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利用转录因子TaLAX1创制小麦高效离体芽再生材料

张凤丽  
【摘要】:遗传转化是小麦基因工程育种不可或缺的工具。已有的研究表明,离体芽的再生效率是影响遗传转化效率的重要因素。前人的研究多数通过筛选优良的基因型和外植体、优化培养条件等手段提高芽再生效率,而利用分子生物学技术克隆和鉴定调控小麦芽再生关键基因的研究相对较少。本研究克隆并鉴定到一个与水稻LAX PANICLE 1(LAX1)同源的基因,将之命名为Ta LAX1,过量表达Ta LAX1能够促进芽的再生,从而提高了阳性苗率。高效芽再生小麦种质的获取为转化其它优良基因奠定了基础,推动了转基因技术在改良小麦品质上的应用。具体研究结果如下:(1)小麦TaLAX1基因的进化树分析与鉴定根据RNA-Seq数据获得在愈伤组织芽分化阶段表达量上调的Ta LAX1基因,通过进化树分析和同源序列比对证实该基因与水稻中LAX1含有相同的b HLH结构域,且亲缘关系较近。以中国春小麦的茎尖c DNA为模板,成功克隆到Ta LAX1基因。(2)TaLAX1基因的表达模式分析烟草亚细胞定位显示TaLAX1蛋白定位于细胞核。在以中国春小麦幼胚为外植体进行芽再生诱导过程中,发现Ta LAX1基因在愈伤组织芽分化阶段表达水平较高。原位杂交结果显示,在小麦穗发育过程中,Ta LAX1基因在二棱期小穗原基起始处特异表达。因此,推测Ta LAX1可能调控小麦的芽再生与穗发育。(3)TaLAX1调控小麦芽再生的功能研究将p Ubi::TaLAX1-A过表达载体转化Fielder小麦幼胚,并同时转化空载体对照。研究发现,过表达Ta LAX1-A基因能够促进绿芽分化率以及阳性苗率,且分化绿芽的时间提前。利用芽再生效果较差的栽培品种山农28和中国春小麦幼胚进行遗传转化,结果显示,过表达Ta LAX1-A基因同样提高了愈伤组织的绿芽分化率和阳性苗率。将转入p Ubi::Ta LAX1-A的Fielder和山农28 T1代转基因植株的幼胚进行组织培养,并以野生型Fielder和山农28小麦幼胚为对照。结果显示,这两个品种小麦的T1代转基因植株具有很强的芽再生能力,表明Ta LAX1具有调控芽再生的功能。(4)过量表达TaLAX1-A T1代转基因植株的农艺性状分析通过观察T1代转基因植株的农艺性状发现,T1代转基因植株的抽穗时间较野生型对照提前约15天,分蘖数少于野生型对照。以上结果表明,Ta LAX1-A能够调控抽穗时间及分蘖等农艺性状,对农业生产具有重要的指导意义。


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