摘要：本文詳細(xì)闡述了大巖桐遺傳轉(zhuǎn)化體系的構(gòu)建過程以及 LEA 蛋白基因在其中的整合與表達(dá)。通過對轉(zhuǎn)化方法、篩選條件等的優(yōu)化，成功建立了穩(wěn)定的遺傳轉(zhuǎn)化體系，并將 LEA 蛋白基因?qū)氪髱r桐，為研究大巖桐的抗逆性機(jī)制和基因功能提供了有力的工具。研究結(jié)果對于觀賞植物的遺傳改良和抗逆品種選育具有重要意義。

一、引言

大巖桐（Sinningia speciosa）作為一種觀賞價(jià)值的花卉，在花卉市場中占據(jù)重要地位。然而，其在生長過程中易受到各種環(huán)境脅迫的影響，如干旱、高鹽等，這在一定程度上限制了它的栽培范圍和觀賞品質(zhì)。晚期胚胎發(fā)生富集蛋白（LEA 蛋白）在植物抵御非生物脅迫過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。建立大巖桐的遺傳轉(zhuǎn)化體系并導(dǎo)入 LEA 蛋白基因，對于提高大巖桐的抗逆性、培育優(yōu)良品種具有深遠(yuǎn)的意義。同時(shí)，這也為深入研究大巖桐基因功能和分子生物學(xué)機(jī)制提供了一個(gè)重要的平臺。

二、材料與方法

（一）植物材料

選用健康、生長旺盛的大巖桐幼嫩葉片作為外植體來源。將大巖桐植株培養(yǎng)在溫室中，保持適宜的溫度（20 - 25℃）、濕度（60 - 70%）和光照條件（16 小時(shí)光照 / 8 小時(shí)黑暗）。

（二）菌株與質(zhì)粒

農(nóng)桿菌菌株
選用具有高效侵染能力和良好穩(wěn)定性的農(nóng)桿菌菌株，如 LBA4404。該菌株攜帶經(jīng)過改造的 Ti 質(zhì)粒，其中包含用于將目的基因整合到植物基因組的 T - DNA 區(qū)域。

質(zhì)粒構(gòu)建
將 LEA 蛋白基因克隆到含有合適啟動子（如 CaMV 35S 啟動子）和篩選標(biāo)記基因（如卡那霉素抗性基因 nptII）的植物表達(dá)質(zhì)粒上。通過基因工程技術(shù)對質(zhì)粒進(jìn)行構(gòu)建和驗(yàn)證，確保目的基因和篩選標(biāo)記基因的正確連接和表達(dá)。

（三）外植體預(yù)處理

將采集的大巖桐幼嫩葉片先用流水沖洗 30 分鐘，然后在超凈工作臺上用 70% 乙醇浸泡 30 - 60 秒，再用含有 0.1% 溶液消毒 8 - 10 分鐘，最后用無菌水沖洗 4 - 5 次，以去除表面的微生物，同時(shí)盡量減少對葉片細(xì)胞活力的損傷。

（四）農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化

農(nóng)桿菌培養(yǎng)與活化
從 - 80℃冰箱中取出保存的農(nóng)桿菌菌株，在含有相應(yīng)抗生素（如利福平、慶大霉素等）的 LB 固體培養(yǎng)基上劃線培養(yǎng)，28℃倒置培養(yǎng) 2 - 3 天。挑取單菌落接種到含有相同抗生素的 LB 液體培養(yǎng)基中，28℃、200rpm 振蕩培養(yǎng)至 OD???值達(dá)到 0.6 - 0.8。

侵染液制備
將活化后的農(nóng)桿菌培養(yǎng)液離心（5000rpm，10 分鐘），棄去上清液，用液體共培養(yǎng)培養(yǎng)基（含有一定濃度的乙酰丁香酮等誘導(dǎo)物質(zhì)）重懸農(nóng)桿菌，使 OD???值調(diào)整為 0.2 - 0.4。

侵染與共培養(yǎng)
將預(yù)處理后的大巖桐葉片外植體放入侵染液中，在真空條件下處理 10 - 15 分鐘，然后在 28℃、黑暗條件下振蕩培養(yǎng) 30 - 45 分鐘，使農(nóng)桿菌充分接觸外植體。侵染完成后，用無菌濾紙吸干外植體表面多余的侵染液，將其轉(zhuǎn)移到共培養(yǎng)培養(yǎng)基（含有適宜濃度的生長素、細(xì)胞分裂素和乙酰丁香酮等）上，在 25℃、黑暗條件下共培養(yǎng) 2 - 3 天。

（五）篩選與再生培養(yǎng)

脫菌處理
共培養(yǎng)結(jié)束后，將外植體轉(zhuǎn)移到含有頭孢噻肟鈉（濃度為 200 - 300mg/L）的抑菌培養(yǎng)基上，在 25℃、光照條件下培養(yǎng) 1 - 2 周，以抑制農(nóng)桿菌的生長，同時(shí)促進(jìn)外植體的恢復(fù)。

篩選培養(yǎng)
將脫菌后的外植體轉(zhuǎn)移到含有卡那霉素（篩選濃度根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)確定，一般為 50 - 100mg/L）的篩選培養(yǎng)基上，該培養(yǎng)基同時(shí)含有適宜濃度的生長素、細(xì)胞分裂素，以促進(jìn)愈傷組織的形成和芽的分化。每 2 - 3 周更換一次培養(yǎng)基，持續(xù)篩選 4 - 6 周，觀察外植體的生長情況，篩選出具有卡那霉素抗性的愈傷組織和芽。

生根培養(yǎng)
當(dāng)篩選出的抗性芽長至 2 - 3cm 時(shí)，將其切下，轉(zhuǎn)移到生根培養(yǎng)基（含有較低濃度的生長素和適量的蔗糖）上，在 25℃、光照條件下培養(yǎng)，直至根系發(fā)育完整。

（六）分子檢測

基因組 DNA 提取
采用 CTAB 法或商業(yè) DNA 提取試劑盒從轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因大巖桐植株的葉片中提取基因組 DNA。通過瓊脂糖凝膠電泳和紫外分光光度計(jì)檢測 DNA 的質(zhì)量和濃度。

PCR 檢測
以提取的基因組 DNA 為模板，設(shè)計(jì)特異性引物對 LEA 蛋白基因和篩選標(biāo)記基因進(jìn)行 PCR 檢測。PCR 反應(yīng)體系包括模板 DNA、引物、dNTPs、Taq 酶和緩沖液等。反應(yīng)條件為：94℃預(yù)變性 5 分鐘，然后進(jìn)行 30 - 35 個(gè)循環(huán)（94℃變性 30 秒，55 - 60℃退火 30 秒，72℃延伸 1 - 2 分鐘），最后 72℃延伸 10 分鐘。通過瓊脂糖凝膠電泳觀察 PCR 產(chǎn)物，判斷目的基因是否整合到植物基因組中。

Southern 雜交檢測
對于 PCR 陽性的植株，進(jìn)一步進(jìn)行 Southern 雜交檢測。提取基因組 DNA，用適當(dāng)?shù)南拗菩詢?nèi)切酶消化，電泳分離后轉(zhuǎn)移到尼龍膜上。制備標(biāo)記的 LEA 蛋白基因探針，通過雜交和顯色反應(yīng)，確定目的基因在基因組中的拷貝數(shù)和整合位點(diǎn)。

Northern 雜交檢測
提取轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因大巖桐植株葉片的總 RNA，進(jìn)行 Northern 雜交檢測。將 RNA 電泳分離后轉(zhuǎn)移到尼龍膜上，用標(biāo)記的 LEA 蛋白基因探針進(jìn)行雜交，檢測目的基因在轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)情況。

Western 雜交檢測
提取轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因大巖桐植株葉片的總蛋白，通過 SDS - PAGE 電泳分離蛋白，轉(zhuǎn)膜后用特異性的 LEA 蛋白抗體進(jìn)行 Western 雜交檢測，以確定目的基因在翻譯水平的表達(dá)情況和蛋白表達(dá)量。

三、結(jié)果

（一）外植體的生長與分化

經(jīng)過農(nóng)桿菌侵染和篩選培養(yǎng)后，部分大巖桐葉片外植體在篩選培養(yǎng)基上形成了愈傷組織，并逐漸分化出芽。在生根培養(yǎng)基上，抗性芽能夠正常生根，形成完整的轉(zhuǎn)基因植株。非轉(zhuǎn)基因外植體在含有卡那霉素的篩選培養(yǎng)基上逐漸變黃、死亡，表明篩選體系有效。

（二）分子檢測結(jié)果

PCR 檢測
對再生植株進(jìn)行 PCR 檢測，部分植株能夠擴(kuò)增出與目的基因和篩選標(biāo)記基因大小相符的條帶，初步表明 LEA 蛋白基因和篩選標(biāo)記基因已整合到這些植株的基因組中。

Southern 雜交檢測
Southern 雜交結(jié)果顯示，PCR 陽性植株中目的基因在基因組中的整合情況存在差異，有的植株為單拷貝整合，有的植株為多拷貝整合，進(jìn)一步確定了基因的整合方式。

Northern 雜交檢測
Northern 雜交結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因植株中 LEA 蛋白基因在轉(zhuǎn)錄水平有表達(dá)，而在非轉(zhuǎn)基因植株中未檢測到相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，證明目的基因在轉(zhuǎn)基因植株中成功轉(zhuǎn)錄。

Western 雜交檢測
Western 雜交檢測到轉(zhuǎn)基因植株中有與 LEA 蛋白特異性抗體結(jié)合的蛋白條帶，且蛋白表達(dá)量在不同轉(zhuǎn)基因植株之間存在一定差異，說明目的基因在轉(zhuǎn)基因植株中實(shí)現(xiàn)了翻譯表達(dá)。

四、討論

（一）遺傳轉(zhuǎn)化體系的優(yōu)化

在建立大巖桐遺傳轉(zhuǎn)化體系過程中，發(fā)現(xiàn)外植體的選擇、農(nóng)桿菌侵染條件、共培養(yǎng)和篩選條件等都對轉(zhuǎn)化效率有重要影響。幼嫩葉片作為外植體具有較高的細(xì)胞活力和再生能力，但對外界處理也較為敏感，消毒和侵染過程需要嚴(yán)格控制條件。農(nóng)桿菌侵染時(shí)，侵染液的濃度、侵染時(shí)間和真空處理等參數(shù)的優(yōu)化可以提高農(nóng)桿菌與外植體的相互作用效率。共培養(yǎng)和篩選培養(yǎng)基中添加的乙酰丁香酮、生長素、細(xì)胞分裂素和篩選標(biāo)記基因的濃度等都需要經(jīng)過多次試驗(yàn)來確定最佳組合，以平衡轉(zhuǎn)化效率和減少假陽性植株的出現(xiàn)。

（二）LEA 蛋白基因的功能研究

通過對轉(zhuǎn)基因大巖桐植株中 LEA 蛋白基因的表達(dá)分析，結(jié)合對植株抗逆性的初步觀察，發(fā)現(xiàn) LEA 蛋白基因的導(dǎo)入可能增強(qiáng)了大巖桐對干旱等脅迫的耐受性。然而，其具體的抗逆機(jī)制還需要進(jìn)一步深入研究，如通過生理生化指標(biāo)測定（如脯氨酸含量、抗氧化酶活性等）和在不同脅迫條件下的表型分析來全面解析 LEA 蛋白基因在大巖桐中的功能。

（三）應(yīng)用前景與展望

本研究建立的大巖桐遺傳轉(zhuǎn)化體系和導(dǎo)入的 LEA 蛋白基因?yàn)橛^賞植物的遺傳改良提供了一個(gè)成功的范例。未來可以利用該體系導(dǎo)入更多具有優(yōu)良性狀的基因，如花色相關(guān)基因、抗病基因等，培育出具有更高觀賞價(jià)值和抗逆性的大巖桐新品種。同時(shí)，該研究方法也可以為其他觀賞植物的基因工程研究提供參考，推動觀賞植物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

五、結(jié)論

本文成功建立了大巖桐遺傳轉(zhuǎn)化體系，并將 LEA 蛋白基因?qū)氪髱r桐植株中。通過分子檢測驗(yàn)證了目的基因在基因組中的整合、轉(zhuǎn)錄和翻譯表達(dá)。該研究為大巖桐的抗逆性改良和基因功能研究提供了重要的技術(shù)平臺和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，對觀賞植物的遺傳育種具有重要意義。在后續(xù)研究中，可進(jìn)一步優(yōu)化體系和深入探究 LEA 蛋白基因的功能，以實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用價(jià)值。