表达播娘蒿突变基因DsALS-108的抗苯磺隆甘蓝型油菜植株构建

作者：吴学莉; 易丽聪; 侯凡; 吴江生; 姚璇; 刘克德

来源：农业生物技术学报, 2016, 24(04): 469-477.

• 乙酰乳酸合成酶突变基因(ALS)
• 播娘蒿
• 抗苯磺隆(TBM)
• 化学杀雄剂诱导雄性不育(CIMS)
• 甘蓝型油菜

利用化学杀雄剂如苯磺隆(tribenuron-methyl,TBM)除草剂诱导雄性不育,是甘蓝型油菜(Brassica napus)杂种优势应用的主要途径之一。选育具有TBM除草剂抗性的甘蓝型油菜作为父本,有利于简化制种程序,降低制种成本,对提高甘蓝型油菜的产量和品质具有重要意义。乙酰乳酸合成酶(acetolactate synthase,ALS)是合成支链氨基酸(缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸)的关键酶。ALS抑制类除草剂以乙酰乳酸合成酶为靶标,通过抑制其活性阻碍支链氨基酸的合成,导致植株死亡。TBM属于一种磺酰脲类(sulfonylureas,SU)ALS抑制类除草剂。为了改良甘蓝型油菜抗除草剂的遗传特性,本研究首先从一个抗TBM除草剂的播娘蒿(Descurainia sophia)天然突变体(#108)中克隆了ALS基因(Gen Bank登录号:EU520490),命名为Ds ALS-108。和拟南芥(Arabidopsis thaliana)乙酰乳酸合成酶At ALS蛋白序列的比对结果显示,保守氨基酸位点脯氨酸197在突变型蛋白Ds ALS-108中替换为苏氨酸(即P197T)。为了验证含有P197T突变的Ds ALS-108基因是否使植株产生TBM除草剂抗性的原因,构建表达载体PBI121-Ds ALS-108,并通过农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导法将该载体转化拟南芥,共获得12个阳性转基因株系。喷洒浓度大于等于1.0×10-4g/L TBM后,野生型植株停止生长,趋于死亡,而拟南芥转化植株均能正常生长,说明表达突变基因Ds ALS-108致使拟南芥植株抗TBM除草剂。在甘蓝型油菜转化中,以下胚轴为外植体,通过农杆菌介导法将载体p CAMBIA3301-Ds ALS-108导入甘蓝型油菜中,共获得23个阳性转基因株系。结果发现,Ds ALS-108的表达使甘蓝型油菜对苯磺隆的抗性提高至野生型致死浓度的3倍,即7.5×10-3g/L。而且,当用化学杀雄使用剂量(0.05 mg/L TBM)处理甘蓝型油菜转化植株后,其花粉育性正常,说明该转化植株可作为父本应用于化学诱导的雄性不育系统,进行杂交制种。本研究为利用化学诱导的雄性不育系统实现杂种优势提供新材料。

• 单位
  华中农业大学; 作物遗传改良国家重点实验室