离体培养的遗传与变异PPT课件

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突变体的应用
• 生化代谢途径研究
– 根据需要建立某一代谢途径中每一个调节 点的突变体。 • 烟草硝酸还原酶缺失突变体cnx和nia
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具有实用性的突变体
类型
应用
抗氨基酸及类似物突变体 高赖氨酸水稻突变体
抗病突变体
烟草抗野火病突变体
抗除草剂突变体
烟草抗“毒莠定”突变体
耐盐突变体
再生植株来源 变异频率(%)
体细胞愈伤组织 10
胚愈伤组织
71.9
幼叶愈伤组织 >18
体细胞愈伤组织 14
花粉植株
10－15
叶肉原生质体 100
顶芽愈伤组织 7
腋芽愈伤组织 34
幼果愈伤组织2021 100
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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
– 离体培养再生植株的自发变异比自然条件 下的变异高得多，一般可高出几百倍
• 诱导突变(induced mutation) – 物理诱变 – 化学诱变 – 复合因子诱变 – 转座子插入诱变
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诱变剂
物理诱变剂
化学诱变剂
X,α,β,γ 射线及紫外线
碱基类似物
烷化剂
诱发染色体 断裂的物质
DNA复制中，“以假 乱真”，如5-溴尿嘧 啶(BU)、2-氨基嘌呤 等
• 转座子作用：既可直接将外源基因带入细胞 内获得新性状，又可以独立插入通过其转座 功能诱导变异。
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转座子插入诱变
• 操作过程
– 采用基因转化的方法将Ac/Ds导入受体细胞
– 通过体细胞培养或再生植株的自交或侧交使 Ac因子切除，由于转座子插入的随机性， 即可在切除Ac的植株中筛选出不同变异。
带有不稳定烷基，能 马来酰肼
改变DNA的化学结构。 丝裂霉素
甲基磺酸乙酯
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转座子插入诱变
• 转座子体系--玉米的Ac/Ds系统
– Ac（Activation，意为活化）。相当于一个显 性因子,它位于9号染色体长臂上,Ac与Ds （Dissociation，意为离异）隔开一段距离,但 却能遥控指挥Ds(Ds是不稳定的，它可以从染 色体的一个位点跳到另一个位点)
• 离体培养的遗传稳定性表现的另一个方 面是即使发生某些变异，只需根据需要 选择适当的培养方式进行离体繁殖，即 可淘汰或选择变异、或分离纯合体。
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离体培养下的变异特点
• 普遍性：
– 变异可发生在各种培养类型中；各种培养植物中
• 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。
• 成果：已在苜蓿（颜色改变）、马铃薯、 番茄、甘蓝等多种植物上获得可利用的体 细胞变异植株。
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ห้องสมุดไป่ตู้
突变体的应用
• 创造育种中间材料或直接筛选新品种
– 在全世界50多个国家中，已培育出1000多个由 直接突变获得的或由这些突变体杂交而衍生的 品种
– 通过体细胞诱变选育的谷类作物品种中，品质 得到不同程度改良的占34.3％。
细胞的变异。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。
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体细胞变异的基础
• 遗传学基础
– DNA在核内重复复制－－同源多倍体
硬粒小麦中胚轴培养中DNA值的变化
培养天数
不同DNA值细胞比例（％） <2C 2c~4c <8c 8c or >8c
0
88.3 11.7
5
80.7 16.8
– 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。
• 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。
– 嵌合体可以以不同倍性的形式存在，必须分离培
养才能纯化。
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离体培养再生植株的表型变异频率
植物种类 烟草 水稻 甘蔗 玉米 大麦 马铃薯 菠萝
• 豌豆，低浓度2,4-D(0.25 mg/L)－－多倍体
高浓度2,4-D(20 mg/L)－－二倍体
– 激素除了引起染色体倍性的增加外，在一 些培养中还发现染色体倍性减少的现象。
• 蚕豆，无激素－多倍体发生频率＝6.31%
10NAA，2.5KT-单倍体＝13.3％
– 培养基的物理状态以及培养类型也会引起
– 抗病，占诱变品种的1/4
– 耐盐
– 抗除草剂
– 耐寒
– 耐旱
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突变体的应用
• 遗传研究
– 用于基因功能鉴定 – 突变DNA序列用于分子标记
• 发育生物学研究
– 用于建立器官发育模式 – 分析鉴定一些基因的表达与植物发育的关
系
• 在烟草、玉米中均通过质体突变体分离鉴定了 与植物叶绿体发育的基因
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
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1.8
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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202变1 异概率越高
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• 培养基及培养方式
– 不同的激素浓度可以有选择地诱导不同倍 性的细胞的分裂。
细胞培养过程中的遗传变异
• 离体培养中的遗传与变异特点 • 体细胞变异的基础 • 体细胞突变体诱导与筛选的方法
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遗传与变异特点
• 离体培养的遗传稳定性 • 离体培养下的变异 • 影响体细胞遗传与变异的因素
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离体培养的遗传稳定性
• 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的均 等分裂机制，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。
2.5
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4.8 79.5 6.6
9.1
17
9.7
81.25021 7.9
0.9 11
体细胞变异的基础
• 遗传学基础 – 染色体断裂与重组－－非整倍体、四倍体
• 产生染色体结构变异的一般不能正常生长
• 染色体畸变中出现的双着丝粒染色体在细胞分裂后期 如四不倍能 体被。拉断，就会在两核之2间021形成染色体桥，出现 12
烟草已选择出抗盐突变体 （1%~2%NaCl)
抗金属离子突变体 抗汞、铜、铝
体细胞变异的基础
• 遗传学基础
– 非正常有丝分裂－－非整倍体
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体细胞变异的基础
• 分子遗传学基础
– 碱基突变 – DNA序列的选择性扩增与丢失
• 抗除草剂－草甘磷，3-烯醇丙酮酸莽草酸-5磷酸合成酶
– 转座子活化 – DNA甲基化
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突变的类型及应用
• 自发突变(spontaneous mutation)