基因突变与体细胞变异剖析

影响体细胞无性系变异的因素
• 植物的繁殖世代及品种差异 • 外植体来源 • 愈伤组织继代次数 • 培养基成分：激素 • 培养过程中理化因素
• 植株再生方式
遗传变异检测方法
• 染色体计数 • 同工酶 • 蛋白质电泳 • 分子标记（AFLP,SSR, ISSR, RAPD, SSAP etc）
2. 基因突变
2.1. Point mutation 的类型
2.2. 突变发生的机理 (自发突变，诱发突变)
2.3. 保证遗传稳定的机制
2.4. 基因重组交换的分子生物学
2.5. 遗传变异(DNA) 的检测
Genetic mutation
Chromosome mutation
chromosome number chromosome structure
（光、温敏感不育，Ts, su--…）
3.2. 突 变 发 生 的 机 理
(自发突变，诱发突变)
2.2.1. 自发突变
碱基异构式引起DNA复制过程的错误
a) 碱基异构式 A(amino) G(keto) T(keto) A(imino) G(enol) C(a) G(k) C(i) G(e,i)
它们在育种上都有着重要意义。
物理诱变
• 物理诱变因素：紫外线、ｘ射线、γ 射线百度文库 α 射线、β 射线、中子、质子等.
• 物理诱变的处理方法：外照射、内照射、重复照
化学诱变
• 化学诱变因素：
• 碱基类似物：如5-溴脱氧尿嘧啶是T的类似物；2-氨 基嘌呤是嘌呤的类似物。 • 烷化剂：使碱基烷化，导致碱基错配。EMS，MMS。
dNt point mutation
2.1. Point mutation 的类型
● conversion (取代)
transition(转换)
transvertion(颠换)
Py
Py
Py
Pu
Pu
Pu
● dNt deletion or insertion = 3x dNt = 3x dNt ±n x Amino acid Frame shift
• 普遍性： • 是植物组织培养过程中的普遍现象，不限于某些
植物，也不限于某些器官，变异所涉及的性状也
相当广泛。
• 植物组织培养可导致产生体细胞无性系变异，而
且某些变异能够遗传下去。
• 局限性：
– 从表型上看，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。
G(e,i, anti)
G(k, syn)
A(a, syn)
3.2.2. 诱发突变
3.2.2.1. 物理诱变 a) 电离辐射诱变； (χ)( γ) ray Cs137(χ) (γ) ray H3 (α) ray P32,, S35(β) ray Co60 (χ)( γ) ray穿透性
1.2 来 源
• 自发无性系变异
• 诱导无性系变异
• 培养基的选择：MS培养基或B5培养基，做一些定性或 者定量的变动。激素的作用。 • 外植体的选择：突变的频率不同(分化程度较高变异少)。
1.2 来源
• 诱变培养：筛选符合目的要求的突变体
• 诱变因素主要有两类:
• 物理诱变：各种射线；
• 化学诱变：甲基磺酸乙酯(MMS)，乙基磺酸乙酯(EMS) • 激素
T(enol-2’) or T(enol-4’)
碱基异构式引起DNA复制的错配
正确配对 A(a) T(k) G(k) C(a)
错误配对 A(a)
A(i)
C(i)
C(a)
G(k)
G(e)
T(e)
T(k)
A(i, anti)
G(e,i, anti)
A(a, syn)
G(k, syn)
A(i, anti)
幼果愈伤组织
10－15 100 7 34
100
离体培养变异的影响因素
• 供体植物
– 遗传背景
倍性水平，二倍体比单倍体稳定
基因型
– 生理状态
来源于茎尖的愈伤组织的DNA含量及染色体 数的稳定性好于来源于薄壁细胞的
• 继代培养的次数
• 培养基及培养方式
亚二倍体是指正常的46条染色体丢失一个或多个染色体 继代次数越多，细胞变异概率越高
• 体细胞无性系变异：是指植物外植体经组 织、细胞培养的脱分化和再分化过程，表 现于再生植株中的变异。 • 已经观察到体细胞无性系变异的农作物有 甘蔗、香蕉、马铃薯、小麦、水稻、水晶 掌等上百种。
＊自然界生物突变现象
＊自然界生物突变现象
＊自然界生物突变现象
＊自然界生物突变现象
1.1离体变异特点
基因突变与体细胞变异 （Somatic Variation and Plant Genetic Improvement）
1.植物体细胞变异定义
•体细胞变异：与性细胞变异相对应，即非性细胞产生的变
异，按变异的性质可分为遗传变异和表观遗传变异，按照离 体与否分为体细胞变异（芽变，不离体, somatic variation） 和体细胞无性系变异（离体, somaclonal variation）。
化学诱变
• 能结合到DNA中的化合物 ：引起ＤＮＡ分 子遗传密码的阅读顺序发生改变。
• 主要方法：浸渍法、滴液法、注射法、
涂抹法、施入法和熏蒸法等。
1.3 遗传学基础
具体表现在 ： • 染色体数目和结构变异； • 基因突变； • 碱基修饰（表观遗传变异）； • 基因扩增或丢失（转座效应）； • 基因重排（转座效应） ； • 转座子的激活；
● conversion effect ---Same sense mut. GAA(谷) → GAG(谷)
---Mis-sense mut.
---Nonsense mut.
GAA(谷) → AAA(赖)
GAA(谷) → TAA(stop)
● 突变的表达类型
---获得突变型是遗传学研究的重要前提 ---非条件型突变： allele in DNA level (RFLP, RAPD…) allele in phenotype (红花/白花，糯/非糯…) 条件型突变： 突变的表现 = 突变基因型 + 诱导条件
• 嵌合性：指同一有机体中同时存在有遗传组成 不同的细胞。
– 必须分离培养才能纯化。
离体再生植株的表型变异频率
植物种类 烟草 水稻 甘蔗 玉米 再生植株来源 体细胞愈伤组织 胚愈伤组织 幼叶愈伤组织 体细胞愈伤组织 变异频率(%) 10 71.9 >18 14
大麦 马铃薯 菠萝
花粉植株 叶肉原生质体 顶芽愈伤组织 腋芽愈伤组织