党参毛状根转化体系建立及基于党参全基因组SPL家族鉴定与CpSPL10功能研究

来源 :陕西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:a98674591
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党参(Codonopsis Radix)是我国传统大宗中药材,以桔梗科多年生植物党参[Codonopsis pilosula(Franch.)Nannf.]、素花党参[C.pilos.ula(Franch.)Nannf.var.modesta(Nannf.)L.T.Shen]或川党参(C.tangshen Oliv.)的干燥根入药。近年来,关于党参的研究逐年增长,但其基因功能研究尚未见报道。SPL家族是植物所特有的转录因子,具有调节花粉产量、促进开花、抑制新芽再生、抑制侧根生长、促进花青素以及倍半萜等次生代谢产物的积累等作用,在植物的生长发育中起到至关重要的作用。SPL基因家族已在拟南芥、番茄、水稻、辣椒、葡萄等多个物种中被鉴定,但在党参中尚未见报道。本研究建立了党参毛状根转化体系,筛选出党参稳定内参基因,基于党参全基因组数据(尚未公布),筛选并鉴定出党参中15个SPL基因,并对其进行生物信息学分析和表达模式分析,克隆出其中4个SPL基因,构建其过表达载体,并对CpSPL10进行了初步的功能研究。主要研究内容和结果如下:1.建立了发根农杆菌C58C1介导的党参毛状根的高效转化体系。优化了C58C1介导的毛状根诱导过程中的几个影响因素,包括最适宜的培养基,外植体类型,感染时间和共培养时间等。当使用党参幼苗的根作为外植体,浸染带有pCAMBIA1305质粒的发根农杆菌C58C1 5 min,然后在添加0.2 mg/LNAA和200 mg/L头孢的1/2MS培养基上诱导时,诱导率可达到100%的。通过抗潮霉素基因的PCR扩增和组织化学GUS分析证实了转化的毛根,在没有施加潮霉素选择压力的情况下,转化效率分别为70%和68.3%。使用液体培养基培养毛状根,并检测总皂苷含量,发现党参生物量随培养时间增长而增加,而总皂苷含量没有显著性变化。党参转化体系的建立为后期基因功能研究奠定了基础。2.为了筛选适合党参的稳定内参基因,使用NormFinder,BestKeeper,GeNorm和RefFinder四种方法评估13个候选内参基因(CpEF1Bb,CpCACS,CpF-Box,Cpβ-Tubulin,CpGAPDH,CpActin2,CpAPT1,CpActin7,CpActin8,CpRPL6,CpHAF1,Cp Tubulin6,and CpUBQ12)的表达稳定性。通过qRT-PCR检测在不同组织、不同发育阶段、不同激素处理下各个候选内参的表达水平。在所有测试样品中,CpGAPDH是最稳定的内参基因。综合分析表明,在不同组织和不同发育阶段中,最稳定的内参基因分别是CpF-Box和CpCA CS。在NaCl胁迫下,CpAPT1是最好的内参基因。在茉莉酸甲酯和脱落酸处理中,CpGAPDH和CpF-Box分别表现出最高的表达稳定性。基于以上结果,我们选择CpSPL9作为目标基因,以验证这些候选内参基因的适用性。研究结果为准确定量党参中目的基因的表达水平奠定了基础。3.基于SBP结构域的筛选,在党参基因组中鉴定出15个SPL基因家族成员,其cDNA的长度从477bp到3267bp不等,gDNA长度从2322bp到19029bp不等,所编码蛋白质氨基酸从159aa到1019aa不等。党参中15个SPL家族成员与拟南芥SPL家族成员的系统进化树共分为G1-G6六个族群;qRT-PCR结果表明,在党参一月龄、二月龄、三月龄幼苗以及一年生党参花期不同部位中15个SPL基因均有表达;而使用NaCl、MeJA和ABA处理后,15个SPL基因表达模式说明,NaCl处理后,CpSPL2,CpSPL6,CpSPL11表达量均显著上调;MeJA处理后,CpSPL6和CpSPL15表达量显著上调;ABA处理后,CpSPL6,CpSPL12,CpSPL15表达量显著上调。在各个处理中,CpSPL6表达量均显著上调,而CpSPL5,CpSPL8表达量均显著下调。4.利用PCR技术成功克隆得到了党参中CpSPL2、CpSPL9、CpSPL10和CpSPL15的开放阅读框,并将它们构建到过表达载体pMDC85上。将含有CpSPL10基因的重组质粒pMDC58-CpSPL10以及pMDC58空载转入感受态农杆菌C58C1中,通过浸染党参根外植体诱导其产生毛状根,通过Hyg筛选以及DNA水平验证,共获得3个空载毛状根以及7个含有过表达载体基因片段的毛状根,并通过RNA水平检验其表达量,选择CpSPL10表达量上调最多的OE-2进行表型观察,发现过表达CpSPL10后,毛状根的生长速度明显增快,说明CpSPL10在党参根的生长中发挥重要的作用。本研究结果建立了党参毛状根转化体系,丰富了对党参中SPL基因家族的认识,为后续党参分子水平研究奠定了基础。
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