生物技术第七讲植物体细胞遗传学

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1、植物体细胞遗传学研究(somaticcellgenetics)周口师范学院生命科学系体细胞遗传学研究的内容体细胞遗传学是遗传学、细胞学和组织培养学相结合的产物。一般的细胞遗传学研究的内容是染色体在减数分裂过程中的行为及其遗传后果。体细胞遗传学主要研究离体培养的体细胞在有丝分裂过程中的遗传规律。研究的范畴真核生物体细胞的特点:⑴在二倍体生物中,没分化的体细胞都有2n染色体数;⑵在上代和下代体细胞间,染色体都是通过有丝分裂而传递的。体细胞:指植物体内除了孢子、配子和孢子母细胞之外的所有细胞。研究的范畴花药培养属于体细胞遗传学研究的范畴吗?在花药的培养中,花粉粒的发育偏离原来

2、的方向,其结果不是形成雄配子体,而是经过连续的有丝分裂,形成单倍体愈伤组织或花粉胚。更重要的是,由花药培养产生的单倍体更是体细胞遗传学研究的理想材料。体细胞遗传学分类种间体细胞遗传学:研究不同物种体细胞融合后异核体的遗传行为,对人工合成体细胞杂种有重要的指导意义。种内体细胞遗传学:对来自同一物种的体细胞进行研究,通过对细胞进行诱变、选择和互补分析等,不但可以获得新的基因型,而且有助于对某些一般性问题的了解,如基因的结构和功能,基因的表达和调控,细胞分化与发育的机制等。自然条件下的细胞周期正常的细胞周期:在顶端分生组织中,由于DNA合成之后立即进行核与细胞质的分裂,故细胞

3、都保持在二倍体水平。异常的细胞周期:以上细胞的衍生细胞,在以后的分化过程中,进行核内有丝分裂和核内复制,结果是出现体细胞多倍性。中柱鞘、原形成层和形成层细胞保持二倍体状态,因此,通过茎尖培养产生的植株和中柱鞘起源的侧根始终是二倍体的。物种分类非体细胞多倍体物种(non-polysomaticspecies):裸子植物10%的被子植物向日葵、胡萝卜、麝香百合等体细胞多倍体物种(polysomaticspecies):90%的被子植物豌豆、烟草、芍药等离体培养中的遗传与变异1离体培养中的遗传稳定性离体培养的细胞学基础是有丝分裂。有丝分裂的DNA半保留复制和染色体均等分裂机制

4、,从理论上可以保证离体培养物在一般情况下的遗传稳定性。在准确选择培养方式的前提下,离体无性繁殖可以具有较高的遗传稳定性(Phillip等,1994)。正是基于这一理论,利用离体培养技术建立了多种植物的无性繁殖体系。2离体培养条件下遗传变异的特点2.1普遍性植物种类、培养方式、培养类型不同的植物材料在不同的培养类型中都会发生变异。表1部分植物离体培养再生植株的表型变异频率2.2局限性从表型上看,在不同植物类型中经常发生的体细胞变异主要是植株形态(株高、叶形、叶色等)、生长势、育性、某些抗性等性状的变异。从生理生化特性上看,容易出现同功酶谱、次生代谢的消长等变异。一些单基因

5、控制的性状不仅发生隐形突变,也发生显性突变。2.3嵌合性:嵌合性是指同一有机体中同时存在有遗传组成不同的细胞,它是组织培养中常见的现象。在自然界中,染色体数的嵌合性是由杂种或新近合成的多倍体的遗传不稳定性造成的。这种混倍体现象的出现表明,再生植株可能是由愈伤组织中一个以上细胞起源的。影响体细胞遗传与变异的因素1供体植物供体植物倍性水平植物的基因型外植体细胞分化程度影响体细胞遗传与变异的因素2培养基及培养方式Torrey(1961),通过改变培养基成分,可有选择地诱导和保持倍性较高的细胞分裂。豌豆根段基本培养基+2,4-D二倍体细胞发生分裂基本培养基+2,4-D+激动素+

6、酵母浸出液有选择地诱导四倍体细胞发生分裂。培养基的物理状态以及培养类型也会引起细胞的变异。在悬浮培养的条件下,选择压有利于二倍体细胞,而在半固体培养的条件下,四倍体细胞出现的频率较高。一般来讲,悬浮培养的细胞较半固体培养的细胞易产生变异。影响体细胞遗传与变异的因素3继代培养的次数一般来讲,继代时间越长,继代次数越多,细胞变异的几率就越高。体细胞变异的细胞遗传学基础1DNA核内重复复制DNA在核内重复复制(endoreduplication)但不发生细胞分裂,其结果是染色体组数增加,形成同源多倍体。如果这种DNA重复复制多次发生,细胞内DNA含量就会不断上升。体细胞变异的

7、细胞遗传学基础2染色体断裂与重组染色体断裂与重组是离体培养中染色体结构变异的主要原因之一,也是体细胞变异中经常发生的现象。染色体结构变异的细胞学特征是:分裂中期出现断裂的染色体片段以及染色体桥,其结果是在体细胞中出现染色体易位、缺失、倒位等多种类型的结构变异。体细胞变异的细胞遗传学基础3非正常有丝分裂离体培养中,染色体除了整倍性变异外,还可观察到大量的非整倍性变异,这种愈伤组织往往分化能力低下,再生植株大多生长不正常,有性繁殖的遗传稳定性差。纺锤体形成异常使得有丝分裂不正常是其原因之一。非正常有丝分裂包括多极纺锤体形成和核裂。体细胞变异的

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