CN117143887A - HbWUS基因在提高橡胶树遗传转化效率中的应用及其表达载体构建 - Google Patents

HbWUS基因在提高橡胶树遗传转化效率中的应用及其表达载体构建 Download PDF

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Abstract

本发明提出了HbWUS基因在提高橡胶树遗传转化效率中的应用及其表达载体构建,所述HbWUS基因在参与调控巴豆亚科植物体胚发生的应用,所述HbWUS基因的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示。本发明提出的通过构建HbWUS基因的过表达载体对橡胶树双子叶体细胞胚进行遗传转化,可以提高橡胶树花药愈伤组织体胚的遗传转化效率,为橡胶树体胚苗规模化繁育技术和遗传转化技术在优良品种中的应用,提供了候选基因。

Description

HbWUS基因在提高橡胶树遗传转化效率中的应用及其表达载 体构建
技术领域
本发明涉及生物技术领域,特别涉及HbWUS基因在提高橡胶树遗传转化效率中的应用及其表达载体构建。
背景技术
我国在国际上率先利用花药愈伤组织体胚发生技术和次生体胚发生技术,培育出生长快、产量高、抗逆性强的橡胶树体胚苗,并实现了橡胶树体胚苗的规模化生产,同时来源于橡胶树花药愈伤组的双子叶体胚也是遗传转化的良好受体。但是来源于橡胶树花药愈伤组织的体胚发生和次生体胚发生具有严重的基因型依赖性,从而限制了体胚苗规模化繁育技术和遗传转化技术在优良品种中的应用。Wus是植物干细胞发育中的关键基因,通过调控该基因的表达可以有效提高植物的再生和遗传转化效率,但关于橡胶树中HbWUS基因提高橡胶树体胚遗传转化效率的报道尚无。
发明内容
鉴于此,本发明的目的在于提出HbWUS基因在提高橡胶树遗传转化效率中的应用及其表达载体构建,来源于橡胶树花药愈伤组织的体胚发生和次生体胚发生是橡胶树离体繁育和遗传转化的关键步骤,而体胚发生严重依赖于基因型,Wus是植物干细胞发育中的关键基因,通过调控该基因的表达可以有效提高植物的再生和遗传转化效率,本发明提出的通过构建HbWUS基因的过表达载体对橡胶树双子叶体细胞胚(简称体胚)进行遗传转化,可以提高橡胶树花药愈伤组织体胚的遗传转化效率。
本发明的技术方案是这样实现的:
本发明目的之一在于提供一种HbWUS基因的应用,所述HbWUS基因在参与调控巴豆亚科植物体胚发生的应用,所述HbWUS基因的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示。
进一步的,所述HbWUS基因在提高巴豆亚科植物胚状体遗传转化后的体胚再生频率的应用。
更进一步的,所述巴豆亚科植物为橡胶树。
更进一步的,选用橡胶树的双子叶体胚。
更进一步的,双子叶体胚由花药诱导培养而得。
本发明目的之二在于提供一种HbWUS基因的表达载体的构建方法,包括如下步骤:
S1将HbWUS基因的核苷酸序列采用引物进行扩增,得扩增目的片段;
S2采用XbaI和BamHI限制性内切酶对pCambia1300-35S-cGF P-Tnos载体质粒进行双酶切,将酶切后的载体与步骤S1的扩增目的片段进行连接,转化及测序验证,得到HbWUS基因的pCambia1300-35S-HbWUS-GFP表达载体。
本发明目的之三在于提供一种农杆菌介导侵染橡胶树体胚的遗传转化方法,包括如下步骤:
S1将HbWUS基因的核苷酸序列采用引物进行扩增,得扩增目的片段,采用XbaI和BamHI限制性内切酶对pCambia1300-35S-cGF P-Tnos载体质粒进行双酶切,将酶切后的载体与步骤S1的扩增目的片段进行连接,转化及测序验证,得到HbWUS基因的pCambia1300-35S-HbWUS-GFP表达载体;
S2将pCambia1300-35S-HbWUS-GFP表达载体转入农杆菌,冰浴20~40min,液氮处理3~8min,加入LB液体培养基,27~29℃、200~250rpm培养4~5h,取培养菌液涂布至LB固体培养基,27~29℃培养2~3d,挑取阳性单克隆农杆菌,加入LB液体培养基,27~29℃、200~250rpm培养22~26h,得农杆菌液;
S3取农杆菌液转入LB液体培养基,27~29℃、200~250rpm培养16~24h,离心,收集菌体,重悬液悬浮菌体,调整菌液OD600值至0.45~0.5,27~29℃、200~250rpm培养3~5h,得侵染菌液;所述每1L重悬液含有90~110μM乙酰丁香酮;
S4使橡胶树双子叶体胚浸没至侵染菌液中,静置,超声处理后,再静置,吸去菌液后,将双子叶体胚放入HCK-12-AS培养基,21~23℃、避光培养72~84h,清洗后,浸泡至含特美汀的灭菌水,再转入HCK-12-T培养基,黑暗培养至少24h后,将培养得到的体胚切分,转入HCK-12-T-H培养基中,黑暗培养20~30d,转入出胚培养基HE-7,至出胚;
所述HCK-12-AS培养基为:每1L HCK-12加入乙酰丁香酮1~2mL;
所述HCK-12-T培养基为:每1L HCK-12加入特美汀1~2mL;
所述HCK-12-T-H培养基为:每1L HCK-12加入特美汀1~2mL和潮霉素150~250μL。
进一步的,所述HCK-12-AS培养基中,乙酰丁香酮的浓度为90~110mM,所述HCK-12-T培养基中,特美汀的质量浓度为450~550mg/mL,所述HCK-12-T-H培养基中,特美汀的质量浓度为450~550mg/mL,潮霉素的质量浓度为5~15mg/mL。
更进一步的,将培养得到的体胚切分,沿着子叶中轴进行纵切一分为二,再切成长×宽为3~4mm×3~4mm的体胚块。
更进一步的,静置5~10min,超声处理40~60s后,再静置8~12min。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明利用HbWUS基因的过量表达可以提高橡胶树花药愈伤组织体胚的遗传转化效率,促进植物细胞的生长和体胚的再生,易于操作,效率高。
本发明通过构建HbWUS基因的过表达载体,可有效提高橡胶树愈伤组织的再生和遗传转化效率,为橡胶树体胚苗规模化繁育技术和遗传转化技术在优良品种中的应用,提供了候选基因。
附图说明
图1为利用橡胶树、拟南芥和水稻WOX蛋白构建的系统发育树(图中左侧部分)和WOX蛋白的保守基序分布(图中右侧部分);
图2为橡胶树HbWUS基因在体胚发生和发育过程中的表达特征;
图3为橡胶树HbWUS基因在体胚发生和发育过程中的遗传转化效率和橡胶树双子叶体胚的次生体胚发生和发育图片,其中,A为橡胶树‘热研7-33-97’胚状体中过表达HbWUS提高体胚再生效率,统计数据表示为:平均值±标准偏差,实验结果来自4-5次独立遗传转化实验重复。Student’s t test用于统计显著性(*,P<0.05),B为过表达GFP和HbWUS基因的橡胶树双子叶体胚的次生体胚发生和发育图片;
图4为橡胶树HbWUS基因过表达阳性体胚的PCR鉴定,其中,A为HbWUS基因过表达阳性体胚PCR鉴定的引物设计示意图;B为利用两对引物进行HbWUS基因过表达阳性体胚基因组水平鉴定的电泳图;M为DL2000marker;73397为非转基因的热研73397橡胶树体胚;1-15为HbWUS基因过表达抗性体胚;P为pCambia1300-35S-HbWUS-GFP表达载体;W为水。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容,下面提供具体实施例,对本发明做进一步的说明。
本发明实施例所用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
本发明实施例所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
本发明的HCK-12为愈伤组织诱导培养基(含有生长素),HE-7为体胚诱导培养基(不含有生长素)。
实施例1-HbWUS基因的鉴定和WOX家族基因的进化分析
利用拟南芥WOX家族基因的蛋白序列,逐一在橡胶树基因组数据库中的蛋白数据库中进行BLAST分析,获取橡胶树全部的WOX蛋白序列。在植物PLAZA数据库中下载水稻的WOX蛋白序列,使用MEGA7.0软件中的邻接法(Neighbor-joining)构建系统进化树;使用MEME(Multiple Em for Motif Elicitation)软件分析橡胶树WOX家族基因的保守基序。最终确定橡胶树中有20个HbWOX蛋白,均含有保守的Homeobox结构域。其中XP_021672272.1与拟南芥和水稻中的WUS聚为一类,命名为HbWUS(图1)。
HbWUS基因的核苷酸序列,如SEQ ID NO:1所示:
ATGGAGCCTCAACAACAACAGCAAAACCAACAACAACCAAACGAGGACAATAGCAGCGGTGCTAAAGGAAGCTTTCTTTGCAGGCAAAGCAGTACAAGGTGGACTCCCACAACTGACCAGATAAGAATATTGAAGGATCTTTACTACAACAGTGGAGTTAGGTCCCCAAGTGCAGAGCAGATTCAGAGGATATCTGCTAGGCTTAGACAGTACGGTAAGATTGAAGGCAAGAATGTCTTTTATTGGTTTCAGAACCATAAAGCTCGTGAGAGGCAGAAGAAAAGGTTCACCACTGATGTCCCCATGCAACAAAGAACTGTTTCAAATGCTTCTAACTGGAAACCTGAAGATTATTCCTTTCACAACAAGCACCCCAACGTTACTCCTGGGTTTTCTTCTGCATCTCCATCCTCAGCTGGTGGGCTTACTGTTGGACAGATGGGAAACTATGGGTATGGATCTGTAAACATGGAGAAGAGTTTTAGGGACTGCTCAATATCAGCTAGTGCCAACAGTGGTGTTGGTGGATCTATGAACCCCAACTATGGGTGGGTTGGGATTGATCCCTACTGTTCATCTTATTCTTTCTTTGGCAAGCAAAAATCAAATAATGAAACCCTAGACGATGAAGAACAAGATCTAGGACAAGAAGAGGAAGCAACTCCAGAGATTGAAACTCTCCCTCTCTTCCCTACCCAGAGAGAAGACATCAATGGCTTCTGCAACATGAAGCACAAAACCATCTGCTACTCCCAAAACTACTGGTGTGGCTCTGACGATGGAAACAATACTTCGCGTACTTCCCTCGAGCTTAGCCTCAACTCCTACAGCACTGGGCAGGCACCGGATTCCATCTAA
实施例2-HbWUS在橡胶树花药愈伤组织体胚发生和发育过程中的表达特征
通过检测橡胶树‘热研7-33-97’花药体胚发生和发育不同阶段的愈伤组织材料中HbWUS基因的表达情况发现,HbWUS表达趋势与体胚发生过程高度相关,在体胚发生早期表达逐渐上调,当胚性愈伤组织形成后表达逐渐下调(图2)。
取愈伤组织材料后,立即冻存于液氮中。RNA提取用Qiagen提取试剂盒,RNA的反转录用Toyobo的ReverTra Ace qPCR RT Master Mix。取1μg RNA,65℃加热5min后立即放在冰上;加入5×RT master mix和ddH2O,终体积为10μL;反转录程序为:37℃,15min;42℃,15min;RT master mix 98℃,5min;加入90μL ddH2O,将cDNA产物稀释10倍;以5’-CCCAACGTTACTCCTGGGTT-3’和5’-CCCACCCATAGTTGGGGTTC-3’为引物,利用ABI7500实时定量PCR仪器和SYBR Green法进行相对定量分析。每个实验设计有三次生物学重复,每个RT-qPCR反应有三次技术重复。Hbactin7a为内参基因。
实施例3-HbWUS过表达载体的构建,以及转化橡胶树体胚
为了进一步研究HbWUS在橡胶树体胚发生和发育中的功能,构建了35S:HbWUS-GFP的表达载体,并通过农杆菌介导的稳定转化方法,在橡胶树双子叶体胚中进行过表达。
根据实施例1的HbWUS基因的核苷酸序列,设计如下引物对进行扩增:
5’-AGAACACCTGCAGGTCGACTCTAGAATGGAGCCTCAACAACAACAGCAA-3’
5’-TGCTCACCATGGTACCCGGGGATCCCGCCGCCGCGATGGAATCCGGTGCCTGCC C-3’,
利用XbaI和BamHI两种限制性内切酶对pCambia1300-35S-cGFP-Tnos载体质粒进行双酶切,将酶切后的载体与扩增后的目的片段进行回收,利用NEBuilder HiFiDNAAssembly Master Mix试剂盒进行连接,转化及测序验证,最终得到HbWUS基因的pCambia1300-35S-HbWUS-GFP表达载体。
将构建好的载体pCambia1300-35S-HbWUS-GFP和pCambia1300-35S-GFP,转入EHA105农杆菌,冰浴30min,液氮5min,37℃5min,加入1mL LB液体培养基,28℃,220rpm培养4-5h;吸取200μL菌液至20mg/L Kana和Rif的LB固体培养基上,均匀涂于平板上,28℃倒置培养2d;挑单克隆验证,将检测正确的单克隆农杆菌转入5mL LB液体培养基中,28℃,220rpm振荡培养24h,保菌以供用于后续实验。
取1mL摇好的菌液转入500mL液体LB培养基中,28℃,220rpm振荡培养16-24h。4000rpm离心20min收集菌体。用重悬液[1L重悬液含有100μM乙酰丁香酮(AS),pH 5.8]悬浮菌体,用枪头吹打散菌块混匀,调整菌液OD600值至0.45~0.5,重悬液在28℃,220rpm振荡培养4h后立即用于侵染橡胶树体胚。
橡胶树体胚的侵染操作如下:
1)在超净工作台将橡胶树双子叶体胚放入重悬液中,轻摇使子叶胚沉淀完全浸入重悬液中,静置8min,再超声波50s,再静置10min。
2)用滤纸完全吸干体胚上的菌液后,将体胚放入HCK-12-AS(1L HCK-12中加入1mL100mM AS,pH=5.8)培养基上,共培养72-84h,22℃避光。
3)用灭菌水冲洗体胚至水清澈,再用含有特美汀的灭菌水(1:1000加入特美汀)浸泡8min,用滤纸吸干后,放至HCK-12-T(HCK-12-T:1L HCK-12中加入1mL 500mg/mL的特美汀)24h以上(暗中)。
4)将体胚切为小块,先沿着子叶中轴进行纵切一分为二,再横切切成3mm长宽,转入HCK-12-T-H培养基中(1L HCK-12中加入1mL 500mg/mL的特美汀和200μL 10mg/mL的潮霉素,pH=5.8),暗中培养25天左右。
5)将愈伤组织转入出胚培养基HE-7,至出胚。
以P1300-35S-GFP的空载作为对照,统计P1300-35S-HbWUS-GFP和P1300-35S-GFP的遗传转化效率。结果表明HbWUS基因能显著提高胚状体遗传转化后的体胚再生效率(图3A和3B),进一步明确HbWUS基因参与调控橡胶树的体胚发生,以及可以用于提高橡胶树体胚的遗传转化效率。通过在基因组水平对阳性胚进行鉴定,获得14个HbWUS基因稳定转化的胚块(图4)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种HbWUS基因的应用,其特征在于,所述HbWUS基因在参与调控巴豆亚科植物体胚发生的应用,所述HbWUS基因的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示。
2.根据权利要求1所述的一种HbWUS基因的应用,其特征在于,所述HbWUS基因在提高巴豆亚科植物胚状体遗传转化后的体胚再生频率的应用。
3.根据权利要求2所述的一种HbWUS基因的应用,其特征在于,所述巴豆亚科植物为橡胶树。
4.根据权利要求1或2所述的一种HbWUS基因的应用,其特征在于,所述体胚为橡胶树的双子叶体胚。
5.根据权利要求4所述的一种HbWUS基因的应用,其特征在于,所述双子叶体胚由花药诱导培养而得。
6.一种HbWUS基因的表达载体的构建方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1将HbWUS基因的核苷酸序列采用引物进行扩增,得扩增目的片段;
S2采用XbaI和BamHI限制性内切酶对pCambia1300-35S-cGF P-Tnos载体质粒进行双酶切,将酶切后的载体与步骤S1的扩增目的片段进行连接,转化及测序验证,得到HbWUS基因的pCambia1300-35S-HbWUS-GFP表达载体。
7.一种农杆菌介导侵染橡胶树体胚的遗传转化方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1将HbWUS基因的核苷酸序列采用引物进行扩增,得扩增目的片段,采用XbaI和BamHI限制性内切酶对pCambia1300-35S-cGF P-Tnos载体质粒进行双酶切,将酶切后的载体与步骤S1的扩增目的片段进行连接,转化及测序验证,得到HbWUS基因的pCambia1300-35S-HbWUS-GFP表达载体;
S2将pCambia1300-35S-HbWUS-GFP表达载体转入农杆菌,冰浴20~40min,液氮处理3~8min,加入LB液体培养基,27~29℃、200~250rpm培养4~5h,取培养菌液涂布至LB固体培养基,27~29℃培养2~3d,挑取阳性单克隆农杆菌,加入LB液体培养基,27~29℃、200~250rpm培养22~26h,得农杆菌液;
S3取农杆菌液转入LB液体培养基,27~29℃、200~250rpm培养16~24h,离心,收集菌体,重悬液悬浮菌体,调整菌液OD600值至0.45~0.5,27~29℃、200~250rpm培养3~5h,得侵染菌液;所述每1L重悬液含有90~110μM乙酰丁香酮;
S4使橡胶树双子叶体胚浸没至侵染菌液中,静置,超声处理后,再静置,吸去菌液后,将双子叶体胚放入HCK-12-AS培养基,21~23℃、避光培养72~84h,清洗后,浸泡至含特美汀的灭菌水,再转入HCK-12-T培养基,黑暗培养至少24h后,将培养得到的体胚切分,转入HCK-12-T-H培养基中,黑暗培养20~30d,转入出胚培养基HE-7,至出胚;
所述HCK-12-AS培养基为:每1L HCK-12加入乙酰丁香酮1~2mL;
所述HCK-12-T培养基为:每1L HCK-12加入特美汀1~2mL;
所述HCK-12-T-H培养基为:每1L HCK-12加入特美汀1~2mL和潮霉素150~250μL。
8.根据权利要求7所述的一种农杆菌介导侵染橡胶树体胚的遗传转化方法,其特征在于,所述HCK-12-AS培养基中,乙酰丁香酮的浓度为90~110mM,所述HCK-12-T培养基中,特美汀的质量浓度为450~550mg/mL,所述HCK-12-T-H培养基中,特美汀的质量浓度为450~550mg/mL,潮霉素的质量浓度为5~15mg/mL。
9.根据权利要求7所述的一种农杆菌介导侵染橡胶树体胚的遗传转化方法,其特征在于,将培养得到的体胚切分,沿着子叶中轴进行纵切一分为二,再切成长×宽为3~4mm×3~4mm的体胚块。
10.根据权利要求7所述的一种农杆菌介导侵染橡胶树体胚的遗传转化方法,其特征在于,静置5~10min,超声处理40~60s后,再静置8~12min。
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