水稻体细胞无性系的建立及其遗传变异的研究
- 格式:pdf
- 大小:302.41 KB
- 文档页数:4
水稻雄性不育突变体的细胞学研究及遗传分析的开题报告
1. 研究背景
水稻是全球最重要的粮食作物之一,其产量和品质的提高对于全球粮食安全尤为重要。
然而,在水稻生产中,雄性不育系的应用已经成为了一种常见的育种方法。
水
稻雄性不育系能够通过掩护杂交育种以及增加育种效率等方面发挥作用,因此,对水
稻雄性不育的研究具有重要的意义。
2. 研究目的
本研究的主要目的是研究水稻雄性不育突变体的细胞学特征,梳理其线粒体基因突变及配合因子变异情况,旨在为水稻雄性不育系的遗传机制提供有力的依据。
3. 研究内容与方法
3.1 细胞学特征分析
通过对水稻雄性不育突变体和野生型的花药和花粉进行观察和比较,以探究雄性不育系在花药和花粉发育中的特征表现。
3.2 线粒体基因突变及配合因子变异情况研究
通过PCR扩增和DNA测序等技术,对水稻雄性不育系的线粒体基因组进行测序
分析,发现线粒体基因突变及配合因子变异情况。
4. 预期结果
通过本研究的实验和分析,我们预期得到描述水稻雄性不育突变体的细胞学特征,并发现其线粒体基因突变及配合因子变异情况。
这些结果将为水稻雄性不育系的遗传
机制研究提供有力的依据,促进水稻育种工作的开展。
5. 研究意义
本研究对于水稻雄性不育系的遗传机制研究具有积极的意义。
一方面,通过深入地研究水稻雄性不育系,我们可以探索更好的育种方法,提高水稻产量和品质;另一
方面,对于研究水稻生殖生物学和遗传学的学术界来说,本研究提供了一个新的突破口,为未来的研究提供了新的思路和方向。
基因改造让水稻实现无性繁殖
作者:暂无
来源:《新农村》 2019年第2期
最近,美国科学家团队通过基因改造技术,借助种子成功实现了水稻的无性繁殖。
这一成果证明了作物无性繁殖的可行性,是农作物育种领域的一项重大研究成果。
美国加州大学戴维斯分校科学家文凯特森·桑德利森及其同事,首先鉴定出精子细胞携带的基因BABY BOOM1(BBM1) 正是胚胎发生的关键,即使在没有受精的情况下也是如此。
随后, 他们用CRISPR/Cas- 9 技术, 在表达BBM1 基因水稻品系的卵细胞中敲除了该基因,从而去除了卵细胞的减数分裂行为。
最终这些水稻品系能够实现无性繁殖,并且有的品系产生了具有预期遗传多样性的无性系杂种后代。
摘自《科技日报》
(本栏编辑:江平)。
三系不育系水稻遗传多样性的研究的开题报告
一、研究背景
水稻是全球最重要的粮食作物之一,为全球人口的生存提供了重要的保障。
然而,面临的人口增长、气候变化、环境污染等挑战,使得水稻的生产不但需要应对日益增长的需求,还需要适应复杂变化的环境。
因此,水稻育种至关重要。
随着人类生活水平的提高,对于高品质的稻米需求也越来越高,这就要求育种专家必须充分了解水稻遗传多样性,并在这些基础上提高水稻的生产产量和质量。
二、研究目的
本项目旨在通过对三系不育系水稻遗传多样性的调查研究,进一步认识遗传变异的机理,挖掘潜在的良好遗传资源,为水稻育种提供有力的支持。
三、研究内容
(1)水稻遗传多样性的调查
采用多种分子标记技术对三系不育系水稻的遗传多样性进行调查研究,探索其存在的差异和规律。
(2)不育系与育性系之间的基因表达水平差异的分析
通过RNA-seq等技术,分析和比较不育系和育性系之间基因表达水平的差异,寻找存在的基因表达变化。
(3)遗传多样性的保育
对于遗传多样性丰富的不育系水稻资源进行保育。
四、研究意义
通过对三系不育系水稻遗传多样性的研究,加深对遗传多样性变异机理的认识,为水稻微小基因组遗传学的研究提供数据支持。
同时,挖掘出新的遗传资源,为水稻育种提供新的途径,提高生产效益和稻米品质。
遗传HEREDITAS(Beijing)19(5):45~481997水稻线粒体基因组与细胞质雄性不育研究进展涂 朱英国(武汉大学生命科学院,武汉430072)Development of Rice Mitochondrial G enome andCytoplasm Male SterilityTu J un Zhu Y ingguo(College of Life Science,Wuhan University,Wuhan430072)高等植物细胞质雄性不育是一种普遍的生物学现象。
表现雄性不育的植株一般不能产生或释放正常花粉。
细胞质雄性不育性状是通过细胞质遗传的,所以,人们认为细胞质雄性不育性是由线粒体或叶绿体的遗传物质所决定的。
进一步的研究表明,线粒体更有可能是决定细胞质雄性不育的重要因素。
近十多年来,飞速发展的分子生物学为植物细胞质遗传研究提供了许多新方法,如核酸限制性片段长度多态性(以下简称RFL P技术)、克隆和序列分析等方法。
下面我们以水稻为材料,谈谈近年来对水稻线粒体基因组及细胞质雄性不育机理的研究进展状况。
1 线粒体基因组高等植物线粒体基因组的结构相当复杂。
线粒体基因组的大小因植物种类的不同,大约为200kb到2000kb,基本为单一顺序碱基。
水稻线粒体基因组至少在300kb以上。
通过电镜显示,植物线粒体DNA为一个不同大小环状和线状分子的复杂集合体,而且限制性内切酶酶切片段量低于化学计量法所得总量,所以,推测线粒体DNA 是异质结构。
王斌等研究发现,电镜下水稻线粒体DNA为1至156kb的复杂集合体,主要为线状,少数为环状,部分表现为超螺旋形态。
他们通过酶切消化与电镜观察相结合,估算了水稻线粒体DNA的大小,与K ottaram的结果类似,为300kb左右〔1〕。
也有人认为,并不存在同样大小的单一主环结构,线粒体基因组以多个亚基因组环状分子及线状分子存在,利用稀有切点限制酶构建了一个117kb的环状染色体图谱,并对Cox I和atp A进行了精确定位,粗略定位了rm26,Cob2,atp6,rm18基因〔2〕。
植物体细胞无性系变异及其育种上的应用在Schleiden和Schwann的细胞学基础上,1902年德国Haberlandt提出植物细胞具有全能性(totipotent)的理论,直到二十世纪四十年代,组织培养得以建立。
经众多科学家和学者的不断努力,植物组织培养技术得以完善,被应用于植物生产的众多领域。
植物组织培养(plant tissue culture)是指植物的一个细胞、器官或组织,在无菌条件下,经人工培养,使其最终形成完整的新植株的过程。
虽然植物细胞、器官或组织具有分化成完整的植株的能力已广为人知,但是在未来的几十年里,这仍然被视为科学界的重大问题之一[1]。
1980年,Shepard等[2]发现利用可无性繁殖的植物——马铃薯(Solanumtuberosum)栽培品种“Russet Burbank”的叶肉原生质体培养,可获得突变频率较高的突变体。
随后,Larkin和Scowcroft[3]将这种现象命名为体细胞无性系变异(somaclonal variation)来描述植物细胞组织培养过程中的再生细胞存在的大量变异现象,为体细胞无性系的筛选和新变异来源做了铺垫。
目前,对于体细胞无性系变异的研究已有很多,但仍有许多没有研究清楚的地方,有待后人在这一方面做出更多贡献,并大规模推广应用。
1.体细胞无性系变异的遗传基础体细胞无性系变异是具有遗传基础的,具体表现在染色体变异、基因突变以及转座子激活等方面[4]。
在水稻[5]、小麦[6]和大蒜[7]等植物愈伤组织培养过程中,均发现了染色体数目倍性变异的现象;组培大蒜愈伤组织[8],再生黑麦根尖细胞[9],均发现其中发生了不同类型的染色体结构变异。
袁云香等[10]用含Ac/Ds转座元件的愈伤组织组培,结果6%的再生植株仅含Ac,而Ds因切离而丢失,表明组织培养可获得突变体。
此外,组织培养还会造成植物DNA甲基化的变异,经组织培养的香蕉[11]和豌豆[12]等,研究表明其DNA甲基化水平上升;而在大豆[13]、大麦[14]和草莓[15]上发现,DNA甲基化水平降低。
态性的引物有131对,占所用引物的62.5%。
来源不同的微卫星标记,多态性的表现也有所不同。
多态性较高的微卫星标记存在于第9和第lO条染色体上,达72%左右。
最低的存在于第12条染色体上。
仅为45%芹右。
图3.1.2.1显示的是SSR标记RM224在24份水稻不育系中的多态性。
利用SSR标记技术,建立了24个主要不育系的指纹图谱数据库(见表3.1.2.1),筛选出多态性的引物131个,其中特异的引物7个:RM318,RM334,RM277,RMl20,RM210、RM214,RMll7,可将宜香lA、II.32A、珍汕97A、V20A、Y华A、优IA、协青早A从24个不育系中鉴别出来。
用单一或几个引物相结合,可以将主要不育系的仟何一个与其它24个主要不育系区分开来,为品种保护提供了有力的技术支持。
图3…I21RM224在24份水稻不育系中的多态性。
从总体上讲,组织培养后植株变异的原因有三:一是由源植株中预先存在的变异的表达,二是组织培养过程中引起的可遗传的变异(DNA改变),三是由外遗传及生理作用引起。
(一)外植体中预先存在变异的表达研究表明,某些体细胞无性系变异是由于外植体中细胞预先存在的变异的表达。
一般说来,除非采用单细胞或原生质体,否则,对由不同类型细胞组成的多细胞外植体进行培养会导致再生植株表型的不一致性。
预先存在变异包括内复制造成的细胞间染色体倍性差异,体细胞突变及DNA甲基化状态的变化等。
由不定芽再生导致的嵌合体的分离(破坏、丢失或重排)是最明显的预先存在变异的表现。
嵌合体一般可分为扇形嵌合体、部分周缘嵌合体和周缘嵌合体三种。
前两种在常规繁殖中不稳定,而周缘嵌合体在常规繁殖中较为稳定,但即使是周缘嵌合体,利用组织培养进行快速繁殖或不定繁殖时,也会引起大部分嵌合体破坏(>30%)。
颜色、形态和生理习性嵌合体是可见的,而细胞嵌合体(染色体或染色体组不同的细胞)通常是难以直接观察到的,只对植株的营养价值、同工酶谱等表现有很小的影响。
另一方面,由于病毒在植物体内不均匀分布,利用植物组织培养手段(分生组织培养、不定芽再生或原生质体培养等)可脱除植物病毒,从而也可引起性状的改变。
通常植物(指二倍体植物)的分生组织中都是二倍体细胞,所以采用顶端分生组织或幼嫩组织或器官作外植体进行启动培养,再生植株表型和倍性水平的稳定性远大于其他类型外植体培养获得的植株。
(二)培养中诱导产生的变异培养中诱导产生的变异主要受培养类型(或植株再生方式)、外植体类型(或组织来源)、生长调节物质、培养物的年龄(或继代培养时间)、遗传组成(或基因型)等因素的影响。
1. 培养类型(或植株再生方式)一般而言,一个已分化的细胞经历变化剧烈的脱分化和再分化很容易产生变异,因而愈伤组织培养常与体细胞无性系变异联系在一起;另一方面,愈伤组织通常从切口处产生,因而与活体中的伤口反应极为类似,容易激发转座子的活动,以及胁迫刺激诱导产生某种酶类或特异性附产物。