影響水稻成熟胚愈傷組織增殖力和再生力的因素

李惠林

摘 要 為了克服育種中組織培養(yǎng)特性的不良障礙，用雜交育種的方法將優(yōu)良基因轉(zhuǎn)移到性狀優(yōu)良的遺傳背景中去，是十分有效的途徑。水稻成熟胚離體培養(yǎng)的胚性愈傷組織誘導(dǎo)率不僅受到外在條件的影響，還受親本基因型的影響；不僅存在基因的加性效應(yīng)，也表現(xiàn)非等位基因的互作效應(yīng)，受加性基因和顯性基因的共同控制?；诖?，從傳統(tǒng)和分子遺傳學(xué)上，分別闡述了影響水稻成熟胚愈傷組織增殖力和再生力的各個(gè)因素，并提出了適當(dāng)?shù)慕鉀Q辦法。

關(guān)鍵詞 水稻；愈傷組織；增殖力和再生力；基因加性和非加性效應(yīng)

中圖分類號(hào)：S511 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2015）15-0-02

水稻是世界約2/5的人口的主要食物來源。育種學(xué)家一直為提高水稻產(chǎn)量和改善水稻品質(zhì)而不斷努力。而如何修正對某些水稻品種改良的困難，已成為生物技術(shù)在育種中大規(guī)模運(yùn)用的一個(gè)障礙。因?yàn)榧词乖诶碚撟顑?yōu)的條件下，許多性狀優(yōu)良的水稻品種會(huì)因?yàn)閹в胁涣冀M培特性的基因，導(dǎo)致其愈傷組織的增殖率、再生率和誘導(dǎo)率等依然很低。

細(xì)胞與基因工程在育種上的運(yùn)用，基礎(chǔ)在于一個(gè)組織培養(yǎng)體系是否能高效地形成愈傷組織及再生植株。但不同植物或相同植物的不同品種，在這些培養(yǎng)特性上都會(huì)有很大不同?，F(xiàn)階段，克服這種遺傳性障礙的有效途徑，是將組織培養(yǎng)特性控制良好的基因轉(zhuǎn)移到優(yōu)良的背景中去。張林[1-2]等對具有不同愈傷組織增殖力的品種進(jìn)行組織學(xué)的研究表明，愈傷組織增殖力的不同是由于在愈傷組織誘導(dǎo)培養(yǎng)中，盾片上皮細(xì)胞和愈傷組織內(nèi)的細(xì)胞分裂活性的不同引起的。

1 傳統(tǒng)研究中控制水稻成熟胚愈傷組織增殖力和再生力的因素

傳統(tǒng)方法上，對水稻成熟胚愈傷組織增殖力和再生力的改良，往往是通過對培養(yǎng)基改良以及組培的其他方面采取措施來對愈傷組織進(jìn)行誘導(dǎo)。

王力[3]等研究發(fā)現(xiàn)，單子葉植物細(xì)胞與雙子葉植物細(xì)胞相比，在誘導(dǎo)過程中對生長素有更復(fù)雜的要求。如在誘導(dǎo)培養(yǎng)基中添加少量激動(dòng)素，可以提高愈傷組織的分化質(zhì)量。在改善某些品種的愈傷組織質(zhì)量上，有機(jī)附加物（如LH）的加入也有類似的作用。

愈傷組織的自身的生理狀況對分化有很大影響. 在愈傷組織的誘導(dǎo)及增殖力方面，順序?yàn)榕吹?gt;粳稻>秈稻。

然而，前人的研究結(jié)果也表明，水稻的組織培養(yǎng)力特性是可以遺傳的。水稻的遺傳背景被認(rèn)為決定了組培中誘導(dǎo)、分化到長成完整植株的全部過程。

2 分子遺傳學(xué)分析影響水稻成熟胚愈傷組織增殖力和再生力的因素

大量的實(shí)踐表明，不同的水稻品種在組培特性上也不盡相同，粳稻>秈稻。

陳璋[4]等早年研究發(fā)現(xiàn)水稻不同基因型之間成熟胚的愈傷組織誘導(dǎo)率變幅為10.71%～75.75%。證明基因型之間存在遺傳差異。

2.1 基因自身顯隱性對水稻成熟胚愈傷組織增殖力和再生力的影響

張林和服部一三[5]在一個(gè)高愈傷組織增殖力和一個(gè)低愈傷組織增殖力品種雜交的F2群體中觀察到，再生率高和低的類型在愈傷組織增殖不良和良好的個(gè)體中同時(shí)存在。在研究中，大而黃的愈傷組織以及小而黑的愈傷組織也都有再生率高和低的類型，說明愈傷組織增殖和再生是由不同基因控制的。

研究發(fā)現(xiàn)，一對顯性和一對隱性基因同時(shí)控制著高愈傷組織的增殖力表現(xiàn)。他們研究分析了成熟胚誘導(dǎo)的愈傷組織增殖力的遺傳模式，發(fā)現(xiàn)用育種手段克服遺傳性組培特性中的不良障礙的唯一途徑，是轉(zhuǎn)移和控制高愈傷組織中的增殖力和再生力的基因。

早在1996 年和1998年，張林、服部一三共同相繼報(bào)道了1個(gè)控制高再生力的顯性基因和1個(gè)隱性基因。Takeuchi[6]也于1997 年報(bào)道了一個(gè)控制高再生力的顯性基因。

張林和服部一三還分析了一個(gè)高再生力和一個(gè)低再生力的粳稻品種雜交后代成熟胚培養(yǎng)愈傷組織的再生力，發(fā)現(xiàn)高再生力由一個(gè)單顯性基因控制。

2.2 基因加性和非加性效應(yīng)的影響

陳璋等研究表明水稻胚愈傷組織培養(yǎng)的增殖力和再生力高低同時(shí)受到基因加性和非加性效應(yīng)的影響， 且以非加性效應(yīng)為主各組合的離體培養(yǎng)力一般介于雙親之間，其雜種的水稻胚愈傷組織培養(yǎng)的增殖力和再生力之間，不僅受到親本培養(yǎng)力的基因加性效應(yīng)的影響。同時(shí)，又受非加性效應(yīng)的影響， 并且在影響力上，非加性效應(yīng)大于加性效應(yīng)。

2.3 基因間的內(nèi)源激素影響亞硝酸還原酶基因，從而對水稻愈傷組織培養(yǎng)進(jìn)行作用

基因型是影響愈傷組織誘導(dǎo)的重要因素. 不同基因型間內(nèi)源激素的差異可能會(huì)影響不同的基因型愈傷組織的誘導(dǎo)率。

王玉亮[7]研究表明亞硝酸還原酶基因?qū)τ鷤M織的誘導(dǎo)和再生都有促進(jìn)作用，具有一因多效的功能，這也是第一個(gè)明確了結(jié)構(gòu)和功能的與組織培養(yǎng)特性有關(guān)的基因。

但是關(guān)于內(nèi)源激素的研究結(jié)果并不明確，只能初步預(yù)測有一些基因分別控制水稻愈傷組織形成和再生的過程，可能與亞硝酸還原酶基因的作用性質(zhì)不同，所以仍有待進(jìn)一步的研究查明。

3 基因定位，分析影響水稻成熟胚愈傷組織的因素及改良方法

王玉亮對控制水稻成熟胚培養(yǎng)的愈傷組織的增殖力和再生力進(jìn)行QTL 分析。發(fā)現(xiàn)上位性效應(yīng)對水稻成熟胚愈傷組織增殖力的遺傳起主要作用。他還發(fā)現(xiàn)，定位到的基因位點(diǎn)的增效等位基因都分散于兩個(gè)親本中。這說明可以通過QTL的聚合來產(chǎn)生比雙親愈傷組織增殖力更高的株系。

Kim[8]等通過對控制水稻成熟胚培養(yǎng)再生力的QTL等位基因進(jìn)行標(biāo)記輔助選擇來提高秈稻IR36的再生能力，并且提出位于第3染色體上的RFLP標(biāo)記RZ575與水稻成熟胚高愈傷組織增殖力緊密連鎖，通過基因的導(dǎo)入可以加速高愈傷組織增殖力基因型的育種進(jìn)程。

4 結(jié)語

張林等高再生力基因的轉(zhuǎn)育成功，證實(shí)了控制組培再生力的主效基因的存在。植物脫分化、再分化機(jī)理的探討，將從對基因結(jié)構(gòu)、功能的深入研究入手，而脫分化和再分化機(jī)理的進(jìn)一步探究，將為解決這些障礙提供新的途徑。

隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，將優(yōu)質(zhì)的目的基因?qū)胨炯?xì)胞，以提高水稻愈傷組織的再生頻率具有可操作性，在影響水稻成熟胚愈傷組織增殖力和再生力的因素的研究中也具有十分重要的意義。

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（責(zé)任編輯：劉昀）