菌介导苹果炭疽病菌的遗传转化及转化子鉴定[J]. 中国农业科学, 2013, 46(9): 1799-1807. |
|