CN110951776B - 一种农杆菌介导的辣椒遗传转化方法 - Google Patents

一种农杆菌介导的辣椒遗传转化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种农杆菌介导的辣椒遗传转化方法。本发明通过培养基、培养方法等的改进降低了农杆菌侵染液的浓度,减轻了辣椒子叶的超敏反应,有利于后续的再生过程;菌体浸染液中不添加乙酰丁香酮Acetosyringone(AS),子叶和农杆菌固体MS共培养培养基中添加乙酰丁香酮(AS)和二硫苏糖醇Dithiothreitol(DTT)可显著促进转化效率的提高。本发明对部分基因型进行了转化验证,在大部分基因型中可显著促进转化效率的提高。表明该方法可以用于辣椒转基因和基因编辑研究中的遗传转化,进一步促进辣椒转基因植株的获得。

Description

一种农杆菌介导的辣椒遗传转化方法
技术领域
本发明属于植物基因工程技术领域,涉及一种农杆菌介导的辣椒遗传转化方法。
背景技术
植物基因组修饰自古有之,最早是利用选择育种来实现,随后是诱变育种和转基因育种,现在则是通过基因编辑来修饰目的基因从而达到育种要求。基因编辑的优势在于准确、快速、高效。多种作物中如番茄、玉米、小麦等已利用该技术进行基因功能验证和创制新的种质资源。实施该技术的基础是成熟的转基因技术体系,所以很多植物由于没有成熟的转基因技术体系,严重限制了该技术的实施和发展。
辣椒属于转化和再生顽拗型植物,有些基因型获得转基因植株的概率在0.01%~0.05%,但是大部分基因型难以获得转基因植株。转化作为转基因技术体系的第一步,其效率的高低决定了后续过程中是否能够获得转基因植株。植物遗传转化的方法包括根癌农杆菌介导法、基因枪转化法及花粉管通道法、蘸花法等其他方法,由于根癌农杆菌介导法简单易行、经济高效,使用最为广泛。
辣椒上多是通过根癌农杆菌介导法获得转基因植株,但是由于辣椒转化和再生具有很强的基因型依赖性导致很难建立通用的转化再生技术体系。目前文献报道的辣椒遗传转化体系为:苗龄为10-14d的幼苗子叶作为转化外植体,在预培养基中预培养2d,然后OD值为0.3~0.8的菌液悬浮液(MS液体培养基+AS 20mg/L)侵染子叶外植体8-20分钟,灭菌的滤纸吸干子叶上的残留菌液,子叶置于共培养培养基上培养3d,完成农杆菌介导的遗传转化。通过试验,我们发现利用该体系进行遗传转化,大部分基因型的转化效率很低。通过调整菌液浓度、预培养时间、共培养时间等常规试验参数无法显著提高侵染效率。针对以上转化体系效率低的问题,优化和改良辣椒转化方法提高转化效率势在必行。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述不足,提供一种农杆菌介导的辣椒遗传转化方法。
本发明的目的可通过以下技术方案实现:
一种农杆菌介导的辣椒遗传转化方法,包含以下步骤:
(1)消毒后的辣椒种子播种于含蔗糖的固体MS培养基,取苗龄14d的幼苗子叶作为外植体,用于农杆菌介导的遗传转化;其中,所述的固体MS培养基配方为含维生素的MS基础培养基4~5g/L,蔗糖30g/L,琼脂粉8g/L;
(2)将含有卡那霉素和利福平抗性标记的目的基因的载体转化根癌农杆菌EHA105,25℃~28℃条件下培养待长出明显的菌落,挑取阳性单克隆菌落,接种在包含卡那霉素和利福平的LB液体培养基中,振荡培养至OD 600=0.8~1.2,取上述菌液加入包含卡那霉素和利福平的LB液体培养基中,振荡培养至OD 600=0.5~0.8;
(3)将菌液在4℃,6000rpm条件下离心5min,用液体MS培养基重悬浮菌体并清洗,再次用液体MS培养基重悬菌体,调整菌体侵染液的最终浓度为OD 600=0.08-0.12;所述的液体MS培养基配方为含维生素的MS基础培养基4~5g/L+蔗糖30g/L,pH5.8;
(4)将子叶外植体在菌体侵染液中浸染15分钟,取出置于灭菌后的滤纸上吸干残留菌液,将子叶背面朝下整齐排布于共培养培养基中,,共培养3d,完成目的基因的遗传转化过程;所述的共培养培养基配方为含维生素的MS基础培养基4~5g/L+蔗糖30g/L+AS 15~20mg/L+DTT100~150mg/L+琼脂粉8g/L。
作为本发明的一种优选,步骤(1)所述的固体MS培养基配方为MS基础培养基4.43g/L,蔗糖30g/L,琼脂粉8g/L。
作为本发明的一种优选,步骤(2)中所述的包含卡那霉素和利福平的LB液体培养基中包含50mg/L卡那霉素和50mg/L利福平。
作为本发明的一种优选,步骤(2)中取上述菌液50ul至包含50mg/L卡那霉素和50mg/L利福平的50ml LB液体培养基中。
作为本发明的一种优选,步骤(3)中所述的液体MS培养基配方为含维生素的MS基础培养基4.43g/L+蔗糖30g/L,pH5.8。
作为本发明的一种优选,步骤(4)中所述的固体MS共培养培养基配方为含维生素的MS基础培养基4.43g/L+蔗糖30g/L+AS 20mg/L+DTT 150mg/L+琼脂粉8g/L,PH 5.8。
作为本发明的一种优选,步骤(2)中所述的振荡培养条件为28℃,200r/min摇床培养。
作为本发明的进一步优选,包含以下步骤:
(1)辣椒种子无菌水冲洗3次,75%酒精浸泡2分钟,无菌水冲洗3次,1%的次氯酸钠浸泡30分钟,无菌水浸泡冲洗3次,每次5分钟。消毒后的种子播种于固体MS培养基,苗龄14d的幼苗子叶作为外植体,用于农杆菌介导的遗传转化;
(2)将含有目的基因的载体转化根癌农杆菌EHA105,28℃条件下培养下36~48h,待长出明显的菌落,挑取阳性单克隆菌落,接种在包含终浓度为50mg/L卡那霉素和50mg/L利福平的LB液体培养基中。28℃,200r/min摇床中培养24h至OD 600=0.8~1.2,从上述菌液中取50ul至包含50mg/L卡那霉素和50mg/L利福平的50ml LB液体培养基中,28℃,200r/min摇床中培养17h~20h至OD 600=0.5~0.8;
(3)将菌液在4℃,6000rpm条件下离心5min,用所述的液体MS培养基重悬浮菌体,清洗。在4℃,6000rpm条件下离心5min,弃上清,再次用所述的MS液体培养基重悬菌体,调整菌体侵染液的最终浓度为OD 600=0.08~0.12;
(4)将子叶外植体在菌体侵染液中浸染15分钟,取出置于灭菌后的滤纸上吸干残留菌液,将子叶背面朝下整齐排布于所述的固体MS共培养培养基中,共培养3d,完成目的基因的遗传转化过程。
有益效果:
相比于目前常用的转化方法,本发明方法降低了农杆菌侵染液的浓度,减轻了辣椒子叶的超敏反应,有利于后续的再生过程;菌体浸染液中不添加乙酰丁香酮Acetosyringone(AS),子叶和农杆菌固体MS共培养培养基中添加乙酰丁香酮(AS)和二硫苏糖醇Dithiothreitol(DTT)可显著促进转化效率的提高。本发明对部分基因型进行了转化验证,在大部分基因型中可显著促进转化效率的提高。表明该方法可以用于辣椒转基因和基因编辑研究中的遗传转化,进一步促进辣椒转基因植株的获得。
附图说明
图1不同化学物质对辣椒基因型A19子叶外植体转化效率的影响
图2 4份辣椒材料在原有转化体系和本转化体系中GUS基因表达
具体实施方式
实施例1
辣椒基因型A19作为建立农杆菌介导的辣椒转化体系的试验材料,验证在共培养培养基中添加不同化学物质对辣椒转化效率的影响,具体物质及浓度见表1,具体操作过程及结果如下所述:
Figure BDA0002326810660000041
A19基因型种子用无菌水冲洗3次,75%酒精浸泡2分钟,无菌水冲洗3次,1%的次氯酸钠浸泡30分钟,无菌水浸泡冲洗3次,每次5分钟。消毒后的种子播种于固体MS培养基(MS培养基4.43g/L,蔗糖30g/L,琼脂粉8g/L),苗龄14d的幼苗子叶作为外植体,用于农杆菌介导的遗传转化。
将pCambian1305.1转化根癌农杆菌EHA105,28℃条件下培养48h待长出明显的菌落,挑取阳性单克隆菌落,接种在包含终浓度为50mg/L卡那霉素和50mg/L利福平的LB液体培养基中。28℃,200r/min摇床中培养约24h至OD 600=1.0左右。从上述菌液中取50ul至包含50mg/L卡那霉素和50mg/L利福平的50ml LB液体培养基中,28℃,200r/min摇床中培养约18h至OD 600=0.6。
将菌液在4℃,6000rpm条件下离心5min,用MS(MS basal medium with vitamins(PhytoTech)4.43g/L+蔗糖30g/L,pH5.8)重新悬浮菌体,清洗。在4℃,6000rpm条件下离心5min,弃上清。再次用MS液体培养基(MS basal medium with vitamins(PhytoTech)4.43g/L+蔗糖30g/L,Ph 5.8)重悬菌体,并调整菌悬液的最终浓度为OD 600=0.1左右得菌体侵染液。处理1中在菌体侵染液中添加了20mg/L的AS;处理2中菌体侵染液中未添加AS。
将子叶外植体在菌体侵染液中浸泡15分钟,取出置于灭菌后的滤纸上吸干残留菌液。将子叶背面朝下整齐排布于共培养培养基中,不同的共培养培养基均含有MS basalmedium with vitamins(PhytoTech)4.43g/L+蔗糖30g/L+AS 20mg/L及表1所示的不同化学物质,调整PH至5.8,共培养3d。
共培养后的子叶放入GUS染液中,37℃过夜,吸出GUS染液,95%的酒精脱色。观察不同处理中子叶上GUS基因的表达情况。GUS基因的表达量越高代表侵染效率越高。
本试验中,GUS染色结果显示,在菌体侵染液中不添加AS与添加AS相比,子叶外植体的转化效率显著提高。在共培养培养基中加入不同化学物质,其转化效率具有明显的差异,其中共培养培养基添加DTT、LA和NH4NO3对GUS基因的表达具有明显的促进作用(图1)。表1的统计数据同样显示共培养培养基中分别添加DTT、LA和NH4NO3,GUS基因的表达效率显著提高。其中共培养培养基中添加DTT,GUS基因的表达效率最高,可达到61.8%(表1)。
表1辣椒材料A19在不同处理方法中GUS基因的表达效率
Figure BDA0002326810660000051
为进一步验证以上体系在辣椒材料中的适用性,选用项目组选育的3个辣椒高代自交系B01、G29、B245和辣椒测序材料CM334为试验材料,B01为薄皮长灯笼形辣椒;G29为甜椒材料,易感CMV;B245为羊角椒材料;CM334为首个辣椒测序材料。转化效果如图2,可以看出利用该转化技术方法在B01、B245和CM334中可明显提高GUS基因的瞬时表达效率,说明转化效率显著提高。G29中不同转化方法中GUS基因的表达效率无显著差异。表2的统计数据显示利用该技术方法B01、B245和CM334中GUS基因的表达效率分别提高了2.69、8.56和3.02倍,说明该种方法可显著提高转化效率,可应用于辣椒转基因和基因编辑研究中。
表2辣椒4份材料在原有转化体系和本转化体系中GUS基因表达效率
Figure BDA0002326810660000052
Figure BDA0002326810660000061

Claims (8)

1.一种农杆菌介导的辣椒遗传转化方法,其特征在于包含以下步骤:
(1)消毒后的辣椒种子播种于含蔗糖的固体MS培养基,取苗龄14d的幼苗子叶作为外植体,用于农杆菌介导的遗传转化;其中,所述的固体MS培养基配方为含维生素的MS基础培养基4~5g/L,蔗糖30g/L,琼脂粉8g/L;
(2)将含卡纳霉素和利福平抗性标记基因和目的基因的载体转化根癌农杆菌EHA105,25℃~28℃条件下培养待长出明显的菌落,挑取阳性单克隆菌落,接种在包含卡那霉素和利福平的LB液体培养基中,振荡培养至OD 600=0.8~1.2,取上述菌液加入包含卡那霉素和利福平的LB液体培养基中,振荡培养至OD 600=0.5~0.8;
(3)将菌液在4℃,6000rpm条件下离心5min,用液体MS培养基重悬浮菌体并清洗,再次用液体MS培养基重悬菌体,调整菌体侵染液的最终浓度为OD 600=0.08-0.12;所述的液体MS培养基配方为含维生素的MS基础培养基4~5g/L+蔗糖30g/L,pH5.8;
(4)将子叶外植体在菌体侵染液中浸染15分钟,取出置于灭菌后的滤纸上吸干残留菌液,将子叶背面朝下整齐排布于共培养培养基中,共培养3d,完成目的基因的遗传转化过程;所述的共培养培养基配方为含维生素的MS基础培养基4~5g/L+蔗糖30g/L+AS 15~20mg/L+DTT 100~150mg/L+琼脂粉8g/L。
2.根据权利要求1所述的农杆菌介导的辣椒遗传转化方法,其特征在于步骤(1)所述的固体MS培养基配方为MS基础培养基4.43g/L,蔗糖30g/L,琼脂粉8g/L。
3.根据权利要求1所述的农杆菌介导的辣椒遗传转化方法,其特征在于步骤(2)中所述的包含卡那霉素和利福平的LB液体培养基中包含50mg/L卡那霉素和50mg/L利福平。
4.根据权利要求3所述的农杆菌介导的辣椒遗传转化方法,其特征在于步骤(2)中取上述菌液50ul至包含50mg/L卡那霉素和50mg/L利福平的50ml LB液体培养基中。
5.根据权利要求3所述的农杆菌介导的辣椒遗传转化方法,其特征在于步骤(3)中所述的液体MS培养基配方为含维生素的MS基础培养基4.43g/L+蔗糖30g/L,pH5.8。
6.根据权利要求3所述的农杆菌介导的辣椒遗传转化方法,其特征在于步骤(2)中所述的振荡培养条件为28℃,200r/min摇床培养。
7.根据权利要求4所述的农杆菌介导的辣椒遗传转化方法,其特征在于步骤(4)中所述的共培养培养基配方为含维生素的MS基础培养基4.43g/L+蔗糖30g/L+AS 20mg/L+DTT150mg/L+琼脂粉8g/L。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的农杆菌介导的辣椒遗传转化方法,其特征在于包含以下步骤:
(1)辣椒种子无菌水冲洗3次,75%酒精浸泡2分钟,无菌水冲洗3次,1%的次氯酸钠浸泡30分钟,无菌水浸泡冲洗3次,每次5分钟, 消毒后的种子播种于固体MS培养基,苗龄14d的幼苗子叶作为外植体,用于农杆菌介导的遗传转化;
(2)将含卡纳霉素和利福平抗性标记基因和目的基因的载体转化根癌农杆菌EHA105,28℃条件下培养下36~48h,待长出明显的菌落,挑取阳性单克隆菌落,接种在包含终浓度为50mg/L卡那霉素和50mg/L利福平的LB液体培养基中, 28℃,200r/min摇床中培养24h至OD 600=0.8~1.2,从上述菌液中取50ul至包含50mg/L卡那霉素和50mg/L利福平的50mlLB液体培养基中,28℃,200r/min摇床中培养17h~20h至OD 600=0.5~0.8;
(3)将菌液在4℃,6000rpm条件下离心5min,用所述的液体MS培养基重悬浮菌体,清洗,在4℃,6000rpm条件下离心5min,弃上清,再次用所述的液体MS培养基重悬菌体,调整菌体侵染液的最终浓度为OD 600=0.08-0.12;
(4)将子叶外植体在菌体侵染液中浸染15分钟,取出置于灭菌后的滤纸上吸干残留菌液,将子叶背面朝下整齐排布于所述的共培养培养基中,共培养3d,完成目的基因的遗传转化过程。
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