維管束發(fā)育相關(guān)基因sm-Nvas對(duì)水稻稻瘟病抗性分析

張俊 盧衛(wèi) 譚艷平 劉學(xué)群 王春臺(tái)

摘要 [目的]探究煙草維管束發(fā)育相關(guān)基因sm-Nvas對(duì)水稻稻瘟病的抗性。[方法]構(gòu)建pCAMBIA1305.1-sm-Nvas雙元表達(dá)載體，利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的愈傷轉(zhuǎn)化法轉(zhuǎn)化水稻YTB，對(duì)轉(zhuǎn)基因陽(yáng)性植株接種稻瘟病菌后進(jìn)行抗性觀察。[結(jié)果]成功構(gòu)建了pCAMBIA1305.1-sm-Nvas雙元超表達(dá)載體，獲得了轉(zhuǎn)sm-Nvas YTB植株。離體接種稻瘟病菌后轉(zhuǎn)基因植株的病斑比受體品種YTB的小。 [結(jié)論]轉(zhuǎn)sm-Nvas基因水稻具有稻瘟病抗性。

關(guān)鍵詞 維管束;sm-Nvas;稻瘟病;抗性

中圖分類(lèi)號(hào) S188文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）13-0090-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.13.029

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Analysis on Resistance of Tobacco Vascular Bundle Related Gene smNvas to Rice Blast

Abstract [Objective]To investigate the resistance of tobacco vascular bundle related gene smNvas to rice blast. [Method]A plant binary expression vector pCAMBIA1305.1smNvas was constructed， and transformed to recipient variety YTB by Agrobacteriummediated callus transformation. The resistance of the transgenic positive plant was investigated after inoculation with the rice blast fungi. [Result]The pCAMBIA1305.1smNvas binary overexpression vector was successfully constructed， and the transgenic YTB with smNvas was obtained. The scab of the transgenic plant was smaller than that of the receptor variety YTB after inoculation of rice blast fungi in vitro. [Conclusion]The transgenic rice with smNvas gene is resistance to rice blast.

Key words Vascular bundle;smNvas;Rice blast;Resistance

植物維管束是植物體內(nèi)一種相互連通的系統(tǒng)，連接植物地下部和地上部，在支撐植物向上生長(zhǎng)以及水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸上起到了關(guān)鍵作用[1]。許多病蟲(chóng)害也能利用維管束系統(tǒng)在植物體內(nèi)傳播，影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育[2]。維管束相關(guān)基因在維管束系統(tǒng)中特異表達(dá)，從而調(diào)節(jié)維管束生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)植物維管束病蟲(chóng)害的防控能力[3-5]。楊澤峰等[6]發(fā)現(xiàn)水稻TAL基因在維管組織中特異表達(dá)，RNA干涉該轉(zhuǎn)基因植株水稻后，表型出現(xiàn)矮化和葉片卷曲易染病的特征。馬玲[7]發(fā)現(xiàn)水稻AVB基因啟動(dòng)子在水稻維管束韌皮部特異表達(dá)，可應(yīng)用于維管束疾病的防治。Singer 等[8]發(fā)現(xiàn)臍橙蔗糖合成酶1（CsSUS1p）啟動(dòng)子可以驅(qū)動(dòng)外源基因在維管束韌皮部表達(dá)，可應(yīng)用于防治維管束疾病。Liu等[9]采用差異顯示技術(shù)，從煙草中分離得到一個(gè)受甲基茉莉酸和水楊酸雙重誘導(dǎo)的基因序列，該基因啟動(dòng)子使外源基因在維管束組織中特異表達(dá)[10]，命名為sm-Nvas。為了研究sm-Nvas基因在水稻中是否與病害的抗性相關(guān)，筆者以pCAMBIA1305為骨架構(gòu)建sm-Nvas基因的超表達(dá)載體，并轉(zhuǎn)入水稻品種粵泰B（YTB）中，考察水稻中超表達(dá)sm-Nvas對(duì)水稻稻瘟病抗性的影響，以期為揭示該基因的生物學(xué)功能提供證據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

稻瘟病菌race007、水稻粵泰B（YTB）、W38型煙草、根瘤農(nóng)桿菌EHAI05、載體pCAMBIA1305、載體PUD18-T均由中南民族大學(xué)武陵山區(qū)特色資源植物種質(zhì)保護(hù)與利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。rTaq酶、DNA分子質(zhì)量Marker購(gòu)買(mǎi)于TaKaRa公司;DNA引物合成由擎科生物技術(shù)有限公司（武漢部）完成。

1.2 儀器

FC5515R微型高速冷凍離心機(jī)（美國(guó)）;C1000 touch thermal cycler PCR儀（美國(guó)Bio-Rad）;Universal Hold Ⅱ凝膠成像系統(tǒng)（美國(guó)）;SBD50-1 Heto-Holten水浴鍋（丹麥）;Nikon SMZ1500 Microscop熒光體式顯微鏡（日本）。

1.3 方法

1.3.1 植株表達(dá)載體的構(gòu)建。

維管束發(fā)育相關(guān)基因sm-Nvas全序列參考文獻(xiàn)[9]，通過(guò)軟件分析并利用具有PmaC I和Nco I酶切位點(diǎn)引物擴(kuò)增sm-Nvas基因全長(zhǎng)。用PmaC I和Nco I雙酶切sm-Nvas基因PCR擴(kuò)增產(chǎn)物和pCAMBIA1305.1載體質(zhì)粒DNA，經(jīng)過(guò)電泳及回收，用T4 DNA連接酶連接質(zhì)粒與目的片段（圖1），然后轉(zhuǎn)化到大腸桿菌中，提取質(zhì)粒DNA用載體引物進(jìn)行菌落PCR檢測(cè)，大小正確的質(zhì)粒進(jìn)一步進(jìn)行測(cè)序鑒定。

1.3.2 根瘤農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化。

將構(gòu)建成功的雙元表達(dá)載體電擊轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌EHA105，篩選陽(yáng)性農(nóng)桿菌，用MS培養(yǎng)基將轉(zhuǎn)化成功的農(nóng)桿菌懸浮培養(yǎng)到菌液濃度OD600約為0.5，將受體品種YTB種子誘導(dǎo)的愈傷組織在浸染液中浸染30 min，將干燥的愈傷組織轉(zhuǎn)移到共培養(yǎng)基上暗培養(yǎng)3 d，在篩選培養(yǎng)基暗培養(yǎng)20 d，轉(zhuǎn)移到分化培養(yǎng)基上光培養(yǎng)30 d左右，最后移到生根培養(yǎng)基上繼續(xù)培養(yǎng)15 d左右，煉苗并種植。

1.3.3 陽(yáng)性植株的鑒定。

采用CTAB法進(jìn)行DNA樣品抽提。取轉(zhuǎn)基因水稻葉片，加液氮后迅速研磨成粉末狀，加入65 ℃預(yù)熱的CTAB提取液并充分混勻，放入水浴鍋中1 h后至室溫，加入等體積氯仿∶異戊醇（24∶1），混勻離心取上清液，加入2倍體積無(wú)水乙醇，混勻后冰浴。離心棄上清，用75%乙醇洗滌沉淀，沉淀自然風(fēng)干后加TE溶解，-20 ℃保存。

利用引物HPTF226（序列為5-GAAGTGCTTGACATTGGGGAGT-3）和HPTF697（序列為5-AGATGTTGGCGACCTCGTATT-3）進(jìn)行潮霉素檢測(cè)。15 μL PCR反應(yīng)體系包括1.5 μL 10×rTaq buffer、引物F和R（10 μmol/L）各0.25 μL、1 μL dNTP Mix（2.5 mmol/L）、0.1 μL? rTaq酶（5 U/μL）、1.5 μL DNA模板和10.4 μL去離子水。反應(yīng)程序?yàn)?4 ℃預(yù)變性3 min;94 ℃變性30 s，57 ℃復(fù)性30 s，72 ℃延伸1 min，34個(gè)循環(huán);72 ℃延伸5 min。反應(yīng)結(jié)束后用1%瓊脂糖凝膠檢測(cè)。

1.3.4 轉(zhuǎn)基因水稻的種植及抗病性鑒定。

常規(guī)方法在溫室盆栽轉(zhuǎn)sm-Nvas水稻株系及對(duì)照品種粵泰B（YTB）。

取保存于-20 ℃的稻瘟病菌生理小種race007菌株于燕麥培養(yǎng)上活化后并擴(kuò)大培養(yǎng)，待菌體覆蓋整個(gè)燕麥培養(yǎng)基表面后，除去白色菌絲置于紫光燈下培養(yǎng)產(chǎn)孢，配制孢子懸浮液，取水稻劍葉置于苯并咪唑濕潤(rùn)濾紙上，將孢子懸浮液噴灑在水稻葉片上，保濕培養(yǎng)后觀察發(fā)病情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 sm-Nvas超表達(dá)雙元載體構(gòu)建

將構(gòu)建好的表達(dá)載體進(jìn)行菌落PCR檢測(cè)，擴(kuò)增出的目的條帶與預(yù)期大小相符的有泳道3、6、9共3個(gè)陽(yáng)性克隆（圖2），進(jìn)一步的測(cè)序結(jié)果表明超表達(dá)載體構(gòu)建成功。

2.2 轉(zhuǎn)基因植株陽(yáng)性鑒定

提取超表達(dá)sm-Nvas的轉(zhuǎn)基因植株基因組DNA進(jìn)行潮霉素抗性基因檢測(cè)，陽(yáng)性轉(zhuǎn)基因植株能擴(kuò)增出特異條帶（800 bp左右），而對(duì)照組WT受體材料YTB沒(méi)有，圖3表明已成功獲得轉(zhuǎn)sm-Nvas的陽(yáng)性植株。

2.3 轉(zhuǎn)sm-Nvas基因水稻抗性鑒定

當(dāng)轉(zhuǎn)基因sm-Nvas水稻植株劍葉抽出來(lái)后，取劍葉與倒數(shù)第二葉進(jìn)行稻瘟病菌race007離體接種，5 d后觀察的結(jié)果顯示陽(yáng)性轉(zhuǎn)基因植株與對(duì)照組YTB相比，染病的病斑面積、寬度和長(zhǎng)度明顯比對(duì)照組受體品種YTB的?。▓D4）。

3 討論

越來(lái)越多的研究通過(guò)尋找合適的維管束相關(guān)基因來(lái)解決植物的病蟲(chóng)害問(wèn)題，Chen等[11]研究發(fā)現(xiàn)GbaVd1和GbaVd2基因在擬南芥中提高了轉(zhuǎn)基因株系維管束的木質(zhì)化程度、增強(qiáng)了對(duì)大麗輪枝菌的抗性，表明GbaVd1和GbaVd2基因具有抗黃萎病功能。

該試驗(yàn)通過(guò)構(gòu)建一個(gè)pCAMBIA1305.1-sm-Nvas雙元表達(dá)載體，利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)成熟種子胚愈傷轉(zhuǎn)化水稻。在研究轉(zhuǎn)基因sm-Nvas水稻植株的抗性時(shí)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因sm-Nvas在水稻中具有水稻葉瘟抗性特征，其抗性機(jī)理正在研究中。該研究結(jié)果為弄清sm-Nvas基因在植物體內(nèi)的生物學(xué)功能提供了重要參考。

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