第四章第二节植物体细胞无性系变异及突变体筛选.ppt

* 第二节 植物体细胞无性系变异及突变体筛选 将植物外植体在组织培养过程中，由于受到非生物因子的诱导发生变异，进而导致再生植株发生遗传变异的现象称为体细胞无性系变异（somaclonal variation）。 植物体细胞无性系变异现象是植物组织培养中的普遍现象。并可产生有益变异性状，对品种改良具有重要意义，已成为植物种质资源创新和品种选育的有效途径。 一、体细胞无性系变异的广泛性 体细胞无性系变异主要表现： (1) 植株外部形态变异，如株高、叶形、叶色等； (2) 育性上的变异； (3) 生长势上的变异； (4) 抗性变异； (5) 某些酶及同工酶变化； (6) 次生代谢物的差异。 二、植物体细胞无性系变异的来源 源于外植体预先存在的变异 所用外植体体内存在变异细胞，由变异细胞再生的植株可能为变异植株。 2. 离体培养诱导的变异： 植物组织培养本身对植物细胞产生一种胁迫作用，从而诱发植物细胞发生可遗传变异和表观遗传变异（epigenetic variation）。表观遗传变异是指不是由DNA序列改变而引起的植株表型变异。 （1）培养基成分和培养条件： 植物激素和生长调节剂是诱导体细胞无性系变异的重要原因之一，培养基中含有多种激素时，其诱变率大于单一激素。 生长素既能促进多倍体细胞分裂，又能诱导多倍体，尤其是2，4-D具有更强的诱变作用。 此外，高温、低温等培养条件也能促进染色体变异。部分植物细胞悬浮培养比固体培养易变异。 （2）植株再生途径： 体细胞胚胎发生途径遗传稳定性优于器官发生途径，尤其是经历脱分化形成愈伤组织的间接器官发生途径变异频率较高。 （3）培养时间和继代频率： 继代培养时间越长，变异率越高。如香蕉茎尖繁殖经过5、7、9、11次继代培养，体细胞无性系变异率分别为1.3%、1.3%、2.9%、3.8%。 （4）母本植株的遗传状态： 不同物种再生植株变异率存在差异，同意物种不同品种无性系变异率也有差别，同一物种多倍体变异率高于二倍体。同一植株不同外植体变异率也存在差异。 三、体细胞突变体的特征和类型： 特征： 突变发生的频率较低； (2) 突变随机发生具有偶然性； (3) 突变的表型在没有选择压力的条件下仍然稳定； (4) 表现型应能通过有性传递保持其特性。 2. 体细胞突变体的类型： （1）营养缺陷型： EMS(甲基磺酸乙酯) 处理烟草悬浮细胞诱导突变，通过加入BUdR（5-溴脱氧尿苷）进行筛选。 已 选择出需要生物素、次黄嘌呤、对氨基苯甲酸、赖氨酸、精氨酸及脯氨酸的六种营养缺陷型。 （2）抗性突变体： A. 抗氨基酸及类似物的突变体 选择相应的氨基酸生产过量的抗性突变体，原理是关键酶对反馈抑制不敏感，超越常量的合成对应氨基酸，或能减少或拒绝摄入氨基酸或类似物，或能分解和转化而解毒。 B. 抗抗菌素药物突变体： 抗链霉素、卡那霉素和氯霉素等突变体，多为细胞质遗传。 烟草细胞抗链霉素细胞系在（250-500ug/ml）的链霉素培养基上再生植株表现绿色。 C. 抗除草剂突变体： 培养在添加除草剂Picloram（4-氨基-3，5，6三氯吡啶羧酸）培养基上的烟草中，分离出抗除草剂突变体。 这类抗性属于单个显性或半显性突变遗传。 D. 抗病突变体： 烟草单倍体细胞经EMS处理后，培养在添加蛋氨酸磺基圬（病毒素类似物）的培养基上，由存活的细胞产生愈伤组织并分化成植株，对病原体感染不敏感。 E. 其他突变体： 抗核酸碱基类似物的突变体体；碳源利用突变体；激素自养型突变体；温度敏感突变体；耐盐、耐早等环境胁迫的突变体等。 四、体细胞无性系变异的遗传学基础： 体细胞无性系变异具有其遗传基础，表现在染色体结构和数量的变异、基因突变、扩增、丢失、重排和转座子激活等。 染色体数目变异 体细胞培养中产生的染色体数目变异主要源自有丝分裂过程中纺锤体的异常。在细胞分裂的后期，不同程度的纺锤体缺失导致染色体不分离、移向多级、滞后或不聚集，最终产生变异。 （1）整倍体变异 染色体自然加倍现象称为体细胞内多倍化，可能是在有丝分裂过程中纺锤体合成受阻引起，也可能是细胞质不分裂而形成多核细胞。 （2）非整倍体变异 非正倍体的出现多是由于多级纺锤体出现、染色体不分离或滞后以及核碎裂等导致。 2. 染色体结构变异 包括染色体断裂后经过修复和重新连接形成的易位、倒位、缺失和重复等结构变异。 （3）基因突变 包括核基因突变和细胞质基因突变。基因突变分为隐形单基因或多基因突