MdNINV1和AdSUSY1转基因猕猴桃苗转化效应分析及AcCEN4基因的编辑

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猕猴桃(Actinidia chinensis)是猕猴桃科猕猴桃属多年生藤本植物,含有丰富的维生素C,风味独特、营养价值高。可溶性糖的含量是猕猴桃品质构成的重要因素之一,而蔗糖代谢是可溶性糖积累的重要环节。蔗糖不仅在植物的生长发育和产量构成中发挥着重要的作用,还参与植物对非生物逆境胁迫的响应。蔗糖合酶(SUSY)和转化酶(INV)是蔗糖分解的重要酶类。本论文以实验室获得的过表达苹果Md NINV1和沉默表达Ad SUSY1转基因‘海沃德’猕猴桃苗为材料,通过对植株叶片糖含量检测和转录组分析以及抗寒性鉴定,分析了Md NINV1基因和Ad SUSY1基因在猕猴桃蔗糖代谢中的调控作用,同时使用拟南芥U6启动子和猕猴桃U6启动子介导的两种CRISPR/Cas9载体对猕猴桃早花基因Ac CEN4进行了基因编辑,为糖含量品质改良与遗传育种提供材料和依据。本文主要研究结果如下:1.Md NINV1和Ad SUSY1转基因猕猴桃转化效应分析1.1对过表达Md NINV1转基因株系进行酶活性和糖含量检测,结果表明过表达Md NINV1基因后提高了猕猴桃植株中NINV的活性,增加了果糖和葡萄糖含量,蔗糖和淀粉含量无显著变化。对转基因植株进行光合参数测定发现,转基因植株的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率没有明显变化,说明了过表达Md NINV1基因没有影响猕猴桃植株的正常生长。叶片转录组数据分析结果表明,在过表达Md NINV1基因株系中,三个SUSY基因表达量下调,并且VIN1基因在OE3株系中表达量明显上调。1.2对沉默表达Ad SUSY1转基因株系进行酶活性、糖含量和光合参数检测结果表明,沉默表达Ad SUSY1基因后降低了猕猴桃植株中SUSY的活性,也增加果糖和葡萄糖含量,蔗糖和淀粉含量无显著变化;同时,光合相关参数也无明显变化。叶片转录组数据分析结果发现,在沉默表达Ad SUSY1转基因株系中,在蔗糖代谢途径中CWIN1-like基因(Acc13406)表达量上调,淀粉代谢途径中一个α-淀粉酶基因AMY2(Acc04508)和一个β-淀粉酶基因(Acc08918)表达量明显上调,这些可能与其糖含量的变化相关。1.3对过表达Md NINV1转基因株系和沉默表达Ad SUSY1转基因株系进行了抗寒性验证,结果表明过表达Md NINV1转基因株系抗寒性无显著变化,沉默表达Ad SUSY1转基因株系抗寒性降低。过表达Md NINV1转基因株系冷处理后叶片的电导率、脯氨酸含量(除OE6株系外)、SOD和POD活性以及过氧化氢含量与野生型相比无显著变化,但MDA含量增加。对冷处理过表达Md NINV1转基因株系叶片糖含量测定结果表明,除OE6转基因植株蔗糖含量明显低于野生型,转基因株系中葡萄糖、果糖、蔗糖以及淀粉含量与野生型维持在同一水平。对沉默表达Ad SUSY1转基因株系进行抗寒性鉴定发现,冷处理后转基因植株表型表现为抗寒性降低。对转基因植株中抗寒性指标进行检测,结果表明沉默表达Ad SUSY1转基因株系的电导率和MDA含量增加,SOD和POD活性降低。对冷处理沉默表达Ad SUSY1转基因株系叶片糖含量测定结果表明,转基因植株中果糖和葡萄糖含量增加,蔗糖和淀粉含量无显著性差异。2.‘脐红’猕猴桃Ac CEN4基因的编辑CEN是植物开花和花序结构发育的一个关键调控因子。Ac CEN4基因被鉴定为猕猴桃中影响植株由营养生长向生殖生长转变的关键基因之一。U6启动子是驱动CRISPR/Cas载体中sg RNA转录的一个重要原件。本论文中以‘脐红’猕猴桃为材料,构建拟南芥U6启动子和猕猴桃U6启动子分别引导的CRISPR/Cas9双靶点载体靶向猕猴桃中的Ac CEN4基因,成功得到猕猴桃U6启动子引导的CRISPR/Cas9双靶点载体编辑CEN4基因的转基因‘脐红’株系。初步的表型鉴定发现,转基因株系Line2的组培苗长势要快于同期生长的野生型‘脐红’株系。
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