基因枪转化法对抗旱基因导入玉米的研究

doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.05.008

生物技术通报 ›› 2016, Vol. 32 ›› Issue (5): 61-68.doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.05.008

基因枪转化法对抗旱基因导入玉米的研究

李志亮¹，²，⁵, 吴忠义², 杨清³, 张希太⁴, 叶嘉¹，⁵, 邢浩春¹，⁵, 陈建中¹，⁵, 黄丛林²

1.邯郸学院生命科学与工程学院，邯郸 056005;
2.北京农业生物技术研究中心，北京 100097;
3.南京农业大学生命科学学院，南京 210095;
4.河北省邯郸市农业科学院，邯郸 056001;
5.河北省高校冀南太行山区野生资源植物应用技术研发中心，邯郸 056005

收稿日期:2015-08-05 出版日期:2016-05-25 发布日期:2016-05-27
作者简介:李志亮，男，博士，副教授，研究方向：植物生理、植物细胞工程和分子生物学；E-mail：zhiliangli09@126.com
基金资助:
国家转基因生物新品种培育重大专项资助项目（2009ZX08003-009B），邯郸市科学技术研究与发展计划项目（1322101065），邯郸学院自然科学研究项目（13208）

The Transformation of Drought-resistant Gene into Maize by Microprojectile Bombardment

LI Zhi-liang¹，²，⁵,WU Zhong-yi²,YANG Qing³,ZHANG Xi-tai⁴,YE Jia¹，⁵,XING Hao-chun¹，⁵,CHEN Jian-zhong¹，⁵,HUANG Cong-lin²,

1. College of Life Sciences and Engineering，Handan University，Handan 056005;
2. Beijing Research Center of Agro-Biotechnology，Beijing 100097;
3. College of Life Sciences，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095;
4. Handan Academy of Agricultural Sciences in Hebei Province，Handan 056001;
5. Application Technology Research and Development Center of Wild Resource Plants in Taihang Mountain Area of Southern Hebei for Hebei Institutions of Higher Education，Handan 056005

Received:2015-08-05 Published:2016-05-25 Online:2016-05-27

摘要/Abstract

摘要： 全球水资源短缺，干旱已是玉米生产发展的主要限制因素。通过培育抗旱能力提高的转P5CS基因玉米株系，为玉米抗旱遗传育种提供新材料。利用基因工程策略构建植物表达载体pBPC-P5CS-F129A，用基因枪法对玉米自交系京501幼胚愈伤组织进行遗传转化，在选择培养基中加入10 mg/L 的草丁膦进行筛选，对草丁膦抗性再生植株进行了PCR 检测和 Northern blot鉴定，对转P5CS基因玉米植株进行了抗旱性分析。结果表明，与对照相比，转基因植株的抗旱能力得到提高。干旱胁迫下，转P5CS基因玉米植株的脯氨酸含量比对照高，而丙二醛含量比对照低。

关键词: 玉米, 愈伤组织, 基因枪法, 草丁膦, 遗传转化, 抗旱性

Abstract: A drought-resistance function gene，VaP5CS，was cloned from mothbean（Vigna aconitifolia）. Plant expression vector pBPC-P5CS-F129A was constructed using gene engineering strategy，then the genetic transformation of young embryo callus in maize inbred line Jing 501 was performed by microprojectile bombardment. Further，the transformed explants were directly selected on the medium containing 10 mg/L glufosinate，and the glufosinate-resistant plantlets were confirmed by PCR amplification and Northern blot identification. Finally，the different drought resistance indexes of P5CS-transgenic maize plants were analyzed. The results showed that the transgenic plants presented the improved drought resistance comparing to control plants. Under drought stress，the proline content in the P5CS-transgenic maize plant was higher than that in the control，while the MDA content was lower than that in the control.

Key words: Zea mays, callus, microprojectile bombardment, glufosinate, genetic transformation, drought resistance

李志亮, 吴忠义, 杨清, 张希太, 叶嘉, 邢浩春, 陈建中, 黄丛林. 基因枪转化法对抗旱基因导入玉米的研究[J]. 生物技术通报, 2016, 32(5): 61-68.

LI Zhi-liang,WU Zhong-yi,YANG Qing,ZHANG Xi-tai,YE Jia,XING Hao-chun,CHEN Jian-zhong,HUANG Cong-lin,. The Transformation of Drought-resistant Gene into Maize by Microprojectile Bombardment[J]. Biotechnology Bulletin, 2016, 32(5): 61-68.

参考文献

[1]Shi J, Habben JE, Archilbald RL, et al. Over-expression of ARGOS genes modifies plant sensitivity to ethylene, leading to improved drought tolerance in both Arabidopsis and maize[J]. Plant Physiology 2015, 169（1）：266-282.
[2]Pandey GK. Emergence of a novel calcium signaling pathway in plants：CBL-CIPK signaling network[J]. Physiology and Molecular Biology of Plants, 2008, 14：51-68.
[3]孙越. 抗玉米螟、抗草甘膦、抗旱的转基因复合性状玉米种质的创制[D]. 济南：山东大学, 2014.
[4]Quan R, Shang M, Zhang H, et al. Engineering of enhanced glyeine betaine synthesis improves drought tolerance in maize[J]. Plant Biotechnology Journal, 2004, 2（6）：477-486.
[5]Shou H, Bordallo P, Wang K. Expression of the Nicotiana protein kinase（NPKI）enhanced drought tolerance in transgenic maize[J]. J Exp Bot, 2004, 55（399）：1013-1019.
[6]Wang CR, Yang AF, Yue GD, et al. Enhanced expression of phospholipase C1（ZmPLC1）improves drought tolerance in transgenic maize[J]. Planta, 2008, 227（5）：1127-1140.
[7]Li B, Wei AY, Song CX, et al. Heterologous expression of the TsVP gene improves the drought resistance of maize[J]. Plant Biotechnology Journal, 2008, 6：146-159.
[8]陆宝石. AtGPX3和AtCHX23玉米转基因植株的获得[D]. 开封：河南大学, 2011.
[9]刘秀霞. 磷脂酰肌醇合成酶基因、磷脂酶A2基因表达水平的改变对玉米抗旱性的影响[D]. 济南：山东大学, 2012.
[10]罗安才, 李利霞, 党辉, 等. 转基因玉米（36Ba3C42-1-3）大喇叭口期抗旱性的研究[J]. 重庆师范大学学报：自然科学版, 2015, 32（4）：1-5.
[11]Yoshiba Y, Kiyosue T, Katagiri T, et al. Correlation between the induction of a gene for Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase and the accumulation of proline in Arabidopsis thaliana under osmotic stress[J]. The Plant Journal, 1995, 7（5）：751-760.
[12]Verslues PE, Agarwal M, Katiyar-Agarwal S, et al. Methods and concepts in quantifying resistance to drought, salt and freezing, abiotic stresses that affect plant water status[J]. The Plant Journal, 2006, 45（4）：523-539.
[13]Kishor PBK, Hong Z, Miao GH, et al. Overexpression of Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase increases proline production and confers osmotolerance in transgenic plants[J]. Plant Physiology, 1995, 108：1387-1394.
[14]Zhang CS, Lu Q, Verma DPS. Removal of feedback inhibition of Δ1-pyrroline- 5-carboxylate synthetase, a bifunctional enzyme catalyzing the first two steps of proline biosynthesis in plants[J]. J Biol Chem, 1995, 270（35）：20491-20496.
[15]Hu CA, Delauney AJ, Verma DPS. A bifunctional enzyme（△1- pyrroline-5-carboxylate synthetase）catalyzes the first two steps in proline biosynthesis in plants[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 1992, 89：9354- 9358.
[16]李志亮, 黄丛林, 张秀海, 等. 利用基因枪法向高羊茅导入P5CS基因的研究[J]. 园艺学报, 2005, 32（4）：653-657.
[17] 李志亮, 杨清, 叶嘉, 等. 利用P5CS基因转化白三叶的研究[J]. 生物技术通报, 2012（5）：61-65.
[18] Klein TM, Wolf ED, Wu R, et al. High-velocity microprojectiles for delivering nucleic acids into living cells[J]. Nature, 1987, 327：70-73.
[19]Li ZL, Bian MD, Wu ZY, et al. Isolation and drought-tolerant function analysis of ZmPti1-1, a homologue to Pti1, from maize（Zea mays L. ）[J]. African Journal of Biotechnology, 2011, 10：5327-5336.
[20]Bates LS, Waldren RP, Teare ID. Rapid determination of free proline for water-stress studies[J]. Plant Soil, 1973, 39：205-207.
[21]张殿忠, 汪沛洪, 赵会贤. 测定小麦叶片游离脯氨酸含量的方法[J]. 植物生理学通讯, 1990（4）：62-65.
[22]Heath RL, Packer L. Photoperoxidation in isolated chloroplast. I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation[J]. Arch Biochem Biophys, 1968, 125：189-198.
[23]赵世杰, 许长成, 邹琦, 等. 植物组织中丙二醛测定方法的改进[J]. 植物生理学通讯, 1994, 30（3）：207-210.
[24]Wang W, Vinocur B, Altman A. Plant responses to drought, salinity and extreme temperatures：towards genetic engineering for stress tolerance[J]. Planta, 2003, 218：1-14.
[25]高亚迪. 农杆菌介导的P5CS-基因转化东农303马铃薯的研究[D]. 哈尔滨：东北林业大学, 2010.
[26]王忠华, 李旭晨, 夏英武. 作物抗旱的作用机制及其基因工程改良研究进展[J]. 生物技术通报, 2002（1）：16-19.
[27]曹丽, 孙振元, 义鸣放, 等. 多年生黑麦草P5CS基因的cDNA克隆、表达及亚细胞定位[J]. 园艺学报, 2010, 37（9）：1477-1484.
[28]曾光, 石庆华, 张博, 等. 黄花苜蓿MfNHX基因和MfP5CS基因的克隆和序列分析[J]. 新疆农业科学, 2010, 47（6）：1231-1235.
[29]黄志, 邹志荣, 黄焕焕, 等. 甜瓜抗旱性相关基因MeP5CS的克隆、序列分析及表达[J]. 园艺学报, 2010, 8：1279-1286.
[30] Chen J, Zhang X, Jing R, et al. Cloning and genetic diversity analy-sis of a new P5CS gene from common bean（Phaseolus vulgaris L.）[J]. Theor Appl Genet, 2010, 120（7）：1393-1404.
[31] Chen JB, Yang JW, Zhang ZY, et al. Two P5CS genes from common bean exhibiting different tolerance to salt stress in transgenic Arabi-dopsis[J]. J Genet, 2013, 92（3）：461-469.
[32]徐博, 任伟, 徐安凯, 等. 朝鲜碱茅Δ’-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）基因的克隆及表达分析[J]. 华北农学报, 2011, 26（6）：20-26.
[33]Su M, Li XF, Ma XY, et al. Cloning two P5CS genes from bioenergy sorghum and their expression profiles under abiotic stresses and MeJA treatment[J]. Plant Sci, 2011, 6：652-659.
[34]焦蓉, 刘贯山, 刘好宝, 等. 普通烟草抗渗透胁迫基因NtP5CS的克隆与表达分析[J]. 中国烟草学报, 2012, 2：49-57.
[35]丛丽丽. 虉草耐盐性鉴定及P5CS基因克隆[D]. 雅安：四川农业大学, 2012.
[36]Cong LL, Zhang XQ, Yang FY, et al. Isolation of the P5CS gene from reed canary grass and its expression under salt stress[J]. Genetics and Molecular Research, 2014, 13（4）：9122-9133.
[37]张桦, 张富春, 曾光, 等. 新牧一号苜蓿MvP5CS基因的克隆和功能分析[J]. 草业学报, 2012, 29（1）：51-58.
[38]童伟. 桑树干旱胁迫转录组测序和P5CS基因的克隆及表达分析[D]. 镇江：江苏科技大学, 2013.
[39]冯远航. 枸杞LmP5CS基因克隆及表达分析[D]. 天津：天津大学, 2013.
[40]郑琳琳. 唐古特白刺NtP5CS和NtCIPK2基因的克隆及功能分析[D]. 呼和浩特：内蒙古大学, 2013.
[41]Zheng L, Dang Z, Li H, et al. Isolation and characterization of a Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase（NtP5CS）from Nitraria tangutorum Bobr. and functional comparison with its Arabidopsis homologue[J]. Mol Biol Rep, 2014, 41（1）：563-572.
[42]张乐新, 苏蔓, 马甜, 等. 羊草Δ１-吡咯啉-5-羧酸合成酶（LcP5CS1）基因的克隆与分析[J]. 草业学报, 2013, 22（4）：197-204.
[43] An Y, Zhang M, Liu G, et al. Proline accumulation in leaves of Periploca sepium via both biosynthesis up-regulation and transport during recovery from severe drought[J]. PLoS One, 2013, 7：1-10.
[44] Kim GB, Nam YW. A novel Δ（1）-pyrroline-5-carboxylate synthetase gene of Medicago truncatula plays a predominant role in stress-induced proline accumulation during symbiotic nitrogen fixation[J]. J Plant Physiol, 2013, 170（3）：291-302.
[45]张霞, 唐维, 刘嘉, 等. 过量表达水稻OsP5CS1和OsP5CS2基因提高烟草脯氨酸的生物合成及其非生物胁迫抗性[J]. 应用与环境生物学报, 2014, 20（4）：717-722.
[46]马玉花, 冶贵生, 刘宝尧, 等. 青海野生中国沙棘P5CS基因的扩增及序列分析[J]. 西北林学院学报, 2014, 5：88-91.
[47]李鸿雁, 李大红. 转拟南芥P5CS1基因增强羽衣甘蓝的耐旱性[J]. 植物生理学报, 2014, 50（7）：1009-1013.
[48]张兆元, 陈吉宝, 宋佳璘, 等. 野生大豆P5CS基因的克隆及对盐胁迫反应[J]. 植物遗传资源学报, 2014, 4：844-849.
[49]Wang G, Zhang JS, Wang GF, et al. Proline responding1 plays a critical role in regulating general protein synthesis and the cell cycle in maize[J]. The Plant Cell, 2014, 26（6）：2582-2600.
[50]Ramadan AM, Hassanein SE. Characterization of P5CS gene in Calotropis procera plant from the de novo assembled transcriptome contigs of the high-throughput sequencing dataset[J]. Comptes Rendus Biologies, 2014, 337（12）：683-690.
[51]钟浩, 高贵宾, 潘雁红, 等. 绿竹P5CS基因的扩增及序列分析[J]. 安徽农业科学, 2015, 43（19）：25-29.
[52]刘静静, 曲延英, 姚正培, 等. 大蒜芥Δ'-吡咯啉-５-羧酸合成酶基因（P5CS）的克隆及表达分析[J]. 草业科学, 2015, 32（2）：210-216.
[53]王丽珊, 林清凡, 陈兰平, 等. 茶树P5CS基因克隆及其在渗透和高盐胁迫下的表达分析[J]. 热带作物学报, 2015, 36（1）：68-75.
[54]杨慧. 转P5CS基因冰草后代植株生物学特性观察与分子检测研究[D]. 呼和浩特：内蒙古农业大学, 2012.
[55]曹丽, 义鸣放, 孙振元, 等. 多年生黑麦草P5CS基因的定点突变及其在拟南芥中的转化[J]. 草业学报, 2011, 20（1）：242-247.
[56]陈吉宝, 赵丽英, 毛新国, 等. 转PvP5CS1基因拟南芥植株对干旱和盐胁迫的反应[J]. 作物学报, 2010, 1：147-153.
[57]徐博, 任伟, 王英哲, 等. 农杆菌介导的朝鲜碱茅PuP5CS基因转化紫花苜蓿的研究[J]. 草业学报, 2015, 6：895-901.
[58]杨云尧. 转MvP5CS和MvNHX1基因提高棉花抗旱性的研究[D]. 乌鲁木齐：新疆农业大学, 2012.
[59] 李葵花, 高玉亮, 吴京姬. 转P5CS基因马铃薯“东农303”耐盐、抗旱性研究[J]. 江苏农业科学, 2014, 42（11）：131-133.
[60]Zhu B, Su J, Chang M, et al. Overexpression of a △1-pyrroline-5-carboxylate synthetase gene and analysis of tolerance to water- and salt-stress in transgenic rice[J]. Plant Sci, 1998, 139：41-48.
[61]Sawahel WA, Hassan AH. Generation of transgenic wheat plants producing high levels of the osmoprotectant proline[J]. Biotechnology Letters, 2002, 24（9）：721-725.
[62]韩素英, 张守攻, 汪泉, 等. 小叶杨Δ1-吡咯琳-5-羧酸合成酶（P5CS）基因克隆及在杂种落叶松中的转化[J]. 生物技术通报, 2006（3）：88-92.
[63]Dibax R, Deschamps C, Filho JCB, et al. Organogenesis and Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation of Eucalyptus saligna with P5CS gene[J]. Biologia Plantarum, 2010, 1：6-12.
[64]Szabados L, Savouré A. Proline：a multifunctional amino acid[J]. Trends in Plant Science, 2010, 15：89-97.
[65]Singh R, Pandey N, Naskar J, et al. Physiological performance and differential expression profiling of genes associated with drought tolerance in contrasting varieties of two Gossypium species[J]. Protoplasma, 2015, 252（2）：423-438.
[66] 陈志辉, 邹学校. 玉米抗旱机理与育种研究现状及发展趋势[J]. 湖南农业科学, 2007, 5：63-66.

基因枪转化法对抗旱基因导入玉米的研究

The Transformation of Drought-resistant Gene into Maize by Microprojectile Bombardment

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	王宝宝, 王海洋. 理想株型塑造之于玉米耐密改良[J]. 生物技术通报, 2023, 39(8): 11-30.
[2]	张道磊, 甘雨军, 乐亮, 普莉. 玉米产量性状的表观遗传调控机制和育种应用[J]. 生物技术通报, 2023, 39(8): 31-42.
[3]	冷燕, 马晓薇, 陈光, 任鹤, 李翔. 玉米高产竞赛助力中国玉米种业振兴[J]. 生物技术通报, 2023, 39(8): 4-10.
[4]	王天依, 王荣焕, 王夏青, 张如养, 徐瑞斌, 焦炎炎, 孙轩, 王继东, 宋伟, 赵久然. 玉米矮秆基因与矮秆育种研究[J]. 生物技术通报, 2023, 39(8): 43-51.
[5]	刘月娥, 徐田军, 蔡万涛, 吕天放, 张勇, 薛洪贺, 王荣焕, 赵久然. 我国玉米超高产研究现状与展望[J]. 生物技术通报, 2023, 39(8): 52-61.
[6]	张勇, 徐田军, 吕天放, 邢锦丰, 刘宏伟, 蔡万涛, 刘月娥, 赵久然, 王荣焕. 种植密度对夏播玉米茎秆质量和根系表型性状的影响[J]. 生物技术通报, 2023, 39(8): 70-79.
[7]	朱少喜, 金肇阳, 葛建镕, 王蕊, 王凤格, 路运才. 基于KASP平台的转基因玉米高通量特异性检测方法[J]. 生物技术通报, 2023, 39(6): 133-140.
[8]	翟莹, 李铭杨, 张军, 赵旭, 于海伟, 李珊珊, 赵艳, 张梅娟, 孙天国. 异源表达大豆转录因子GmNF-YA19提高转基因烟草抗旱性[J]. 生物技术通报, 2023, 39(5): 224-232.
[9]	陈楠楠, 王春来, 蒋振忠, 焦鹏, 关淑艳, 马义勇. 玉米ZmDHN15基因在烟草中的遗传转化及抗冷性分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(4): 259-267.
[10]	黄文莉, 李香香, 周炆婷, 罗莎, 姚维嘉, 马杰, 张芬, 沈钰森, 顾宏辉, 王建升, 孙勃. 利用CRISPR/Cas9技术靶向编辑青花菜BoZDS[J]. 生物技术通报, 2023, 39(2): 80-87.
[11]	周家燕, 邹建, 陈卫英, 吴一超, 陈奚潼, 王倩, 曾文静, 胡楠, 杨军. 植物多基因干扰载体体系构建与效用分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(1): 115-126.
[12]	李圣彦, 李香银, 李鹏程, 张明俊, 张杰, 郎志宏. 转基因玉米2HVB5的性状鉴定及遗传稳定性分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(1): 21-30.
[13]	李东阳, 肖冰, 王晨尧, 杨现明, 梁晋刚, 吴孔明. 转基因抗虫耐除草剂玉米瑞丰125 Cry1Ab/Cry2Aj杀虫蛋白的时空表达分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(1): 31-39.
[14]	李鹏程, 张明俊, 王银晓, 李香银, 李圣彦, 郎志宏. 转基因玉米HGK60在不同遗传背景下抗虫性鉴定及农艺性状分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(1): 40-47.
[15]	金云倩, 王彬, 郭书磊, 赵霖熙, 韩赞平. 赤霉素调控玉米种子活力的研究进展[J]. 生物技术通报, 2023, 39(1): 84-94.