华中农业大学国家重点实验室陈浩组 | 农杆菌介导水稻快速转化
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科学
2025-01-11 09:01
北京
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Toki等(2006)发现，水稻成熟胚在诱导愈伤1 d后可以被农杆菌侵染，诱导愈伤5 d后可以被高效转化。Toki (1997)研究表明在32 °C、光照条件下，水稻愈伤组织可以快速分裂。在该条件下进行筛选培养，14 d可以得到明显的抗性愈伤组织。本实验的目的是在实验室已有的遗传转化方法基础上，参考Toki等(1997, 2006)发表的部分实验参数，建立快速的水稻转化方法，以缩短遗传转化周期。本实验在32 °C、光照条件下诱导愈伤，对诱导5 d的水稻愈伤组织进行侵染，随后在32 °C、光照条件下以潮霉素作为筛选剂进行筛选培养，14 d后获得了抗性愈伤组织，对抗性愈伤组织进行分化培养，获得稳定的转化植株。从愈伤组织诱导到转化再生植株生根，整个实验周期约为50 d。关键词：水稻成熟胚 农杆菌介导 快速转化
5. 农杆菌菌株EHA105 (携带含目的基因载体)6. 6-Benzylaminopurine (6-BA) (Sigma, catalog number: B-3408)7. Kinetin (KT) (Sigma, catalog number: K-0753)8. Naphthalene acetic acid (NAA) (Sigma, catalog number: N-0640)9. Indole-3-acetic acid (IAA) (Sigma, catalog number: I-2886)10. 2, 4-Dichlorophenoxyacetic acid (2, 4-D) (Sigma, catalog number: D-7299)11. Kanamycin (USB, catalog number: 17924)12. Casein Enzymatic Hydrolysate (CH) (Sigma, catalog number: N-4642)13. Carbenicillin (Cn) (Bio Basic INC. catalog number: CDJ469)14. Hygromycin B (Hn) (Roche, catalog number: 10843555001)15. Nicotinic acid (Sigma, catalog number: N-0765)16. Pyridoxine HCl (VB6) (Sigma, catalog number: P-8666)17. Thiamine HCl (VB1) (Sigma, catalog number: T-3902)18. Inositol (Sigma, catalog number: I-3011)19. Phytagel (Sigma, catalog number: P-8169)20. Dimethyl Sulfoxide (DMSO) (Sigma, catalog number: D-5879)21. Acetosringone (AS) (Aldrich chem., CO 01531 EG)22. Agar powder (日本分装，catalog number: BM0212)23. Glycine (日本分装，catalog number: BA0802)24. Proline (进口分装，catalog number: A1122)25. D-sorbitol (上海生工，catalog number: SB0491)47. MSmax储备液(10x) (见溶液配方)48. MSmin储备液(100x) (见溶液配方)49. N6max储备液(10x) (见溶液配方)50. N6min储备液(100x) (见溶液配方)51. Fe2+-EDTA储备液(100x) (见溶液配方)52. Vitamin储备液(100x) (见溶液配方)53. 6-BA储备液(1 mg/ml) (见溶液配方)54. KT储备液(1 mg/ml) (见溶液配方)55. 2, 4-D储备液(1 mg/ml) (见溶液配方)56. IAA储备液(1 mg/ml) (见溶液配方)57. NAA储备液(1 mg/ml) (见溶液配方)选取成熟饱满的水稻种子，去壳；75%酒精消毒1~2 min，倒去酒精；用灭菌蒸馏水冲洗2次；加入0.15%的升汞(含有0.1%的吐温20)浸泡15~18 min，其间摇动数次；倒掉升汞，用灭菌蒸馏水冲洗5次。将消过毒的种子接入诱导愈伤培养基 (见溶液配方)，32 °C光照培养5~10 d (Toki, 1997; Toki等, 2006)。在侵染的前2 d，取农杆菌在含50 mg/L kanamycin的LB培养基上划线，置于28 °C培养。侵染前，将活化的农杆菌刮入悬浮培养基 (见溶液配方) 中，28 °C，180 rpm震荡培养3~3.5 h，然后用悬浮培养基调节菌液浓度至OD600=0.1~0.2。将诱导5~10 d愈伤组织放入农杆菌悬浮液中，侵染1.5 min。倒掉菌液，用灭菌滤纸吸干愈伤表面的菌液。愈伤表面覆盖灭菌滤纸，超净台吹干30 min。吹干后将愈伤转入表面覆盖有一层灭菌滤纸的共培养培养基 (见溶液配方)，先20 °C暗培养过夜，然后转入25 °C培养箱继续暗培养2 d。共培养完成后，将愈伤组织用镊子转移到空的灭菌容器 (建议口比较大的玻璃瓶，便于操作) 中。用灭菌蒸馏水反复清洗愈伤7~8次，其中前面3次可快速清洗，后面3~4次清洗时每次浸泡3-5 min。最后用含有500 mg/L Cn的灭菌蒸馏水浸泡愈伤30 min。倒掉Cn溶液，用灭菌滤纸尽量吸干愈伤表面的水分，愈伤表面覆盖一层灭菌滤纸，超净台吹干1 h。将经过清菌后的愈伤摆放到筛选培养基上 (见溶液配方)，32 °C，光照培养14 d。筛选14 d后，将抗性愈伤转入分化培养基 (见溶液配方)，28 °C培养 (光周期为14 h光照/10 h黑暗)。待抗性愈伤在分化培养基 (见溶液配方) 上形成3~4 cm高的再生苗时，将其转入生根培养基 (见溶液配方) 培养，至形成完整的植株。成熟水稻种子接种到诱导培养基5-10 d后，有明显的愈伤组织形成 (图1a、1b)；用农杆菌 (含有潮霉素抗性基因hpt和gfp表达框架) 对愈伤组织进行侵染，共培养3 d后，将愈伤组织接种到含有50 mg/L潮霉素的筛选培养基上，14 d后可以观察到新生愈伤组织，用荧光体视显微镜进一步观察，新生愈伤组织产生明显的绿色荧光信号，说明gfp基因整合到了水稻基因组 (图1c、1d)；将抗性愈伤组织接种到分化培养基，21 d左右有再生植株形成，用荧光体视显微镜进一步观察，转化再生植株有绿色荧光信号，说明gfp基因在转化再生植株中稳定表达(图1e、1f)。采用本实验中的快速转化方法，可以在50 d左右获得转化再生植株，相比先前的转化方法 (需要120 d左右) 遗传转化周期大大缩短。![]()
图1. 农杆菌介导水稻快速转化。a和b分别为诱导5 d和10 d的水稻愈伤组织；c和d为筛选培养14 d形成的抗性愈伤组织；e和f为分化培养21 d形成的再生植株。
1. 本实验方法已在日本晴、中花11、稻花香、Dongjin等粳稻品种上获得验证，通过调整培养基也可以用于籼稻材料的遗传转化。2. 愈伤组织的诱导时间因材料的基因型、种子的质量等而呈现差异，因此诱导愈伤组织后需要经常观察其生长状态，以确定合适的诱导时间。3. 由于愈伤诱导时间短，一些染有内生菌的愈伤在侵染时不易被识别，导致同一批次侵染的愈伤全部污染。因此首先要保证种子的质量，要求选用内生菌少且活力较高的种子。4. 筛选过程也可以在封有透气封口膜的三角瓶中进行，以避免水汽凝结影响抗性愈伤组织生长。5. 在清菌时，可以用镊子将愈伤组织与种子分开，以降低农杆菌污染的概率。6. 抗性愈伤组织的筛选时间因材料而异，如果筛选时间超过14 d，则需要更换筛选培养基，以避免农杆菌污染。7. 为避免分化过程中农杆菌污染，也可以在分化培养基中加入250 mg/L Cn。Na2MoO4·2H2O单独溶解，再与其它组分混合，加蒸馏水定容到1 L，室温保存。在一个试剂瓶中加入300 ml蒸馏水然后加入 FeSO4∙7H2O 2.78 g在另一试剂瓶中加入300 ml蒸馏水，并加热到70 °C，然后加入 Na2 EDTA∙2H2O 3.73 g都溶解好后，将两个试剂瓶中的溶液混合，在70 °C保温2 h，然后加蒸馏水定容至1 L，4 °C避光保存。Pyridoxine HCl (VB6) 0.1 g加入1.0 ml 1N KOH搅拌至6-BA完全溶解，然后加蒸馏水定容到100 ml，4 °C保存。加入1.0 ml 1N KOH搅拌至KT完全溶解，然后加蒸馏水定容到100 ml，4 °C保存。加入1.0 ml 1N KOH搅拌5 min，然后加10 ml蒸馏水搅拌至2,4-D完全溶解，用蒸馏水定容至100 ml，4 °C保存。加入1.0 ml 1N KOH搅拌至IAA完全溶解，然后用蒸馏水定容至100 ml，4 °C避光保存。加入1.0 ml 1N KOH搅拌至NAA完全溶解，然后用蒸馏水定容到100 ml，4 °C避光保存。溶解于10 ml DMSO中，用1.5 ml离心管分装，-20 °C保存。加蒸馏水溶解后定容至1,000 ml，加入1,000 μl 吐温20，混合均匀，放入棕色试剂瓶，室温保存。超净台中加入灭菌蒸馏水至终体积为10 ml，完全溶解，-20 °C保存。超净台中加入灭菌蒸馏水至终体积为10 ml，完全溶解，-20 °C保存。加入蒸馏水溶解，定容至100 ml，121 °C灭菌15 min，4 °C保存。先加入900 ml蒸馏水，用1 N KOH调至pH值为5.8，加蒸馏水定容至1 L，然后煮沸分装至100 ml三角瓶，高压灭菌。Fe2+-EDTA储备液(100x) 2.5 ml用1 N KOH调至pH值为5.2，加蒸馏水定容至250 ml，高压灭菌，使用时加入5 ml 50%葡萄糖与250 μl AS储备液。Fe2+-EDTA储备液(100x) 1.25 ml先加入200 ml蒸馏水，用1 N KOH调至pH值为5.6，加蒸馏水定容至250 ml，高压灭菌。使用之前加入5 ml 50%葡萄糖与250 μl AS储备液。Fe2+-EDTA储备液(100x) 2.5 ml先加入200 ml蒸馏水，用1 N KOH调至pH值为6.0，加蒸馏水定容至250 ml，高压灭菌。使用时加入250 μl Hn (50 mg/ml)和500 μl Cn (250 mg/ml)，倒入灭菌的平皿中，超净台上吹干约2 h使用。先加入900 ml蒸馏水，用1 N KOH调至pH值为5.8，补蒸馏水定容至1 L，然后煮沸分装至100 ml三角瓶，高压灭菌。先加入900 ml蒸馏水，用1 N KOH调至pH值为5.8，加蒸馏水定容至1 L，然后煮沸分装至生根管，高压灭菌。1. Toki, S., Hara, N., Ono, K., Onodera, H., Tagiri, A., Oka, S. and Tanaka, H. (2006). Early infection of scutellum tissue with Agrobacterium allows high-speed transformation of rice. Plant J 47(6): 969-976.2. Toki, S. (1997). Rapid and efficient Agrobacterium-mediated transformation in rice. Plant Mol Biol Rep 15: 16-21.崔莹, 蔡朝霞, 林拥军, 陈浩. (2018). 农杆菌介导水稻快速转化. Bio-101: e1010176. DOI: 10.21769/BioProtoc.1010176.
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