黄河蜜甜瓜1-氨基环丙烷1-羧酸合成酶(ACS)基因反义表达载体的构建和对甜瓜植株的遗传转化

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黄河蜜甜瓜(Cucumis melo cv. Huanghemi)是甘肃特产的厚皮甜瓜,风味独特,远销海外,是重要的经济作物,但由于采后病害严重,严重影响了甜瓜的生产及储运。乙烯在呼吸跃变型果实成熟过程中起重要作用,因此控制果实成熟过程中乙烯的产量是减少产后病害损失的有效方法之一,但是应用传统方法解决这个问题一直没有得到理想结果。本研究拟通过生物工程技术寻求解决途径,利用反义RNA技术获得转反义1-氨基环丙烷1-羧酸合成酶(ACS)基因的黄河蜜瓜植株,以期获得耐贮抗病的甜瓜新品种。反义RNA技术是转录后基因沉默(PTGS)的一种,其作用机制是同时转录的正义和反义RNA形成互补的双链RNA(dsRNA),dsRNA被核酸酶切割成21-25nt的干扰性小RNA(siRNA),由siRNA介导识别并靶向切割同源性靶mRNA分子而实现基因沉默。在乙烯合成途径中,1-氨基环丙烷1-羧酸合成酶(ACS)是催化乙烯前体1-氨基环丙烷1-羧酸(ACC)形成的酶,也是整个乙烯合成途径的限速酶,ACS由多基因家族编码,而且其基因表达具有组织特异性。如果通过反义技术使ACS基因沉默,可以减少乙烯的生成量,从而控制果实成熟,减少产后病害,延长果实储存期。本研究从伤诱导的黄河蜜瓜(Cucumis melo cv. Huanghemi)成熟果实的中果皮组织中分离总RNA,经反转录和PCR扩增分别得到974bp和706bp的两个ACS cDNA片段,974bp的cDNA片段克隆到质粒载体pGEM-3zf得到重组质粒pACS44,706bp的cDNA片段克隆到质粒载体pBluscript Ⅱ SK (+)得到重组质粒pACC。克隆片段经测序确证与Genebank中成熟特异性的甜瓜1-氨基环丙烷1-羧酸合成酶(ACS1)基因同源性达99%,这说明克隆的ACS cDNA与成熟相关。克隆的974bp长的cDNA序列提交到Genbank核酸数据库,接受号为AY320515。974bp长的克隆片段经Sac Ⅰ和Xba Ⅰ双酶切消化,反向插入到经同样双酶切消化的植物双元表达载体pBI121的35S启动子和NOS终止子之间,经PCR检测和限制性内切酶分析,证明已经成功构建成ACS基因的反义表达载体,并将其命名为pBACS。分别以黄河蜜瓜子叶、胚性愈伤组织和叶盘为外植体,建立适合黄河蜜瓜的高效遗传转化体系,其中以子叶外植体和胚性愈伤组织外植体容易诱导芽的再生,尤以子叶外植体的诱导分化率最高(91%)。通过含有ACS基因反义表达载体pBACS的农杆菌EHA105(rif~r)介导将甜瓜ACS反义基因导入黄河蜜瓜,经组织培养获得了抗卡那霉素(Kan~r)的转基因甜瓜再生无根苗。
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