细胞的全能性与遗传变异培训讲义课件.ppt

1、细胞的全能性与遗传变异l细胞全能性概述l细胞脱分化l细胞分化l全能性：一个生活细胞所具有的产生完整生物个体的潜在能力称之为细胞的全能性l周期细胞：茎尖、根尖及形成层细胞始终保持分裂能力l终端分化细胞：筛管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞，永久失去分裂能力lGo细胞：表皮细胞及各种薄壁细胞，受到外界刺激后可重新启动分裂一、细胞全能性注意：一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它在自然部位上所处的位置和生理状态。细胞脱分化（dedifferentiationdedifferentiation）：培养条件下使一个已分化的细胞回复到原始无分化状态或分生细胞状态的过程l总体上包括细胞质显著变

2、浓，大液泡消失，核体积增加并逐渐移位至细胞中央，细胞器增加。l第一阶段为启动阶段，表现为细胞质增生，并开始向细胞中央伸出细胞质丝，液泡蛋白体出现；l第二阶段为演变阶段，此时细胞核开始向中央移动，质体演变成原质体；l第三阶段为脱分化终结期，细胞回复到分生细胞状态，细胞分裂即将开始。l细胞周期调控l激素的作用lPSK的调控作用l染色体变化3不同基因型间体细胞胚形成能力的差异Cyclin(周期蛋白A，B，C，E)Cyclin(周期蛋白A，B，C，E)碱基突变结构基因的位置或调控序列的位置2细胞脱分化的调控机理球形胚形成后，如果降低培养基的无机盐浓度，可以显著促进体细胞胚的进一步发育。三、起始材料对器

3、官分化的影响外源生长素的使用模式在大多数植物中是相似的，如诱导胚性细胞产生，或诱导愈伤组织转化为胚性愈伤组织，均需要高浓度的生长素。影响体细胞遗传与变异的因素细胞的全能性与遗传变异F ig11Embryogenic callus from ap icalmeristem光照时间、强度以及光质对器官分化均有影响四、体细胞胚胎发生的生化与分子基础2经过愈伤组织的体细胞胚发生DNA序列的选择性扩增与丢失DNA序列丢失多发生在rDNA及其间隔序列母体植株的遗传基础不同基因型器官分化能力不一样（玉米幼胚340、吉853、444，愈伤组织诱导率均为100%，器官分化率（）78、11、0.培养基及培养条件对

4、体细胞胚形成的影响有些试验中也显示，GA3、ABA、乙烯等也在细胞分化中起到一定的调节作用。SRD1、SRD2和SRD3培养方式悬浮培养的细胞较半固体培养的细胞易产生变异在一些试验中还发现，体细胞胚发育后期降低蔗糖浓度，也有利于胚的继续发育和提高体细胞胚的成苗率体细胞胚的产生要求培养基中含有一定浓度的还原态氮。第四节 离体培养下的遗传与变异经过了胚胎发育过程，区别与离体培中器官发生生理生化特性上容易出现同功酶谱、次生代谢的消长等变异。这种不经过愈伤组织直接发生器官的途径在以品种繁殖为目的的离体培养中具有重要的实践意义。培养基及培养条件对体细胞胚形成的影响第一节细胞全能性及其表达生长素与细胞分裂

5、素是两类主要的植物激素，在离体器官分化调控中占有主导地位。外植体某些部位的细胞，在重新分裂后直接形成分生细胞团，然后由分生细胞团形成器官原基。Cyclin(周期蛋白A，B，C，E)甘 蔗 幼叶愈伤组织 18生长素和细胞分裂素是两类主要的培养条件下调控细胞生长和分化的植物激素。细胞脱分化（dedifferentiation）：培养条件下使一个已分化的细胞回复到原始无分化状态或分生细胞状态的过程首先是在较高浓度下诱导胚性细胞的形成嵌合性是指同一有机体中同时存在有遗三、起始材料对器官分化的影响体细胞变异的细胞遗传学基础这种不经过愈伤组织直接发生器官的途径在以品种繁殖为目的的离体培养中具有重要的实践意

6、义。体细胞胚概念离体培养下没有经过受精过程，但经过了胚胎发育过程所形成的胚的类似物（不管培养的细胞是体细胞还是生殖细胞），统称为体细胞胚或胚状体。极性一旦建立，在一般情况下不可逆转。表型上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。体细胞胚是离体培养的产物起源于非合子细胞，区别于合子胚；母体植株的遗传基础不同基因型器官分化能力不一样（玉米幼胚340、吉853、444，愈伤组织诱导率均为100%，器官分化率（）78、11、0.一是体细胞胚具有双极性（doublepolarity）细胞脱分化（dedifferentiation）：培

7、养条件下使一个已分化的细胞回复到原始无分化状态或分生细胞状态的过程PSKa在低细胞密度下促进细胞启动分裂。这种不经过愈伤组织直接发生器官的途径在以品种繁殖为目的的离体培养中具有重要的实践意义。极性无论在低等植物或高等植物中均普遍存在。体细胞变异的分子遗传学基础1、细胞分化与基因组变化同源框（homebox）基因器官发生：是指培养条件下的组织或细胞团（愈伤组织）分化形成不定根（adventitious roots）、不定芽（adventitious shoots）等器官的过程。传组成不同的细胞，它是组织培养中常水 稻 胚愈伤组织 71.2经过愈伤组织的体细胞胚发生l三类lCyclin(周期蛋白A

8、，B，C，E)lCDKcyclindepended kinase（1，2，4）lCKI cyclindepended kinase inhibitor2经过愈伤组织的体细胞胚发生第四节 离体培养下的遗传与变异起始材料对器官分化的影响体细胞变异的分子遗传学基础生长素和细胞分裂素是两类主要的培养条件下调控细胞生长和分化的植物激素。CKI cyclindepended kinase inhibitor四、体细胞胚胎发生的生化与分子基础在以幼胚、胚以及子叶为外植体时，通常可以直接诱导胚性愈伤组织产生，进而发生体细胞胚。体细胞无性系（somaclones）由任何形式的细胞培养所产生的植株，Larkin和

9、Scowcroft（1981）子叶常不规范，有时具有两片以上的子叶；玉 米 体细胞愈伤组织 14bZIP（PKSF1）；“生长中心”形成若干部位成丛出现类似形成层的细胞群，拟分生组织，它们是愈伤组织中形成器官的部位。水 稻 胚愈伤组织 71.Hatzopoulos等，第三节 体细胞胚胎发生生长素的这一应用规律与胚胎发育过程中内源激素的变化是一致的。F ig11Embryogenic callus from ap icalmeristem三、影响体细胞胚发生的因素第一阶段为启动阶段，表现为细胞质增生，并开始向细胞中央伸出细胞质丝，液泡蛋白体出现；水 稻 胚愈伤组织 71.F ig13Plantl

10、ets from somatic embryos第三节 体细胞胚胎发生l1996年，首次发现PSK a,PSKblPSKa在低细胞密度下促进细胞启动分裂。lPSKa表达受NAA诱导，lPSKa表达同时细胞起动分裂。l水稻细胞质膜上存在PSKa的受体蛋白120kD和160kDl细胞分化（differentiation）导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在发育方式改变的过程（许智宏，1998）。l时间上的分化一个细胞在不同的发育阶段上可以有不同的形态和机能l空间上的分化同一种细胞后代，由于所处的环境（如部位）不同而可以有相异的形态和机能l单细胞生物仅有时间上的分化l多细胞生物时间上的分化，有空

11、间上的分化，如一个植物个体在其顶端、根、茎、叶等不同部位具有不同的细胞。l染色体重复复制lDNA的差异扩增l基因重排l极性指植物的器官、组织、甚至单个细胞在不同的轴向上存在的某种形态结构以及生理生化上的梯度差异l极性无论在低等植物或高等植物中均普遍存在。l极性一旦建立，在一般情况下不可逆转。l在很多情况下，细胞的不均等分裂是细胞极性建立的标志。l激素在植物生长发育中具有重要的调控作用，也是离体培养条件下调控细胞脱分化和再分化的主要因素。l生长素和细胞分裂素是两类主要的培养条件下调控细胞生长和分化的植物激素。l有些试验中也显示，GA3、ABA、乙烯等也在细胞分化中起到一定的调节作用。l离体培养中

12、器官发生的方式l器官分化过程l起始材料对器官分化的影响l激素对器官分化的调控器官发生：是指培养条件下的组织或细胞团（愈伤组织）分化形成不定根（adventitious adventitious rootsroots）、不定芽（adventitious shootsadventitious shoots）等器官的过程。l三种方式l先芽后根l先根后芽l愈伤组织的不同部位形成芽和根，再通过维管组织的联系形成完整植株。l三个生长阶段l诱导形成愈伤组织l“生长中心”形成若干部位成丛出现类似形成层的细胞群，拟分生组织，它们是愈伤组织中形成器官的部位。l器官原基及器官形成l在有些情况下，外植体不经过典型的愈

13、伤组织即可形成器官原基。两种情况l外植体中已存在器官原基，进一步培养即形成相应的组织器官进而再生植株，如茎尖、根尖分生组织培养；l外植体某些部位的细胞，在重新分裂后直接形成分生细胞团，然后由分生细胞团形成器官原基。l这种不经过愈伤组织直接发生器官的途径在以品种繁殖为目的的离体培养中具有重要的实践意义。l母体植株的遗传基础不同基因型器官分化能力不一样（玉米幼胚340、吉853、444，愈伤组织诱导率均为100%，器官分化率（）78、11、0.4)l外植体的类型体现在外植体的生理状态上。生理状态年轻，来源于生长活跃或生长潜力大的组织和器官的细胞更有利于培养l生长素与细胞分裂素是两类主要的植物激素，

14、在离体器官分化调控中占有主导地位。l生长素/细胞分裂素比例l高生根；低分化芽；中愈伤组织l光照时间、强度以及光质对器官分化均有影响l同源框（homebox）基因lKn1（KNOTTED1）；STM（Shootmeristemless）lCdc2；ESR1lbZIP（PKSF1）；SRD1、SRD2和SRD3l体细胞胚概念离体培养下没有经过受精过程，但经过了胚胎发育过程所形成的胚的类似物（不管培养的细胞是体细胞还是生殖细胞），统称为体细胞胚或胚状体。l体细胞胚是离体培养的产物l起源于非合子细胞，区别于合子胚；l经过了胚胎发育过程，区别与离体培中器官发生DNA序列的选择性扩增与丢失DNA序列丢失多

15、发生在rDNA及其间隔序列表 胡萝卜体细胞胚形成相关的部分基因体细胞胚概念离体培养下没有经过受精过程，但经过了胚胎发育过程所形成的胚的类似物（不管培养的细胞是体细胞还是生殖细胞），统称为体细胞胚或胚状体。培养方式悬浮培养的细胞较半固体培养的细胞易产生变异生理生化特性上容易出现同功酶谱、次生代谢的消长等变异。细胞组织的离体培养属于无性繁殖范畴细胞脱分化（dedifferentiation）：培养条件下使一个已分化的细胞回复到原始无分化状态或分生细胞状态的过程极性无论在低等植物或高等植物中均普遍存在。再生的个体均承传了母体的遗传基础，植物快速繁殖应用的基础。自然条件下容易产生无融合生殖胚的植物为多

16、，且培养条件相对较为简单，如咖啡属植物、芸香科植物等。培养基及培养条件对体细胞胚形成的影响一是体细胞胚具有双极性（doublepolarity）PSKa在低细胞密度下促进细胞启动分裂。培养基及培养条件对体细胞胚形成的影响甘 蔗 幼叶愈伤组织 18“生长中心”形成若干部位成丛出现类似形成层的细胞群，拟分生组织，它们是愈伤组织中形成器官的部位。第四节 离体培养下的遗传与变异嵌合性是指同一有机体中同时存在有遗l体细胞胚从外植体上直接发生l经过愈伤组织的体细胞胚发生l细胞悬浮培养的体细胞胚胎发生l叶片为外植体，体细胞胚两个阶段l诱导期叶片表皮细胞或亚表皮细胞感受培养刺激，进入分裂状态。l胚胎发育期形成

17、的瘤状物继续发育，经过球形胚、心形胚等发育过程，最后形成体细胞胚。l三个培养阶段l诱导外植体形成愈伤组织；l诱导愈伤组织胚性化；l体细胞胚形成。l在以幼胚、胚以及子叶为外植体时，通常可以直接诱导胚性愈伤组织产生，进而发生体细胞胚。l因此，经过愈伤组织的体细胞胚胎发生，胚性愈伤组织的形成是培养的关键。图1甘薯茎尖分生组织诱导的胚性愈伤组织F ig11Embryogenic callus from ap icalmeristem图2不同发育时期的体细胞胚F ig12Somatic embryo s at different developmental stages图3从体细胞胚分化丛生试管苗F i

18、g13Plantlets from somatic embryosl两类细胞自由分散大而高度液泡化细胞，不具备胚胎发生潜力；成簇团的体积小而细胞质致密的细胞，具有成胚能力，称为胚性细胞团。l胚性细胞团适宜的胚胎发生培养基，外围细胞开始第一次不均等分裂。一个细胞较大，以后发育成类似胚柄的结构；另一个分裂形成类似原胚的结构，经球形期、心形期等发育阶段形成完整的体细胞胚。l与器官发生形成个体的途径相比，两个特点l一是体细胞胚具有双极性（doublepolarity）l二是体细胞胚形成后与母体的维管束系统连系较少，即出现所谓的生理隔离（physiological isolation）现象。l与合子胚相

19、比，体细胞胚一般没有真正的胚柄只有类似胚柄的结构；子叶常不规范，有时具有两片以上的子叶；体积明显小；没有休眠。l外源激素对体细胞胚胎发生的调控l培养基及培养条件对体细胞胚形成的影响l不同基因型间体细胞胚形成能力的差异l2，4D是应用最为广泛的生长素，2，4D的应用有着规律性的变化。l首先是在较高浓度下诱导胚性细胞的形成l降低2，4D的浓度下产生早期胚胎，一般在球形胚形成后，除去生长素则有利于体细胞胚的继续发育。与器官发生形成个体的途径相比，两个特点光照时间、强度以及光质对器官分化均有影响细胞分化（differentiation）导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在发育方式改变的过程（许智宏

20、，1998）。体细胞无性系（somaclones）由任何形式的细胞培养所产生的植株，Larkin和Scowcroft（1981）第四节 离体培养下的遗传与变异培养基及培养条件对体细胞胚形成的影响2经过愈伤组织的体细胞胚发生因此，经过愈伤组织的体细胞胚胎发生，胚性愈伤组织的形成是培养的关键。甘 蔗 幼叶愈伤组织 18变异发生在各种植物的培养中；PSKa表达同时细胞起动分裂。生长素和细胞分裂素是两类主要的培养条件下调控细胞生长和分化的植物激素。生长素的这一应用规律与胚胎发育过程中内源激素的变化是一致的。同类植物的不同基因型，在体细胞胚诱导的难易、形成时间以及单个外植体产生体细胞胚的数量上也存在明显

21、差异。F ig11Embryogenic callus from ap icalmeristem变异发生在各种植物的培养中；细胞组织的离体培养属于无性繁殖范畴外源生长素的使用模式在大多数植物中是相似的，如诱导胚性细胞产生，或诱导愈伤组织转化为胚性愈伤组织，均需要高浓度的生长素。l体细胞胚的产生要求培养基中含有一定浓度的还原态氮。l球形胚形成后，如果降低培养基的无机盐浓度，可以显著促进体细胞胚的进一步发育。l在一些试验中还发现，体细胞胚发育后期降低蔗糖浓度，也有利于胚的继续发育和提高体细胞胚的成苗率l不同类型的植物间具有明显差异不同类型的植物间具有明显差异l自然条件下容易产生无融合生殖胚的植物为

22、多，且自然条件下容易产生无融合生殖胚的植物为多，且培养条件相对较为简单，如咖啡属植物、芸香科植培养条件相对较为简单，如咖啡属植物、芸香科植物等。物等。l同类植物的不同基因型，在体细胞胚诱导的难易、同类植物的不同基因型，在体细胞胚诱导的难易、形成时间以及单个外植体产生体细胞胚的数量上也形成时间以及单个外植体产生体细胞胚的数量上也存在明显差异。存在明显差异。l马铃薯马铃薯1818个不同基因型品种的体细胞胚形成能力的个不同基因型品种的体细胞胚形成能力的比较研究显示，有比较研究显示，有7 7个品种的体细胞胚发生率为个品种的体细胞胚发生率为100100，而频率最低则只有，而频率最低则只有1010。l体细

23、胞胚形成过程中内源生长素的变化l体细胞胚发生过程中的特异蛋白质l体细胞胚形成的基因表达调控l外源生长素对体细胞胚产生和发育的调控是通过调节内源激素的合成、代谢、极性运输和平衡而起作用的。l外源生长素的使用模式在大多数植物中是相似的，如诱导胚性细胞产生，或诱导愈伤组织转化为胚性愈伤组织，均需要高浓度的生长素。当球形胚形成后，则需要降低生长素水平才能完成体细胞胚的继续发育。l生长素的这一应用规律与胚胎发育过程中内源激素的变化是一致的。l有关体细胞胚形成中蛋白质含量和组分的变化，尽管不同研究在绝对含量上不尽相同，但总体趋势均表现出，体细胞胚形成过程中水溶性蛋白明显增加。水 稻 胚愈伤组织 71.生长

24、素和细胞分裂素是两类主要的培养条件下调控细胞生长和分化的植物激素。器官发生：是指培养条件下的组织或细胞团（愈伤组织）分化形成不定根（adventitious roots）、不定芽（adventitious shoots）等器官的过程。影响体细胞遗传与变异的因素烟 草 体细胞愈伤组织 10光照时间、强度以及光质对器官分化均有影响三、影响体细胞胚发生的因素甘 蔗 幼叶愈伤组织 18一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它在自然部位上所处的位置和生理状态。这种不经过愈伤组织直接发生器官的途径在以品种繁殖为目的的离体培养中具有重要的实践意义。三、影响体细胞胚发生的因素再生的个体均承传了母

25、体的遗传基础，植物快速繁殖应用的基础。经过了胚胎发育过程，区别与离体培中器官发生ECP40 LEA（Grp2）原胚 Kiyosue等，1992，1993生长素的这一应用规律与胚胎发育过程中内源激素的变化是一致的。1996年，首次发现PSK a,PSKb体细胞胚的产生要求培养基中含有一定浓度的还原态氮。第二阶段为演变阶段，此时细胞核开始向中央移动，质体演变成原质体；二、培养条件下的细胞脱分化培养方式悬浮培养的细胞较半固体培养的细胞易产生变异体细胞变异的分子遗传学基础胚胎发育期形成的瘤状物继续发育，经过球形胚、心形胚等发育过程，最后形成体细胞胚。l通过基因表达的差异显示和胚胎发育突变体等技术，已分

26、离出几十个与体细胞胚发育相关的基因。除了一些典型的激素调控基因外，还有其它类型的基因。表 胡萝卜体细胞胚形成相关的部分基因 基基 因因 表达产物表达产物 表表 达达 时时 期期 资资 料料 来来 源源 DC8 DC8 LEALEA（Grp3Grp3）心形胚心形胚BorrkirdBorrkird等，等，1986 1986；FranzFranz等，等，DC59 DC59 Oleosin Oleosin 心形胚心形胚ChoiChoi等，等，1987 1987；HatzopoulosHatzopoulos等，等，DC3 DC3 LEALEA（Grp3Grp3）原胚、球形胚、心形胚原胚、球形胚、心形胚

27、WildeWilde等，等，19881988 EMB-1 EMB-1 LEALEA（Grp1Grp1）球形胚、心形胚球形胚、心形胚 UlrichUlrich等，等，19901990；19931993 ECP31 ECP31 LEALEA（Grp4Grp4）原胚原胚 ECP40 ECP40 LEALEA（Grp2Grp2）原胚原胚 KiyosueKiyosue等，等，19921992，19931993l体细胞变异的特点和规律l体细胞变异的应用途径和选择方法l细胞变异细胞遗传学和分子遗传学基础l细胞组织的离体培养属于无性繁殖范畴l再生的个体均承传了母体的遗传基础，植物快速繁殖应用的基础。l离体培养

28、的细胞、愈伤组织以及再生植株均普遍存在着变异（培育过程的影响）。l体细胞无性系（somaclones）由任何形式的细胞培养所产生的植株，Larkin和Scowcroft（1981）l体细胞无性系变异（somaclonal variation）这些植株所表现出来的变异l普遍性l局限性l嵌合性Hatzopoulos等，这种不经过愈伤组织直接发生器官的途径在以品种繁殖为目的的离体培养中具有重要的实践意义。生长素的这一应用规律与胚胎发育过程中内源激素的变化是一致的。2细胞脱分化的调控机理玉 米 体细胞愈伤组织 14外植体的类型体现在外植体的生理状态上。四、体细胞胚胎发生的生化与分子基础嵌合性是指同一有

29、机体中同时存在有遗第三节 体细胞胚胎发生玉 米 体细胞愈伤组织 143不同基因型间体细胞胚形成能力的差异生理生化特性上容易出现同功酶谱、次生代谢的消长等变异。体细胞变异的细胞遗传学基础再生的个体均承传了母体的遗传基础，植物快速繁殖应用的基础。2培养基及培养条件对体细胞胚形成的影响体细胞胚概念离体培养下没有经过受精过程，但经过了胚胎发育过程所形成的胚的类似物（不管培养的细胞是体细胞还是生殖细胞），统称为体细胞胚或胚状体。水 稻 胚愈伤组织 71.甘 蔗 幼叶愈伤组织 18三、起始材料对器官分化的影响染色体易位、缺失、倒位等培养基及培养条件对体细胞胚形成的影响l变异可发生在各种培养类型中；l变异发

30、生在各种植物的培养中；植物种类 再生植株来源 变异频率（）烟 草 体细胞愈伤组织 10水 稻 胚愈伤组织 71.9甘 蔗 幼叶愈伤组织 18玉 米 体细胞愈伤组织 14大 麦 花粉植株 10-15部分植物离体培养再生植株的表型变异频率l表型上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。l生理生化特性上容易出现同功酶谱、次生代谢的消长等变异。l一些单基因控制的性状不仅发生隐性突变，也发生显性突变。l嵌合性是指同一有机体中同时存在有遗l传组成不同的细胞，它是组织培养中常l见的现象体细胞胚概念离体培养下没有经过受精过程，但经过了胚胎发

31、育过程所形成的胚的类似物（不管培养的细胞是体细胞还是生殖细胞），统称为体细胞胚或胚状体。2培养基及培养条件对体细胞胚形成的影响培养基及培养条件对体细胞胚形成的影响体细胞胚概念离体培养下没有经过受精过程，但经过了胚胎发育过程所形成的胚的类似物（不管培养的细胞是体细胞还是生殖细胞），统称为体细胞胚或胚状体。极性无论在低等植物或高等植物中均普遍存在。水 稻 胚愈伤组织 71.2细胞脱分化的调控机理在有些情况下，外植体不经过典型的愈伤组织即可形成器官原基。CKI cyclindepended kinase inhibitor因此，经过愈伤组织的体细胞胚胎发生，胚性愈伤组织的形成是培养的关键。培养基及培

32、养条件对体细胞胚形成的影响培养基及培养条件对体细胞胚形成的影响生长素和细胞分裂素是两类主要的培养条件下调控细胞生长和分化的植物激素。体细胞变异的细胞遗传学基础外植体的类型体现在外植体的生理状态上。两类细胞自由分散大而高度液泡化细胞，不具备胚胎发生潜力；甘 蔗 幼叶愈伤组织 18体细胞胚概念离体培养下没有经过受精过程，但经过了胚胎发育过程所形成的胚的类似物（不管培养的细胞是体细胞还是生殖细胞），统称为体细胞胚或胚状体。体细胞变异的应用途径和选择方法Hatzopoulos等，表 胡萝卜体细胞胚形成相关的部分基因第三节 体细胞胚胎发生l供体植物倍性水平；基因型；外植体细胞分化程度l培养基不同的激素浓

33、度可以有选择地诱导不同倍性的细胞的分裂（倍性增加或减小）。l培养方式悬浮培养的细胞较半固体培养的细胞易产生变异l继代培养的次数继代时间或越长，继代次数越多，细胞变异的几率就越高。培养时间（月）观察细胞数亚二倍体细胞数亚二倍体百分率二倍体细胞数二倍体百分率多倍体和非整倍细胞数多倍体和非整倍百分率1921415.26570.799.8351611.83976.5611.812501530.02754.0714.018832934.93339.81922.9培养时间对掌叶半夏愈伤组织染色体变异的影响生长素/细胞分裂素比例PSKa在低细胞密度下促进细胞启动分裂。经过愈伤组织的体细胞胚发生球形胚形成后，

34、如果降低培养基的无机盐浓度，可以显著促进体细胞胚的进一步发育。有些试验中也显示，GA3、ABA、乙烯等也在细胞分化中起到一定的调节作用。2细胞脱分化的调控机理三、影响体细胞胚发生的因素继代培养的次数继代时间或越长，继代次数越多，细胞变异的几率就越高。生长素和细胞分裂素是两类主要的培养条件下调控细胞生长和分化的植物激素。生长素的这一应用规律与胚胎发育过程中内源激素的变化是一致的。玉 米 体细胞愈伤组织 14终端分化细胞：筛管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞，永久失去分裂能力体细胞胚的产生要求培养基中含有一定浓度的还原态氮。培养方式悬浮培养的细胞较半固体培养的细胞易产生变异图2不同发育时期的体细胞胚

35、第四节 离体培养下的遗传与变异子叶常不规范，有时具有两片以上的子叶；时间上的分化一个细胞在不同的发育阶段上可以有不同的形态和机能Hatzopoulos等，2细胞脱分化的调控机理生理生化特性上容易出现同功酶谱、次生代谢的消长等变异。l染色体组数增加，形成同源多倍体l染色体结构变异l染色体易位、缺失、倒位等l碱基突变结构基因的位置或调控序列的位置lDNA序列的选择性扩增与丢失DNA序列丢失多发生在rDNA及其间隔序列l转座子（transposon）活化，McClintock在玉米中发现，在培养环境中首先被激活而转座，从而造成染色体的结构变异。lDNA甲基化（methylation）在基因表达调控中

36、具有重要作用。水 稻 胚愈伤组织 71.培养基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（倍性增加或减小）。一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它在自然部位上所处的位置和生理状态。子叶常不规范，有时具有两片以上的子叶；这种不经过愈伤组织直接发生器官的途径在以品种繁殖为目的的离体培养中具有重要的实践意义。Hatzopoulos等，有些试验中也显示，GA3、ABA、乙烯等也在细胞分化中起到一定的调节作用。外植体中已存在器官原基，进一步培养即形成相应的组织器官进而再生植株，如茎尖、根尖分生组织培养；2细胞脱分化的调控机理SRD1、SRD2和SRD3PSKa在低细胞密度下促进细

37、胞启动分裂。Hatzopoulos等，培养方式悬浮培养的细胞较半固体培养的细胞易产生变异与合子胚相比，体细胞胚一般没有真正的胚柄只有类似胚柄的结构；1996年，首次发现PSK a,PSKb生长素与细胞分裂素是两类主要的植物激素，在离体器官分化调控中占有主导地位。首先是在较高浓度下诱导胚性细胞的形成经过愈伤组织的体细胞胚发生2003.09遗传学2.基因的移动跳跃基因（转座子）概念 20世纪40年代中期，美国女遗传学家McClintock研究了玉米的Ac-Ds系统后提出了转座子（跳跃基因）的概念。（1）现象：玉米籽粒有色（红、紫），但有一些籽粒出现花斑及条纹，花斑有大有小。早期有颜色者，花斑大，后

38、期有色者，花斑很小。2003.09遗传学紫斑玉米2003.09遗传学（2）Ac-Ds及作用方式：McClintock认为，已知有色基因C（第九染色体上，是显性）可使籽粒有色，但在C旁有一个基因叫Ds，它能抑制了基因C的作用，使籽粒无色；当Ds从C上移走后，C作用恢复，出现颜色；Ds从C上移走的早，花斑就大，反之就小；因此花斑的大小是Ds从C上移走的早晚引起的。Ds的移动还受另一个因子（Ac）的控制，当Ac存在时，Ds可移动，Ac丢失，则Ds不能移动。图2不同发育时期的体细胞胚子叶常不规范，有时具有两片以上的子叶；2细胞脱分化的调控机理培养基及培养条件对体细胞胚形成的影响嵌合性是指同一有机体中同

39、时存在有遗除了一些典型的激素调控基因外，还有其它类型的基因。bZIP（PKSF1）；培养方式悬浮培养的细胞较半固体培养的细胞易产生变异2培养基及培养条件对体细胞胚形成的影响与合子胚相比，体细胞胚一般没有真正的胚柄只有类似胚柄的结构；水稻细胞质膜上存在PSKa的受体蛋白120kD和160kD第四节 离体培养下的遗传与变异部分植物离体培养再生植株的表型变异频率有些试验中也显示，GA3、ABA、乙烯等也在细胞分化中起到一定的调节作用。三、起始材料对器官分化的影响极性指植物的器官、组织、甚至单个细胞在不同的轴向上存在的某种形态结构以及生理生化上的梯度差异在有些情况下，外植体不经过典型的愈伤组织即可形成

40、器官原基。一是体细胞胚具有双极性（doublepolarity）体细胞胚形成过程中内源生长素的变化F ig12Somatic embryo s at different developmental stages2细胞脱分化的调控机理甘 蔗 幼叶愈伤组织 18甘 蔗 幼叶愈伤组织 18表 胡萝卜体细胞胚形成相关的部分基因影响体细胞遗传与变异的因素两类细胞自由分散大而高度液泡化细胞，不具备胚胎发生潜力；培养基及培养条件对体细胞胚形成的影响2细胞脱分化的调控机理生长素和细胞分裂素是两类主要的培养条件下调控细胞生长和分化的植物激素。培养基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（倍性增加或减

41、小）。外植体某些部位的细胞，在重新分裂后直接形成分生细胞团，然后由分生细胞团形成器官原基。烟 草 体细胞愈伤组织 10四、体细胞胚胎发生的生化与分子基础变异可发生在各种培养类型中；培养方式悬浮培养的细胞较半固体培养的细胞易产生变异器官发生：是指培养条件下的组织或细胞团（愈伤组织）分化形成不定根（adventitious roots）、不定芽（adventitious shoots）等器官的过程。第四节 离体培养下的遗传与变异与合子胚相比，体细胞胚一般没有真正的胚柄只有类似胚柄的结构；2细胞脱分化的调控机理自然条件下容易产生无融合生殖胚的植物为多，且培养条件相对较为简单，如咖啡属植物、芸香科植物等。因此，经过愈伤组织的体细胞胚胎发生，胚性愈伤组织的形成是培养的关键。PSKa在低细胞密度下促进细胞启动分裂。一是体细胞胚具有双极性（doublepolarity）器官发生：是指培养条件下的组织或细胞团（愈伤组织）分化形成不定根（adventitious roots）、不定芽（adventitious shoots）等器官的过程。