园艺学报 ›› 2025, Vol. 52 ›› Issue (4): 908-920.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2024-0448
田壮, 房晨曦, 刘雅婷, 王雨桐, 薛林蕾, 石嘉欣, 任天放, 张俊卫, 包满珠, 张杰*()
收稿日期:
2024-12-25
修回日期:
2025-01-24
出版日期:
2025-05-08
发布日期:
2025-04-25
通讯作者:
基金资助:
TIAN Zhuang, FANG Chenxi, LIU Yating, WANG Yutong, XUE Linlei, SHI Jiaxin, REN Tianfang, ZHANG Junwei, BAO Manzhu, ZHANG Jie*()
Received:
2024-12-25
Revised:
2025-01-24
Published:
2025-05-08
Online:
2025-04-25
摘要:
以梅花(Prunus mume)花瓣为受体,β-葡萄糖苷酸酶基因(GUS)为报告基因,通过单因素、正交试验对影响梅花花瓣瞬时转化效率的7个主要因素进行了分析。对不同侵染方式、侵染时间、发育阶段和基因型进行单因素试验。结果表明,整花真空法、侵染时间为15 min、发育阶段为初开期和‘雪梅’基因型的GUS瞬时表达率最高。三因素水平正交试验结果表明,对梅花花瓣GUS瞬时表达的影响大小依次为共培养时间、农杆菌类型、侵染浓度(OD600值),其中,以农杆菌EHA105、OD600值为0.6、共培养5 d的花瓣GUS瞬时表达率最高(32.67%),并以梅花花青素合成基因(PmANS)为目的基因对筛选出的最优组合进行了成功验证。
田壮, 房晨曦, 刘雅婷, 王雨桐, 薛林蕾, 石嘉欣, 任天放, 张俊卫, 包满珠, 张杰. 梅花花瓣瞬时转化体系构建[J]. 园艺学报, 2025, 52(4): 908-920.
TIAN Zhuang, FANG Chenxi, LIU Yating, WANG Yutong, XUE Linlei, SHI Jiaxin, REN Tianfang, ZHANG Junwei, BAO Manzhu, ZHANG Jie. Construction of Transient Transformation System of Petals in Prunus mume[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2025, 52(4): 908-920.
图1 ‘雪梅’梅花4个发育阶段花朵形态 气球期:花蕾松动、但花瓣未展开;初开期:部分花瓣稍微展开;碗状期:花瓣半展开;盛开期:花瓣完全展开且充盈丰富
Fig. 1 Flower morphology at four developmental stages of Prunus mume‘Xuemei’ Balloon stage:The buds are loose but the petals are not spread;Initial blooming stage:Some of the petals are slightly spread;Bowl stage:The petals are half spread;Blooming stage:The petals are fully spread and abundant
引物名称Primer | 序列(5′-3′)Sequence |
---|---|
ANS-T | F:ATGGTGAGCTCTGATTCAGTGG;R:TCACTTGTTGAGCAGAGCCTC |
pBI-PmANS | F:GAGAACACGGGGGAC TCTAGAATGGTGAGCTCTGATTCAGTGGA; |
R:ATAAGGGACTGACCA CCCGGGTCACTTGTTGAGCAGAGCCTCTT | |
ANS(121) | F:ATGGTGAGCTCTGATTCAGTGG;R:ACTTTTCCCGGCAATAACATACGG |
ANS-1-2 | F:CCAGGCCTCTGGCAAAATTC;R:GGCCAAATGGACAAGTCACG |
表1 本研究中所用引物序列
Table 1 Primers sequence used in this study
引物名称Primer | 序列(5′-3′)Sequence |
---|---|
ANS-T | F:ATGGTGAGCTCTGATTCAGTGG;R:TCACTTGTTGAGCAGAGCCTC |
pBI-PmANS | F:GAGAACACGGGGGAC TCTAGAATGGTGAGCTCTGATTCAGTGGA; |
R:ATAAGGGACTGACCA CCCGGGTCACTTGTTGAGCAGAGCCTCTT | |
ANS(121) | F:ATGGTGAGCTCTGATTCAGTGG;R:ACTTTTCCCGGCAATAACATACGG |
ANS-1-2 | F:CCAGGCCTCTGGCAAAATTC;R:GGCCAAATGGACAAGTCACG |
侵染方式 Infection mode | GUS瞬时表达率/% GUS transient expression rate | 材料坏死率/% Material-necrosis rate | GUS-1等级占比/% GUS-1 grade proportion | GUS-2等级占比/% GUS-2 grade proportion | GUS-3等级占比/% GUS-3 grade proportion |
---|---|---|---|---|---|
活体注射In vivo injection | 49.33 ± 9.23 ab | 18.67 ± 6.11 ab | 37.33 ± 10.01 a | 10.67 ± 4.61 ab | 1.33 ± 1.01 a |
带枝水培Hydroponics with branches | 49.34 ± 10.58 a | 12.00 ± 4 ab | 38.67 ± 8.33 a | 4.00 ± 3.93 b | 6.67 ± 4.62 a |
整花真空Whole flower vacuum | 66.67 ± 18.33 a | 21.33 ± 6.11 a | 33.33 ± 6.11 a | 24.00 ± 13.86 a | 9.33 ± 8.33 a |
花瓣真空Petal vacuum | 10.67 ± 9.24 b | 0 b | 10.67 ± 9.24 b | 0 b | 0 a |
表2 梅花‘雪梅’花瓣不同侵染方式下GUS瞬时表达率、材料坏死率和GUS等级占比
Table 2 GUS transient expression rate,material necrosis rate and GUS grade proportion of Prunus mume‘Xuemei’ petals under different infection modes
侵染方式 Infection mode | GUS瞬时表达率/% GUS transient expression rate | 材料坏死率/% Material-necrosis rate | GUS-1等级占比/% GUS-1 grade proportion | GUS-2等级占比/% GUS-2 grade proportion | GUS-3等级占比/% GUS-3 grade proportion |
---|---|---|---|---|---|
活体注射In vivo injection | 49.33 ± 9.23 ab | 18.67 ± 6.11 ab | 37.33 ± 10.01 a | 10.67 ± 4.61 ab | 1.33 ± 1.01 a |
带枝水培Hydroponics with branches | 49.34 ± 10.58 a | 12.00 ± 4 ab | 38.67 ± 8.33 a | 4.00 ± 3.93 b | 6.67 ± 4.62 a |
整花真空Whole flower vacuum | 66.67 ± 18.33 a | 21.33 ± 6.11 a | 33.33 ± 6.11 a | 24.00 ± 13.86 a | 9.33 ± 8.33 a |
花瓣真空Petal vacuum | 10.67 ± 9.24 b | 0 b | 10.67 ± 9.24 b | 0 b | 0 a |
侵染时间/min Infection time | GUS瞬时表达率/% GUS transient expression rate | 材料坏死率/% Material necrosis rate | GUS-1等级占比/% GUS-1 grade proportion | GUS-2等级占比/% GUS-2 grade proportion | GUS-3等级占比/% GUS-3 grade proportion |
---|---|---|---|---|---|
10 | 34.67 ± 2.31 a | 20.00 ± 6.11 a | 34.67 ± 2.31 a | 0 b | 0 a |
15 | 45.34 ± 6.66 a | 13.33 ± 4.00 a | 38.67 ± 8.33 a | 6.67 ± 4.62 a | 0 a |
20 | 42.67 ± 9.24 a | 29.33 ± 6.11 a | 42.67 ± 9.24 a | 0 b | 0 a |
30 | 45.33 ± 10.07 a | 29.33 ± 6.11 a | 45.33 ± 10.07 b | 0 b | 0 a |
表3 梅花‘雪梅’花瓣不同侵染时间下GUS瞬时表达率、材料坏死率和GUS等级占比
Table 3 GUS transient expression rate,material necrosis rate and GUS grade proportion of‘Xuemei’petals under different infection time
侵染时间/min Infection time | GUS瞬时表达率/% GUS transient expression rate | 材料坏死率/% Material necrosis rate | GUS-1等级占比/% GUS-1 grade proportion | GUS-2等级占比/% GUS-2 grade proportion | GUS-3等级占比/% GUS-3 grade proportion |
---|---|---|---|---|---|
10 | 34.67 ± 2.31 a | 20.00 ± 6.11 a | 34.67 ± 2.31 a | 0 b | 0 a |
15 | 45.34 ± 6.66 a | 13.33 ± 4.00 a | 38.67 ± 8.33 a | 6.67 ± 4.62 a | 0 a |
20 | 42.67 ± 9.24 a | 29.33 ± 6.11 a | 42.67 ± 9.24 a | 0 b | 0 a |
30 | 45.33 ± 10.07 a | 29.33 ± 6.11 a | 45.33 ± 10.07 b | 0 b | 0 a |
发育阶段 Development stage | GUS瞬时表达率/% GUS transient expression rate | 材料坏死率/% Material necrosis rate | GUS-1等级占比/% GUS-1 grade proportion | GUS-2等级占比/% GUS-2 grade proportion | GUS-3等级占/% GUS-3 grade proportion |
---|---|---|---|---|---|
气球期Balloon stage | 49.33 ± 8 b | 17.33 ± 2.31 a | 45.33 ± 2.31 a | 4.00 ± 0 a | 0 a |
初开期Initial blooming stage | 77.33 ± 10.07 a | 20.00 ± 2.31 ab | 57.33 ± 10.07 a | 14.67 ± 12.22 a | 5.33 ± 5.11 a |
碗状期Bowl stage | 66.67 ± 2.31 b | 17.33 ± 2.31 c | 57.33 ± 9.24 a | 5.33 ± 5.11 a | 4.00 ± 0 a |
盛开期Blooming stage | 49.33 ± 9.24 b | 6.67 ± 4.62 bc | 46.67 ± 6.11 a | 2.67 ± 2.31 a | 0 a |
表4 梅花‘雪梅’花瓣不同发育阶段下GUS瞬时表达率、材料坏死率和GUS等级占比
Table 4 GUS transient expression rate,material necrosis rate and GUS grade proportion of Prunus mume‘Xuemei’petals under different development stages
发育阶段 Development stage | GUS瞬时表达率/% GUS transient expression rate | 材料坏死率/% Material necrosis rate | GUS-1等级占比/% GUS-1 grade proportion | GUS-2等级占比/% GUS-2 grade proportion | GUS-3等级占/% GUS-3 grade proportion |
---|---|---|---|---|---|
气球期Balloon stage | 49.33 ± 8 b | 17.33 ± 2.31 a | 45.33 ± 2.31 a | 4.00 ± 0 a | 0 a |
初开期Initial blooming stage | 77.33 ± 10.07 a | 20.00 ± 2.31 ab | 57.33 ± 10.07 a | 14.67 ± 12.22 a | 5.33 ± 5.11 a |
碗状期Bowl stage | 66.67 ± 2.31 b | 17.33 ± 2.31 c | 57.33 ± 9.24 a | 5.33 ± 5.11 a | 4.00 ± 0 a |
盛开期Blooming stage | 49.33 ± 9.24 b | 6.67 ± 4.62 bc | 46.67 ± 6.11 a | 2.67 ± 2.31 a | 0 a |
图5 梅花23个基因型花瓣的GUS瞬时表达率和材料坏死率 A ~ W:‘曹王黄香’‘淡粉垂枝’‘白阁宫粉’‘变瓣大红’‘二绿萼’‘小骨里红’‘六瓣红’‘粉台垂枝’‘江南台阁’‘小红朱砂’‘磨山小梅’‘三轮玉蝶’‘淡寒红’‘江南’‘粉妆台阁’‘寒红’‘变绿萼’‘无锡单杏’‘六瓣梅’‘台阁宫粉’‘铁骨红’ ‘多萼朱砂’‘乌羽玉’,下同。同组数据内不同小写字母表示在0.05水平差异显著
Fig. 5 GUS transient expression rate and material necrosis rate in Prunus mume petals of different genotypes A-W:‘Caowang Huangxiang’,‘Danfen Chuizhi’,‘Baige Gongfen’,‘Bianban Dahong’,‘Erlü’e’,‘Xiaoguli Hong’,‘Liuban Hong’,‘Fentai Chuizhi’,‘Jiangnan Taige’,‘Xiaohong Zhusha’,‘Moshan Xiaomei’,‘Sanlun Yudie’,‘Danhanhong’,‘Jiangnan’,‘Fenzhuang Taige’,‘Hanhong’,‘Bianlü’e’,‘Wuxi Danxing’,‘Liubanmei’,‘Taige Gongfen’,‘Tieguhong’,‘Duo’e Zhusha’,‘Wuyuyu’,the same below. Different lowercase letters in the same data indicate a significant difference at the 0.05 level
编号 No. | 菌株类型 Agrobacterium strain | OD600 | 共培养时间/d Co-cultivation time | GUS瞬时表达率/% GUS transient expression rate | 材料坏死率/% Material necrosis rate |
---|---|---|---|---|---|
1 | EHA105 | 0.4 | 1 | 0 c | 0 d |
2 | EHA105 | 0.6 | 5 | 32.67 ± 5.03 a | 28.00 ± 2.00 b |
3 | EHA105 | 0.8 | 3 | 28.33 ± 11.15 ab | 25.00 ± 3.61 bc |
4 | GV3101 | 0.4 | 5 | 20.67 ± 2.31 b | 26.67 ± 5.13 bc |
5 | GV3101 | 0.6 | 3 | 26.00 ± 3.00 ab | 21.00 ± 2.00 c |
6 | GV3101 | 0.8 | 1 | 0 c | 0 d |
7 | EHA105 | 0.4 | 3 | 27.00 ± 7.21 ab | 21.33 ± 4.93 bc |
8 | EHA105 | 0.6 | 1 | 0 c | 0 d |
9 | EHA105 | 0.8 | 5 | 26.00 ± 2.65 ab | 37.33 ± 7.02 a |
K1(G) | 20.333 | 15.890 | 0 | ||
K2(G) | 15.557 | 19.557 | 27.110 | ||
K3(G) | 17.667 | 18.110 | 26.447 | ||
R(G) | 4.776 | 3.667 | 27.110 | ||
K1(M) | 17.667 | 16.000 | 0 | ||
K2(M) | 15.890 | 16.333 | 22.443 | ||
K3(M) | 19.553 | 20.777 | 30.667 | ||
R(M) | 3.663 | 4.777 | 30.667 |
表5 不同侵染条件对‘雪梅’花瓣GUS瞬时表达率和材料坏死率的影响
Table 5 Effects of different infection conditions on GUS transient expression rate and material necrosis rate of‘Xuemei’petals
编号 No. | 菌株类型 Agrobacterium strain | OD600 | 共培养时间/d Co-cultivation time | GUS瞬时表达率/% GUS transient expression rate | 材料坏死率/% Material necrosis rate |
---|---|---|---|---|---|
1 | EHA105 | 0.4 | 1 | 0 c | 0 d |
2 | EHA105 | 0.6 | 5 | 32.67 ± 5.03 a | 28.00 ± 2.00 b |
3 | EHA105 | 0.8 | 3 | 28.33 ± 11.15 ab | 25.00 ± 3.61 bc |
4 | GV3101 | 0.4 | 5 | 20.67 ± 2.31 b | 26.67 ± 5.13 bc |
5 | GV3101 | 0.6 | 3 | 26.00 ± 3.00 ab | 21.00 ± 2.00 c |
6 | GV3101 | 0.8 | 1 | 0 c | 0 d |
7 | EHA105 | 0.4 | 3 | 27.00 ± 7.21 ab | 21.33 ± 4.93 bc |
8 | EHA105 | 0.6 | 1 | 0 c | 0 d |
9 | EHA105 | 0.8 | 5 | 26.00 ± 2.65 ab | 37.33 ± 7.02 a |
K1(G) | 20.333 | 15.890 | 0 | ||
K2(G) | 15.557 | 19.557 | 27.110 | ||
K3(G) | 17.667 | 18.110 | 26.447 | ||
R(G) | 4.776 | 3.667 | 27.110 | ||
K1(M) | 17.667 | 16.000 | 0 | ||
K2(M) | 15.890 | 16.333 | 22.443 | ||
K3(M) | 19.553 | 20.777 | 30.667 | ||
R(M) | 3.663 | 4.777 | 30.667 |
图7 9个正交处理下梅花花瓣GUS染色效果 1~9:对应正交试验编号处理下GUS染色结果
Fig. 7 Effects of different orthogonal treatments on GUS transient expression in Prunus mume petals 1-9:GUS staining results under the corresponding orthogonal experiment numbered treatments
图8 梅花花瓣瞬时转化后的表型观测(A)及半定量RT-PCR检测结果(B)
Fig. 8 Phenotype observation after transient transformation of Prunus mume petals(A)and semi-quantitative RT-PCR detection results(B)
[1] |
|
包菲, 张启翔, 程堂仁, 潘会堂, 王佳, 孙丽丹, 马开峰, 杨炜茹, 周育真. 2015. 一种用植物花瓣细胞原生质体表达蛋白的方法. 中国专利, CN104830896A. 2015-8-12.
|
|
[2] |
|
陈俊愉. 2010. 中国梅花品种图志. 北京: 中国林业出版社.
|
|
[3] |
|
丁安琪. 2021. 梅花抗寒性比较分析及关键差异基因的功能研究[博士论文]. 北京: 北京林业大学.
|
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
|
[7] |
|
李刚, 宋平丽, 王翔, 马青翠, 张海霞, 张玉星, 许建锋, 亓宝秀. 2021. 农杆菌介导的杜梨叶片瞬时转化方法的建立. 果树学报, 38 (11):2006-2013.
|
|
[8] |
|
[10] |
|
[11] |
|
孟妮, 刘雅莉, 窦雪溪, 刘红利, 李方殷. 2018. 蝴蝶兰花瓣瞬时转化体系建立. 西北植物学报, 38 (6):1017-1023.
|
|
[12] |
|
潘佳佳, 张东梅, 孟建, 高苏南, 朱凯杰, 刘军伟, 李国怀. 2023. 李坏死环斑病毒诱导的桃PpPDS沉默体系的优化及验证. 园艺学报, 50 (7):1587-1600.
|
|
[13] |
|
沙占浩. 2017. 梅花子叶再生体系优化及PmCBFs的遗传转化研究[硕士论文]. 武汉: 华中农业大学.
|
|
[14] |
|
[15] |
|
闻娟. 2009. 梅花再生体系建立及遗传转化初步研究[硕士论文]. 武汉: 华中农业大学.
|
|
[16] |
|
吴洁萍. 2023. 葡萄愈伤瞬时转化体系的建立与抗寒候选基因功能研究[硕士论文]. 银川: 宁夏大学.
|
|
[17] |
|
[18] |
|
吴水涵. 2023. 农杆菌介导的雪落樱瞬时遗传转化体系的初步构建[硕士论文]. 南京: 南京林业大学.
|
|
[19] |
|
吴思惠, 朱欢欢, 张俊卫, 包满珠, 张杰. 2023. 梅花不同花色品种及开花阶段类黄酮代谢物测定与分析. 中国农业科学, 56 (9):1760-1774.
|
|
[20] |
|
[21] |
|
张俊卫, 杨洁, 闻娟, 张蔚, 包满珠. 2013. 农杆菌介导梅花成熟子叶再生体系的遗传转化方法. 中国专利, CN103215307A. 2013-07-24.
|
|
[22] |
|
张曼, 张启翔, 程文辉, 程堂仁, 王佳. 2023. 一种TRV载体介导病毒诱导梅花花芽基因沉默的方法. 中国专利, CN116904499A. 2023-10-20.
|
|
[23] |
|
[9] |
|
[1] | 赵泽阳, 周雨晴, 林德书, 任慧波. 花瓣锥形表皮细胞形态建成研究进展[J]. 园艺学报, 2024, 51(7): 1695-1706. |
[2] | 王雯雨, 王家荫, 杜婷婷, 张晶晶, 张超, 辛翠花, 郭江波, 裴海霞. 月季RhRNF185-like的克隆及其对花瓣衰老影响分析[J]. 园艺学报, 2024, 51(5): 1047-1055. |
[3] | 秦孝天 , 秦少华 , 陈瑞丹 , . 梅花新品种‘治章骨红重翠’ [J]. 园艺学报, 2023, 50(S1): 171-172. |
[4] | 杨欣宇 , 苟云霞 , 吴宛滢 , 何润琳 , 丁 琼 , 王冬良 , . 梅花新品种‘皖江绿萼’[J]. 园艺学报, 2023, 50(S1): 173-174. |
[5] | 刘嘉琦, 公菲菲, 张颢, 景维坤, 瞿素萍, 马男, 高俊平, 孙小明. 月季茉莉酸羧基甲基转移酶基因RhJMT对花瓣衰老的调控[J]. 园艺学报, 2023, 50(5): 1025-1036. |
[6] | 袁茜, 张曼, 马开峰, 王佳, 张启翔. 梅花PmMYB21在花丝伸长过程中的功能与表达调控分析[J]. 园艺学报, 2023, 50(5): 1048-1062. |
[7] | 高成昱, 王艺衡, 靳江周, 李涛, 李金斗, 周梦瑶, 张海霞, 马辉, 张玉星, 亓宝秀, 许建锋. 梨叶片原生质体制备方法的建立及其基因瞬时转化试验[J]. 园艺学报, 2023, 50(5): 1141-1150. |
[8] | 李茂福, 杨媛, 王华, 范又维, 孙佩, 金万梅. 月季中R2R3-MYB基因RhMYB113c调控花青素苷合成[J]. 园艺学报, 2022, 49(9): 1957-1966. |
[9] | 刘瑶瑶, 吴严严, 石岩, 毛天宇, 包满珠, 张俊卫, 张杰. 垂枝与直枝梅花PmTAC1启动子序列差异与垂枝性状的关系初探[J]. 园艺学报, 2022, 49(6): 1327-1338. |
[10] | 邓娇, 苏梦月, 刘雪莲, 欧克芳, 户正荣, 杨平仿. 基于转录组分析揭示双色花莲‘大洒锦’花色形成机理[J]. 园艺学报, 2022, 49(2): 365-377. |
[11] | 洪燕红, 叶清华, 李泽坤, 王威, 谢倩, 陈清西, 陈建清. 红花草莓‘莓红’花瓣花色苷积累及其MYB基因的表达分析[J]. 园艺学报, 2021, 48(8): 1470-1484. |
[12] | 王 焕*,郑日如*,曹声海,张 通,史若明,王彩云,罗 靖**. 月季花瓣特异表达启动子的筛选和鉴定[J]. 园艺学报, 2020, 47(4): 686-698. |
[13] | 刘小飞1,2,王小菁1,彭建宗1,*. 非洲菊花瓣GASA家族基因的克隆及表达分析[J]. 园艺学报, 2019, 46(11): 2257-2264. |
[14] | 廖晶晶,牛聪聪,解群杰,邢巧娟,齐红岩*. 基因瞬时表达技术在园艺植物上的应用研究进展[J]. 园艺学报, 2017, 44(9): 1787-1795. |
[15] | 李秀丽1,*,陈法志1,戢小梅1,陈 镇1,戴志刚2,杨 阳1,王 燕1. 利用红外光谱研究‘凤丹白’牡丹花瓣伸展过程中物质变化[J]. 园艺学报, 2017, 44(5): 911-920. |
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