一种改良的拟南芥原生质体的制备和转化方法

[目的]为了降低拟南芥原生质体制备的试验成本,缩短制备时间,降低转化所用质粒的浓度和提高转化效率。[方法]实验以胶带法为基础,比较多种普通胶带去除拟南芥叶片下表皮的效果,通过增加裂解叶片用量,设计不同质粒浓度梯度转化原生质体,调整转化过程中PEG处理时间和对原生质体进行暗培养。[结果]发现普通纸质和布质胶带去除拟南芥叶片下表皮效果良好。将叶片酶解时间缩短到20～30 min,转化质粒用量降低到5μg/6～10×104个原生质体;将PEG转化处理时间延长到30 min,利用暗培养降低了原生质体死亡率;用冰水混合物保存原生质体,24 h内不影响转化效率。[结论]改良后的胶带法制备原生质体成本低、用时短、转化效率高、可操作性强。     

葡萄原生质体分离及瞬时转化体系的建立

为了建立葡萄原生质体进行遗传转化的技术,该研究以葡萄品种‘黑香蕉’的叶片和愈伤组织为材料,分析纤维素酶和离析酶的浓度与配比、渗透压和酶解时间等主要因素对葡萄原生质体分离的影响,探讨建立稳定、高效的葡萄原生质体分离与瞬时转化体系,为鉴定目标基因的功能奠定基础。结果表明:(1)葡萄叶片原生质体的分离以3.0%纤维素酶和0.75%离析酶的酶组合,在0.6mol/L甘露醇溶液中,酶解14h为宜,每克游离产量为4.09×106个原生质体,活力为83.12%。(2)葡萄愈伤组织原生质体的分离以2.0%纤维素酶和0.5%离析酶的酶组合,在0.5mol/L甘露醇溶液中,酶解14h为宜,每克游离产量为6.05×106个原生质体,活力为84.13%。(3)利用该方法得到的葡萄原生质体为受体,采用40%PEG-4000介导转化质粒载体pEZS-NL,目标基因瞬时表达产物检测表明,GFP蛋白表达稳定、清晰。该研究建立的葡萄原生质体制备和转化体系,可以用较少量的质粒DNA获得外源基因在原生质体内的表达,为葡萄功能基因的研究提供技术支持。     

高粱品种BTx623原生质体分离及瞬时表达体系的建立

高粱(Sorghum bicolor)是世界上仅次于小麦、水稻、玉米和大麦的重要粮食作物之一,虽然高粱基因组已经完成了测序,但是针对高粱测序品种BTx623,遗传转化方法的缺乏限制了高粱遗传育种和功能基因组研究的发展。而原生质体瞬时表达技术,则因为其高效、快速的特性,在功能基因组研究中具有重要的作用。为了在高粱品种BTx623中建立原生质体瞬时表达体系,本研究以BTx623幼苗为材料,对原生质体分离过程中的渗透压、酶液成分、酶解时间进行研究。结果表明:BTx623幼苗的原生质体分离过程中,最佳酶解液组成为1%纤维素酶、0. 25%离析酶、0. 6 mol/L甘露醇、10 mmol/L吗啉乙烷磺酸、1mmol/L CaCl_2、0. 1%小牛血清蛋白和5 mmol/Lβ-巯基乙醇,并获得了每毫升1×107个的高质量原生质体,所获原生质体活性在90%以上。之后利用PEG介导的转化方法,将含有35S::egfp的质粒导入到原生质体中,并通过荧光显微观察统计,遗传转化率达到(61. 31±3. 91)%。本研究通过优化高粱品种BTx623原生质体制备及瞬时转化的条件,成功建立了其原生质体瞬时表达体系,为进一步开展高粱品种BTx623功能基因组的研究奠定了基础。     

小麦原生质体高效转化体系的建立

植物原生质体广泛应用于植物基因功能研究中,包括瞬时基因表达、亚细胞定位、蛋白互作和蛋白活性分析等。当前,小麦基因的亚细胞定位和功能分析,大多利用模式植物拟南芥等异源的原生质体,易于造成研究结果的不准确。为避免这种情况,小麦原生质体制备及高效转化体系的建立与应用是必需的。在PEG介导的小麦原生质体转化过程中,原生质体分泌的核酸酶大量降解质粒DNA,转化效率的提高因此受到阻碍。为了建立小麦原生质体的高效转化体系,本文测试了抑制胞外核酸酶活性的因素和提高质粒DNA浓度等多个条件对转化效率的影响。结果表明,转化过程中加入双倍用量的质粒DNA进行转化,且始终保持低温环境(1℃)用以抑制核酸酶酶活性,可以使小麦原生质体的转化效率提高至85%。本文还将该系统成功地应用于2个小麦抗病相关蛋白的亚细胞定位研究,证明了该系统的高效性和实用性。该研究对未来相关研究有一定参考价值。     

贡蕉胚性悬浮细胞原生质体分离的研究

目的:研究不同方法对贡蕉胚性悬浮细胞原生质体分离的影响,筛选适合用于贡蕉胚性悬浮细胞原生质体分离的方案.方法:用不同的酶浓 度、酶组合及不同的酶解时间对贡蕉胚性悬浮细胞进行原生质体分离,并对不同继代时间的胚性悬浮细胞的原生质体产量和活力进行研究.结果:贡蕉胚性悬浮细胞 在酶组合为3.5%纤维素酶R-10、1%离析酶R-10和0.15%果胶酶Y-23的酶溶液中,酶解8h可获 得高产量的原生质体,采用继代7d的贡蕉胚性悬浮细胞进行原生质体分离时获得的原生质体产量最高,达到1.2×107个/mL PCV ECS,原生质体活力达到85%以上.结论: 合适的酶组合、酶浓度和酶解时间有利于贡蕉胚性悬浮细胞的原生质体分离,继代7d 后的贡蕉胚性悬浮细胞最适合用于原生质体分离.     

PEG法介导蛹虫草遗传转化体系的建立

由于真菌的遗传转化体系中一般以原生质体作为受体细胞,因而对蛹虫草原生质体制备的各种因素进行比较研究。结果表明,蛹虫草原生质体制备的最佳体系为:液体培养4天的蛹虫草菌球,以0.8 mol/L甘露醇作为稳渗剂,加入含1.5%蜗牛酶+1.5%溶壁酶复合酶,在34℃酶解蛹虫草菌球4 h时,原生质体得率达到1.0×10~7个/ml。潮霉素筛选压实验表明,蛹虫草原生质体在PDA固体培养基上的潮霉素最低筛选浓度为650 mg/L。采用正交试验的方法,设计PEG介导蛹虫草原生质体转化,将质粒p SB130-GFP转化蛹虫草原生质体,在荧光倒置显微镜下观察比较,得到最佳的转化体系为:PEG浓度为25%,冰浴时间为10 min,室温时间为20 min,质粒质量为30μg,原生质体个数为10~7个/ml。最终得到PEG法介导蛹虫草遗传转化的转化频率约为100~200个/μg(抗性转化子/质粒+10~7个原生质体)。转化子在含潮霉素的培养基上经4代以上的继代培养后仍可以表达潮霉素抗性并稳定遗传。为通过基因工程手段定向、快速改良蛹虫草药用品质,利用蛹虫草发酵方法生产一些具有重大经济价值的外源蛋白等奠定基础,并且有助于进一步了解蛹虫草这一大型真菌中基因的表达调控机制。     

苦荞叶肉细胞原生质体的分离纯化及瞬时转化

高效分离原生质体是遗传转化、细胞融合和再生培养的基础性工作。该实验以苦荞(Fagopyrum tartaricum)品种‘榆6-21’的叶肉细胞为材料,研究了酶类组合、甘露醇浓度、酶解时间以及离心速度对苦荞叶肉细胞原生质体分离纯化的影响。结果表明:酶解液组成为1.5%纤维素酶R-10+0.5%离析酶R-10+0.5mol/L甘露醇+20mmol/L MES+20mmol/L KCl+10mmol/L CaCl2+0.1%牛血清白蛋白,以第5~7片真叶为材料,用胶带纸撕去叶片下表皮后,25℃黑暗酶解4h,以900r/min离心收集,可以获得高质量的原生质体,原生质体产量可达6×106个/g,活力达到90%以上;用双荧光素酶报告基因载体检测原生质体的转化效率,以分离纯化的苦荞叶肉细胞原生质体为受体,将双荧光素酶报告基因载体与其混合后,在终浓度为20%PEG4000介导下,黑暗转化20min,可以检测到较高活性的萤火虫荧光素酶和海肾荧光素酶,证明双荧光素酶报告载体可成功转化到原生质体中。研究结果为苦荞原生质体瞬时转化及遗传操作提供了技术基础。     

芜菁原生质体的分离及绿色荧光蛋白的瞬时表达

目的：分离芜菁叶片原生质体,建立蛋白质在芜菁原生质体的瞬时表达系统。方法：以津田芜菁成叶为试材,酶解分离原生质体;通过PEG介导的转化,将编码绿色荧光蛋白（GFP）的瞬时表达载体转入原生质体中,用激光扫描共聚焦显微镜检测原生质体中GFP的表达情况。结果：分离出大量的津田芜菁原生质体,并获得了较高的转化效率,GFP在整个原生质体中都有表达。结论：建立了津田芜菁原生质体瞬时表达系统。     

沙冬青子叶原生质体瞬时表达体系的建立及其AmDREB1蛋白的亚细胞定位

以沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus(Maxim.ex Kom.)Cheng f.)幼苗的子叶为材料,对其原生质体的分离、纯化和瞬时表达体系进行了研究。结果表明,子叶原生质体分离的最佳酶解液组成为CPW溶液+3.0%纤维素酶R-10+0.5%离析酶R-10+0.3%半纤维素酶+9.0%甘露醇(p H5.8);最佳酶解条件为室温、避光、40 r/min轻摇14 h。采用W5溶液作为漂洗液将酶解物稀释后进行过滤,将过滤液在4℃、700 r/min条件下离心5 min,所得纯化原生质体的产量约为2.50×106cells/g,活力达到90%;以纯化的原生质体作为受体,利用聚乙二醇(PEG)介导法成功将植物瞬时表达载体p BI-GFP导入其中,转化效率达到50.8%。利用本研究建立的原生质体瞬时表达体系,检测到沙冬青脱水应答转录因子Am DREB1定位于细胞核内。     

糖多孢红霉菌A226 的原生质体转化和染色体同源整合

糖多孢红霉菌的原生质体转化和染色体同源整合,是红霉素生物合成基因改造的重要途径。本研究对糖多孢红霉菌A226原生质体制备和转化条件进行了优化,结果表明以对数生长后期和稳定期菌丝体制备的原生质体转化效率较高;质粒、原生质体和PEG－T缓冲液体积比例为15：40：200（μl)时转化效果较好;比重小原生本的转化效率虽高,但在转化子中有效整合的比例较低;PEG1000和PEG3350对转化效率没有显差异;而Yamamoto转化系统优于Weber转化系统。PCR鉴定、抑菌活性鉴定和质谱分析均表明,转化质粒已整合到染色体红霉素合成基因位点。     

玉米、小麦、水稻原生质体制备条件优化

玉米Zea mays L.、小麦Triticum aestivum L.、水稻Oryza sativaL.是三大重要粮食作物,对其原生质体制备条件的优化具有重要意义.以玉米(综3)、小麦(中国春)、水稻(日本晴)10日龄幼苗为材料,研究了叶肉细胞原生质体分离过程中的酶浓度、酶解时间和离心力大小等因素对产量和活力的影响.结果表明:酶浓度和酶解时间对原生质体产量影响显著,随着酶解液浓度和酶解时间的提高,原生质体产量增加,但细胞碎片同时增多.水稻经真空处理后,原生质体产量大幅度提高.通过正交实验设计得出如下结果:玉米叶肉细胞原生质体分离的最佳条件为:纤维素酶1.5％,离析酶0.5％,50 r/min酶解7h,100×g离心2 min收集,原生质体产量为7×106/g FW;小麦叶肉细胞原生质体分离的最佳条件为:纤维素酶1.5％,离析酶0.5％,50 r/min酶解5h,100×g离心2 min收集,原生质体产量为6×106/g FW;水稻叶肉细胞原生质体分离的最佳条件为:纤维素酶2.0％,离析酶0.7％,50 r/min酶解7h,1 000×g离心2 min收集,得到的原生质体产量为6×106/g FW.通过二乙酸荧光素染色发现原生质体活力均在90％以上.用PEG-Ca2+介导法将含有绿色荧光蛋白的质粒转化入原生质体,转化率可达50％ ～80％.     

Effect of cellulase fractionation on the viability of cultured barley (Hordeum vulgare) protoplasts

The age of the stock plants was important for the barley ( Hordeum vulgare L. cv. Perth) protoplast viability. Light conditions under which the stock plants were grown also affected the viability of the protoplasts. Greenhouse-grown plants yielded much higher number of protoplasts than dark-grown plants, but protoplast viability was better when protoplasts were isolated from etiolated plants. Light supplied during protoplast culture affected protoplast viability within the first 24 h of culture. Cellulase R-10 (Onozuka) was better than Cellulysin (Calbiochem) and Cellulase ⁺ Macerozyme R-10 (Onozuka) for barley mesophyll protoplast isolation. Cellulase R-10 (Onozuka) was fractionated on a G-75 Sephadex column. The eluted fractions were tested for their ability to release barley mesophyll protoplasts and for their toxicity towards the protoplasts. Only a small part of the Cellulase R-10 was necessary for protoplast isolation from barley leaves. When the fractionated cellulase was analysed by isoelectric focusing, this part of the cellolase appeared as a single band.     

雷公藤悬浮细胞原生质体的制备及瞬时转化体系的建立

为探索药用植物雷公藤(Tripterygium wilfordii)悬浮细胞原生质体提取的最优条件,并建立雷公藤原生质体瞬时转化体系,以雷公藤悬浮细胞为材料,对酶解液配比、酶解时间、甘露醇浓度及处理转速进行考察。用PEG介导的瞬时转化法将外源基因转化到雷公藤原生质体中。结果表明,以雷公藤悬浮细胞为材料提取原生质体的最佳条件是酶液配比为2.0%纤维素酶+0.5%果胶酶+0.5%离析酶,甘露醇浓度为0.6 mol·L–1,酶解10小时,处理转速为67×g;用PEG介导法将含有编码GFP的植物表达载体转化雷公藤悬浮细胞原生质体,激光共聚焦扫描显微镜下细胞显示绿色荧光。通过实验筛选得到雷公藤悬浮细胞原生质体的最佳提取条件,建立了雷公藤悬浮细胞原生质体的瞬时转化体系,为进一步开展雷公藤功能基因及合成生物学研究奠定了基础。     

An improved protocol for plant regeneration from leaf- and hypocotyl-derived protoplasts of carrot

An easy and effective regeneration system from leaf- and hypocotyl-derived protoplasts was established for carrot. The protoplast isolation efficiency after preplasmolytic treatment and digestion of source material in enzyme mixture consisted of 1% cellulase Onozuka R-10 and 0.1% pectolyase Y-23 reached on average 3 × 10⁶ and 10⁶ protoplasts per g of leaf and hypocotyl tissue, respectively. A modified thin alginate layer technique was applied for the protoplast culture. Direct somatic embryogenesis on a simplified Kao and Michayluk medium in the presence of 2,4-D and zeatin occurred during cultivation of both leaf- and hypocotyl-derived protoplasts for all accessions used. Morphologically normal plants were produced at very high efficiency within two months after initiation of the protoplast culture. Ninety three percent of in vitro derived plants were diploids. Pollen viability and seed set after self-pollination were similar to those of plants obtained from seeds.     

Soybean protoplast culture and direct gene uptake and expression by cultured soybean protoplasts

A method was developed for culturing protoplasts freshly isolated from developing soybean (Glycine max L.) cotyledons. First cell divisions were observed within 5 days after protoplast isolation and microcalli, consisting of about 20 cells, were formed within 10 days. Thirty days after protoplast isolation, callus tissues were observed without the aid of a microscope. A 30 to 50% plating efficiency was consistently obtained. Using a polyethylene glycol-electroporation technique, DNA was introduced into these protoplasts. The protoplasts were then cultured to form callus. Chloramphenicol acetyltransferase (CAT) activity was detected in protoplast cultures 6 hours after introduction of a 35S-CAT-nopaline synthase 3′ chimeric gene. The highest CAT activity was detected in 3-day-old electroporated protoplast cultures, indicating transient expression of the introduced gene. Some CAT activity was detected in 40-day-old callus cultures and in geneticin (G418) selected callus tissues which also received a chimeric neomycin phosphotransferase II gene, indicating the presence of stable transformants. A control chimeric gene with an inverted 35S promoter failed to produce any CAT activity in this system.     

“红颜”草莓原生质体制备及瞬时转化体系的建立

为探索“红颜”草莓悬浮细胞系原生质体提取的最优条件,并建立“红颜”草莓原生质体瞬时转化体系,以“红颜”草莓悬浮细胞为材料,对酶液组成、酶解温度、酶解方式进行研究。用PEG介导的瞬时转化法将标记基因GFP转化到“红颜”草莓原生质体中。结果显示：以“红颜”草莓悬浮细胞系作为分离材料,酶液组合为CPW中含有0.5%PVP+0.1%MES+1%纤维素酶+0.5%离析酶+0.01%半纤维素酶+0.9 mol/L甘露醇,在低速（50 r/min）恒温（31 ℃）震摇下进行酶解反应,酶解10 h时,达到“红颜”草莓原生质体最佳分离效果,每克鲜重产量可得原生质体6×10⁸ 个,活力值可达93.0%。PEG介导法成功将含有绿色荧光蛋白（green fluorescent protein, GFP）的植物表达载体转化“红颜”草莓悬浮细胞原生质体,转化效率达44%。通过实验筛选得到“红颜”草莓悬浮细胞原生质体的最佳制备条件,建立“红颜”草莓悬浮细胞原生质体的瞬时转化体系,为进一步开展“红颜”草莓功能基因及合成生物学研究奠定基础。     

An Efficient Protocol for Ulmus minor Mill. Protoplast Isolation and Culture in Agarose Droplets

We describe here an efficient and reproducible protocol for isolation and culture of protoplasts from Ulmus minor. Different sources of donor tissues were tested for protoplast isolation: callus and juvenile leaves from in vitro and greenhouse plants. Several combinations and concentrations of hydrolytic enzymes were used. Comparative tests between Cellulase Onozuka R10 and Cellulase Onozuka RS were made and the last one proved to be more efficient. Both the pectinases used, Macerozyme Onozuka R10 and Pectinase (Sigma^®), were efficient in protoplast isolation and there was no need for a more active pectinase. In vitro leaves proved to be the best source for protoplast isolation and produced an average of 3.96 × 10⁷ protoplasts per gram of fresh weigh. Elm mesophyll protoplasts were cultured using the advantageous method of agarose droplets and a modification of the Kao and Michayluk culture medium, using two plating densities (1 × 10⁵ and 2 × 10⁵ protoplasts ml^?1). Protoplast division and evolution into colonies and microcalli was promoted in the agarose droplets plated at 2 × 10⁵ protoplasts ml^?1. Ten weeks after protoplast culture initiation a plating efficiency of 2.7% was attained and the bigger microcalli, with at least 0.5 mm diameter, were transferred to a solid medium previously used for the production of embryogenic callus.     

辣椒子叶原生质体分离条件的研究

以不同基因型的辣椒子叶为供体组织进行辣椒原生质体分离条件的研究,结果表明：幼龄子叶的原生质体产量与活力均高于老龄子叶;酶解过程中酶液渗透压、酶液浓度、酶解时间均对原生质体分离效果产生重要影响。对于辣椒子叶原生质体,最佳分离条件为酶液甘露醇浓度０．５ｍｏｌ／Ｌ,纤维素酶Ｃｅｌｌｕｌａｓｅ Ｏｎｚｕｋａ Ｒ－１０ １．５,果胶酶Ｍａｃｅｒｏｚｙｍｅ Ｒ－１０ ０．６％,酶解时间８－１０ｈ。不同基因型辣     

三倍体‘银中杨’叶肉原生质体制备的优化

以三倍体杨树品种‘银中杨’（Populus alba×P.berolinensis Yinzhong）无菌苗叶片为材料,对其原生质体分离及纯化条件进行研究,为进一步通过细胞融合、基因工程等进行品种改良探索新的途径。结果表明：酶的种类及浓度、渗透压、酶解时间对‘银中杨’叶肉原生质体分离效果有显著影响,适宜的分离条件为CPW+3% Cellulase RS+0.5% Macerozyme R-10+0.3% Pectinse Y-23+0.6 mol/L甘露醇+0.6 g/L MES+1 g/L BAS,酶解时间为8 h,原生质体产量和活力分别为2.13×10⁷个/g和80.18%;‘银中杨’叶肉原生质体纯化最佳方法为上浮法蔗糖等密度离心,且蔗糖浓度为40%时原生质体产量最高（1.06×10⁷个/g）,可满足进一步的原生质体培养等技术的要求。