切花菊转CcSOS1与CcSOS1-CdICE1双价基因研究

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菊花Chrysanthemum morifolium(Ramat.)Kitamura]是我国十大传统名花和世界四大切花之一,栽培地域非常广泛,在园林及家庭美化中占有十分重要的地位。高盐、低温、干旱是切花菊栽培中的主要胁迫因子,抗性切花菊的培育成为当今花卉育种的重要课题之一。本研究将从大岛野路菊中克隆得到的耐盐基因CcSOS1的植物表达载体、从异色菊中克隆得到的转录因子CdICE1和大岛野路菊CcSOS1构建的双价表达载体通过农杆菌EHA105介导的叶圆片法转入到切花菊‘神马’中。对转基因后代进行了抗性(高盐、低温、干旱)鉴定,测定了逆境胁迫下基因表达量变化及相关生理指标。研究结果如下:1.CcSOSl基因转基因切花菊的获得成功构建了CcSOS1基因正义表达载体,通过农杆菌介导的叶盘法转化切花菊‘神马’。经过潮霉素的抗性筛选、潮霉素抗性植株PCR.荧光定量RT-PCR检测,证实了目的基因已经整合到受体植株的基因组中,并超表达。经过分子鉴定共获得9个转CcSOS1基因株系,其中S11、S12两个株系中SoS1基因的表达量最高。2.转CoSOS1基因植株抗盐性鉴定对转基因株系S11、S12及未转基因对照进行耐盐性分析,结果表明,S11、S12转基因株系的存活率分别(88.9%、83.3%),显著高于对照的存活率(55.6%),表明CcSOS1转基因株系耐盐性较对照明显提高。在盐胁迫下,转基因植株的单株受害面积比率、相对电导率显著低于对照,而叶绿素含量、脯氨酸含量及SOD.POD活性都显著高于对照植株,表明植株在受到盐胁迫后,转基因植株抗渗透胁迫和抗氧化能力均得到了提高,从而提高了转基因植株的耐盐性。盐胁迫后对植株不同部位Na+、K+含量分析结果表明,转基因植株S11、S12的根、茎、中位叶、上位叶中Na+都显著低于对照,且Na+分布以中位叶中最多,其次是上位叶、茎、根。而K+含量正好跟Na+含量相反,Sl1、S12株系中K+含量明显高于对照,且在根中分布最多,其次是茎、中位叶、上位叶。离子的含量变化表明,在盐胁迫下转基因株系起到了保钾排钠的作用,减少了过多钠离子的积累,从而减轻对植物体伤害。3.CcSOS1-CdICE1双价基因转基因株系获得及抗性鉴定通过农杆菌介导的叶盘转化法进行了ccSOS1-CdICE1双价基因对切花菊‘神马’的遗传转化,经过PCR、qRT-PCR分子鉴定共获得8个转基因株系,其中SI6、SI9两个株系中CcSOSl、CdICE1基因的表达量均高于对照。对转基因植株进行了抗性(低温、干旱、高盐)分析,探讨了与抗性相关基因的相对表达变化及生理指标变化。结果表明,SI6、SI9转基因株系的半致死温度(-8.61℃、-9.33℃)显著低于对照植株(-5.48℃)。低温处理下植株存活率分析发现,经过4℃驯化的SI6、SI9转基因株系-6℃处理后的存活率(79.2%、83.3%)显著高于对照(66.7%),-9℃处理后的存活率(66.7%、62.5%)也显著高于对照(33.3%);未经过4℃驯化直接进行低温处理的转基因植株与对照植株的存活率没有明显差别。4℃处理后,不同时间点CdICE1基因的表达量都出现了先升高后降低的变化,且SI6、SI9基因表达量显著高于对照。结果说明了CdICE1基因在冷诱导下进行表达,从而激活下游耐寒相关基因的表达。对转基因株系及对照植株进行干旱胁迫处理,结果表明,SI6、SI9转基因株系的存活率(77.8%、72.2%)明显高于对照(44.4%),表明了转基因株系的耐旱能力提高。CdICE1转录因子可能通过激活下游一些耐旱基因的表达,从而提高了植株的耐旱能力。对转基因植株和对照植株进行盐胁迫处理,结果显示,SI6、SI9转基因株系盐胁迫后恢复生长存活率(88.9%、94.4%)明显高于对照(55.6%)。SI6、SI9转基因株系的单株受害叶面积比率和相对电导率明显低于对照,叶绿素含量、脯氨酸含量、SOD和POD活性明显高于对照,Na+和K+含量变化同转CcSOS1基因离子检测结果基本呈现相同的变化,表明CcSOS1基因成功整合到受体基因组中,发挥Na+转运的功能。
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