佯黄竹胚性愈伤组织与体细胞胚形成的研究

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中文摘要：竹子是世界上生长最快的植物之一，它们可以在2-4个月内完成生长期。由于它广泛应用于造纸工业和建筑工业，更多的研究认识到有必要通过培育新种质来改变纤维素和木质素的含量。但竹子在生活史上明显不同于其他植物，其开花后即死亡，因此，竹子遗传改良通过传统杂交育种方式比较困难。通过外源基因遗传转化竹子，可以达到定向遗传改良的目的，而愈伤组织和体细胞胚是建立竹子遗传转化体系的前提和基础。佯黄竹(Bambusa Changlingensis Yi et B.X.Li)是一种新的竹子品种，是硬头黄竹和梁山慈竹的天然杂交种，佯黄竹的野生资源仅分布在四川省长宁县和兴文县。迄今为止，佯黄竹的研究主要集中在纤维和制浆方面，之前的研究表明，佯黄竹的纤维素含量为52.54%，平均纤维长度为2.52mm，纤维长径比为131.5，制浆率为52.5%，但是佯黄竹受到广泛关注是由于其极强的再生能力。本文研究了佯黄竹竹芽诱导愈伤组织的产生，进一步诱导获得佯黄竹胚性愈伤组织，通过形态学，解剖学，生理学和转录组学等手段研究了佯黄竹胚性愈伤组织的形成和调控机制，为佯黄竹遗传转化和快速繁殖体系的建立奠定基础。主要研究结果如下：（1）佯黄竹无菌竹芽是其诱导愈伤组织较为理想的外植体，使用MS2培养基，黑暗，25℃条件下培养15d后佯黄竹愈伤组织开始出现。（2）在添加椰子粉的CMS2 培养基上非胚性愈伤组织大量增殖分化，生长速度远高于MS2培养基，且在25d时增殖速率达到最高。（3）在CMS5培养基上初步诱导形成的胚性愈伤组织，转移到XMS、MSA、MSB和MSC培养基上生长30天的胚性愈伤组织与CMS2 上的非胚性愈伤组织相比，愈伤组织质地更加紧实，颜色更黄。通过对XMS、MSA、MSB和MSC培养基上生长的胚性愈伤组织的生长素、赤霉素、6-BA和乙烯含量，可溶性糖、可溶性蛋白和淀粉含量，以及POD酶活性综合分析，结果发现XMS培养基最有利于胚性愈伤组织的形成。（4）转录组分析结果表明，佯黄竹胚性愈伤组织和非胚性愈伤组织之间存在10160个差异表达基因，这些差异表达基因可能参与了佯黄竹胚性愈伤组织的形成，通过GO注释和KEGG通路富集注释发现，这些差异表达基因主要参与到植物的细胞激素信号转导途径、氨基酸生物合成途径、碳代谢途径、淀粉和蔗糖代谢途径以及苯丙氨酸生物合成途径等。各个差异表达基因在胚性愈伤组织形成的不同阶段呈现不同的表达模式。（5）佯黄竹胚性愈伤组织形成过程中，胚性愈伤组织中除了植物生长素响应因子ARF基因家族中ARF3、ARF9、ARF13、ARF17、ARF23的表达呈上调外，所有IAA差异表达基因都呈现下调，植物生长素响应基因SAUR家族中SAUR36、SAUR39、SAUR72的表达也都呈下调；与赤霉素合成相关的GASA家族基因中GASA和GASA1以及2个GA2OX家族基因在胚性愈伤组织中表达量也下调，这些差异表达基因的变化与胚性愈伤组织中生长素含量和赤霉素的含量显著低于非胚性愈伤组织的结果一致，说明培养基中生长素和赤霉素的含量过高可能会抑制佯黄竹胚性愈伤组织的形成。（6）佯黄竹胚性愈伤组织形成过程中，发现了33个与氨基酸代谢相关的差异表达基因，其中大部分差异表达基因在佯黄竹胚性愈伤组织中呈现上调，这些基因大多数与氨基酸转运(AVT)、烟酰胺转氨酶(NAAT)和氨基酸转移酶(AAT、BCAT、GDCST)有关；发现了7个与糖代谢相关的差异表达基因，其中包括蔗糖磷酸合酶(SPS)基因、糖转运蛋白(SUT4)基因和半乳糖醇-蔗糖半乳糖基转移酶(RFS)基因，其在佯黄竹胚性愈伤组织中表达量均为上调，这些差异表达基因的变化与胚性愈伤组织中可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白的含量上升的结果相符，说明高含量的可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白会促进胚性愈伤组织的形成。（7）在液体XMS培养基中悬浮振荡培养处于对数生长期的佯黄竹胚性愈伤组织， 7 d后过100目筛的细胞经过15 d悬浮培养形成小细胞团，20d后形成同步化的球形胚， 25天后大量形成心形胚，而后形成鱼雷胚和带有子叶的成熟胚，建立了佯黄竹悬浮细胞诱导体细胞培养体系。

作者：

谈佳瑞

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关键词：

佯黄竹胚性愈伤组织体细胞胚遗传转化快速繁殖体系

授予学位：

硕士

学科专业：

生物学

导师：

胡尚连

学位年度：

2022

学位授予单位：

西南科技大学

语种：

中文

中图分类号：