簸箕柳组培再生体系及农杆菌介导的遗传转化研究

Trees possess some unique characteristics, such as long life span, high heterozygosity and high genetic load etc., which make it difficult for genetic manipulation and also cause the basic genetic study on trees lagging behind that of the model plants. Although studies on the herbaceous plants shade lights on our understanding on woody plants, the unique biological characteristics of tree species need to be explored by using woody plant as study material. Thus, forest geneticists have proposed that woody plants should be viewed as a peculiar system in plant biology. Populus is now widely using as the model tree species for the genetic and genomic studies on woody plants, but poplars have some limitations due to their long juvenile duration, large size and difficulties in field trial. Compare to poplar, a native shrub willow, Salix suchouensis, possesses characteristics like small body size and short generation, together with the availability of its genome sequence, leading to S. suchouensis as a desirable model plant for genetic studies on woody plant. However, the lack of stable and effective transformation system is the bottleneck for applying it for this purpose. In this project, our perspectives are to establish the tissue culture regeneration system and Agrobacterium tumefaciens-mediated genetic transformation for S. suchowensis. This project is an active demand for making S. suchowensis as the model plant for genetic study on tree species, and it is also essential for facilitating the functional genomic studies on woody plants.

木本植物由于世代长、杂合度高、遗传负荷大等特点，造成其遗传操作困难，也导致木本植物基础研究远远滞后于草本模式植物。木本植物遗传研究多追踪和借鉴草本植物的研究结果，然而，利用草本模式植物难以有效地研究木本植物特有的生物学特征，木本植物应作为一种特殊的植物学体系进行研究。杨树被广泛用作木本植物遗传研究的模式树种，但杨树幼龄期长、个体高大、难以开展大规模田间实验，所以杨树作为木本植物模式物种仍存在一定局限性。与杨树相比，原产我国的小灌木—簸箕柳具有个体小、世代短等特点，且其全基因组测序工作已经完成，有望作为木本植物遗传研究较为理想的模式材料。但簸箕柳仍缺乏稳定、高效的遗传转化系统，这一问题是制约该树种作为木本植物功能基因组研究模式材料的瓶颈。本项目拟以簸箕柳为材料，建立其组织培养再生体系及农杆菌介导的遗传转化系统，为将簸箕柳开发成为木本植物遗传研究的模式材料、推动林木功能基因组研究奠定基础。

木本植物由于世代长、杂合度高、遗传负荷大等特点，导致木本植物基础研究远滞后于草本模式植物。木本植物遗传研究多借鉴草本植物的研究结果，然而，利用草本模式植物难以有效地研究木本植物特有的生物学特征，木本植物应作为一种特殊的植物学体系进行研究。杨树被广泛用作木本植物研究的模式树种，但其幼龄期长、个体高大、难以开展大规模田间实验，所以杨树作为木本植物模式物种仍存在一定局限。与杨树相比，原产我国的簸箕柳具有个体小、世代短等特点，且其全基因组测序工作已经完成，有望作为木本植物遗传研究较为理想的模式材料。但其仍缺乏稳定、高效的遗传转化系统，这一问题是制约该树种作为木本植物功能基因组研究模式材料的瓶颈。.本项目以苏柳795、银芽柳J1050、簸箕柳XY-12和杞柳DB393叶片为外植体进行愈伤组织诱导，结果表明苏柳795愈伤组织诱导率高达98.3%，其余三个无性系诱导率均达到80%以上，但愈伤组织没有分化成苗。采用簸箕柳带腋芽茎段和半同胞家系种子作为外植体，确定了组培基本培养基成分为MS+蔗糖(30 g/L)+Phytagel(4.4 g/L)。以簸箕柳幼嫩茎段为外植体，确定了诱导腋芽的激素组合为6-BA(1 mg/L)+NAA(0.01 mg/L)，丛生芽继代增殖的激素配比为6-BA(0.5 mg/L)+NAA(0.05 mg/L)，生根的激素组合IBA(0.2 mg/L)+NAA(0.03 mg/L)。以簸箕柳XY-12种子为外植体，确立了在光照条件下诱导愈伤组织的激素配比为6-BA(0.5 mg/L)+NAA(0.3 mg/L)，并利用6-BA(0.5 mg/L)+NAA(0.5 mg/L)和6-BA(0.5 mg/L)+NAA(0.8 mg/L)两种激素配比交替使用进行愈伤组织的继代增殖培养，获得了愈伤组织分化成芽的激素配比为6-BA(0.5 mg/L)+TDZ(0.2 mg/L)，而生根培养基只需添加NAA(0.01 mg/L)。比较了不同载体及不同受体材料的遗传转化效果，确定了pCAMBIA1305.1作为转化载体、下胚轴愈伤组织作为受体材料。通过项目的实施，成功建立了以簸箕柳茎段和种子作为外植体的组织培养再生体系，并初步建立了簸箕柳遗传转化体系。.簸箕柳组培再生和遗传转化体系的初步建立，将加速木本植物的基础研究进展，同时对杨柳科植物分子育种具有十分重要的意义。