CN111118032A - 杂交鹅掌楸LhWOX1基因的新用途 - Google Patents

杂交鹅掌楸LhWOX1基因的新用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了杂交鹅掌楸LhWOX1基因的新用途,属于植物基因工程技术领域。本发明提供的杂交鹅掌楸LhWOX1基因的新用途具体应用步骤包括:构建杂交鹅掌楸LhWOX1基因的载体;将所构建的杂交鹅掌楸LhWOX1基因的载体转化到植物或植物细胞中;培育筛选得到叶片卷曲的转基因植株。本发明是首次发现杂交鹅掌楸LhWOX1基因能够使植物叶卷曲,其过表达会导致一些植物叶片发生卷曲,改变形态。叶的卷曲对一些作物来说是一种非常有用的农艺性状,因此本申请所提供LhWOX1基因的应用在生产实践上可以用于制备叶片卷曲的植物,以及用于培育新型植物品种等,具有重要的应用价值。

Description

杂交鹅掌楸LhWOX1基因的新用途
技术领域
本发明属于植物基因工程技术领域,更具体地说,涉及杂交鹅掌楸LhWOX1基因的新用途。
背景技术
在拟南芥、矮牵牛等的研究中发现,WOX1类转录因子参与器官中侧生器官的发育。在拟南芥中,虽然wox1单突变体没有明显可见的表型,但在wox1/wox3双突变体中,所有器官变成窄条状;矮牵牛WOX1类因子MAEWEST(MAW)突变后,花瓣和心皮不能融合,叶片和花瓣变窄。拟南芥的研究表明,WOX1和WOX3共同调控器官边缘分生组织细胞的分裂活性,并调控叶片近轴面(Adaxial)及远轴面(Abaxial)发育模式。烟草的LAM1基因和蒺藜苜蓿MtWOX1基因(STENOFOLIA,STF)也参与叶片侧向生长和维管束发育的调控。在玉米中,类WOX3(NS1和NS2)基因突变后,玉米叶片变窄。同样,豌豆的LATHYROIDES(LATH)基因编码WOX1类的转录因子,LATH可以与多个发育途径的因子相互作用,参与了背部花瓣和复叶的发育突变后,豌豆lath突变体中花瓣和复叶的发育呈现出缺陷,器官中侧轴向发育出现异常,突变体叶片和花瓣等器官变窄使得器官变窄。
本申请人的前期要求成果发明专利201310273285.1中公开了一种杂交鹅掌楸LhWOX1基因,该基因是顶端分生组(SAM)发育所必需的报告基因。在SAM的生长发育中,LhWOX1起到了非常重要的作用,它可能参与了SAM中干细胞marker基因WUS和CLV3形成的负反馈调控通路。在杂交鹅掌楸LhWOX1基因过表达的T1代植株(拟南芥)中,异位干细胞的数量增加并存在进一步分化的趋势。这对于干细胞以及胚胎发育的研究都具有重要意义。在拟南芥中过量表达LhWOX1基因的T1代植株中,植株的主茎发生了不同程度的螺旋化,说明LhWOX1参与维管组织的发育调控网络。目前,还有必要对LhWOX1基因的功能以及用途进行进一步研究和应用。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题,本发明所要解决的技术问题在于提供一种杂交鹅掌楸LhWOX1基因的新用途。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案如下:
杂交鹅掌楸LhWOX1基因在促使植物叶片卷曲中的应用。
所述的应用,在植物中过表达杂交鹅掌楸LhWOX1基因,促使转基因植物叶片卷曲。
所述的应用,包括以下步骤:
1)构建杂交鹅掌楸LhWOX1基因的载体;
2)将所构建的杂交鹅掌楸LhWOX1基因的载体转化到植物细胞中;
3)培育转基因植物,促使植物叶片卷曲。
所述的应用,步骤1)所述杂交鹅掌楸LhWOX1基因的载体为LhWOX1+pBI121。
所述的应用,步骤2)所述的转化是采用根癌农杆菌EHA105进行转化。
有益效果:相比于现有技术,本发明的优势为:经发明人长期潜心研究,首次发现杂交鹅掌楸LhWOX1基因参与了植物叶卷曲的调控作用,影响叶片的伸展,过表达会导致一些植物叶片发生卷曲,改变形态。而叶的卷曲对一些作物来说是一种非常有用的农艺性状,因此本申请所提供杂交鹅掌楸LhWOX1基因使植物叶片卷曲的应用,在生产实践上可以用于制备叶片卷曲的植物,以及用于培育新型植物品种等,具有重要的应用价值。
附图说明
图1为构建的杂交鹅掌楸LhWOX1质粒载体结构示意图;
图2为转LhWOX1基因烟草植株基因组DNA的PCR检测电泳结果图;图中,1-13:转LhWOX1基因烟草植株DNA;CK-:野生型烟草植株DNA;CK+:质粒DNA;H2O:ddH2O;M:2000bpMark;
图3为转LhWOX1基因烟草植株的反转录PCR检测电泳结果图;图中,1-5:转LhWOX1基因PCR阳性烟草植株(株系编号为:14,24,40,45,50)cDNA;CK+:质粒DNA;CK-:野生型烟草cDNA;H2O:ddH2O;M:2000bp Mark;
图4为转LhWOX1基因烟草植株的叶片表型图;图中,a:野生型烟草植株;b:转LhWOX1基因烟草植株;c-f:转LhWOX1基因烟草叶片;g-h:野生型烟草叶片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实验材料:实验所用的实验材料为继代培养约3周龄的烟草无菌苗,取近植株顶端大小、性状、色泽基本一致,且生长状态良好的幼嫩叶片作为转化材料。
试剂:卡那霉素购自Sigma公司,头孢霉素购自上海生工生物技术有限公司,RNA提取试剂盒RNAprep Pure Plant Kit购自TIANGEN公司,反转录试剂盒BioTekesupermoⅢ RTKit购自BioTeke公司;Taq酶购自Takara公司。溶液I:50mmol/L葡萄糖、25mmol/L Tris-Cl(pH8.0)、10mmol/LEDTA(pH8.0)高温高压灭菌,贮存于4℃。溶液II:0.2moL/L NaOH、1%SDS(新鲜配制)。溶液III:5moL/L乙酸钾60mL、冰乙酸11.5mL、水28.5mL。
培养基:
烟草分化培养基:MS+BA2.0mg/L+IAA0.5mg/L+蔗糖30g/L+琼脂6.8g/LpH7.0
烟草筛选培养基:MS+BA2.0mg/L+IAA0.5mg/L+蔗糖30g/L+琼脂+Kan100mg/L+Cef400mg/LpH7.0
烟草生根培养基:MS+蔗糖30g/L+琼脂6.8g/L pH7.0
烟草生根筛选培养基:MS+蔗糖30g/L+琼脂6.8g/L+kan100mg/L+Cef400mg/LpH7.0
LB液体培养基:胰蛋白胨10g/L,酵母浸膏5g/L,氯化钠10g/L,pH7.0
LB固体培养基:胰蛋白胨10g/L,酵母浸膏5g/L,氯化钠10g/L,琼脂15g/L,pH 7.0
质粒和菌株:本申请所用农杆菌菌株为根癌农杆菌(Agrobacteriumtumefaciens)EHA105株系。本申请所用的杂交鹅掌楸LhWOX1基因同CN 103333901 A。
仪器与设备:超净工作台,恒温摇床,恒温培养箱,低温冰箱,超低温冰箱,PCR扩增仪,电泳槽,电泳仪。
实施例1:LhWOX1基因对烟草的遗传转化
(1)菌液制备
挑取保存在LB固体培养基上的含有目标基因(LhWOX1基因)的农杆菌单菌落,接种到5mL加相应筛选抗生素Kan50mg/L,Str30mg/L的LB液体培养基中,于28℃、220rpm振荡培养24h,以1:50比例扩大接种到含相应抗生素的LB液体培养基中,28℃、250rpm震荡培养4-6h后,用紫外分光光度计测量其OD值(OD值=0.3-0.4即可)。4000rpm离心10min,去上清,收集菌体。用一定体积的MS或1/2MS液体培养基重悬菌体,稀释菌液至OD600=0.2,备用。
(2)预培养
组织培养3-4周龄的烟草无菌苗,取其大小、性状,色泽基本一致,且生长状态良好的无菌苗顶端向下第1~4片的叶子,用剪刀剪去叶片边缘,除去主叶脉,将叶片剪成0.5cm2-1.0cm2左右的正方形小叶片,叶片远轴端朝下平铺于不加任何抗生素的分化培养基上暗培养2天。
(3)侵染与共培养
将预培养的叶片浸入至制备好的OD600=0.2的菌液中侵染10min,期间可轻轻摇动,利于叶片与菌体的充分接触。取出叶片后,用无菌滤纸吸干叶片表面的菌液,置于铺有滤纸的不加抗生素的分化培养基上进行共培养2天,共培养为暗培养。
(4)筛选和生根
共培养的叶片用添加Cef 400mg/L的MS液体培养基洗2-3次(每次5min),再用无菌水冲洗3次后,置于烟草筛选培养基上培养,每两周更换一次培养基。当芽长至1cm左右时转至烟草筛选生根培养基上。
实施例2:LhWOX1基因转化烟草的阳性植株筛选
1、检测烟草植株基因组DNA
(1)CTAB法提取烟草基因组DNA
1)将恒温水浴锅打开,调至65℃预热裂解液CTAB;
2)分别取转基因和对照的新鲜幼嫩叶片置于2mL离心管中,加入无菌玻璃珠,用震动球磨仪把植物材料彻底研磨,研磨充分后,将离心管置于冰上,快速加入CTAB 700μL,剧烈震荡混匀;
3)将材料置于在65℃恒温混匀仪中30min温浴,期间晃动离心管数次;
4)30min后取出离心管冷却至室温,加入等体积(24∶1)的氯仿/异戊醇,剧烈震荡混匀,静置10min;
5)混合液置于离心机中14000rpm离心10min,将上清液转移至干净1.5mL离心管中加入等体积的氯仿/异戊醇(24:1)再抽提一次;
6)将上清转移至新离心管中,加入等体积的异丙醇,混匀后,静置10min,14000rpm离心10min;
7)小心将上清液倒掉,加入70%的酒精1mL,将吹打洗涤沉淀,14000rpm离心2min,倒掉酒精,重复上述步骤一次;
8)10000r离心2min,用枪头吸干残液,待DNA吹干后溶于65℃预热的50μL的TE或ddH2O中,4℃保存。
(2)提取农杆菌质粒
1)取1.5mL菌液,12000r/min,离心30s,弃去上清液,收集菌体;
2)加300μL溶液I重悬菌体沉淀,剧烈震荡(可涡旋);
3)加入新配制好的溶液II 300μL,迅速轻柔颠倒数十次,静置5min;
4)加入预冷的溶液III 300μL,颠倒离心管数次,冰浴5min,12000rpm 4℃离心10-15min;
5)取上清移入干净的离心管中,加入500μL异丙醇,上下颠倒混匀,静置2min,12000rpm离心10min,弃上清;
6)加入700μL 70%乙醇,洗涤两次,12000rpm离心5min;
7)弃上清,再次离心,吸干废液,室温下让沉淀干燥10min,加入适量TE或ddH2O溶解核酸,-20℃冰箱保存;
8)1%琼脂糖凝胶电泳检测所提取质粒的质量。
(3)PCR检测基因组DNA
根据载体DNA序列设计引物进行PCR扩增,以相应农杆菌质粒DNA作为阳性对照(CK+),以ddH2O和野生型烟草基因组DNA为阴性对照(CK-)。按下列组成配制PCR反应液,进行PCR检测。转LhWOX1基因烟草植株基因组DNA的PCR检测引物如下:
引物1:LhWOX1-F:5′-GAGAGAGGTTCATCTACTTCATTGCA-3′
引物2:LhWOX1-R:5′-CATTAGGTCATTTGTACCGTGGA-3′
PCR反应体系:2.0μL 10×PCR Buffer(Mg2+Free),1.2μL MgCl2(25mmol/L),0.4μLdNTPs(10mmol/L),1.0μL引物1(10μM),1.0μL引物2(10μM),2.0μL rTaq(5U/μL),2.0μLDNA,ddH2O补足至20μL。
PCR反应程序:94℃5min;94℃30s,52℃30s,72℃1.5min,35Cycles;72℃10min;4℃forever。
从转LhWOX1基因烟草的T1代和野生型植株的叶片中提取基因组DNA,在引物LhWOX1-F和LhWOX1-R参与下,并以野生型植株DNA和ddH2O为阴性对照,以质粒DNA为阳性对照,对转基因烟草植株进行PCR扩增,1.2%的琼脂凝胶电泳分离反应产物。由图2可见,阴性对照ddH2O和野生型植株均未扩增出相应的特异片段,抗性植株扩增出与阳性对照条带大小一致的目的片段,且产物大小与预期所得到的扩增片段1100bp基本相同。
经过对转LhWOX1基因烟草植株基因组DNA的分子检测,可以初步证明外源LhWOX1基因已经整合到烟草基因组中。经Kan筛选和PCR检测,共获得阳性植株47株。
2、检测LhWOX1基因在烟草中的表达
(1)总RNA提取
本实验中总RNA提取应用RNAprep Pure植物总RNA提取试剂盒。操作步骤:1)匀浆处理:取50-100mg新鲜植物叶片在液氮中迅速研磨成粉末,加入450μL裂解液RL(使用前加入1%的β-巯基乙醇),涡旋剧烈震荡混匀。
2)将所有溶液转移至过滤柱CS上(过滤柱CS放在收集管中),12000rpm离心2-5min,小心吸取收集管中的上清至RNase-Free的离心管中。
3)加入等体积的氯仿:异戊醇(24:1)混匀,12000rpm离心10min,小心吸取离心管中的上清至RNase-Free的离心管中。缓慢加入0.5倍上清体积的无水乙醇,混匀,将得到的溶液和沉淀一起转入吸附柱CR3中,12000rpm离心30-60sec,倒掉收集管中的废液,将吸附柱CR3放回收集管中。
4)向吸附柱CR3中加入350μL去蛋白液RW1,12000rpm离心30-60sec,倒掉收集管中的废液,将吸附柱CR3放回收集管中。
5)DNaseI工作液的配制:取10μL DNase I储存液放入新的RNase-Free离心管中,加入70μL RDD溶液,轻柔混匀。
6)向吸附柱CR3中央加入80μL的DNase I工作液,室温放置15min。
7)向吸附柱CR3中加入350μL去蛋白液RW1,12000rpm离心30-60sec,倒掉收集管中的废液,将吸附柱CR3放回收集管中。
8)向吸附柱CR3中加入500μL漂洗液RW(使用前加入无水乙醇),室温静置2min,12000rpm离心30-60sec,倒掉收集管中的废液,将吸附柱CR3放回收集管中。
9)重复步骤8。
10)12000rpm离心2min,倒掉废液。将吸附柱CR3置于室温放置数分钟,以彻底晾干吸附材料中残余的漂洗液。
11)将吸附柱CR3放入一个新的RNase-Free离心管中,向吸附膜的中间部位悬空滴加30-100μL RNase-Free ddH2O,室温放置2min,12000rpm离心2min,得到RNA溶液。
(2)单链cDNA的合成
使用BioTeke公司BioTekesupermoⅢRT Kit进行反转录制备单链cDNA。反转录操作过程如下:
1)反转录反应体系如下:0.2-2μg Total RNA or Poly(A) RNA,1μL Oligo(dT)orRandomPrimer(50μM),1μL dNTP Mixture(10mM each),4μL 5×First-strand Buffer,1μLM-MLV Reverse Transcriptase(200U/μL),1μL RNase Inhibitor (40U/μL),1μL RNaseInhibitor(40U/μL),RNase-free dH2O补足至20μL。
2)在PCR仪上按以下条件进行反转录反应:50℃45-60min,70℃10min。反应结束后随即置于冰上冷却,得到的cDNA可以直接用于后续的PCR等反应,也可以20℃冻存以备以后使用。
(3)反转录RT-PCR分析
设计LhWOX1基因的特异引物,对转LhWOX1基因烟草PCR阳性植株进行反转录PCR检测,以合成的cDNA为模板,按下列组成配制PCR反应液,进行PCR检测。转LhWOX1基因烟草植株RNA反转录PCR检测引物如下:
引物1:LhWOX1-RT-F:5′-ACGGCTCTTCAGATGGGAATG-3′
引物2:LhWOX1–RT-R:5′-GGCGAGAACAGAAATCAGTGGTC-3′
反转录PCR反应体系如下:2.0μL10×PCR Buffer(Mg2+Free),1.2μLMgCl2(25mmol/L),0.4μLdNTPs(10mmol/L),1.0μL引物1(10μM),1.0μL引物2(10μM),0.2μLrTaq(5U/μL),2.0μL cDNA,ddH2O补足至20μL.
PCR反应程序:94℃5min;94℃30s,57℃30s,72℃30s,27Cycles;72℃10min;4℃forever。
PCR产物经2.0%的琼脂糖凝胶电泳分离检测并拍照。
以转LhWOX1基因烟草基因组DNA的PCR检测为阳性植株(随机挑选植株)的RNA为模板做反转录PCR。以野生型烟草cDNA和ddH2O作为阴性对照(CK-),相应质粒DNA为阳性对照(CK+)。由图3可见,在LhWOX1基因特异引物参与下,阴性对照均未扩增出特异片段,抗性植株扩增出与阳性对照质粒大小一致的目的片段。扩增片段在250bp与500bp之间,与预期大小303bp基本相符。经反转录PCR检测,LhWOX1基因已经在烟草植株中得到表达。
实施例3:LhWOX1转基因烟草T1代表型观察和分析
对转LhWOX1基因烟草T1代的叶片表型观察和分析,结果如图4中b-f所示,可见转LhWOX1基因烟草植株叶片出现严重的卷曲现象,叶片均向叶片近轴面方向卷曲,但卷曲程度和形态有所不同。经统计,移栽于温室的30株转LhWOX1基因烟草植株中有28株均出现不同程度的叶片卷曲现象,而2株未出现叶片卷曲。转LhWOX1基因烟草叶片的叶尖的形状与野生型烟草叶片的叶尖具有明显的差异,转基因烟草叶片的叶尖为急尖形,而野生型叶片的叶尖通常为短尖型。转LhWOX1基因烟草叶片的叶基类型为抱茎型,野生型烟草叶片的叶基类型为下延型。
由此表明,LhWOX1基因会影响叶片的伸展,过表达会导致一些植物叶片发生卷曲,改变形态。卷曲程度的不同可能是由于表达量上存在一定的差异。而叶的卷曲对一些作物来说是一种非常有用的农艺性状,因此本申请所提供LhWOX1基因的应用在生产实践上可以用于制备叶片卷曲的植物,以及用于培育新型植物品种等,具有重要的应用价值。
序列表
<110> 南京林业大学
<120> 杂交鹅掌楸LhWOX1基因的新用途
<130> 100
<160> 2
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 1100
<212> DNA
<213> Liriodendron chinense × tulipifera
<400> 1
gcaggtcgac gattgagaga ggttcatcta cttcattgca acaatgtgga tgatgggttg 60
tagagatggg agtggtttaa acacttccga ttcgatcaac ggtcggaaac tccgccctct 120
gattccaagg cccagttctt cttcttcctc ctcttccaca cccagcacaa caactgcaac 180
cacatcgtct tcgagcttga gtcgaattca tggcaatgat cttctctcct tacataacca 240
tcttggaaca atggaacatg gaaaacgcga gttgagtact cagccggtga gttcacggtg 300
gaatccgacg cctgaacagc taaggacact cgaggatttg tatcgacgag gcacaaggac 360
cccaaccgca gatcaaatcc agtacatcac ggcgcagctt cggcgatatg gtaggattga 420
agggaagaac gtattctact ggtttcagaa ccacaaggcg agggagcggc agaagcgtaa 480
gcgtaggatt gaagtagccg ctgccgcgga gcgcaatgca gagagtgagg agaggaaaga 540
tttggagatg agcaggaaag ggtttgaagc tgaagggtgc aagagctggc catctcctac 600
aaactgcagt acccttgcag aggaatctgc tcctatgtct agaccagaaa gtaggagaga 660
tactgcatgg cttcagtgca gccgagagtt acaaaaccac ggctcttcag atgggaatgc 720
cacgtggcag atgatgcatc tctgctccct gccccacctc ataaacgcat accccaccac 780
cccactttca attcgaaccg tagccacagc cacagcagca gctatagtgg agtcaaagaa 840
tacagtcaat gaagattttg atgtgggtgg cccacccagt gggccatcac agactcttaa 900
gctgtttcct ctccgtagcg atggcatcgc ggtcgctgag aaggcgtcgg ccgcaccagc 960
gaatctaaat acagcggcga ccactgattt ctgttctcgc cagttcatcc agtttctccc 1020
attgaagaat tgaaggtcta ggctccaatc cacggtacaa atgacctaat gaatctctag 1080
aggatccccg ggtaccgagc 1100
<210> 2
<211> 329
<212> PRT
<213> Liriodendron chinense × tulipifera
<400> 2
Met Trp Met Met Gly Cys Arg Asp Gly Ser Gly Leu Asn Thr Ser Asp
1 5 10 15
Ser Ile Asn Gly Arg Lys Leu Arg Pro Leu Ile Pro Arg Pro Ser Ser
20 25 30
Ser Ser Ser Ser Ser Ser Thr Pro Ser Thr Thr Thr Ala Thr Thr Ser
35 40 45
Ser Ser Ser Leu Ser Arg Ile His Gly Asn Asp Leu Leu Ser Leu His
50 55 60
Asn His Leu Gly Thr Met Glu His Gly Lys Arg Glu Leu Ser Thr Gln
65 70 75 80
Pro Val Ser Ser Arg Trp Asn Pro Thr Pro Glu Gln Leu Arg Thr Leu
85 90 95
Glu Asp Leu Tyr Arg Arg Gly Thr Arg Thr Pro Thr Ala Asp Gln Ile
100 105 110
Gln Tyr Ile Thr Ala Gln Leu Arg Arg Tyr Gly Arg Ile Glu Gly Lys
115 120 125
Asn Val Phe Tyr Trp Phe Gln Asn His Lys Ala Arg Glu Arg Gln Lys
130 135 140
Arg Lys Arg Arg Ile Glu Val Ala Ala Ala Ala Glu Arg Asn Ala Glu
145 150 155 160
Ser Glu Glu Arg Lys Asp Leu Glu Met Ser Arg Lys Gly Phe Glu Ala
165 170 175
Glu Gly Cys Lys Ser Trp Pro Ser Pro Thr Asn Cys Ser Thr Leu Ala
180 185 190
Glu Glu Ser Ala Pro Met Ser Arg Pro Glu Ser Arg Arg Asp Thr Ala
195 200 205
Trp Leu Gln Cys Ser Arg Glu Leu Gln Asn His Gly Ser Ser Asp Gly
210 215 220
Asn Ala Thr Trp Gln Met Met His Leu Cys Ser Leu Pro His Leu Ile
225 230 235 240
Asn Ala Tyr Pro Thr Thr Pro Leu Ser Ile Arg Thr Val Ala Thr Ala
245 250 255
Thr Ala Ala Ala Ile Val Glu Ser Lys Asn Thr Val Asn Glu Asp Phe
260 265 270
Asp Val Gly Gly Pro Pro Ser Gly Pro Ser Gln Thr Leu Lys Leu Phe
275 280 285
Pro Leu Arg Ser Asp Gly Ile Ala Val Ala Glu Lys Ala Ser Ala Ala
290 295 300
Pro Ala Asn Leu Asn Thr Ala Ala Thr Thr Asp Phe Cys Ser Arg Gln
305 310 315 320
Phe Ile Gln Phe Leu Pro Leu Lys Asn
325

Claims (5)

1.杂交鹅掌楸LhWOX1基因在促使植物叶片卷曲中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,在植物中过表达杂交鹅掌楸LhWOX1基因,促使转基因植物叶片卷曲。
3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于,包括以下步骤:
1)构建杂交鹅掌楸LhWOX1基因的载体;
2)将所构建的杂交鹅掌楸LhWOX1基因的载体转化到植物细胞中;
3)培育转基因植物,促使植物叶片卷曲。
4.根据权利要求3所述的应用,其特征在于,步骤1)所述杂交鹅掌楸LhWOX1基因的载体为LhWOX1+pBI121。
5.根据权利要求3所述的应用,其特征在于,步骤2)所述的转化是采用根癌农杆菌EHA105进行转化。
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