體外單倍體誘導(dǎo)與單倍體育種

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1、體外單倍體誘導(dǎo)與單倍體育種體外單倍體誘導(dǎo)通常是指利用離體培養(yǎng)花藥或小孢子的方法，誘導(dǎo)形成單倍體植株。單倍體育種是指將具有單套染色體的單倍體植物，經(jīng)人工染色體加倍，使其成為純合二倍體，從中篩選出優(yōu)良個(gè)體，直接繁育成新品種；或選出具有單一優(yōu)良性狀的個(gè)體，作為雜交育種的原始材料[1]。123456789花柄花托子房花萼花瓣花柱柱頭花藥花絲雄蕊雌蕊（花冠）花粉植株形態(tài)發(fā)生的方式愈傷組織型：離體培養(yǎng)的花粉粒先形成愈傷組織，再分化為單倍體植株水稻花藥的培養(yǎng)接種在平板上的水稻花藥部分花藥產(chǎn)生愈傷組織愈傷組織轉(zhuǎn)接種到再生培養(yǎng)基愈傷組織分化形成

2、再生植株類(lèi)胚體型：離體培養(yǎng)的花粉粒分裂后，以胚狀體的形式釋放出來(lái)，然后發(fā)育成植物體部分花藥通過(guò)胚狀體途徑形成小植株煙草花藥培養(yǎng)通過(guò)胚狀體途徑再生形成小植株煙草花藥培養(yǎng)13.1植物小孢子發(fā)育過(guò)程第一期，小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂形成四分體。四分體的周?chē)粚雍竦碾蓦召|(zhì)，隨著胼胝質(zhì)的分解四個(gè)小孢子便分離開(kāi)來(lái)；第二期，單個(gè)小孢子繼續(xù)發(fā)育。進(jìn)行第一次花粉細(xì)胞有絲分裂，分裂是不對(duì)稱的，這種類(lèi)型的花粉粒稱為A型；第三期，小孢子發(fā)育形成成熟的花粉粒。標(biāo)志：細(xì)胞中明顯出現(xiàn)兩個(gè)核?；ㄋ幣囵B(yǎng):將花粉發(fā)育至一定階段的花藥培養(yǎng)在人工培養(yǎng)基上，誘導(dǎo)其花粉

3、粒改變發(fā)育進(jìn)程，形成花粉胚或愈傷組織，進(jìn)而分化成苗的過(guò)程[2]。（器官培養(yǎng)）花粉培養(yǎng)(小孢子培養(yǎng))：將發(fā)育至一定階段花粉從花藥中分離出來(lái)成為分散或游離狀態(tài)，花粉脫分化后再生成苗。（細(xì)胞培養(yǎng)）13.2花藥和花粉培養(yǎng)：歷史：Guha和Maheshwari（1964）曼陀羅花藥培養(yǎng)Nitsch和Norreel(1973)煙草花粉培養(yǎng)（游離小孢子培養(yǎng)）Chu（1973）小麥花粉培養(yǎng)（早期花藥培養(yǎng)主要依靠小孢子的自然胚胎發(fā)生產(chǎn)生單倍體，能自發(fā)形成胚胎發(fā)生的基因頻率較低，效率極低）80年代后期到90年代期間，花培技術(shù)迅速發(fā)展。許多作物小孢

4、子培養(yǎng)已經(jīng)成功。十字花科、麥類(lèi)、水稻、玉米等[3]。90年代，一些先前被認(rèn)為是不易進(jìn)行小孢子培養(yǎng)的基因型也相繼成功Konzak(1999)?；ㄋ幒突ǚ叟囵B(yǎng)：指在合成培養(yǎng)基上，改變花粉的發(fā)育途徑，使其不形成配子，而像體細(xì)胞一樣進(jìn)行分裂、分化、最終發(fā)育成完整植株。該發(fā)育途徑被稱為“花粉孢子體發(fā)育途徑”或“雄核發(fā)育”[4]。兩者的異同點(diǎn)培養(yǎng)目的相同，均獲得小孢子植株?；ㄋ幣囵B(yǎng)屬于器官培養(yǎng)；而花粉培養(yǎng)屬于細(xì)胞培養(yǎng)?；ǚ叟囵B(yǎng)沒(méi)有藥壁組織干擾；可計(jì)數(shù)小孢子產(chǎn)胚率；可觀察雄核發(fā)育的全過(guò)程；單倍體產(chǎn)量高。但技術(shù)更復(fù)雜。2.花藥或花粉培養(yǎng)的意義

5、：供體植株小孢子（n）花培花粉植株（n）雄核發(fā)育自然加倍人工加倍純合植株DH（2n）一年內(nèi)獲得純系2.1作物育種（1）縮短育種周期：常規(guī)育種需4-6年獲得純系，而小孢子培養(yǎng)僅需一年。例子：二倍體供體植株基因型為AaBb，若要從后代中選擇基因?yàn)锳Abb的純合單株常規(guī)方法：AAbb出現(xiàn)的概率為1/16，并且不能將AAbb與Aabb、aAbb區(qū)分開(kāi)。（2）提高了目標(biāo)基因型的選擇效率ABaBAbabABAABBAaBBAABbAaBbaBaABBaaBBaABbaaBbAbAabBAabBAAbbAabbabaAbBaabBaAbba

6、abb例子：二倍體供體植株基因型為AaBb，若要從后代中選擇基因?yàn)锳Abb的純合單株單倍體方法：AAbb出現(xiàn)的概率為1/4。（2）提高了目標(biāo)基因型的選擇效率單倍體二倍體AB-------------------------->AABBaB---------------------------->aaBBAb---------------------------->AAbbab---------------------------->aabb供體親本AaBb花培植株不受顯隱性的影響，在誘變育種中能在當(dāng)代及時(shí)獲得突變個(gè)體，加倍后成

7、為穩(wěn)定的純系。（3）誘變育種中的作用2.2物種進(jìn)化研究可探索親本染色體組的構(gòu)成。分析單倍體植物減數(shù)分裂時(shí)，形成二價(jià)體的數(shù)目和形狀，能確定染色體組內(nèi)是否存在同源染色體。2.3遺傳分析單倍體植株中基因不受顯隱性的影響，每一個(gè)基因的作用均能表現(xiàn)出來(lái)。能用來(lái)研究基因的性質(zhì)及其作用。還可用于基因的劑量效應(yīng)分析[5]。2.4構(gòu)建連鎖圖譜雙單倍體（DH）群體是永久性群體，能有效地用于遺傳圖譜的構(gòu)建2.5用于遺傳轉(zhuǎn)化能直接表達(dá)外源基因，不受顯隱性影響。3.花粉孢子體發(fā)育途徑（雄核發(fā)育）3.1花粉發(fā)育的階段花粉離體培養(yǎng)時(shí)，雄核發(fā)育最適宜的時(shí)期

8、一般是第一次有絲分裂或之前。3.2雄核發(fā)育途徑1、A途徑小孢子第一次有絲分裂為均等分裂，形成營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和生殖細(xì)胞（1）A-V途徑由營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞重復(fù)分裂形成單倍體（2）A-G途徑由生殖細(xì)胞重復(fù)分裂形成單倍體（3）A-VG途徑（E途徑）由營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和生殖細(xì)胞各自獨(dú)立分裂，共同形成單倍體（