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Genetic Transformation of Autotetraploid Isatis Indigotica Fort.Induced by Ri T-DNA and Plant Regeneration

RiT-DNA对四倍体菘蓝的遗传转化及其植株再生



全 文 :•¬×2⁄‘„对四倍体菘蓝的遗传转化及其植株再生
张汉明 o李博华 o许铁峰 o丁如贤
k第二军医大学 药学院 o上海 usswvvl
≈摘要 目的 }建立一套利用发根农杆菌转化四倍体菘蓝的有效方法 ∀方法 }利用发根农杆菌 • tyst o
„≥× ≤≤tx{vw和 „w感染四倍体菘蓝的子叶外植体诱导出毛状根 o再将毛状根置于含不同激素的培养基上诱导再
生植株 ∀结果 }v种农杆菌具有不同的诱导能力 o毛状根在不含激素的  ≥固体培养基上快速生长并表现出典型的
毛根性状 }多分枝 !多根毛且无向地性 o经冠瘿碱分析证明确已被转化 ∀毛状根在无激素的  ≥增养基中悬浮培养
两周后其生物量增加近 vx倍 o在含 …„的  ≥固体培养基上不经愈伤组织阶段直接分化出不定芽 o所有不定芽都
可在生根培养基上生根长成再生植株 ∀冠瘿碱检测表明 •¬质粒的 ×2⁄‘„ 部分已转化到再生植株基因组中 ∀结
论 }发根农杆菌可以诱导四倍体菘蓝长出毛状根 o经诱导出的毛状根具有再生完整植株的能力 ∀
≈关键词  发根农杆菌 ~菘蓝同源四倍体 ~毛状根 ~植株再生
≈中图分类号 ≥xyz ~≥ysw n qv ≈文献标识码 … ≈文章编号 tsst2xvsukusssltt2syxz2sw
近年来 o植物基因工程迅速发展 o人们迫切希望
通过遗传转化的方法从野生资源和其他远缘基因库
中引入抗虫 !抗病毒 !抗冻等特性 o以弥补常规育种
之不足 ∀其中以发根农杆菌 Αγροβαχτεριυ µ ρηιζο2
γενεσ为介导的植物转化方法已成为一种有效的基
因转移手段 ∀发根农杆菌转化的植物细胞不丧失器
官的发生能力且容易再生植株 o目前已有许多关于
利用发根农杆菌转化植物获得再生植株的报
道≈t ∗ x  ∀十字花科植物菘蓝 Ισατισ ινδιγοτιχα ƒ²µ·q
是常用中药板蓝根 !大青叶的主要来源 o在防病治病
中用量极大 ∀用秋水仙碱处理萌发的菘蓝种子或幼
苗生长点 o获得菘蓝四倍体植物 o经过数代选育 o获
得了性状稳定 !繁殖力正常 !根与叶中活性均较大幅
度提高的 !生产性能良好的品系≈y  ∀经国家科委批
准 o已列为国家科技成果重点推广项目 ∀本研究利
用发根农杆菌的 •¬×2⁄‘„作基因载体 o建立了菘蓝
同源四倍体植物的遗传转化和植株再生系统 ∀
1 材料和方法
111 细菌菌株与植物材料 本实验采用 • tyts o
„× ≤≤tx{vw和 „w这 v种发根农杆菌 ∀感染外植体
前将这 v种菌株置于 uz ε 下的 ≠ ∞…固体培养基上
活化 v次 o随后接种于 ≠ ∞…液体培养基在黑暗 !ux
ε otss µ#°¬±p t振荡培养至对数培养期即可用于转
化 ∀培养 • tyst菌时加入 uss °ª#p t卡那霉素 ∀
≈收稿日期  usss2sw2sx
菘蓝同源四倍体种子由本室乔传卓教授提供 ∀
将种子用清水冲洗干净后在 zx h 酒精中浸泡 w
°¬±os qt h升汞消毒 vs °¬±o无菌水冲洗 v次后置于
 ≥固体培养基上萌发 ∀
112 外植体接种 将四倍体菘蓝的子叶切成 s qx
¦°u的小块 o浸入已达对数生长期的转化子菌液进
行共培养 ots °¬±后取出共培养的叶片用无菌滤纸
吸干菌液 o置于  ≥固体培养基上培养 u §o然后取
出用无菌水冲洗 w次 o置于含头孢噻肟钠 xss °ª#
pt的  ≥固体培养基上 oux ε !光照 tu «#§p t每隔
x §转接 t次 ∀待毛状根长出后 o分离毛状根转移至
含 xss °ª#pt头孢噻肟钠的  ≥固体上除菌 o转移
w ∗ x次直至无菌为止 ∀然后将毛状根移至无激素
的  ≥固体和液体培养基进行大量培养 ∀
113 植株再生 将未经转化的对照根及发根农杆
菌 „w o• tyst o„× ≤≤tx{vw诱导所得的毛状根切取
v ¦°长的根尖各 tss个 o分别置于 ts种不同激素配
比的  ≥琼脂培养基上诱导不定芽 ∀当诱导所得不
定芽至 t ∗ u ¦°左右时 o将其切下转移至生根培养
基上生根 ∀w 种生根培养基为  ≥ n ‘„„t o ≥ n
‘„„u o ≥ n Œ…„s qx o ≥ n Œ…„t ∀
114 冠瘿碱检测 取毛状根或再生植株叶片 tss
°ª置于 t °¯ ∞³³¨ ±§²µ©管 o加入 s qt °²¯ #p t ‹≤¯
tss Λ¯ 捣成匀浆 o低温浸提 u «otx sss µ#°¬±p t离心
x °¬±o取上清液 ts Λ¯ 及冠瘿碱标准品分别点样于
• «¤·°¤± v °°滤纸上进行高压纸电泳 ∀电泳条件
#zxy#
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中 国 中 药 杂 志
Χηινα ϑουρναλ οφ Χηινεσε Ματερια Μεδιχα
∂ ²¯ qux o‘²qtt
‘²√ qousss
和染色参照 ²µª¤±等≈z 的方法进行 ∀
2 结果与分析
211 毛状根的诱导与培养 发根农杆菌 • tyst o
„× ≤≤tx{vw o„w 感染四倍体菘蓝的子叶 ts ∗ us §
后 o均在叶片切口处出根 o其中多数根具有典型毛状
根的特征 o富有白色根毛 !分枝多且根尖向上生长 ∀
部分对照叶片k无农杆菌感染l也能在切口处出根 o
但出根率低 o根毛少 o根尖向下生长 ∀由表 t可以看
出 o发根农杆菌 „w诱导毛状根的频率最高 o这可能
是由于菘蓝子叶细胞对菌株的选择性所致 ∀
表 t 感染和非感染外植体的出根能力
感染类型 外植体数 出根外植体数 诱导率r h
无农杆菌感染 {s z { qzx
„× ≤ ≤tx{vw {t u| vx q{s
„w {s w{ ys qss
• tyst {u t{ ut q|x
灭菌后的毛状根在不含激素的  ≥固体培养基
上快速生长并不断分枝 ∀不同的毛状根表现出不同
的生长速度 o将筛选得到的优良毛状根株系培养在
不含激素的  ≥液体培养基中其生物量在两周内增
加近 vx倍 ∀
212 植株再生 v种农杆菌诱导所得毛状根与非
转化根分别培养在 ts种不同激素配比的  ≥固体
培养基 ot周后 o在适宜的培养基上 o毛状根和对照
根均开始有淡绿色的不定芽产生 ∀经过 us §培养 o
发现不同的外源激素配比对毛状根和非转化根的不
定芽的诱导率有明显的差异k表 ul o在缺少 …„的培
养基上毛状根和非转化根出芽率均很低 ∀非转化根
与 • tyst o„× ≤≤tx{vw所诱导产生的转化根在各种
激素配比的培养基上均难以产生愈伤组织 o而 „w诱
导产生的毛状根在多数培养基上都可产生淡黄色的
愈伤组 ∀当不定芽长到 t ∗ u ¦°时 o将其移至 w种
生根培养基上生根培养 ∀实验结果表明非转化根和
毛状根诱导所得不定芽在 w种生根培养基上均能生
根 ∀毛状根再生的植株大多表现出 ×2⁄‘„ 转化体
的典型特征 o侧根高度发达 o具大量白色根毛且无向
地性 ∀
表 u 激素对转化根及非转化根分化的影响
激素组成
…„r°ª#p t‘„„r°ª#p t
非转化根
芽数 愈伤组织数
„w转化根
芽数 愈伤组织数
„× ≤≤tx{vw转化根
芽数 愈伤组织数
• tyst转化根
芽数 愈伤组织数
s s n p n n n n p p p
s u qs p p n n n p p p p
s w qs p p p n n p p p p
u qs s n n p n n n p n p n n p
w qs s n n n p n n n p n n p n n n p
u qs u qs n n p n p n n n n n n
u qs w qs n n n n n n n n n p n n n
w qs u qs n n n n n n n n n p n n p
w qs w qs n n p n n n n n n n p n n p
y qs y qs n n p p n n n n n n p p
注 }p示没有 ~n少量 ~n n中等 ~n n n大量
213 冠瘿碱分析 经高压纸电泳 o从菘蓝同源四倍
体的毛状根及再生植株叶片中均检测到了甘露碱 o
表明发根农杆菌的 •¬×2⁄‘„ 部分确已转化到再生
植株基因组中 ∀
3 讨论
关于四倍体植物和菘蓝的农杆菌转化国内外均
未见报道 ∀本研究证明 •¬质粒基因载体系统不但
适用于二倍体植物 o同样也可能适用于四倍体植物 ∀
菘蓝同源四倍体的毛状根不仅具有典型二倍体植物
毛状根的特征 o而且也具有再生完整植株的能力 ∀
本实验中 „w 菌株诱导发根的能力大高于
„× ≤≤tx{vw和 • tyst菌株 o表明发根农杆菌诱导发
根的能力与菌株类型有关 ∀ „× ≤≤tx{vw 和 • tyst
转化率低的原因可能是由于 •¬质粒 ×2⁄‘„ 整合到
植物基因组过程中 ∂¬µ基因部分缺失所致 o而 ∂¬µ基
因对于农杆菌转化植物是十分重要的≈{  ∀
由于农杆菌转化植物细胞时 •¬质粒上的 ×2
⁄‘„片段的整合是随机的 o因此不同毛状根株系的
生长速度也存在差异≈|  o我们应尽可能选择其中生
长快的株系进行大量培养 ∀毛状根培养物无需加入
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任何外源激素 o生长快速且合成次生代谢物稳定 o因
此通过毛状根大规模培养从中提取有价值的次生代
谢物具有广阔的前景 ∀
在加入适量 …„的培养基上 o四倍体菘蓝的转化
根和非转化根均能大量直接分化茎芽 ∀这一点性质
非常重要 o因为根段通过愈伤组织阶段再生植株有
可能丢失转化根内的 ×2⁄‘„或引起该 ×2⁄‘„的变
异 o形成非转化的再生植株 ∀所以 o为了保持转化体
的遗传稳定性 o有必要从根断上直接分化幼芽而不
经过愈伤组织阶段≈ts  ∀黄菊辉等≈tt 发现茎用芥菜
的毛状根在含有高浓度 …„k{ qs °ª#ptl和 ‘„„
ks qy °ª#p tl的  ≥培养基上才能分化出芽 o但我
们发现单独使用一定量的 …„ 就足以使四倍体菘蓝
的转化根分化出芽 o而 ‘„„ 的作用则不明显 o说明
细胞分裂素在四倍体菘蓝转化根分化幼芽的过程中
起着主要的作用 ∀
本试验建立了菘蓝同源四倍体的 •¬×2⁄‘„ 遗
传转化和植株再生系统 o为进一步引入抗虫 !抗病毒
等目的基因改良品种奠定了良好的基础 ∀
≈参考文献 
≈t  ⁄¤°ª¤¤µ§ ’ o • ¤¶°∏¶¶¨± ’ q⁄¬µ¨¦·• ª¨¨ ±¨ µ¤·¬²± ²© ×µ¤±¶©²µ° §¨
≥«²²·¬± Βρασσιχα ναπυσ ©µ²° ‹¼³²¦²·¼¯ Œ±©¨ ¦·¬²±¶ º¬·« Α2
γροβαχτεριυ µ ρηιζογενεσ. °¯ ¤±· ²¯ …¬²¯ ot||t otz }t q
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µ¨¤·¬²± ²©·«¨ ¨ª∏°¨²·∏¶≤²µ±¬¦∏¯¤·∏¶} „ ≥¼¶·¨° ©²µ  ²¯ ¦¨∏2
¤¯µ ≥·∏§¬¨¶ ²© ≥¼°¥¬²·¬¦ ‘¬·µ²ª¨ ± ƒ¬¬¤·¬²±q  ²¯ Š ±¨ Š ±¨¨ ·o
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° §¨¬¤·¨§ ×µ¤±¶©²µ°¤·¬²± ¤±§ • ª¨¨ ±¨ µ¤·¬²± ²© ∂¬±¦¤ ¬±²µq
≥«²®∏¥¥∏·¶∏≥²¶«¬®¬…¤¬¼²ot||w ottkvl }t|t q
≈y  乔传卓 o吴美枢 o戴富宝 o等 1 菘蓝多倍体育种的研究 1 植物学
报 ot|{| ovtk|l }yz{1
≈z   ²µª¤± „ o ≤²¬ ° ‘o ×∏µ±¨ µ⁄ „ o ·¨¤¯ q ×µ¤±¶©²µ°¤·¬²± ²©
ײ°¤·² ˜¶¬±ª ¤± •¬°¯ ¤¶°¬§ ∂ ¦¨·²µq °¯ ¤±·≥¦¬¨±¦¨ o t|{z ow| }
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¶²± ²© ∂¬µ∏¯ ±¨¦¨ ⁄¨ ·¨µ°¬±¤±·¶¬± „± ’¦·²³¬±¨ ׬ °¯ ¤¶°¬§o „
‘²³¤¯¬±¨ ׬ °¯ ¤¶°¬§o ¤±§ „± •¬ °¯ ¤¶°¬§ ¥¼ ≤²°³¯¨° ±¨·¤·¬²±
„±¤¯¼¶¬¶ ²© Αγροβαχτεριυ µ τυ µεφαχιεντσ  ∏·¤±·¶q °¯ ¤¶°¬§o
t|{w ottkvl }t|x q
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生物工程学报 ot|{| oxkul }tzv1
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芥菜的遗传化 1 植物学报 ot||w ovyktul }|tt1
Γενετιχ Τρανσφορµ ατιον οφ Αυτοτετραπλοιδ ΙσατισΙνδιγοτιχα Φορτ .
Ινδυχεδ βψ Ρι Τ2∆ΝΑ ανδ Πλαντ Ρεγενερατιον
Œ …²2«∏¤o‹ „‘Š ‹¤±2°¬±ªo ÷ ˜ ׬¨2©¨ ±ªo⁄Œ‘Š • ∏2¬¬¤±
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[ Αβστραχτ] Οβϕεχτιϖε: ײ ¶¨·¤¥¯¬¶«¤± ©¨©¨ ¦·¬√¨¶¼¶·¨° ©²µª¨ ±¨ ·¬¦·µ¤±¶©²µ°¤·¬²± ²©¤∏·²·¨·µ¤³¯²¬§ Ισατισ
ινδιγοτιχα ¥¼ Αγροβαχτεριυ µ ρηιζογενεσ. Μετηοδ : Αγροβαχτεριυ µ ρηιζογενεσ¶·µ¤¬±¶• tyst o„× ≤≤tx{vw ¤±§
„w º µ¨¨ ¨°³¯²¼¨ §·²¬±§∏¦¨ «¤¬µ¼µ²²·¶©µ²° ¤∏·²·¨·µ¤³¯²¬§ Ισατισινδιγοτιχα o¤±§·«¨ ²¥·¤¬±¨ §«¤¬µ¼µ²²·¶º µ¨¨
§¨ √¨¯²³¨ §¬±·² µ¨ª¨ ±¨ µ¤·¨§ ³¯¤±·¶²± ¶²¯¬§  ≥ ° §¨¬¤ º¬·« §¬©©¨ µ¨±·Ž¬±©¶²© ³¯¤±·ªµ²∏·« µ¨ª∏¯¤·²µ¶q Ρεσυλτ :
• ²²·¬±§∏¦·¬²± §¬©©¨ µ¨§²¥√¬²∏¶¯¼ q¥¼·«µ¨¨ Αγροβαχτεριυ µ ¶·µ¤¬±¶q‹¤¬µ¼µ²²·¶ªµ¨ º µ¤³¬§¯¼ ²±¶²¯¬§  ≥ ° §¨¬2
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¶¬·¼ ²©µ²²·«¤¬µ¶¤±§³¯¤ª¬²·µ²³¬¶° q„±§·«¨ ·µ¤±¶©²µ°¤·¬²± ²© •¬×2⁄‘„ º¤¶¦²±©¬µ° §¨¥¼ ²³¬±¨ ¤±¤¯¼¶¬¶q׫¨
¥¬²°¤¶¶²©«¤¬µ¼ µ²²·¶¬±¦µ¨¤¶¨§±¨ ¤µ¯¼ vx ·¬° ¶¨µ¨ª∏¯¤·²µ2©µ¨¨  ≥ ¤©·¨µ¶∏¶³¨ ±§¨ §¬± ³¯¤±·ªµ²º·«·º² º¨¨ ®¶q
’± ¶²¯¬§  ≥ ° §¨¬∏° º¬·«…„ o¤§√ ±¨·¬·¬²∏¶¥∏§¶º µ¨¨ §¬©©¨ µ¨±·¬¤·¨§§¬µ¨¦·¯¼©µ²° «¤¬µ¼µ²²·¶º¬·«²∏·¦¤¯ ∏¯¶©²µ2
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Χηινα ϑουρναλ οφ Χηινεσε Ματερια Μεδιχα
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³¯¤±·¶q’³¬±¨ ¤±¤¯¼¶¬¶¬±§¬¦¤·¨§·«¨ ¬±·¨ªµ¤·¬²± ²© •¬×2⁄‘„ ¬±·«¨ ·µ¤±¶©²µ° §¨³¯¤±·¶qΧονχλυσιον : Αγροβαχ2
τεριυ µ ρηιζογενε ¦¤±¬±§∏¦¨ «¤¬µ¼ µ²²·¶©µ²° ¤∏·²·¨·µ¤³¯²¬§Œ¶¤·¬¶¬±§¬ª²·¬¦¤o¤±§·«¨ ²¥·¤¬±¨ §«¤¬µ¼ µ²²·¶¦¤±
§¨ √¨¯²³¬±·²µ¨ª¨ ±¨ µ¤·¨§³¯¤±·¶q
[ Κεψ ωορδσ] Αγροβαχτεριυ µ ρηιζογενεσ~¤∏·²·¨·µ¤³«²∏¬§ Ισατισινδιγοτιχα ~«¤¬µ¼µ²²·¶~³¯¤±·µ¨ª¨ ±¨ µ¤·¬²±
≈责任编辑 王康正 
桃仁的愈伤组织诱导及成分分析
吴锦忠t o易 骏u o谢素治t o张谋铭t o蔡鸿色t
kt1 福建中医学院 药学系 o福建 福州 vxsssv ~u1 福建教育学院 生化系 o福建 福州 vxssstl
≈摘要  目的 }建立诱导桃仁愈伤组织的培养方法 ∀方法 }采用  ≥ o…x o‘¬·¶¦«o …¯¤¼§¨¶o • «¬·¨等 x种培养基
分别进行桃仁愈伤组织诱导培养 ~采用二阶导数光谱扫描法 o测定苦杏仁苷含量 ∀结果 }x种不同的培养基均可使
无菌的桃仁子叶诱导出愈伤组织 ∀以 • «¬·¨培养基的诱导率最高ky{ qzx h l o生长最快kt qu| ª#p t#§p tl o但未能
测出苦杏仁苷含量 ~以 …¯ ¤¼§¨¶培养基诱导的愈伤组织苦杏仁苷含量为 s qwvuy h o且愈伤组织诱导率为 xy qux h o生
长率为 s qzz ª#p t#§p t ∀结论 }…¯¤¼§¨¶培养基可以作为研究桃仁中苦杏仁苷生物合成和愈伤组织诱导的基础培
养基 ∀
≈关键词  桃仁 ~愈伤组织 ~诱导 ~苦杏仁苷
≈中图分类号 ≥xyz ~≥yst ≈文献标识码 … ≈文章编号 tsst2xvsukusssltt2syys2sv
桃仁为桃 Πρυνυσ περσιχα kql…¤·¶¦«的干燥成
熟种仁 o有活血祛瘀 !润肠通便等作用 ∀原产我国 o
是福建省道地药材之一 o也是我国/八五0攻关中药
道地性内在规律研究的主要品种之一 ∀其主要有效
成分苦杏仁苷有明显提高脑缺血状态下细胞色素氧
化酶活性≈t  !抑制肝贮脂细胞增殖等作用≈u  ∀本文
采用  ≥ o…x o‘¬·¶¦«o…¯¤¼§¨¶o • «¬·¨等 x种培养基
分别进行桃仁愈伤组织诱导培养 o并分析其苦杏仁
苷的含量 o为进一步研究桃仁中苦杏仁苷生物合成
及其工业化生产提供依据 ∀
1 实验材料
111 仪器
× Švu{…分析天平k上海天平仪器厂l ~• ‹uxs„
生化培养箱k广东省医药仪器厂l ~美国 …∞≤Ž „‘
⁄˜2yws紫外2可见分光光度计 ∀
112 供试药品
桃仁购自漳州市场成熟的鲜桃k由福建中医学
院药学系金琪漾副教授鉴定l o剥取种子的子叶 ~所
有化学试剂均为分析纯 ~苦杏仁苷标准品购自中国
≈收稿日期  usss2sv2s{
药品生物制品检定所 ∀
2 实验方法
211 培养基的配制
21111 常用培养基母液的配制≈v  按文献分别配
制 x种培养基的无机盐混合液 ∀按每升培养基加入
蔗糖 vs ªo甘氨酸 u °ªo肌醇 tss °ªoŒ„„ u °ªou o
w2⁄u °ªo半胱氨酸 t °ªo维生素 …t s qt °ªo维生素
…y s qx °ªo∆2泛酸钙 t qs °ª!烟酸 s qx °ªo激动素
ts °ªoy2苄基嘌呤 t qs °ªo定容至一定体积 o成为 x
种培养基相同的有机成分 ∀³‹x q{ ∗ y qs ∀
21112 培养基分装及消毒 以上培养基配制时 o琼
脂按 s q{ h加入 ∀培养基分装于 tss °¯ 三角瓶中
k每瓶 us °¯ l o置蒸气高压锅中ktut ε ous °¬±l消
毒 o室温放冷备用 ∀
212 接种
新鲜桃 o取种子的子叶 ∀经 zs h 乙醇消毒后 o
在无菌条件下剪成约 v °°宽的外植体 o置不同培
养基中培养 ∀
213 培养条件
生化培养箱里暗中培养 o培养温度为 ux ∗ uz ε
恒温 o培养时间为 txx «∀
#syy#
第 ux卷第 tt期
usss年 tt月
中 国 中 药 杂 志
Χηινα ϑουρναλ οφ Χηινεσε Ματερια Μεδιχα
∂ ²¯ qux o‘²qtt
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