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牡丹B类ARR-WUS互作响应细胞分裂素调控愈伤组织形成再生芽研究

批准号:
32102415
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
任秀霞
学科分类:
观赏园艺学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
任秀霞

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
牡丹集观赏、食用和药用于一身,市场潜力巨大。但无性繁殖效率低、高效再生体系缺乏严重阻碍了牡丹产业和基础研究的发展。完善再生体系是高效扩繁和实现遗传转化的关键所在。申请人前期研究发现细胞分裂素能够诱导牡丹愈伤形成再生芽,但不同牡丹基因型和外植体再生芽诱导率差异巨大。本研究基于已建立的‘秋发1号’叶片再生芽诱导体系,利用组织学观察确定愈伤诱导再生芽的关键时期,采用RNA-seq等初步筛选得到了2个关键B类ARR和WUS候选基因。通过转染拟南芥突变体验证其生物学功能;利用原位杂交技术研究ARR和WUS的组织表达模式,确定其响应时期和作用部位;运用双荧光素酶报告基因检测试验和EMSA技术研究ARR-WUS的互作模式,并明确细胞分裂素对其互作效应的影响。项目的实施有望阐明牡丹B类ARR-WUS互作调控愈伤组织形成再生芽的机制,为增强牡丹特定品种、外植体的再生诱导率以及基因工程育种奠定理论基础。
英文摘要
Tree peony can be used for ornamental, edible and medicinal purposes with a huge market value. However, low asexual reproduction efficiency and the lack of efficient regeneration system have seriously hindered the development of tree peony industry and basic research. Improving regeneration system is vital for efficient propagation and genetic transformation. We found that cytokinin can induce tree peony shoot regeneration from callus, but the regeneration efficiency of different peony genotypes and explants varied greatly. In this study, the mechanism of cytokinin-regulated shoot regeneration will be studied based on the established shoot regeneration system from leaves of ‘Qiufa 1’. Key induction periods of shoot regeneration from callus were determined by structural features. Two key genes of B-type ARR and WUS were screened based on RNA-seq and so on. We will verify the function of the key genes using genetic transformation technique. The tissue expression patterns of ARR and WUS during shoot regeneration from callus will be studied by in situ hybridization, determining its response period and action site. Dual-luciferase reporter gene assay and EMSA techniques will be used to investigate the interaction model of ARR-WUS, and determine the effect of cytokinin on their interaction. The implementation of this project is expected to elucidate the mechanism of shoot regeneration from callus by type B ARR-WUS interaction in tree peony, and lay a theoretical foundation for enhancing the regeneration efficiency for specific variety and explant, and genetically engineered breeding.
牡丹是中国原产花卉,兼具药食赏价值,经济效益颇高。然而传统繁殖技术扩繁系数低、周期长,且受季节限制,严重阻碍了优质种苗的高效生产。同时,高效再生体系缺乏限制了遗传转化等技术研发,制约基础研究发展。系统研究牡丹再生机制,对于进一步提高再生诱导率,促进种苗高效扩繁和基础研究发展具有重要的理论价值和现实意义。项目组前期发现细胞分裂素能够诱导牡丹再生芽形成。本项目主要内容包括:1)建立牡丹叶片再生技术体系,明确牡丹再生芽诱导过程中形态变化规律及外源细胞分裂素对再生芽发生的影响。本部分主要通过优化消毒步骤,结合不同基因型、不同发育时期取样及激素浓度研究,建立了一套高效的牡丹叶片再生技术体系,在此基础上采用体式显微镜等方法监测牡丹叶片再生诱导过程中组织形态变化,明确再生芽诱导的关键时期及其组织学特征,为再生机制研究奠定基础。2)明确PsRR基因及再生决定基因PsWUS的表达模式,对关键PsRR和PsWUS进行克隆及功能鉴定分析。本部分通过系统分析高浓度细胞分裂素处理下不同诱导时期组织中PsRRs和PsWUS的表达模式,发现B类PsRRs在整个再生诱导过程中呈现相似的表达趋势,在愈伤形成前出现了一个表达峰值,愈伤形成后处于一个相对较低的状态,体胚形成过程中表达又逐步增高,其中PsRR12表达水平最高,PsRR1次之,而PsWUS则在体胚时期表达量最高,表明B类PsRRs在愈伤诱导和体胚形成过程中起到重要作用,并确定了关键同源基因可能为PsRR12和PsRR1,而PsWUS为体胚形成的关键基因,进一步对上述关键基因进行克隆,并通过拟南芥过表达鉴定其功能,发现过表达PsWUS、PsRR1、PsRR12株系加快了愈伤诱导的速度,愈伤组织体积均显著大于野生型,再生芽数量也均显著高于野生型。3)关键B类PsRR与PsWUS启动子的互作机制分析。本部分分析了PsWUS启动子元件,并通过酵母单杂交技术明确了PsRR1能够与PsWUS启动子第二段直接结合,而PsRR12能够与PsWUS启动子第六段直接结合。本研究可为牡丹再生和遗传转化等技术优化提供技术支撑和理论指导。
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