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药用植物长春花无组培遗传转化体系的优化和应用

申报人:潘琪芳 申报日期:2024-03-18

基本情况

第二十九期上海交通大学大学生创新实践计划
药用植物长春花无组培遗传转化体系的优化和应用
创新训练项目
理学
生物科学类
创新类
农业与生物学院
潘琪芳
指导教师
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1. 上海市自然科学基金面上项目,长春花EIN3/EILbHLH转录因子互作介导乙烯和茉莉酸信号调控萜类吲哚生物碱合成的分子机理,主持

2. 农工交叉项目,天然低共熔溶剂对植物萜类天然产物的绿色环保提取工艺研究,主持

3. 国家自然科学青年基因项目,乙烯调控长春花萜类吲哚生物碱合成的代谢和分子机制研究,主持

4. 学校自选项目,运用核磁共振代谢组学研究长春花种质资源多样,主持

5. 上海市自然科学基金项目,综合应用CRISPR基因编辑技术和代谢工程技术开展以青蒿为底盘生物的植物合成生物学研究,参加

6. 国家转基因生物新品种培育重大专项,抗蚜虫转基因小麦新品系培育,参加

7. 国家自然科学基金面上项目,MsMYB转录因子对紫花苜蓿耐铝毒的调控和机制研究,参加

8Bill & Melinda Gates Foundation“Identification and functional characterization of putative enzymes involved in the artemisinin biosynthesis from Artemisia annua,参加

指导教师以在研项目上海面上基金为支撑,全面支持本项目的实施和执行,并对参加本项目的学生给予科研上的充分指导。

基因编辑技术已经彻底改变了植物研究方法,并有显著改善作物的潜力。而充分实现这一潜力的主要障碍是如何将基因编辑工具传递到植物细胞中。基因编辑工具通常通过农杆菌介导的转化或粒子轰击这两种方式之一进入植物细胞。然而,这些传递方法除了需要繁琐的组织培养过程外,转化效率还依赖于植物种类和基因型。在自然界中超过37万种高等植物中,目前的基因传递系统还不到0.1%。大多数植物物种不易进行遗传转化。即使是已经制定和完善了转化方案的主要作物物种,这一过程也比较困难,这对基因编辑技术的实际应用提出了严重的挑战。

Xvesong等人探索出了一个非常简单的切浸芽(CDB)传递系统,该系统利用农杆菌基因接种外植体,产生转化根,通过根吮吸产生转化芽,并成功地利用CDB实现了多个植物科植物的遗传转化,包括两种草本植物(黄花植物和黄花植物)、一种块根植物(甘薯)和三种木本植物(黄花植物、黄花植物和黄花植物)[16]。这些植物以前是很难或不可能转化的,但CDB方法可以在无组培条件下,使用非常简单的和不需要组织培养的外植体浸渍方案进行有效的转化或基因编辑。已有研究表明,大量的植物可以通过CDB方法进行遗传修饰。

长春花(Catharanthus roseus)作为重要的药用植物,是高效抗肿瘤药物长春碱(Vinblastine)以及长春新碱(Vincristine)的唯一来源。但和绝大多数药用植物中次生代谢物积累量相类似,长春碱及长春新碱在长春花中的积累含量只有万分之几的水平,进而为后续的分离纯化带来了困难,同时也增大了生产成本在本研究中,我们以长春花为研究对象,探索长春花发根的无组培转化体系,并利用此体系开展长春花CRISPR/Cas9基因编辑研究。本研究的研究成果将为打破长春花生物碱合成瓶颈、提高长春碱等重要药用生物碱的合成与积累提供一种新方案。



选题成员

1

指导教师

序号 教师姓名 电子邮箱 所属学院
1 潘琪芳 登录状态下查看 农业与生物学院 第一指导教师

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