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。     

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。     

一种有效的双孢蘑菇原生质体制备及瞬时转化体系

原生质体的制备与再生是双孢蘑菇进行遗传转化的基础,通过研究得到制备双孢蘑菇原生质体的最佳条件是：取培养15d的菌丝振荡培养7d,溶壁酶浓度为1mg/mL的0.6mol/L KCl酶解液、温度30℃、45r/min条件下摇培10h,经过富集精制后的原生质体（4×10 ⁶/mL）可进行瞬时转化。利用Ab-eGFP进行转化,在20min、24h、48h后可观察到GFP荧光,并且在24h和48h可恢复细胞壁增殖,瞬时转化后亦可复壁增殖。研究结果为双孢蘑菇原生质体的稳定遗传转化及后续利用原生质体建立CRISPR-Cas9基因组编辑系统等提供一定的理论依据。     

铁观音原生质体高效瞬时转化方法的建立

近年来,茶树基因组测序的完成为茶树在分子和基因水平的研究奠定了基础。但由于转基因技术尚不成熟且茶树生长周期较长,茶树的基因功能研究依然不能有效开展。采用铁观音(Camellia sinensis var. sinensis cv.‘Tieguanyin’)实生幼苗叶片,通过筛选多种纤维素酶、果胶酶、离析酶和甘露醇的浓度组合,并结合原生质体的数量、活性和杂质含量综合确定了最佳配方,成功建立了铁观音茶苗叶片原生质体提取和PEG介导的高效瞬时转化体系,转化率达56.25%。利用该系统探索了茶氨酸代谢通路中2个重要合成酶(茶氨酸合成酶(TSI)和谷氨酰胺合成酶(GSII-1.1))的亚细胞定位。研究发现,这2种酶均定位于铁观音原生质体细胞质中。茶苗叶片原生质体提取和瞬时转化体系的建立为茶树基因组功能研究奠定了技术基础。     

"全明星"草莓叶片遗传转化体系的建立

采用根癌农杆菌介导法进行nptⅡ基因对全明星草莓叶片的遗传转化研究,对转化过程中的一些因素进行了探讨：全明星叶片对卡那霉素的敏感实验,得出最适筛选浓度为30mg／L,羧苄青霉素的最适抑菌浓度为450mg／L;50μmol／L乙酰丁香酮(AS)的加入可提高GUS的瞬时表达率;10～15min是最适合叶片侵染的时间;共培养3d对叶片转化较适宜,得到抗卡那霉素的抗性芽的频率为1．1％,初步鉴定是转化芽。为草莓的遗传转化奠定基础。     

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。     

红颜草莓叶盘再生及遗传转化体系的优化

草莓离体组织再生和遗传转化体系的研究对草莓分子育种至关重要。为了优化农杆菌介导草莓品种红颜(Fragaria×ananassa Duch.Benihoppe)的遗传转化体系,本研究以红颜草莓组培苗的离体叶盘作为试验材料,首先确定了其离体再生的最佳条件,对影响转化效率的因素进行优化,获得了稳定高效的再生及转化体系。结果表明,红颜草莓离体叶盘最佳暗培养时间为9 d,最佳愈伤诱导培养基为MS+TDZ(2. 0 mg/L)+IBA(0. 1 mg/L)+2,4-D(0. 1 mg/L),最佳愈伤分化培养基为MS+6-BA(0. 5 mg/L)+NAA(0. 1 mg/L),转化体系的最佳组合为预培养2 d、添加300μmol/L的AS、以OD600nm=0. 6的EHA105型的农杆菌浸染5 min、共培养5 d。经优化后的红颜草莓叶盘再生及遗传转化体系对该品种的进一步优化和选育有重要意义。     

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。     

地衣芽孢杆菌原生质体的制备、再生及转化研究

目的：提高地衣芽孢杆菌原生质体的产量和形成率,为进一步提高原生质体转化率打下基础。方法：通过酶解法对地衣芽孢杆菌工业生产菌株Bacillus licheniformis303原生质体的制备及再生条件进行了研究。考察了菌体生长状态、溶菌酶浓度、处理时间、渗透压稳定剂和再生培养基等因素对地衣芽孢杆菌原生质体的制备及再生的影响。结果：对数生长后期的菌体,以SMMP作渗透压稳定剂,溶菌酶浓度为100mg/mL,37℃下酶解30min,原生质体生成量可达8×109个/mL;再生培养基选用含1mol/L琥珀酸钠的DM3时,再生率最高可达17%。在此条件下,采用PEG法将游离型质粒pHY-P43-secQ转化宿主菌B.lichenifor-mis303,转化率可达10~15 CFU/μg DNA。     

PEG介导的猴头菌遗传转化体系的建立

对猴头菌Hericium erinaceus原生质体制备的各种因素进行比较研究,结果表明,猴头菌原生质体制备的最佳体系为：液体培养5d的猴头菌丝,以0.6mol/L KCl作为稳渗剂,加入含1.0%纤维素酶+1.0%蜗牛酶+1.0%溶壁酶的复合酶,在30℃酶解猴头菌丝3h时,原生质体得率达到3.0×106个/mL。潮霉素敏感性测试表明,猴头菌在PDSA固体培养基上的潮霉素最低筛选浓度为60μg/mL。采用PEG介导的原生质体法,将质粒pBgGI-hph（含有灵芝gpd1-Gl启动子和潮霉素抗性基因hph）转化猴头菌原生质体,经潮霉素初步筛选以及PCR鉴定,表明有4株猴头菌拟转化子的基因组扩增出hph基因;转化子经过多次转接后进行Southern杂交验证,结果表明4个转化子的基因组中均稳定整合了hph抗性基因。     

Electroporation: Mechanism and transient expression, stable transformation and biological effects in plant protoplasts

The present state of knowledge about the mechanistic and theoretical aspects of electroporation is summarized. Parameters affecting the efficiency of transient expression and stable transformation of electroporated plant protoplasts are rewieved. Biological effects of electroporation on plant protoplasts are described.     

Liposome-mediated transfer of nucleic acids in plant protoplasts

Liposomes spontaneously interact with the plasma membrane of protoplasts. The delivery of their content to the protoplast, however, has to be induced by physical or chemical treatments. Three major approaches have been used to study and optimize the delivery of RNA or DNA molecules: viral infection, transient gene expression and stable transformation. Conclusive evidence for the delivery of nuclei acids to the treated protoplasts has been obtained. Stable transformants expressing kanamycin resistance have been further characterized by hybridization techniques and progeney analysis. The potential and limitations of this approach for the transformation of higher plants is discussed.     

根癌农杆菌介导转录因子CBF1基因对草莓的转化

以草莓(Fragaria ananassa Duch)品种“达斯莱克特“(Darselect)为试材,用根癌农杆菌介导的方法,将转录因子CBF1基因导入草莓叶盘细胞,经多次筛选获得了转基因植株.转化植株经PCR检测,证实了CBF1基因已经整合到草莓的基因组中.以电解质渗透法检测了植株的抗寒性,结果显示转基因草莓的抗寒能力较未转化植株有明显提高,且不同转基因株系之间提高程度有着差异.     

Parameters influencing transient and stable transformation of barley (Hordeum vulgare L.) protoplasts

Cat gene expression has been investigated following PEG-mediated plasmid uptake into barley protoplasts. The uptake conditions optimised for transient expression were employed for stable transformation. Transformed protoplast-derived calli of the cvs. Dissa and Igri, were selected on medium containing G418 at 40 g ml^–1 or kanamycin sulphate at 250 g ml^–1. Absolute transformation frequencies of 28.9×10^–5 and 21.3×10^–5 were recorded for Dissa with kanamycin sulphate and G418 selection, respectively. The frequency for Igri was 11.5×10^–5 with G418 selection. Antibiotic resistant protoplast-derived colonies expressed NPTII activity; Southern hybridisation confirmed integration of the nptII gene into barley genomic DNA.Abbreviations ABA abscisic acid - AC-CAP acetylated chloramphenicol - BAP 6-benzylaminopurine - cat chloramphenicol acetyltransferase gene - CAT chloramphenicol acetyltransferase activity - CaMV cauliflower mosaic virus - CAP chloramphenicol, 2,4-d-2,4-dichlorophenoxyacetic acid - GA₃ gibberellic acid - G418 Geneticin - gus -glucuronidase gene - HEPES (N[2-hydroxyethyl] piperazine-N-[2-ethanesulphonic acid]) - IAA indole acetic acid - MES 2-N-morpholinoethane sulphonic acid - NAA -naphthaleneacetic acid - npt II neomycin phosphotransferase gene - NPTH neomycin phosphotransferase activity - PEG polyethylene glycol - SCV settled cell volume     

Somatic embryogenesis and plant regeneration from isolated protoplasts of Lavatera thuringiaca

Embryogenic cell suspensions of Lavatera thuringiaca L. were established from leaf petiole and shoot regeneration was achieved when cells were plated on medium without growth regulators. We tested three methods for protoplast culture, isolated from a one-year old embryogenic cell suspension, to determine the best conditions for L. thuringiaca protoplast culture and shoot regeneration. The highest protoplast plating efficiency was obtained with the agaroseembedded method, reaching 30%, while the nursing culture method gave 5% when the protoplasts were plated over Whatman paper No. 2. However, the same nursing culture failed to produce protoplast-derived microcalluses when the protoplasts were plated on a nitrocellulose filter. The liquid thin layer method gave the lowest plating efficiency with only 0.5%. Shoot regeneration from protoplast-derived microcalluses was achieved in two steps; first, globular embryo development was favored in medium low in auxin (2,4-d and BA at 0.01 and 0.05 mg 1^-1, respectively), second, the globular embryos further differentiate into shoots in medium without growth regulators or in medium containing GA₃ (0.5 to 1.0 mg 1^-1).Abbreviations 2,4-d 2,4-dichlorophenoxyacetic acid - BA benzyladenine - GA₃ gibberellic acid - NAA -naphthaleneacetic acid - IBA indole-3-butyric acid     

植物体细胞原生质体遗传转化研究

重点介绍了植物体细胞原生质体遗传转化的方法和当前已经取得的成果,同时提出了目前原生质体遗传转化中存在的问题,展望了今后的工作重点。植物原生质体遗传转化的方法主要有：PEG介导转化法、电击穿孔转化法、脂质体介导转化法、农杆菌共培养转化法等。