第十章植物體細胞無性系變異演示文稿

第十章植物體細胞無性系變異演示文稿本文檔共35頁；當前第1頁；編輯于星期六\12點49分第十章植物體細胞無性系變異本文檔共35頁；當前第2頁；編輯于星期六\12點49分一、概念

LarkinScowcroft（1981）提出把由任何形式的細胞培養(yǎng)所產(chǎn)生的植株統(tǒng)稱為體細胞無性系（somaclones）。在培養(yǎng)階段發(fā)生變異，進而導致再生植株亦發(fā)生遺傳改變的現(xiàn)象，稱為體細胞無性系變異（somaclonalvariation）。第一節(jié)植物體細胞無性系變異的變異及其應(yīng)用本文檔共35頁；當前第3頁；編輯于星期六\12點49分二、變異主要涉及兩個方面：表型變異包括形態(tài)特征、生長習性、抗性等染色體變異數(shù)目、結(jié)構(gòu)（缺失、互換、易位、倒位）本文檔共35頁；當前第4頁；編輯于星期六\12點49分三、體細胞變異的優(yōu)缺點：優(yōu)點：適用于各種組培植物；持續(xù)快速提供變異源；消除優(yōu)良品種的一個或幾個缺陷；提供新型變異株系。缺點：繼代多次后，植株再生能力減弱；變異不穩(wěn)定，經(jīng)雜交或自交后發(fā)生變化；變異沒有可預見性，常產(chǎn)生不適變異。本文檔共35頁；當前第5頁；編輯于星期六\12點49分四、體細胞無性系變異的誘導與離體篩選體細胞無性系變異的篩選有以下明顯的優(yōu)點：－可以小空間內(nèi)對大量個體進行選擇；－篩選可以在幾個細胞周期內(nèi)完成，且不受季節(jié)限制；－誘變和篩選條件可精確控制，試驗重復性好；－突變體來源于單細胞，避免了植株出現(xiàn)嵌合體；－在細胞培養(yǎng)系統(tǒng)中，誘變劑可較均勻地接觸細胞，突變率高，選擇機會多。本文檔共35頁；當前第6頁；編輯于星期六\12點49分步驟：誘變材料的選擇突變體篩選細胞誘變自發(fā)變異突變體穩(wěn)定性鑒定本文檔共35頁；當前第7頁；編輯于星期六\12點49分（一）誘導起始材料的選擇選擇起始材料原則目標性狀的可行性試驗植物細胞培養(yǎng)技術(shù)水平適當?shù)募毎愋捅疚臋n共35頁；當前第8頁；編輯于星期六\12點49分（二）自發(fā)突變一般來講，長期營養(yǎng)繁殖的植物、培養(yǎng)時間較長或繼代次數(shù)多等，均容易出現(xiàn)較高的變異率。另外，培養(yǎng)類型中，原生質(zhì)體、細胞、愈傷組織培養(yǎng)等所出現(xiàn)的變異頻率要高于組織或器官培養(yǎng)的變異。本文檔共35頁；當前第9頁；編輯于星期六\12點49分（三）誘變物理誘變化學誘變轉(zhuǎn)座子插入本文檔共35頁；當前第10頁；編輯于星期六\12點49分本文檔共35頁；當前第11頁；編輯于星期六\12點49分化學誘變常用的化學誘變劑：

-烷化劑如DES，可改變DNA結(jié)構(gòu)而引起突變；

-堿基類似物，核酸復制時，可摻入到新合成的DNA分子中引起錯配；

-移碼誘變劑，如ICR化合物。本文檔共35頁；當前第12頁；編輯于星期六\12點49分

轉(zhuǎn)座子插入誘變

轉(zhuǎn)座子插入誘變是近年來利用分子生物學技術(shù)發(fā)展起來的新的體細胞誘變方法。轉(zhuǎn)座子既可直接將外源基因帶入細胞內(nèi)獲得新性狀，又可以獨立插入通過其轉(zhuǎn)座功能誘導變異。目前，使用較多的轉(zhuǎn)座子體系是玉米的Ac/Ds系統(tǒng)。首先采用基因轉(zhuǎn)化的方法將Ac/Ds導入受體細胞，再通過體細胞培養(yǎng)或再生植株的自交或測交使Ac因子切除，由于轉(zhuǎn)座子插入的隨機性，即可在切除Ac的植株中篩選出不同變異。利用這一途徑已在苜蓿、馬鈴薯、番茄、甘藍等多種植物上獲得可利用的體細胞變異植株。本文檔共35頁；當前第13頁；編輯于星期六\12點49分（四）突變體選擇直接篩選間接篩選本文檔共35頁；當前第14頁；編輯于星期六\12點49分直接選擇其方法是用一種含有特定物質(zhì)的選擇培養(yǎng)基，在此培養(yǎng)基上只有突變細胞能夠生長，非突變細胞不能生長，從而直接篩選出突變性。賈敬芬等以小麥幼胚愈傷組織為材料，在含有1.4%NaCl的N6培養(yǎng)基上直接篩選出小麥耐鹽系。鄭企成等曾將小麥“京花1號”花藥經(jīng)γ射線處理后，再經(jīng)0.5NaCl培養(yǎng)基直接篩選出耐鹽再生株系。本文檔共35頁；當前第15頁；編輯于星期六\12點49分

間接選擇間接選擇是一種借助于與突變表現(xiàn)有關(guān)的性狀作為選擇指標的篩選方法。Dorffling等以羥脯氨酸（HYP）為選擇劑，獲得了耐HYP的體細胞變異系，其抗寒性比供體親本增強，且能穩(wěn)定遺傳。林定波等將錦橙株心細胞愈傷組織的懸浮細胞經(jīng)γ射線照射，然后在高濃度脯氨酸培養(yǎng)基中培養(yǎng)篩選，獲得了抗寒體細胞變異愈傷組織，其再生植株抗寒性比供體植株提高2.4℃。本文檔共35頁；當前第16頁；編輯于星期六\12點49分（五）突變體穩(wěn)定性鑒定突變細胞或組織鑒定在正常培養(yǎng)基上繼代培養(yǎng)幾次進行鑒定。突變植株鑒定當代鑒定或自交后代鑒定本文檔共35頁；當前第17頁；編輯于星期六\12點49分二、體細胞無性系變異的應(yīng)用改良作物品種拓寬種質(zhì)資源遺傳學研究發(fā)育生物學研究代謝研究加強外源基因向栽培種的漸滲本文檔共35頁；當前第18頁；編輯于星期六\12點49分一、改良作物品種、拓寬種質(zhì)資源據(jù)統(tǒng)計，誘導突變已被用來改良諸如小麥、水稻、大麥、棉花、花生和菜豆這些種子繁殖的重要作物。在全世界50多個國家中已發(fā)放了1000多個由直接突變獲得的或由這些突變相互雜交而衍生的品種。本文檔共35頁；當前第19頁；編輯于星期六\12點49分在各國現(xiàn)有通過體細胞誘變選育的谷類作物品種中，品質(zhì)得到不同程度改良的占34.3%。在水稻方面，國外至少育成了12個米質(zhì)優(yōu)良的品種。如法國選育的Delta，以其良好的籽粒品質(zhì)占該國水稻總面積的20%。此外，還有丹麥無花青素原大麥Galant。本文檔共35頁；當前第20頁；編輯于星期六\12點49分據(jù)不完全統(tǒng)計，誘變品種中大約有1/4是抗病品種，其中80%左右為抗真菌品種。耐鹽、抗旱、抗寒變異也已篩選出眾多中間材料，有的已進入?yún)^(qū)域試驗，有的已用于生產(chǎn)。本文檔共35頁；當前第21頁；編輯于星期六\12點49分二、加強外源基因向栽培種的漸滲對遠緣雜交的體細胞雜種、單體異附加系和異代換系等材料進行組織培養(yǎng)，能使它們發(fā)生遺傳交換，提高外源基因向栽培種漸滲。本文檔共35頁；當前第22頁；編輯于星期六\12點49分三、遺傳學研究突變體直接用于基因功能鑒定突變DNA序列用作分子標記進行遺傳研究利用突變體策略已分離出一些功能基因和抗病基因，如玉米乙醇脫氫酶基因ADH，赤霉素合成相關(guān)基因、生長素敏感性基因等。本文檔共35頁；當前第23頁；編輯于星期六\12點49分四、發(fā)育生物學研究利用體細胞突變策略對植物發(fā)育的基因調(diào)控研究已在模式植物擬南芥和金魚草等植物中廣泛開展，并分離出一大批不同發(fā)育階段和組織類型的突變體。本文檔共35頁；當前第24頁；編輯于星期六\12點49分以突變體為工具，還從組織學和細胞學角度分析鑒定了一些基因的表達與植物發(fā)育的關(guān)系。在煙草、玉米中均通過質(zhì)體突變體分離鑒定了與植物葉綠體發(fā)育有關(guān)的核基因。玉米黃化突變體pun是一個在光照下不可逆轉(zhuǎn)的突變體，分析顯示，該突變體為一核單基因隱性突變，該基因的突變擾亂了葉綠體基因編碼的蛋白質(zhì)積累，進而使葉綠體膜系統(tǒng)發(fā)育不足，類囊體相關(guān)蛋白不能積累。本文檔共35頁；當前第25頁；編輯于星期六\12點49分五、代謝途徑研究突變體作為代謝活動調(diào)控研究的工具，具有十分便利和高效的優(yōu)勢?？筛鶕?jù)需要建立某一代謝途徑中每一個調(diào)節(jié)點的突變體，也可以與基因工程相結(jié)合，對一些關(guān)鍵調(diào)控過程進行修飾和改造，使代謝過程按照人類需要進行。因此而發(fā)展起來的新型學科領(lǐng)域稱之為代謝工程。本文檔共35頁；當前第26頁；編輯于星期六\12點49分近年來，通過體細胞突變研究激素、次生代謝產(chǎn)物等代謝途徑的研究已有許多報道。如番茄推遲成熟的突變體Nr，與乙烯應(yīng)答基因突變有關(guān)；玉米胚乳皺縮型突變sh可能涉及蔗糖代謝的相關(guān)酶基因的突變。本文檔共35頁；當前第27頁；編輯于星期六\12點49分第二節(jié)體細胞無性系變異的機理及影響因素預先存在的變異表達染色體數(shù)目變化點突變體細胞染色體DNA復制和缺失轉(zhuǎn)座因子的活化DNA甲基化胞質(zhì)DNA的變化一、體細胞無性系變異的機理本文檔共35頁；當前第28頁；編輯于星期六\12點49分二、體細胞無性系變異的影響因素本文檔共35頁；當前第29頁；編輯于星期六\12點49分一、供體植物—生理狀態(tài)以分生組織為外植體的再生植株通常可以維持供體植物的典型性，體細胞變異頻率很低。以分化組織為外植體的再生植株容易發(fā)生體細胞變異，其頻率與分化程度有關(guān)。本文檔共35頁；當前第30頁；編輯于星期六\12點49分一、供體植物—遺傳背景基因型：植物種基因型間變異頻率差異較大。倍性水平：多倍體和染色體數(shù)目較多的植物其變異頻率比二倍體和單倍體高。本文檔共35頁；當前第31頁；編輯于星期六\12點49分二、培養(yǎng)基—激素培養(yǎng)基激素濃度和不同激素配比對再生植株的染色體倍性有一定的影響。激素引起的變異大多為倍性增加。少數(shù)情況下激素引起類減數(shù)分裂而使倍性減少。本文檔共35頁；當前第32頁；編輯于星期六\12點49分二、培養(yǎng)基—物理狀態(tài)一般來講，懸浮培養(yǎng)的細胞較半固體培養(yǎng)的細胞易產(chǎn)生變異。本文檔共35頁；當前第33頁；編輯于星期六\12點49分三、培養(yǎng)類型原生質(zhì)體培養(yǎng)的體細胞變異大于細胞培養(yǎng)，而細胞培養(yǎng)的變異又大于組織器官培養(yǎng)的變異。在細胞培養(yǎng)中，性細胞培養(yǎng)再生植株的變異要大于體細胞培養(yǎng)的植株。本文檔共35頁；當前第34頁；編輯于星期六\12點49分四、繼代次數(shù)由繼代次數(shù)引起的體細胞變異