全 文 ：Ti 质粒基因在单子叶植物朱顶兰
和吊兰中的表达
冯新华 蒋兴屯卜 邵启全
(中国科学院遗传研究所 , 北京 )
致瘤农杆菌感染创伤的双子叶植物后 , 由于创伤激活了细胞体内的特异性信号分子 , 诱导
iT 质粒毒性基因 ( vi )r 的调节和转移 D N A ( T 一 D N A ) 中间物的产生 , 从而使 T 一 D N A 转
移到植物细胞之中〔幻 . T 一 D N A 中致瘤基因 ( on 。 ) 的表达导致冠瘤瘤的形成 ; 胭脂碱合成酶
基 因 ( n o s ) 或章鱼碱合成酶基因 ( o c t ) 表达产生胭脂碱 ( n o p a li n e ) 或章鱼碱 ( o c t o p in e ) . 这
类肌基衍生物 (叩 in e ) 的检测就能为 T 一 D N A 是否在植物细胞中表达提供了直接的证据【刀 .
因此 , 人们能够以 on , 或 co t 为标记基因利用农杆菌的 iT 质粒作为植物基因工程载体 , 从
而向高等植物导人外源遗传物质 , 而且已经取得了很大的进展 13 一 6] .
单子叶植物被认为对致瘤农杆菌的感染具有天然的抗性 7[, 81 , 这可能是因为它们的细胞壁
上缺少识别和结合农杆菌的成分 . 但是国外已有报道在 水 仙 和 斑 心 吊 兰 ( C人lor oP 八州“ m
“ eP 。 。 ) 〔9] 和石刁柏 (击 p ar ag 。 。所“ , 动 , ) L10) 的致瘤农杆菌感染部位或转化细胞中检测到
oP in
e , 初步证明了 T 一 D N A 在少数单子叶植物中表达的可能性 .
为了进一步扩大致瘤农杆菌转化单子叶植物的范围和确证 iT 质粒作为单子叶植物基因
工程载体的可能性 , 本文作者用胭脂碱型致瘤农杆菌感染单子叶 植物 朱顶 兰 ( H IP P 。。 , ur m
, “ ,il “ m ) 和吊兰 ( c h lor o P仰招二 co m口沼 m ) 植株 . 实验结果证实了关于吊兰属植物可以被感
染外 , 还首次报道胭脂碱型致瘤农杆菌也可以感染另一种单子叶植物朱顶兰 , 并在植物中整
合 , 乃至表达产生胭脂碱 .
一 、 材料 和 方 法
1
. 供试受体材料 朱顶兰叶片和吊兰茎 .
2
. 供试菌种 A ZOS , C 58 和 T 3 7 共 3 种致瘤农杆菌 。
3
. 菌种液体培养方法 菌种接种于 Y E B 液体培养基中 , 在温度 28 ℃ 和 80 次 /m in 往
复振荡器上培养 , 大约在 36 一 4 h8 后 (即细菌对数生长期 )即可应用 .
4
. 感染方法 用新鲜菌液按 D 。 以e 二 方法 〔7 ,接种感染朱顶兰叶片和吊兰茎 .
5
. 胭脂碱定性测定方法 参考 o et n叫 蒋兴郁回 等的方法 ,并进行了改进 . 取瘤组织
在 w h at m an 3 号滤纸上挤压 出渗 出液 . 在 5关 乙酸电极缓冲液中 , 电压 5 0 v , 电泳 45 m in .
供干后按常规方法染色 , 并在 2 5 3 7入 紫外灯下照相 .
本文 1 9 86 年 5 月 1 5 日收到 .
第 8 期 科 学 通 报
二 、 实 验 结 果
1
. 冠 . 润的形成 (衰 l )所有供试菌种对受体材料进行感染接种朱顶兰 1 5夭 , 吊兰 廿
天后 , 基本上均能产生瘤体 , 尤其是朱顶兰的幼嫩叶片靠近基部部位和吊兰的幼嫩茎更易于产
生冠座瘤 . 朱顶兰的感染部位的注射孔周围发生突起而形成直径 2一 sm m 左右大小的瘤组
织 (图 1 ) ; 吊兰茎上形成的瘤体大小可达茎直径的 1 . 0一 1 . 2 倍 (见图 2 ) . 但是听有这些瘤组织
都没有分化形成畸胎瘤 .
表 l 单子叶植物朱顶兰和吊兰致瘤情况统计表
供体菌 A 2 08
致 瘤 情 \ \ 统飞一~ ~ 丈芝《 乏》严 目 } , 瘤 ,受体材料 ) 、 、 }
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瘤大小
(中, m m 致瘤串 瘤大小(功, m ,1 1 ) 致瘤率 瘤大小(中, . n m )
朱 顶 兰 叶 片 1 0 110 3一 5
吊 兰 茎 8 11 0
9 / 10
14 11 5 7 / 1 0
. 致窟串: 形成的冠痪瘤数目与接种部位数目之比 .
图 l 朱顶兰叶片在接种 A 2 0 8 , c 58 和
3T 7 后形成的冠痪瘤体
图 2 吊兰茎在接种 ^ 2 0 8 , C 58 和
T打 后形成的冠癣瘤
章鱼碱
胭脂碱
图 3 瘤组织的胭脂碱则定
l , 2 , 3分别由 A 20 8, C 58 和 T 37 菌种诱发朱顶兰叶片产生的瘤组织 ;
4
·朱顶兰未处理叶片 ; , , 6 , 7 分别由 A 2 0 8 , 5C 8 和 T 37 菌种在吊
兰茎上诱发产生的冠窟瘤组织 ; .8 吊兰对照 (未处理 ) ; o .N 标准样品
2
.
T 一 O N A 的衰达 对表 1 中所有瘤组织进行胭脂碱合成酶的测定 , 结果如图 3 , 它
们均含有该酶的代谢产物 (即胭脂碱 ) , 证明了 iT 质粒基因整合到朱顶兰和吊兰瘤组织的纽
胞基因组中并得以表达 .
科 学 通 报 1 9 8 7 年
三 、 讨 论
1
. 下 质粒签因在单子叶植物中表达的可能性 人们已经提出了一些解释 ,认为致瘤农
杆菌感染单子叶植物后不产生冠座瘤和不发生 T 一 D N A 转移是由于致瘤农杆菌不能附着于单
子叶植物细胞或是由于这些植物细胞中激素代谢发生紊乱 . 但是荷兰 S hc il p er o rt 实验小组用
致瘤农杆菌感染接种水仙 (N `。 、 , vc . “ aP eP wr ih t e J, ) 和斑心吊兰后 , 在感染部位没有形成
大冠瘦瘤但能检测到 叩 ien 的存在 , 且 。 p i en 的类型取决于菌株的类型 . 他们认为 , 大冠瘦
瘤之所以不能形成或许是因为单子叶植物细胞不能对 T 一 D N A 的基因产物发生反应 , 也许是
因为植物激素代谢发生异常的缘故 91[ . 比利时的 M on t : gu 实验室和西德的 S c he n 实验室合
作利用 C 58 对石刁柏的茎段进行感染和培养获得了体外转化的细胞培养物〔10 .
朱顶兰是石蒜科 ( Am a r y l li d a c e a c ) 朱顶兰属 ( H助户e a , , r “ m ) 植物 , 而吊兰属于百合科
( iL li
a e e a e ) 吊兰属 ( c h l o r o户n夕t“ m ) 植物 , 它们的 T 一 D N A 转移进一步增大 T T i 质粒转化
单子叶植物的可能性 , 这在国内外尚属首次报道 . 结合已有的关于单子叶植物的 iT 质粒转
化的报道 ,作者认为 T 一 D N A 能够在百合科和石蒜科植物中转移和表达 .
2
.
T i 质粒作为单子叶植物墓因工程载体的潜在意义 iT 质粒基因能够在百合科和石
蒜科的一些植物中表达 , 表明识别 T 一 D N A 叩 i en 基因表达的调控信号在单子叶植物和双子
叶植物中具有相同之处 . 因此利用 iT 质粒作为外源基因载体 , 对于将有用的基因 (如抗生素
抗性基因 , 抗除草剂基因等 )导人单子叶植物 (特别是禾本科 G r a m in e a e 中重要的农作物 ) , 从
而改良作物特性 , 具有潜在的意义 .
致谢 : 美国华盛顿大学 (西雅图 ) E . .w Ne set : 教授提供实验菌种 , 密执安州立大学 叭 .5 aC lsr ol 教
授提供部分实验药品 ,在此一并致谢 .
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[ 3 ]
参 考 文 献
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5
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第 8 期 科 学 通 报