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芥蓝(Brassica capitata L.var. alboglabra)为十字花科芸薹属植物,是中国名特产蔬菜之一。近年来栽培面积迅速扩大,然而各种真菌病害和细菌病害,如霜霉病、黑腐病、软腐病等,为害严重,严重制约了芥蓝的生产。
番茄抗病转录因子Pti4基因蛋白质产物超表达时,启动子区域含有GCC—box或类似GCC—box序列的PR基因会显著表达,也就是说通过导入外源Pti4能够激活大量的PR基因的表达,可使转基因植物的综合抗病能力提高。
本研究在优化芥蓝再生体系的基础上,将Pti4基因通过农杆菌介导的叶盘法导入其中,获得了转基因植株,分子生物学方法和人工接种鉴定法都证明,该基因已经整合到芥蓝基因组,并得到了表达,转基因植株对病害的抗性明显增强。具体结果如下。
1、芥蓝的遗传转化
以曲溪圆叶芥蓝未露真叶带一个子叶的下胚轴为外植体,在再生培养基上(MS+2.0mg/L6—BA+0.03mg/L NAA)预培养3天,用Pti4转化的农杆菌菌液(OD600≈0.3~0.5),MS液1:1稀释后,侵染8min,接回再生培养基上共培养2天后,立即转入含Cb的脱菌培养基(MS+2.0mg/L6—BA+0.03 mg/L NAA+200mg/L Cb)上培养1周,抑制农杆菌生长,然后转入含Km的筛选培养基MS+2.0mg/L6—BA+0.2mg/L NAA+6.0mg/L Km+200mg/L Cb)上筛选抗性芽。抗性芽长至2cm后,转入生根培养基(MS+0.2mg/L NAA+50mg/L Cb)生根。两周后,根系发达后,炼苗,移栽。
2、转化植株的分子生物学鉴定
改良CTAB法提取转化株总DNA,根据NPTⅡ基因设计引物,进行PCR扩增,阳性农杆菌和全部转化株都呈阳性,非转化株呈阴性。回收阳性PCR产物到北京奥科生物技术有限责任公司进行测序。将测序结果在gene bank中与NPTⅡ基因对比,同源率高达99%以上。结果表明NPTⅡ基因已被整合到芥蓝的基因组中。由于Pti4基因与NPTⅡ基因紧密连锁同处于T—DNA区,因此推断Pti4基因成功整合到芥蓝基因组上。
3、转基因植株的抗病性鉴定
用喷雾法将各种真菌和细菌悬浮液分别接种于每个转化单株的不同叶片上,挂牌标记。7天后调查软腐病和炭疽病,14天后调查霜霉病,20天后调查黑腐病发病症状,统计结果群体病情指数分别为27.1、26.7、16.7和18.6,都表现出抗病性。
抗软腐病的转化株同时也抗霜霉病和黑腐病,体现出多抗性,而非转化的阴性对照对上述病原菌高度敏感,发病严重,甚至死亡。说明转录因子Pti4基因成功整合到芥蓝基因组上,也成功地激活了相关PR基因的表达,使植株的综合抗病能力得到提高。