白城小黑杨遗传转化体系建立及其应用

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2023.05.004

植物研究 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (5): 667-678.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2023.05.004

白城小黑杨遗传转化体系建立及其应用

何旭, 高源, 张群野, 周晨光, 李伟, 李爽()

东北林业大学林木遗传育种全国重点实验室，哈尔滨 150040

收稿日期:2023-01-21 出版日期:2023-09-20 发布日期:2023-09-05
通讯作者: 李爽 E-mail:shuangli@nefu.edu.cn
作者简介:何旭（1998—），男，硕士研究生，主要从事林木遗传育种方面的研究
基金资助:
国家自然科学基金项目(32001331);中央高校基本科研业务费专项资金项目(2572020DR01);黑龙江省头雁行动（林木遗传育种创新研究团队）

Establishment and Application of Genetic Transformation System for Populus simonii×P. nigra ‘Baicheng’

Xu HE, Yuan GAO, Qunye ZHANG, Chenguang ZHOU, Wei LI, Shuang LI()

State Key Laboratory of Forest Tree Genetics and Breeding，Northeast Forestry University，Harbin 150040

Received:2023-01-21 Online:2023-09-20 Published:2023-09-05
Contact: Shuang LI E-mail:shuangli@nefu.edu.cn
About author:HE Xu（1998—），male，postgraduate，mainly engaged in forest genetics and breeding.
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(32001331);Fundamental Research Funds for the Central Universities of China(2572020DR01);Heilongjiang Touyan Innovation Team Program（Tree Genetics and Breeding Innovation Team）

摘要/Abstract

摘要：

以白城小黑杨（Populus simonii×P. nigra ‘Baicheng’）组培苗茎段为外植体，MS为基本培养基，通过调节不同植物生长激素6-BA、NAA、TDZ和IBA浓度诱导其离体再生。基于组织培养系统，经过卡那霉素浓度筛选、侵染时间确定，最终建立适用于白城小黑杨的农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）介导的遗传转化体系。利用该系统成功创制了杨树应拉木形成关键调控基因LBD39（Lateral Organ Boundaries Domain）的过量表达转基因植株。结果表明：白城小黑杨组织培养体系包括不定芽分化诱导、抽茎诱导、生根诱导3个阶段，不定芽分化诱导最适培养基为MS+0.5 mg·L^-1 6-BA+0.1 mg·L^-1 NAA+0.001 mg·L^-1 TDZ，分化率92.6%；抽茎诱导最适培养基为MS+0.2 mg·L^-1 6-BA+0.05 mg·L^-1 NAA，抽茎增值系数6.5；生根诱导最适培养基为1/2 MS+0.4 mg·L^-1 IBA，生根率100%。遗传转化最适卡那霉素质量浓度为30 mg·L^-1、最佳侵染时间为20 min，经30 d不定芽诱导、15~30 d抽茎诱导、25 d生根诱导即可成功获得转基因植株，GUS基因的转化效率为2%。应用此遗传转化体系，对杨树应拉木关键调控基因LBD39进行了过表达植株创制，最终获得5株过表达植株，转化效率为3.3%。

关键词: 白城小黑杨, 组织培养, 遗传转化, LBD39

Abstract:

Stems of Populus simonii×P. nigra ‘Baicheng’ in vitro plants were selected as explants and MS medium was used to establish tissue culture system by adjusting the hormone concentrations of 6-BA， NAA， TDZ and IBA. Based on the tissue culture system， the optimal concentration of kanamycin and infection time were confirmed to establish Agrobacterium tumefaciens-mediated genetic transformation system for P. simonii×P. nigra ‘Baicheng’. By using this system， the transgenic plants overexpressed a key tension wood formation regulator LBD39 （Lateral Organ Boundaries Domain） were created successfully. The results showed that the tissue culture system consisted of three stages， including adventitious bud differentiation induction （MS+ 0.5 mg·L^-1 6-BA+0.1 mg·L^-1 NAA+0.001 mg·L^-1 TDZ， shoot differentiation rate=92.6%）， stem induction （MS+0.2 mg·L^-1 6-BA+0.05 mg·L^-1 NAA， multiplication coefficient=6.5） and rooting induction （1/2 MS+0.4 mg·L^-1 IBA， rooting percentage=100%）. The optimal kanamycin concentration for genetic transformation was 30 mg·L^-1 and the optimal infection time was 20 min， and the transgenic plants were obtained successfully after 30 d of adventitious bud differentiation induction， 15-30 d of stem induction and 25 d of rooting induction with 2% transformation efficiency respectively. By using this system， five overexpressed plants of LBD39 were obtained， and the transformation efficiency was 3.3%.

Key words: Populus simonii×P. nigra ‘Baicheng’, tissue culture, genetic transformation, LBD39

中图分类号:

S792.11

何旭, 高源, 张群野, 周晨光, 李伟, 李爽. 白城小黑杨遗传转化体系建立及其应用[J]. 植物研究, 2023, 43(5): 667-678.

Xu HE, Yuan GAO, Qunye ZHANG, Chenguang ZHOU, Wei LI, Shuang LI. Establishment and Application of Genetic Transformation System for Populus simonii×P. nigra ‘Baicheng’[J]. Bulletin of Botanical Research, 2023, 43(5): 667-678.

图/表 14

表1

表2

图1

表3

图2

表4

图3

图4

图5

表5

图6

图7

图8

图9

参考文献 24

1	王沛雅，杨晖，郭琪，等.分子遗传改良技术在杨树上的研究与应用进展［J］.江苏农业科学，2017，45（20）：17-24.
	WANG P Y， YANG H， GUO Q.Progress of research and application of molecular genetic improvement techniques on poplar trees［J］.Jiangsu Agricultural Sciences，2017，45（20）：17-24.
2	刘殿昆，刘梦然，李志新，等.转TaLEA基因小黑杨无性系生长性状变异研究［J］.植物研究，2015，35（4）：540-546.
	LIU D K， LIU M R， LI Z X，et al.Variation analysis of growth traits of transgenic Populus simonii×P.nigra clones carrying TaLEA gene［J］.Bulletin of Botanical Research，2015，35（4）：540-546.
3	林艳辉.白城市人工杨树林主要栽培品种简介［J］.农家参谋，2020（13）：120.
	LIN Y H.Introduction to the main cultivars of artificial poplar forests in Baicheng［J］.The Farmers Consultant，2020（13）：120.
4	张炜林，赵岩秋，卢孟柱.杨树愈伤组织转化体系优化及PtKNLPa遗传转化［J］.分子植物育种，2022.
	ZHANG W L， ZHAO Y Q， LU M Z.Optimization of callus transformation system and PtKNLPa genetic transformation in Populus alba×P.glandulosa ［J］.Molecular Plant Breeding，2022.
5	俞子承，凌聪，陈赢男，等.雄性二倍体毛白杨再生体系的构建和遗传转化的研究［J］.南京林业大学学报（自然科学版），2022，46（1）：187-196.
	YU Z C， LING C， CHEN Y N，et al.Establishment of regeneration system and study on genetic transformation for male diploid Populus tomentosa ［J］.Journal of Nanjing Forestry University（Natural Sciences Edition），2022，46（1）：187-196.
6	杜兆伟，郑唐春，李爽，等.小黑杨快繁与再生体系的优化［J］.植物研究，2015，35（6）：904-907.
	DU Z W， ZHENG T C， LI S，et al.Rapid propagation and regeneration system of Populus simonii×Populus nigra ［J］.Bulletin of Botanical Research，2015，35（6）：904-907.
7	程贵兰，蔡智军，姜静，等.农杆菌介导小黑杨花粉植株转化体系的建立［J］.广东农业科学，2009（9）：196-199+210.
	CHEN G L， CAI Z J， JIANG J，et al.Establishment of Agrobacterium-mediated transformation System for Populus simonii×P.nigra plants［J］.Guangdong Agricultural Sciences，2009（9）：196-199+210.
8	周彰武，金培林，金晓红，等.白城市林科院杨树抗逆品种［J］.科技资讯，2015，13（29）：95+97.
	ZHOU Z W， JIN P L， JIN X H，et al.Poplar resistant varieties of Baicheng Forestry Academy［J］.Science & Technology Information，2015，13（29）：95+97.
9	牛京萍，刘轶，由香玲.小黑杨花粉植株的获得及遗传转化［J］.福建林业科技，2016，43（4）：13-16.
	NIU J P， LIU Y， YOU X L.Induction and genetic transformation of pollen haploid plants of Populus simonii×P.nigra ［J］.Journal of Fujian Forestry Science and Technology，2016，43（4）：13-16.
10	YU J， ZHOU C G， LI D N，et al.A PtrLBD39-mediated transcriptional network regulates tension wood formation in Populus trichocarpa ［J］.Plant Communications，2022，3（1）：100250.
11	LI S J， ZHEN C， XU W J，et al.Simple，rapid and efficient transformation of genotype Nisqually-1：a basic tool for the first sequenced model tree［J］.Scientific Reports，2017，7（1）：2638.
12	KUMARI P， SINGH S， YADAV S，et al.Influence of different types of explants in chickpea regeneration using thidiazuron seed-priming［J］.Journal of Plant Research，2021，134（5）：1149-1154.
13	KUMARI P， SINGH S， YADAV S，et al.Pretreatment of seeds with thidiazuron delimits its negative effects on explants and promotes regeneration in chickpea （Cicer arietinum L.）［J］.Plant Cell，Tissue and Organ Culture，2018，133（1）：103-114.
14	鹿学程.昭盟小黑杨的选种［J］.内蒙古林业科技，1983（01）：1-12.
	LU X C.Selection of P.× simonigra Chon-Lin Cv.“Zhao”［J］.Journal of Inner Mongolia Forestry Science and Technology，1983（01）：1-12.
15	李成浩，李俊秀，杨静莉.影响小黑杨花药培养中花粉愈伤组织诱导与不定芽分化的几个生理因素［J］.植物生理学通讯，2008，44（3）：491-494.
	LI C H， LI J X， YANG J L.Several physiological factors influencing pollen callus and adventitious bud induction in anther culture of Populus simonii×P.nigra ［J］.Plant Physiology Journal，2008，44（3）：491-494.
16	TZFIRA T， JENSEN C S， VAINSTEIN A，et al.Transformation and regeneration of transgenic aspen plants via shoot formation from stem explants［J］.Physiologia Plantarum，1997，99（4）：554-561.
17	丁依，巩彦酉，欧品莉，等.杨树组织培养研究综述［J］.天津农业科学，2018，24（11）：82-85.
	DING Y， GONG Y Y， OU P L，et al.Research review on the tissue culture of Populus ［J］.Tianjin Agricultural Sciences，2018，24（11）：82-85.
18	RADEMACHER W.Plant growth regulators：backgrounds and uses in plant production［J］.Journal of Plant Growth Regulation，2015，34（4）：845-872.
19	MAHESHWARI P， KOVALCHUK I. Agrobacterium-mediated stable genetic transformation of Populus angustifolia and Populus balsamifera ［J］.Frontiers in Plant Science，2016，7：296.
20	SONG C W， LU L， GUO Y Y，et al.Efficient Agrobacterium-mediated transformation of the commercial hybrid Poplar Populus alba×Populus glandulosa Uyeki［J］.International Journal of Molecular Sciences，2019，20（10）：2594.
21	WEN S S， GE X L， WANG R，et al.An efficient Agrobacterium-mediated transformation method for hybrid poplar 84K（Populus alba×P.glandulosa） using calli as explants［J］.International Journal of Molecular Sciences，2022，23（4）：2216.
22	徐正康，陆静，陈赢男.四种常用杨树遗传转化材料对卡纳霉素敏感性探究［J］.分子植物育种，2022：1-8.
	XU Z K， LU J， CHEN Y N.Exploration of the sensitivity to kanamycin of four poplars commonly used for genetic transformation［J］.Molecular Plant Breeding，2022：1-8.
23	HAN K H， MEILAN R， MA C，et al.An Agrobacterium tumefaciens transformation protocol effective on a variety of cottonwood hybrids（genus Populus）［J］.Plant Cell Reports，2000，19（3）：315-320.
24	王沛雅，杨晖，杨涛，等.农杆菌介导的河北杨遗传转化体系的建立［J］.生物技术通报，2012（3）：141-147.
	WANG P Y， YANG H， YANG T，et al.Establishment of system for genetic transformation of Agrobacterium tumefaciens mediated transformation of Populus hopeiensis with growth-promoting gene［J］.Biotechnology Bulletin，2012（3）：141-147.

处理 Treatment	植物生长调节剂 Plant growth regulators/（mg·L^-1）		抽茎增殖系数 Stem proliferation coefficient
处理 Treatment	6-BA	NAA	抽茎增殖系数 Stem proliferation coefficient
1	0.1	0.05	4.0±0.08 b
2	0.1	0.10	2.8±0.12 d
3	0.2	0.05	6.5±0.10 a
4	0.2	0.10	3.1±0.10 c

处理 Treatment	植物生长调节剂 Plant growth regulators/（mg·L^-1）		生根率 Rooting percentage/%
处理 Treatment	IBA	NAA	生根率 Rooting percentage/%
1	0.1	0.02	72.5±1.44 f
2	0.1	—	78.3±0.83 e
3	0.2	0.02	79.2±2.20 de
4	0.2	—	82.5±2.89 de
5	0.3	0.02	84.2±2.20 cd
6	0.3	—	88.3±1.67 bc
7	0.4	0.02	92.5±1.44 b
8	0.4	—	100.0±0.00 a

[1]	杜金霞, 申婷婷, 王浩然, 林一萍, 李慧玉, 张连飞. 白桦BpSPL9基因抑制表达载体的构建及遗传转化研究[J]. 植物研究, 2023, 43(1): 30-35.
[2]	李登高, 林睿, 穆青慧, 周娜, 张焱如, 白薇. 马铃薯StNPR4基因的克隆与功能分析[J]. 植物研究, 2022, 42(5): 821-829.
[3]	齐凤慧, 王雯萱, 刘林, 汤明硕, 宋飞翔, 詹亚光. 基于液—固交替培养的水曲柳快速微繁系统研究[J]. 植物研究, 2022, 42(2): 184-190.
[4]	钟世浚, 张碧东, 赖世婷, 刘华敏. 红花龙胆组培快繁体系研究[J]. 植物研究, 2021, 41(5): 753-759.
[5]	刘瑞, 张嘉仪, 葛超奇, 谢露露, 陈颖, 张粲, 陈茜. 2个北美冬青新品种组培快繁高效再生技术体系的建立[J]. 植物研究, 2021, 41(2): 221-231.
[6]	袁云香. 小果卫矛愈伤组织诱导及植株再生体系的建立[J]. 植物研究, 2020, 40(5): 673-678.
[7]	张磊, 熊欢欢, 曹庆, 赵佳丽, 张含国. 瞬时遗传转化长白落叶松NAC基因植株抗旱性的研究[J]. 植物研究, 2020, 40(3): 394-400.
[8]	肖祖飞, 王玲玲, 曹璐瑶, 廖文轩, 金志农, 李凤, 吕雄伟, 张北红, 赵姣. 柠檬醛猴樟茎段组织培养技术研究[J]. 植物研究, 2020, 40(2): 196-201.
[9]	丁宝娟, 安利佳, 苏乔. 过表达钾转运蛋白基因trkH提高玉米的钾营养[J]. 植物研究, 2020, 40(1): 141-147.
[10]	颜斌, 武丹阳, 李慧玉. 白桦BpBEE2基因的遗传转化及抗逆性分析[J]. 植物研究, 2019, 39(2): 287-293.
[11]	周芳, 徐剑秋, 安娟艳, 蒋洪毛, 王珍熹, 张天星, 李开隆. 短瓣金莲花种子无菌萌发与幼苗快繁技术初探[J]. 植物研究, 2018, 38(4): 619-624.
[12]	葛晓兰, 刘彩霞, 张鑫鑫, 李莹, 曲冠证. 柽柳ThDUF106基因的植物表达载体构建及其功能验证[J]. 植物研究, 2018, 38(2): 260-267.
[13]	王丽娜, 王玉成, 杨传平. 84K杨愈伤组织再生体系和直接分化再生体系遗传转化的比较性研究[J]. 植物研究, 2017, 37(4): 542-548.
[14]	安建平, 王小非, 刘鑫, 李浩浩, 由春香, 郝玉金. 苹果生长素输入载体MdAUX1的基因克隆及在拟南芥和烟草中的遗传转化[J]. 植物研究, 2016, 36(6): 902-908.
[15]	陆玉建, 张韩杰, 韩文瑜, 沈志强. 农杆菌介导rd29A启动子驱动otsB基因转化紫茉莉的研究[J]. 植物研究, 2016, 36(3): 401-408.

白城小黑杨遗传转化体系建立及其应用

Establishment and Application of Genetic Transformation System for Populus simonii×P. nigra ‘Baicheng’

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 14

参考文献 24

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

处理 Treatment	植物生长调节剂 Plant growth regulators/（mg·L^-1）			不定芽分化率 Adventitious bud differentiation rate/%
处理 Treatment	6-BA	NAA	TDZ	不定芽分化率 Adventitious bud differentiation rate/%
1	0.1	0.1	—	63.0±2.14 e
2	0.2	0.1	—	71.6±1.64 d
3	0.3	0.1	—	79.0±2.67 c
4	0.4	0.1	—	82.7±2.47 bc
5	0.5	0.1	—	86.4±1.23 ab
6	0.5	0.1	0.001	92.6±2.11 a