Development of stable transgenic maize plants tolerant for drought by manipulating ABA signaling through Agrobacterium-mediated transformation
- 作者
- Sridevi Muppala, Pavan Kumar Gudlavalleti, Kodandarami Reddy Malireddy, Sateesh Kumar Puligundla, Premalatha Dasari
- 单位
- Department of Biotechnology, Nuziveedu Seeds Limited, Hyderabad, Telangana 501401, India; Department of Biotechnology, Jawaharlal Nehru Technological University, Hyderabad, Telangana 500085, India; Department of Plant Molecular Biology, International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology, New Delhi 110067, India
- 杂志
- Journal of Genetic Engineering and Biotechnology（2021）
- DOI
- 10.1186/s43141-021-00195-2
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
通过操纵ABA信号通路开发耐旱转基因玉米，解决传统育种耗时长且正常条件下表现不佳的问题
研究策略
利用Gateway技术将ABA通路关键基因nced和rpk克隆到双元载体pMDC99中，通过农杆菌介导转化玉米未成熟胚来源的愈伤组织，系统优化影响转化效率的参数，并利用分子、生理和生化手段鉴定转基因植株的耐旱性
核心内容
该研究通过操纵脱落酸（ABA）信号通路开发耐旱转基因玉米，以克服传统育种周期长且干旱条件下表现不佳的问题。研究利用Gateway技术将ABA生物合成关键酶基因nced和信号受体激酶基因rpk克隆至双元载体pMDC99，通过农杆菌介导转化玉米未成熟胚来源的愈伤组织，并系统优化了影响转化效率的参数。最佳条件为20天龄愈伤组织、100 μM乙酰丁香酮、感染10分钟及共培养2天，在NM5884品系中获得最高5.77%的转化频率（329/5697个PCR阳性）和25.13%的再生频率。外植体预培养20天再侵染使selection II存活率达45.69%。nced与rpk共表达显著提高转基因植株的ABA含量，干旱胁迫9天后可恢复，14天后对照完全干枯而转基因株系保持绿色。其中ET-5（Trg-2）株系在脯氨酸积累、ABA含量和耐旱性方面表现最优。该研究证实Gateway技术可用于稳定多基因叠加，为耐逆作物开发提供了有效策略。
创新点
同时导入ABA生物合成关键酶基因nced和信号受体激酶基因rpk，利用Gateway技术实现多基因共转化；系统优化了农杆菌介导转化参数，在NM5884品系中获得最高6%的转化频率
研究对象（5）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Zea mays L. (NM5884, NM74C) | ABA生物合成与信号转导 | nced | 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase | 催化 | ABA生物合成关键酶，上调内源ABA水平 |
| Zea mays L. (NM5884, NM74C) | ABA信号转导 | rpk | receptor-like protein kinase (RPK) | 调控 | ABA信号上游受体激酶，增强干旱和氧化胁迫耐受 |
| Zea mays L. (NM5884) | 抗性筛选 | hptII | hygromycin phosphotransferase | 催化 | 植物选择标记基因，赋予潮霉素抗性 |
| Zea mays L. (NM5884) | 转录调控 | leaP | — | 调控 | 驱动rpk基因表达的启动子 |
| Zea mays L. (NM5884) | 转录调控 | salT | — | 调控 | 驱动nced基因表达的启动子 |
关键发现
- 最佳转化条件为：20天龄愈伤组织、100 μM乙酰丁香酮、感染时间10 min、共培养2天，NM5884品系获得最大转化频率5.77%（329/5697个PCR阳性）和最高再生频率25.13%
- 外植体先培养20天再侵染使selection II存活率达45.69%，再生频率25.13%
- nced和rpk共表达提高了转基因玉米的ABA含量，干旱胁迫9天后恢复，14天后对照完全干枯而转基因植株保持绿色
- 转基因株系ET-5（Trg-2）在脯氨酸积累、ABA含量和耐旱性方面表现最优
研究结论
通过优化农杆菌介导转化参数，在玉米品系NM5884中实现了6%的转化效率，nced和rpk基因的共表达增强了转基因玉米的耐旱性，Gateway技术可用于稳定转基因植物的多基因叠加，为开发耐逆作物提供有效策略