植物体细胞无性系变异专家讲座

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十章 植物体细胞无性系变异,植物体细胞无性系变异专家讲座,第1页,一、概念,LarkinScowcroft,（,1981,）提出把由任何形式细胞培养所产生植株统称为体细胞无性系（,somaclones,）。,在培养阶段发生变异，进而造成再生植株亦发生遗传改变现象，称为体细胞无性系变异（,somaclonal variation,）。,第一节 植物体细胞无性系变异变异及其应用,植物体细胞无性系变异专家讲座,第2页,二、变异主要包括两个方面：,表型变异,包含形态特征、生长习性、抗性等,染色体变异,数目、结构（缺失、交换、易位、倒位）,植物体细胞无性系变异专家讲座,第3页,三、体细胞变异优缺点：,优点：,适合用于各种组培植物；,连续快速提供变异源；,消除优良品种一个或几个缺点；,提供新型变异株系。,缺点：,继代屡次后，植株再生能力减弱；,变异不稳定，经杂交或自交后发生改变；,变异没有可预见性，常产生不适变异。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第4页,四、体细胞无性系变异诱导与离体筛选,体细胞无性系变异筛选有以下显著优点：,能够小空间内对,大量个体,进行选择；,筛选能够在几个,细胞周期内,完成，且不受季节限制；,诱变和筛选条件可准确控制，试验,重复性,好；,突变体起源于单细胞，防止了植株出现,嵌合体,；,在细胞培养系统中，诱变剂可较均匀地接触细胞，,突,变率高,，选择机会多。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第5页,步骤：,诱变材料选择,突变体筛选,细胞诱变,自发变异,突变体稳定性判定,植物体细胞无性系变异专家讲座,第6页,（一）诱导起始材料选择,选择,起始,材料,标准,目标性状,可行性,试验植物,细胞培养,技术水平,适当,细胞类型,植物体细胞无性系变异专家讲座,第7页,（二）自发突变,普通来讲，长久营养繁殖植物、培养时间较长或继代次数多等，均轻易出现较高变异率。另外，培养类型中，原生质体、细胞、愈伤组织培养等所出现变异频率要高于组织或器官培养变异。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第8页,（三）诱变,物理诱变,化学诱变,转座子插入,植物体细胞无性系变异专家讲座,第9页,植物体细胞无性系变异专家讲座,第10页,化学诱变,惯用化学诱变剂：,-,烷化剂如,DES,，可改变,DNA,结构而引发突变；,-,碱基类似物，核酸复制时，可掺入到新,合成,DNA,分子中引发错配；,-,移码诱变剂，如,ICR,化合物。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第11页,转座子插入诱变,转座子插入诱变是近年来利用分子生物学技术发展起来新体细胞诱变方法。转座子既可直接将外源基因带入细胞内取得新性状，又能够独立插入经过其转座功效诱导变异。,当前，使用较多转座子体系是玉米,Ac/Ds,系统。首先采取基因转化方法将,Ac/Ds,导入受体细胞，再经过体细胞培养或再生植株自交或测交使,Ac,因子切除，因为转座子插入随机性，即可在切除,Ac,植株中筛选出不一样变异。利用这一路径已在苜蓿、马铃薯、番茄、甘蓝等各种植物上取得可利用体细胞变异植株。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第12页,（四）突变体选择,直接筛选,间接筛选,植物体细胞无性系变异专家讲座,第13页,直接选择,其方法是用一个含有特定物质选择培养基，在此培养基上只有突变细胞能够生长，非突变细胞不能生长，从而直接筛选出突变性。,贾敬芬等以小麦幼胚愈伤组织为材料，在含有,1.4%NaCl,N6,培养基上直接筛选出小麦,耐盐,系。,郑企成等曾将小麦,“,京花,1,号,”,花药经,射线处理后，再经,0.5NaCl,培养基直接筛选出,耐盐,再生株系。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第14页,间接选择,间接选择是一个借助于与突变表现相关性状作为选择指标筛选方法。,Dorffling,等以羟脯氨酸（,HYP,）为选择剂，取得了耐,HYP,体细胞变异系，其抗寒性比供体亲本增强，且能稳定遗传。,林定波等将锦橙株心细胞愈伤组织悬浮细胞经,射线照射，然后在,高浓度脯氨酸,培养基中培养筛选，取得了,抗寒体细胞变异,愈伤组织，其再生植株抗寒性比供体植株提升,2.4,。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第15页,（五）突变体稳定性判定,突变细胞或组织判定,在正常培养基上继代培养几次进行判定。,突变植株判定,当代判定或自交后代判定,植物体细胞无性系变异专家讲座,第16页,二、体细胞无性系变异应用,改良作物品种,拓宽种质资源,遗传学研究,发育生物学研究,代谢研究,加强外源基因向,栽培种渐渗,植物体细胞无性系变异专家讲座,第17页,一、改良作物品种、拓宽种质资源,据统计，诱导突变已被用来改良诸如小麦、水稻、大麦、棉花、花生和菜豆这些种子繁殖主要作物。,在全世界,50,多个国家中已发放了,1000,多个由直接突变取得或由这些突变相互杂交而衍生品种。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第18页,在各国现有经过体细胞诱变选育谷类作物品种中，品质得到不一样程度改良占,34.3%,。,在水稻方面，国外最少育成了,12,个米质优良品种。如法国选育,Delta,，以其良好籽粒品质占该国水稻总面积,20%,。,另外，还有丹麦无花青素原大麦,Galant,。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第19页,据不完全统计，诱变品种中大约有,1/4,是抗病品种，其中,80%,左右为抗真菌品种。,耐盐、抗旱、抗寒变异也已筛选出众多中间材料，有已进入区域试验，有已用于生产。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第20页,二、加强外源基因向栽培种渐渗,对远缘杂交体细胞杂种、单体异附加系和异代换系等材料进行组织培养，能使它们发生遗传交换，提升外源基因向栽培种渐渗。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第21页,三、遗传学研究,突变体直接用于基因功效判定,突变,DNA,序列用作分子标识进行遗传研究,利用突变体策略已分离出一些功效基因和抗病基因，如玉米乙醇脱氢酶基因,ADH,，赤霉素合成相关基因、生长素敏感性基因等。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第22页,四、发育生物学研究,利用体细胞突变策略对植物发育基因调控研究已在模式植物拟南芥和金鱼草等植物中广泛开展，并分离出一大批不一样发育阶段和组织类型突变体。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第23页,以突变体为工具，还从组织学和细胞学角度分析判定了一些基因表示与植物发育关系。,在烟草、玉米中均经过,质体突变体,分离判定了与植物叶绿体发育相关核基因。玉米黄化突变体,pun,是一个在光照下不可逆转突变体，分析显示，该突变体为一核单基因隐性突变，该基因突变扰乱了叶绿体基因编码蛋白质积累，进而使叶绿体膜系统发育不足，类囊体相关蛋白不能积累。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第24页,五、代谢路径研究,突变体作为代谢活动调控研究工具，含有十分便利和高效优势。可依据需要建立某一代谢路径中每一个调整点突变体，也能够与基因工程相结合，对一些关键调控过程进行修饰和改造，使代谢过程按照人类需要进行。所以而发展起来新型学科领域称之为代谢工程。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第25页,近年来，经过体细胞突变研究激素、次生代谢产物等代谢路径研究已经有许多报道。如番茄推迟成熟突变体,Nr,，与乙烯应答基因突变相关；玉米胚乳皱缩型突变,sh,可能包括蔗糖代谢相关酶基因突变。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第26页,第二节 体细胞无性系变异机理及影响原因,预先存在变异表示,染色体数目改变,点突变,体细胞染色体,DNA,复制和缺失,转座因子活化,DNA,甲基化,胞质,DNA,改变,一、体细胞无性系变异机理,植物体细胞无性系变异专家讲座,第27页,二、体细胞无性系变异影响原因,植物体细胞无性系变异专家讲座,第28页,一、供体植物,生理状态,以,分生组织,为外植体再生植株通常能够维持供体植物经典性，体细胞变异频率很低。,以,分化组织,为外植体再生植株轻易发生体细胞变异，其频率与分化程度相关。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第29页,一、供体植物,遗传背景,基因型：,植物种基因型间变异频率差异较大。,倍性水平：,多倍体和染色体数目较多植物其变异频率比二倍体和单倍体高。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第30页,二、培养基,激素,培养基,激素浓度,和,不一样激素配比,对再生植株染色体倍性有一定影响。,激素引发变异大多为,倍性,增加。,少数情况下激素引发,类减数分裂,而使倍性降低。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第31页,二、培养基,物理状态,普通来讲，悬浮培养细胞较半固体培养细胞易产生变异。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第32页,三、培养类型,原生质体培养体细胞变异大于细胞培养，而细胞培养变异又大于组织器官培养变异。,在细胞培养中，性细胞培养再生植株变异要大于体细胞培养植株。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第33页,四、继代次数,由继代次数引发体细胞变异普遍存在。普通来说，继代时间越长，继代次数越多，细胞变异机率就越高。,烟草继代培养年愈伤组织,，其再生植株与供体基因型相比，几乎没有形态正常植株。染色体分析表明其大多为非整倍体和多倍体。,玉米从刚诱导愈伤组织中分化植株，在形态上与供体基因型基本一致，但,培养年后,愈伤组织再生能力显著下降，再生植株生长异常。细胞学分析显示染色体断裂和带型变异。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第34页,小结,细胞工程技术对培养细胞含有,遗传稳定性,和,变异性,双重影响,体细胞,变异,在培养类型中含有,普遍性,，在变异性状上含有不足,体细胞变异可,自发产生,也可经过理化因子,诱导产生,体细胞变异包含染色体数量和结构变异，但大多数可利用变异多为,基因突变；,利用体细胞变异能够直接培育,品种,也可作为,生物学相关研究,基础材料,植物体细胞无性系变异专家讲座,第35页,思索题：,1,、简述体细无性系变异概念及优缺点。,2,、利用植物体细胞无性系变异现象，设计取得耐盐（或耐旱、抗病等）优良番茄株系基本程序。,植物体细胞无性系变异专家讲座,第36页,