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植物转化受体研究进展

时间:2021-05-18 16:21 点击:
为了给植物组织培养技术的建立提供理论依据,推动植物快速繁殖和品种遗传改良,介绍不同转化受体系统特点及其在生产实践中的应用。主要讨论愈伤组织、原生质体、游离小孢子作为受体系统在植物组织培养、育种和转基因等方面的作用。
  植物组织培养既是植物遗传工程的基础和关键环节之一,也是一种实用性极强的高实验技术。在植物遗传转化试验中,转化后受体的组织培养能否成功,是获得转基因植株的关键。选择不同的受体就必须采用不同的组织培养技术,该文选取愈伤组织、原生质体、游离小孢子作为植物转化受体,对其各自特点及应用进行综述,以为其植物组织培养技术的建立提供理论依据。
 
  1愈伤组织受体
 
  愈伤组织的产生是由分化细胞脱分化形成的分生细胞分裂所致,其由分生细胞、薄壁细胞构成[1],二者均可以作转化受体。
 
  1.1受体愈伤组织材料的选择
 
  为成功获得转基因植株,受体愈伤组织要能分化出小植株,分苗能力较强。江丽丽等[2]利用根组织为外植体成功建立了天山雪莲植株的再生体系。吴志萍等[3]采用花药为外植体研究愈伤组织以及不定芽的形成。许慧敏等[4]等利用节间、叶盘和腋芽为外植体建立了啤酒花再生体系。在愈伤组织的培养过程中,同一时间取不同的材料,或不同时间取相似的材料,培养出的愈伤组织类型有差异。如猕猴桃,茎段产生的愈伤组织分为4种类型,其中绿色质紧的愈伤组织块分化出小植株的能力最强[5]。
 
  1.2共培与筛选过程中的培养
 
  共培是在共培液中同时培养工程菌、愈伤组织受体,保证工程菌在愈伤组织块细胞表面附着,从而使基因转移。共培实现转化、获得有活性且能分化出苗的愈伤组织块与工程菌浓度、类型有关,而且与共培时间有重要关系。如为了获得高活性与能分苗的愈伤组织块,仅进行短时间共培,则无法完成转化。若采用长时液态共培,由于工程菌的过量附着与渗透压不平衡使组织过度损伤,共培后愈伤组织活性与分化出苗能力会显著下降[6]。
 
  建立以愈伤组织为受体的转化体系,必须选用适当时期、材料诱导愈伤组织。从不同类型的愈伤组织中挑选分苗能力强的组织块作为受体。共培过程中,愈伤组织易受渗透压影响,即渗透压差异越大,受损伤的程度越大,这可引起植物创伤应急死亡。通过调节共培介质中渗透压,或缩短其在液相介质中的共培时间,可大幅降低损伤程度,获得有分化小植株能力的愈伤组织块供筛选用。
 
  2原生质体受体
 
  植物原生质体是指植物通过质壁分离,和细胞壁分开的那部分细胞物质。由于原生质体无细胞壁,可相对容易摄取外源DNA等遗传物质。因此,成为植物生理学、细胞生物学等研究的理想材料,同时也成为植物病毒研究的有效手段。原生质体也是获得细胞无性系和选育突变体的优良起始材料,可通过诱导形成杂种细胞,为创造新杂种开辟了途径[7]。
 
  一些重要农作物原生质体培养效率较低,叶肉原生质体培养至今未得到再生植株[8]。而植物细胞的病毒研究一度由于缺乏合适的实验系统也同样进展缓慢。其原因在于此类实验一直采用机械方法接种寄主叶片,通过破坏植物细胞壁,使病毒通过暴露的膜进入细胞质。但这个技术因无法定量,和不能同步感染等因素,难以对实验处理进行可靠的测定。而其中主要原因是细胞壁产生的酶所致。但原生质体很好地克服了这一障碍,为病毒的研究提供了新手段[9]。
 
  原生质体的应用,早期Megiaetal在二倍体香蕉未成熟种子中,获得胚性愈伤组织并进行原生质体分离,原生质体中细胞分裂并产生愈伤组织。Shimonaka[10]悬浮培养由大葱无菌苗的鳞茎盘获得愈伤组织,酶解分离原生质体,液体浅层培养得到再生植株。目前,已获得苹果、柑橘等果树类木本植物的原生质体,特别是通过原生质体的“培养—融合—再生”途径获得了近百例种间、属间体细胞杂种[7]。
 
  原生质体产量及活力高低与酶液配比、酶液浓度和酶解时间等密切相关。一定的浓度及时间范围内,原生质体产量随酶浓度及酶解时间的增加而升高,但超过这一范围,产量及活力均下降;原生质体产量随着酶解时间延长而增加,活力却在逐步降低。研究表明,若酶解时间过短,浪费材料和酶液,且原生质体产量偏低;酶解时间过长,产量提高但活力下降[11]。
 
  总的来说,原生质体技术在病毒研究、遗传育种等方面提供良好的操作系统。但目前在培养方式、培养基体系的建立等方面仍需进一步研究。
 
  3游离小孢子受体
 
  游离小孢子是植物基因工程中的优良受体。其培养技术具有单细胞、单倍体的单倍性和较高胚胎发生率以及较高同步性等特点,通过这种途径可以迅速获得双单倍体纯合植株,快速获得基因型完全纯合的自交系,大大加快了育种进程[12]。
 
  游离小孢子受体与其他受体相比,在以下几方面具有优势:一是游离小孢子受体具有单倍体、单细胞特性,转化后的植株无显隐性影响,外源基因量得到提高;二是小孢子群体数量大,有极强的再生能力,易得到转基因群体;转基因植株经染色体加倍后能快速获得纯合体。植物游离小孢子培养能够直接分化成愈伤组织或胚状体,其中成熟胚状体能够有较强的形成次生不定胚的能力,且能再生成植株。而愈伤组织具有较强的胚胎发生能力,它们均具有单倍体的特点,经加倍后可获得纯合体,在遗传转化过程中,可减少杂合体或嵌合体现象的发生。

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