離體培養(yǎng)的遺傳與變異

離體培養(yǎng)的遺傳與變異第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一遺傳與變異特點離體培養(yǎng)的遺傳穩(wěn)定性離體培養(yǎng)下的變異影響體細胞遺傳與變異的因素第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一離體培養(yǎng)的遺傳穩(wěn)定性離體培養(yǎng)的細胞學基礎(chǔ)是有絲分裂，有絲分裂的DNA半保留復制和染色體的均等分裂機制，從理論上可以保證離體培養(yǎng)物在一般情況下的遺傳穩(wěn)定性。離體培養(yǎng)的遺傳穩(wěn)定性表現(xiàn)的另一個方面是即使發(fā)生某些變異，只需根據(jù)需要選擇適當?shù)呐囵B(yǎng)方式進行離體繁殖，即可淘汰或選擇變異、或分離純合體。第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一離體培養(yǎng)下的變異特點普遍性：變異可發(fā)生在各種培養(yǎng)類型中；各種培養(yǎng)植物中局限性：從表型上看，在不同植物類型中經(jīng)常發(fā)生的體細胞變異主要是植株形態(tài)（株高、葉形、葉色等）、生長勢、育性、某些抗性等性狀的變異。從生理生化特性上看，容易出現(xiàn)同功酶譜、次生代謝的消長等變異。嵌合性：嵌合性是指同一有機體中同時存在有遺傳組成不同的細胞。嵌合體可以以不同倍性的形式存在，必須分離培養(yǎng)才能純化。第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一離體培養(yǎng)再生植株的表型變異頻率植物種類再生植株來源變異頻率(%)煙草體細胞愈傷組織10水稻胚愈傷組織71.9甘蔗幼葉愈傷組織>18玉米體細胞愈傷組織14大麥花粉植株10－15馬鈴薯葉肉原生質(zhì)體100菠蘿頂芽愈傷組織7腋芽愈傷組織34幼果愈傷組織100第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一離體培養(yǎng)變異的影響因素供體植物遺傳背景 倍性水平，二倍體比單倍體穩(wěn)定 基因型生理狀態(tài)來源于莖尖的愈傷組織的DNA含量及染色體數(shù)的穩(wěn)定性好于來源于薄壁細胞的繼代培養(yǎng)的次數(shù)培養(yǎng)基及培養(yǎng)方式第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一1.8第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一亞二倍體是指正常的46條染色體丟失一個或多個染色體繼代次數(shù)越多，細胞變異概率越高第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一培養(yǎng)基及培養(yǎng)方式不同的激素濃度可以有選擇地誘導不同倍性的細胞的分裂。豌豆，低濃度2,4-D(0.25mg/L)－－多倍體

高濃度2,4-D(20mg/L)－－二倍體激素除了引起染色體倍性的增加外，在一些培養(yǎng)中還發(fā)現(xiàn)染色體倍性減少的現(xiàn)象。蠶豆，無激素－多倍體發(fā)生頻率＝6.31% 10NAA，2.5KT-單倍體＝13.3％培養(yǎng)基的物理狀態(tài)以及培養(yǎng)類型也會引起細胞的變異。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。第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一體細胞變異的基礎(chǔ)遺傳學基礎(chǔ)DNA在核內(nèi)重復復制－－同源多倍體培養(yǎng)天數(shù)不同DNA值細胞比例（％）<2C2c~4c<8c8cor>8c088.311.7580.716.82.5134.879.56.69.1179.781.57.90.9硬粒小麥中胚軸培養(yǎng)中DNA值的變化第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一體細胞變異的基礎(chǔ)遺傳學基礎(chǔ)染色體斷裂與重組－－非整倍體、四倍體產(chǎn)生染色體結(jié)構(gòu)變異的一般不能正常生長染色體畸變中出現(xiàn)的雙著絲粒染色體在細胞分裂后期如不能被拉斷，就會在兩核之間形成染色體橋，出現(xiàn)四倍體。第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一體細胞變異的基礎(chǔ)遺傳學基礎(chǔ)非正常有絲分裂－－非整倍體第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一體細胞變異的基礎(chǔ)分子遺傳學基礎(chǔ)堿基突變DNA序列的選擇性擴增與丟失抗除草劑－草甘磷，3-烯醇丙酮酸莽草酸-5-磷酸合成酶轉(zhuǎn)座子活化DNA甲基化第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一突變的類型及應用自發(fā)突變(spontaneousmutation)離體培養(yǎng)再生植株的自發(fā)變異比自然條件下的變異高得多，一般可高出幾百倍誘導突變(inducedmutation)物理誘變化學誘變復合因子誘變轉(zhuǎn)座子插入誘變第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一DNA復制中，“以假亂真”，如5-溴尿嘧啶(BU)、2-氨基嘌呤等帶有不穩(wěn)定烷基，能改變DNA的化學結(jié)構(gòu)。甲基磺酸乙酯馬來酰肼絲裂霉素誘變劑物理誘變劑化學誘變劑X,α,β,γ射線及紫外線堿基類似物誘發(fā)染色體斷裂的物質(zhì)烷化劑第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一轉(zhuǎn)座子插入誘變轉(zhuǎn)座子體系--玉米的Ac/Ds系統(tǒng)Ac（Activation，意為活化）。相當于一個顯性因子,它位于9號染色體長臂上,Ac與Ds（Dissociation，意為離異）隔開一段距離,但卻能遙控指揮Ds(Ds是不穩(wěn)定的，它可以從染色體的一個位點跳到另一個位點)

轉(zhuǎn)座子作用：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。第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一轉(zhuǎn)座子插入誘變操作過程采用基因轉(zhuǎn)化的方法將Ac/Ds導入受體細胞通過體細胞培養(yǎng)或再生植株的自交或側(cè)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。成果：已在苜蓿（顏色改變）、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。第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一突變體的應用創(chuàng)造育種中間材料或直接篩選新品種在全世界50多個國家中，已培育出1000多個由直接突變獲得的或由這些突變體雜交而衍生的品種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％。抗病，占誘變品種的1/4耐鹽抗除草劑耐寒耐旱第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一突變體的應用遺傳研究用于基因功能鑒定突變DNA序列用于分子標記發(fā)育生物學研究用于建立器官發(fā)育模式分析鑒定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)育的基因第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一突變體的應用生化代謝途徑研究根據(jù)需要建立某一代謝途徑中每一個調(diào)節(jié)點的突變體。煙草硝酸還原酶缺失突變體cnx和nia第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一具有實用性的突變體類型應用抗氨基酸及類似物突變體高賴氨酸水稻突變體抗病突變體煙草抗野火病突變體抗除草劑突變體煙草抗“毒莠定”突變體耐鹽突變體煙草已選擇出抗鹽突變體（1%~2%NaCl)抗金屬離子突變體抗汞、銅、鋁抗逆突變體抗旱、抗低溫營養(yǎng)缺陷型突變體銀杏賴氨酸營養(yǎng)缺陷型第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一突變體篩選方法直接選擇法間接選擇法綠島法正選擇法負選擇法第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一直接選擇法正選擇法：用一種含有特定物質(zhì)的選擇培養(yǎng)基，在其上只有突變的細胞能夠生長，非突變細胞不能生長，從而直接篩選出突變體的辦法。小麥幼胚愈傷組織--1.4%NaClN6培養(yǎng)基＝＝小麥耐鹽系。900個甘薯胚性細胞系--γ射線--2.0%NaCl==22個抗鹽愈傷組織第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一直接選擇法負選擇法（富集選擇法，又稱濃縮法）：在特定培養(yǎng)基中，讓正常細胞生長繁殖，突變體細胞受抑制不分裂呈休眠狀態(tài)，然后用一種能毒害正常生長細胞，而對休眠細胞無害的藥物淘汰正常細胞，再用正常培養(yǎng)基恢復突變體生長。該方法主要應用于營養(yǎng)缺陷型突變體篩選。第25頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一間接選擇法間接選擇法是一種借助于與突變表現(xiàn)型有關(guān)的性狀作為選擇指標的篩選方法。當缺乏直接選擇表型指標或直接選擇條件對細胞生長不利時，可考慮采用間接篩選法如脯氨酸（Pro） 錦橙珠心懸浮細胞--γ射線--高濃度Pro＝＝細胞內(nèi)Pro含量提高一倍＝＝耐寒愈傷及植株?？共⊥蛔凅w的篩選也常常用間接篩選的策略。第26頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一綠島法綠島法是利用已分化組織進行篩選和鑒定的方法。對于抗病毒突變體、抗除草劑突變體的篩選