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发根农杆菌诱导广藿香毛状根的研究

2024-09-02 来源:乌哈旅游
广东药学院学报 Journal ofGuangdong Pharmaceutical 而e Apr.2015,31(2) 发根农杆菌诱导广藿香毛状根的研究 黄伟剑,何梦玲,张宏意,严寒静 (广东药学院中药学院,广东广州510006) 摘要:目的筛选诱导广藿香毛状根的最佳条件,建立广藿香毛状根诱导体系,并以此体系作为下一步研 究的基础。方法采用共培养法,用发根农杆菌ATCC15834和C58C1,经预培养、侵染、共培养和除菌操 作诱导广藿香外植体产生毛状根。结果预培养时间为2 d,乙酰丁香酮质量浓度为15 m#L,侵染时问 为25 min,共培养时间为2 d,发根农杆菌ATCC15834和C58C1诱导率均达到最高,分别为83.3%和 80.5%;PCR扩增结果证文,发根农杆菌Ri质粒的T—DNA部分已在广藿香毛状根的基因组中整合及表 达,说明广藿香毛状根已经被成功诱导。结论成功诱导并建立了广藿香毛状根诱导体系。 关键词:广藿香;毛状根:诱导;发根农杆菌:ATCC15834:C58C1 中图分类号:R282.2文献标志码:A doi:10.3969/j.issn.1006—8783.2015.02.004 文章编号:1006—8783(2015)02—0156—05 Study on inducing hairy roots of Pogostemon cablin Ait.by Agrobacterium rhizogenes HUANG Weijian,HE Mengling,ZHANG Hongyi,YAN Hanjing (School of Traditional Chinese Medicine,Guangdong Pharmaceutical University,Guangzhou 5 10006,China) Abstract:Objective To obtain the best conditions of inducing hairy roots of Pogostemon cablin and establish the system of inducing hairy roots of Pogostemon cablin and provide basis for further study. Methods Co-culture method was used to induce haiy roots of Pogostremon cablin by Agrobacterium rhizogenes ATCC15834 and C58C1 after pre culture,infection,CO—culture and sterilization operations. Results Under the conditions of pre culture for 2 days,15 mg/L acetosyringone,infection of 25 min and CO- culture for 2 days,the induction rate of Agrobacterium rhizogenes ATCC15834 and C58C1 infecting Pogostemon cablin explants were the highest of 83.3%and 80.5%.The PCR ampliicatifon results confirmed that the part of T—DNA from Ri plasmid of Agrobacterium rhizogenes was in Pogostemon cablin hairy root genome integration and expression,indicating that Pogostemon cablin haiy rootsr have been induced successfully.Conclusion The system of inducing hairy roots of Pogostemon cablin were successfully induced and established. Key words:Pogostemon cablin;hairy roots;induce;Agrobacterium rhizogenes;ATCC 1 5834;C58C 1 广藿香[Pogostemon cablin(Blanco)Benth.]为 唇形科刺蕊草属植物,以干燥地上部分人药,性辛、 微温,具有芳香化浊、和中止呕、发表解暑等功效,原 产菲律宾,东南亚各地栽培较多,中国南方地区也有 大量栽培,是广东“十大广药”之一…。 收稿日期:2014.12.17 发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)是根瘤菌 科(Rhizobiacea)农杆菌属(Agrobacterium)的一种革 兰阴性细菌,它能够感染大多数双子叶植物和少数 单子叶植物以及个别裸子植物 。]。发根农杆菌含 有致根Ri质粒,当发根农杆菌侵染植物时, 质粒 基金项目:广东省科技厅项目(粤科规划字[2012]145号);广东省中医药管理局项目(20111252);中山市科技计划项目 (20101H019) 作者简介:黄伟剑(1989一),男,2012级硕士研究生;Email:huangwe ̄ian23@163.corn;通信作者:严寒静(1972一),女,副教授, 从事药用植物种质资源多样性评价,电话:020.39352176,Email:yanhanjingl211@163.con。 网络出版时间:2015.03.30 16:23网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/44.1413.R.20150330.1623.004.html 第2期 黄伟剑.等.发根农杆菌诱导广藿香毛状根的研究 157 上的T.DNA在 基因的协助下整合进入植物的核 基因组,表达后会产生许多生长迅速、多分支成毛状 的不定根,称为毛状根。毛状根具有生长速度快、激 素自主性和遗传稳定等特点.已成为得到植物次生 代谢产物的重要途径[4-61。除此以外,还可以利用毛 状根转基因的特性培育新品种;利用毛状根高度的 繁殖潜能制作人工种子:利用毛状根的稳定性进行 与根相关的理论研究等_2]。 本研究利用发根农杆菌ATCC15834和C58C1 侵染广藿香外植体,研究预培养时间、乙酰丁香酮质 量浓度、侵染时间和共培养时间对广藿香毛状根诱 导率的影响,得到诱导广藿香毛状根的最佳条件,为 下一步研究提供理论支持。 1材料与方法 1.1 广藿香无菌苗的制备 广藿香采于广东药学院药用植物园,经广东药 学院中药学院刘基柱副教授鉴定为广藿香 Pogostemon cablin(Blanco)Benth.。 广藿香叶片外植体先用体积分数75%乙醇浸 泡4 S,无菌水冲洗3次;再加入质量分数0.1%升汞 溶液,浸泡15 rain,无菌水冲洗.重复4次。灭菌后 的广藿香外植体用剪刀割为1 em 小块并培养在 MS(murashige and skoog medium)+0.1 m#L NAA (萘乙酸)+0.2 mg/L 6.BA(6一苄氨基腺嘌呤)培养 基中。在光照14 h/d、25 c【=条件下培养20 d,广藿 香外植体形成愈伤组织并产生丛芽。把丛芽移栽到 1/2 MS培养基中进行生根培养,在光照14 h/d、25 ℃条件下培养得到广藿香无菌苗。 1.2发根农杆菌菌株及其培养 发根农杆菌ATCC 15834菌株,由广东省林业科 学研究院王洪峰研究员惠赠;发根农杆菌C58C1菌 株,由西南大学廖志华教授惠赠 1.2.1发根农杆菌的保存 发根农杆菌保存于发 根农杆菌培养基(YEB。AgrobacteriIZm rhizoge凡e medium)液体培养基中,菌液与灭菌甘油以7.5:2.5 (体积比)混合均匀后于一80℃下长期保存 1.2.2 发根农杆菌的活化 发根农杆菌 ATCC15834在YEB固体培养基(pH 7.4)上划线培 养,发根农杆菌C58C1在含利福平40 mg/L的YEB 固体培养基(pH 7.4)上划线培养,28℃黑暗条件下 培养48 h,直到长出单菌落。挑取1个单菌落接种 于YEB液体培养基中,140 r/min、28℃、黑暗条件 下振荡培养16 h,此时的YEB液体培养基由接种前 透明的黄棕色变成浑浊的淡黄色,证明发根农杆菌 已正常长出。取10 mL已活化的菌液加人20 mL已 灭菌的YEB液体培养基中(OD ∞=0.6)用于侵染广 藿香外植体。 1.3广藿香毛状根的诱导 1.3.1预培养将广藿香无菌苗叶片外植体于主 脉处垂直切割成1 em 小块,接种在无激素的MS固 体培养基上,25℃、黑暗条件下分别预培养1、2、3 d。 1.3.2侵染 将预培养后的外植体移至已经活化 好的发根农杆菌悬液中,分别加入10、15、20 m#L 的乙酰丁香酮溶液,侵染时间分别为l0、15、20、25、 30 min,期间不断振荡,用无菌滤纸吸取外植体表面 多余的菌液。 1.3.3共培养将侵染后的外植体,接种在无激素 的MS培养基中,在25℃、黑暗条件下分别共培养 1、2、3 d。 1.3.4除菌共培养长出菌斑后,用无菌水清洗菌 斑并用灭菌后的滤纸把多余的水吸干,将外植体移 至MS+500 mg/L的头孢噻肟钠培养基中,25℃、14 h/d散射光下进行培养,每7 d转接1次,反复继代 除菌,直到培养基没有菌斑出现。 1.4广藿香毛状根的鉴别 采用改良CTAB ]法提取广藿香毛状根总 DNA用作PCR扩增的模板,并用相同的方法提取 广藿香无菌苗正常不定根的总DNA.以r0Z 基因 作为PCR扩增的引物。 z B引物:P1,5 一GCT CTT GCAGT G CTA GAT TT一3 ;P2,5 .GAA GGT GCA AGC TAC CTCTC一3 。PCR扩增条件为:94℃预变 性5 min,94℃变性30 s,58℃退火30 S,72 延伸 1 rain,进行35个循环;最后72℃延伸10 min,12℃ 保存_1 。PCR产物用质量分数0.8%琼脂糖凝胶电 泳和核酸染色进行分析。 2结果与分析 2.1 乙酰丁香酮质量浓度对广藿香毛状根诱导率 的影响 乙酰丁香酮是一种酚类化合物,可诱发发根农 杆菌内Ri质粒DNA上 基因的活化和高效表达. 促进农杆菌T.DNA向宿主细胞核转移,从而提高遗 传转化效率ll 。乙酰丁香酮广泛应用于双子叶植 物和单子叶植物的发根农杆菌介导的遗传转化中。 适当浓度的乙酰丁香酮可以提高转化率,但浓度过 高,会产生毒害作用l】引。 由表1可知,添加不同质量浓度的乙酰丁香酮 l58 广东药学院学报 第31卷 对广藿香毛状根的诱导率有显著的影响。乙酰丁香 酮质量浓度为15 mg/L时,发根农杆菌ATCC15834 和C58C1的诱导率均达到最高,分别为68.1%和 50.0%。此时,发根农杆菌能够充分识别宿主细胞。 诱导率达到最高。乙酰丁香酮质量浓度为10 mg/L 时,由于质量浓度较低,发根农杆菌不能充分识别宿 主细胞,诱导率仅为58.3%和25.0% 当乙酰丁香 酮质量浓度达到20 mg/L时,由于质量浓度较高。产 生毒害作用阻碍了发根农杆菌与宿主细胞的结合, 诱导率分别降为13.9%和44.4% 表1 乙酰丁香酮质量浓度对广藿香毛状根诱导率的影响 Table 1 Effect of AS concentration on induction rate of Pogostemon cablin hairy roots 2.2预培养时间对广藿香毛状根诱导率的影响 外植体在侵染前要经过一定时间的预培养,因 为外植体产生伤口后在愈合的过程中会形成并释放 乙酰丁香酮等物质作为诱导发根农杆菌识别的信号 分子。经过预培养后,外植体能形成并释放这种信 号分子,提高转化率。同时,由于过敏反应的影响, 经发根农杆菌感染的外植体伤口处细胞可能导致褐 化.严重影响根的形成以及转化率,预培养也能较好 的解决褐化问题l】ol ]。 由表2可知。预培养时间为1 d时.发根农杆菌 ATCC15834和C58C1诱导广藿香毛状根诱导率分 别为75.0%和66.7%:预培养时间增加到2 d时,诱 导率达到最高,分别为83.3%和80.5%;预培养时间 增加到3 d时,诱导率有明显的下降。分别为66.7% 和58.3%。 2.3侵染时间对广藿香毛状根诱导率的影响 侵染的主要作用是让发根农杆菌与外植体充分 接触,并在乙酰丁香酮的作用下,对外植体进行有效 的感染。侵染时间过短,发根农杆菌与外植体没能 充分接触,不能对外植体进行有效的感染,会导致诱 导率较低。但侵染时间过长,外植体与发根农杆菌 过分接触,在共培养过程中会导致外植体伤口处长 满农杆菌,外植体由于农杆菌的毒害作用,最终会导 致外植体褐化、软腐和死亡,最终导致诱导率降低;另 外,侵染时间过长,导致附着在外植体表面和伤口处 的发根农杆菌数量较多,会增加除菌的次数和难度。 由表3可知.侵染时间为25 rain时,发根农杆 菌ATCC15834和C58C1诱导广藿香毛状根诱导率 达到最高,均为80.5%;侵染时间少于25 rain时,由 于发根农杆菌与外植体不能充分接触。不能进行有 效的感染,诱导率低于80.5%;侵染时间为30 rain 时,由于侵染时间过长导致的毒害作用,诱导率有所 下降。 表2预培养时间对广藿香毛状根诱导率的影响 Table 2 Effect of pre culture time on induction rate of Pogostemon cablin haiyr roots 表3侵染时间对广藿香毛状根诱导率的影响 Table 3 Effect of infeetion time on induction rate of Pogostemon cablin hairy roots 2.4共培养时间对广藿香毛状根诱导率的影响 外植体侵染过后要进行一段时间的共培养。共 培养的主要作用是在培养基的作用下,外植体继续 与发根农杆菌接触,使T.DNA整合进入植物的核基 因组。随着共培养时间的增加,外植体与发根农杆 l60 广东药学院学报 第31卷 上去,所以诱导率达到最高。但预培养时间为3 d 时,诱导率有所下降,原因可能是预培养时间过长使 外植体开始向愈伤组织分化,感受态降低所致。 毛状根的培养已经广泛应用于植物次生代谢产 物的生产,并已成为获取植物次生代谢产物的重要 途径。王莉等_】 ]利用发根农杆菌LBA9402诱导何 首乌毛状根并对其产生的活性成分进行检测,结果 表明毛状根培养物中大黄酸的质量分数是原植物的 2.85倍。孙敏等ll 8]建立长春花毛状根培养体系并 对其生物碱质量分数进行测定,结果表明不同组织 中生物碱的质量分数不同,其中以毛状根的质量分 数最高(33.157 mg/g),分别是原植株根、茎、叶、愈 CTAB DNA extraction procedure for plants belonging to the family proteaeeae[J].Plant Mol Biol Rep,1994,12(2): 106—109. [8]王颖芳,贾真,韩彬,等.改进CTAB法提取红豆杉毛状 根DNA[J].亚太传统医药,2012,8(4):19—20. [9]YAN Miaomiao,WEI Guangchen,PAN Xiaohong,et a1.A method suitable for extracting Genomic DNA from animal and plant——modified CTAB method[J].Agr Sci Tech, 2008,9(2):38—41. [1O]孙敏.药用植物毛状根培养与应用[M].重庆:西南师范 大学出版社,2010:29.33. [11]邓艺,曾炳山,赵思东,等.乙酰丁香酮在农杆菌介导的 遗传转化中的作用机制及应用[J].安徽农业科学, 2010,38(5):2229—2232. 伤组织的32.75、49.01、24.50、35.34倍。 本研究已经成功利用发根农杆菌ATCC15834 和C58C1诱导广藿香毛状根,下一步将进行毛状根 的离体培养、质量分数测定等研究。 参考文献: 12]施和平.李玲,潘瑞炽.乙酰丁香酮对发根农杆菌遗传 转化黄瓜的影响 J].云南植物研究,1997,19(4):445— 448. 『13]杨慧洁,杨世海.发根农杆菌介导的药用植物遗传转化 研究 J_.生物技术通报,2009(1):l6—21. 『1]国家药典委员会.中华人民共和国药典:2010年版一部 『M1.北京:中国医药科技出版社,2010:42—43. [2]赵爽,潘少丽.毛状根培养技术在中草药中的应用[J]. 时珍国医国药,201l,22(6):1483—1484. [3]张来,罗正伟,张显强,等.发根农杆菌Ri质粒的特征及 [14]BOLTON G W,NESTER E W,GORDON M P.Plant phenolic compounds induce expression of the Agrobacterium tumefaciens locineeded for virulence[J]. Science,1986,232(4753):983—985. [15]STACHEL S E,NERSTER E W,ZAMBRYSKI P C.A plant cell factor induces Agrobacterium tumefaciens vir 其应用『J].安徽农业科学,2010,38(15):8183—8185. 『4]陈伟莉,牟旭鹏,刘冬影.毛状根在植物次生代谢产物生 产方面应用的研究进展[J].黑河学院学报,2010,11 (4):122—126. gene expression[J].Proc Natl Acad Sci,1986,83(2): 379—383. 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