Genetic Stability Developed for \(\beta\) -Carotene Synthesis in BR29 Rice Line Using Dihaploid Homozygosity
- 作者
- Karabi Datta, Gayetri Sahoo, Sellappan Krishnan, Moumita Ganguly, Swapan K. Datta
- 单位
- Department of Botany, Plant Molecular Biology and Biotechnology Laboratory, University of Calcutta, Kolkata, India; Central Rice Research Institute, Cuttack, Odisha, India; Department of Botany, Goa University, Goa, India; Divisions of Crop Science, Indian Council of Agricultural Research (ICAR), Krishi Bhavan, New Delhi, India
- 杂志
- PLoS ONE（2014）
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0100212
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何快速获得稳定遗传和稳定表达的β-胡萝卜素合成转基因水稻纯合系，避免多代自交选育的耗时问题
研究策略
采用农杆菌介导转化将psy、crtI和pmi基因导入水稻BR29，随后利用花药培养技术获得双单倍体（DH）植株，通过表型观察、分子检测和类胡萝卜素含量分析验证其遗传稳定性和目标产物积累
核心内容
针对水稻BR29品种转基因后代纯合选育周期长的问题，该研究将农杆菌介导的遗传转化与花药培养技术相结合，以期快速获得遗传稳定的β-胡萝卜素合成双单倍体品系。研究共导入psy、crtI合成基因及pmi筛选标记基因，从23个阳性转化株的花药培养中获得790株绿苗，其中390株为PCR阳性，并最终获得111株可育双单倍体。Southern blot证实crtI（3.28 kb）和pmi（1.1 kb）基因稳定整合，RT-PCR确认crtI在种子中表达。抛光种子呈黄色，HPLC检测显示总类胡萝卜素含量为0.257至3.188 μg/g，其中品系ACSKBR-46-30含量最高，达3.188 μg/g。结果表明，花药培养技术可在较短时间内生成纯合、遗传稳定的转基因水稻系，为营养强化作物的分子育种提供了高效且无需多代自交的可行途径。
创新点
将花药培养与转基因技术结合，在较短时间内获得纯合的双单倍体β-胡萝卜素合成水稻；利用pmi筛选标记替代抗生素/除草剂选择标记；通过自发染色体加倍获得可育纯合系
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 水稻 (Oryza sativa cv. BR29) | β-胡萝卜素生物合成 | psy | phytoene synthase (PSY) | 催化 | 来源于黄水仙，由胚乳特异性Gt1启动子驱动 |
| 水稻 (Oryza sativa cv. BR29) | β-胡萝卜素生物合成 | crtI | phytoene desaturase (CRTI) | 催化 | 来源于革兰氏阴性细菌Eruvina uredovora，与豌豆Rubisco小亚基转运肽融合，由CaMV35S启动子驱动 |
| 水稻 (Oryza sativa cv. BR29) | 选择标记 | pmi | phosphomannose isomerase (PMI) | 催化 | 作为Positech筛选标记，由CaMV35S启动子驱动，用于转化体筛选 |
关键发现
- 从23个阳性转化株的花药培养获得790株绿苗，其中390株PCR阳性
- 获得111株可育双单倍体
- Southern blot确认crtI（3.28 kb）和pmi（1.1 kb）基因稳定整合
- RT-PCR证实crtI在种子中表达
- 抛光种子呈黄色，HPLC检测显示总类胡萝卜素含量介于0.257 μg/g至3.188 μg/g之间，例如ACSKBR-46-30为3.188 μg/g，ACSKBR-44-16为3.036 μg/g，ACSKBR-49-39为2.12 μg/g，ACSKBR-64-7为0.257 μg/g
研究结论
花药培养技术可以快速生成纯合、遗传稳定的β-胡萝卜素合成转基因水稻双单倍体品系，为营养强化作物的分子育种提供了高效途径