第4期 李杰,等:植物原生质体培养和体细胞融合技术研究进展 3植物原生质体培养和融合技术的应用 原生质体培养和融合是细胞工程的核心内容,它在基础理论研究和实现远缘遗传重组, 转移多基因控制性状,创造和改良品种中展示出广阔的应用前景 3.1原生质体的理论研究和遗传应用 离体的植物原生质体和其起源细胞一样仍然具有全能性,可作为生物试验系统而广泛 用于生理学、遗传学、病理学、病毒学和育种学的研究.如当细胞脱壁时会引起细胞自身防 御系统启动,诱发某些基因表达和关闭深化了对细胞修复机理的认识21. Fowke23对白云 杉(P. glauca)以及 Simmonds对烟草原生质体培养的研究表明,影响原生质体植株再生的 因素如基因型揪材料来源、培养基成分、培养条件等在生理或分子水平上有一定的重叠性和 相关性,揭示了脱分化机理、细胞分裂等发育学上的问题.原生质体又是遗传工程的理想受 体.原生质体可以直接摄取外源物质,包括细胞核、细胞器基因组、NA片段及病眷颗粒,而 且在控制条件下,以单个原生质体进行准确的遗传操作,易于转化受体的筛选和分析,避免 嵌合现象.经过多年的努力,以原生质体为受体直接进行基因转化己取得较大的成功21 3.2植物体细跑杂交的应用 从有性杂交植物时代到体细胞杂交植物时代所获得的各种研究结果,使植物育种的视 野在器官和细胞水平上都得到了扩大.在理论上,体细胞杂交可以和常规的有性杂交技术 一样作为遗传分析的手段,用于对遗传性状的本质、核基因、核外基因以及细胞分化和形态 发生机理的研究和分析.在实践中的应用体现在3个方面:①获得新的种质.体细胞杂交技 术不仅能使近缘不亲和种内或种间植物,而且可使远缘不亲和的属间甚至科间植物产生体 细胞杂种,使植物能够利用远缘的有用基因,从而扩大植物可利用的基因库.如果杂种植物 可育,并能稳定遗传,就可能形成农业上有用的新物种.如通过白菜型油菜(B. campesino)与 甘蓝(B. napobrassica)进行原生质融合得到38条染色体的甘蓝型油菜,通过甘蓝型油菜(B. nap)与黑芥(B.mgm)体细胞融合得到的含3套染色体的杂种,大部分可育并结籽.② 培育新品种.将栽培品种与相关的野生种作为亲本,经过原生质融合选择与再生,从而获 得具有抗性的新品种.如通过这样的方法,得到抗马铃薯晚疫病的体细胞杂种.③转移 细胞质基因通过体细胞杂交能够转移多基因控制的性状,并且是目前唯一能使双亲胞质 和核基因在杂种细胞中共存的技术.原生质体融合涉及了双亲的细胞质,它不仅可以把细 胞质基因转移到全新的核背景中,也可使叶绿体基因组与线粒体基因组重新组合.这为许 多实验所证实并直接应用于植物育种 4结语 纵观30多年来,虽然有关植物原生质体培养和体细胞融合技术的研究始终保持了长盛 不衰之势,并取得了可喜的成绩,但是在原生质体培养技术的成熟度、在体细胞杂种的育性 (特别是远缘体细胞杂交中)以及非对称杂交中染色体消失的随机性等方面都存在着亟待研 201994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseallrightsreservedhttp:/www.cnki.ner3 植物原生质体培养和融合技术的应用 原生质体培养和融合是细胞工程的核心内容 ,它在基础理论研究和实现远缘遗传重组 , 转移多基因控制性状 ,创造和改良品种中展示出广阔的应用前景. 311 原生质体的理论研究和遗传应用 离体的植物原生质体和其起源细胞一样仍然具有全能性 ,可作为生物试验系统而广泛 用于生理学、遗传学、病理学、病毒学和育种学的研究. 如当细胞脱壁时会引起细胞自身防 御系统启动 ,诱发某些基因表达和关闭 ,深化了对细胞修复机理的认识[22 ] . Fowke[23 ]对白云 杉( P. glauca) 以及 Simmonds[24 ]对烟草原生质体培养的研究表明 ,影响原生质体植株再生的 因素如基因型、材料来源、培养基成分、培养条件等在生理或分子水平上有一定的重叠性和 相关性 ,揭示了脱分化机理、细胞分裂等发育学上的问题. 原生质体又是遗传工程的理想受 体. 原生质体可以直接摄取外源物质 ,包括细胞核、细胞器基因组、DNA 片段及病毒颗粒 ,而 且在控制条件下 ,以单个原生质体进行准确的遗传操作 ,易于转化受体的筛选和分析 ,避免 嵌合现象. 经过多年的努力 ,以原生质体为受体直接进行基因转化己取得较大的成功[25 ] . 312 植物体细胞杂交的应用 从有性杂交植物时代到体细胞杂交植物时代所获得的各种研究结果 ,使植物育种的视 野在器官和细胞水平上都得到了扩大. 在理论上 ,体细胞杂交可以和常规的有性杂交技术 一样作为遗传分析的手段 ,用于对遗传性状的本质、核基因、核外基因以及细胞分化和形态 发生机理的研究和分析. 在实践中的应用体现在 3 个方面 : ①获得新的种质. 体细胞杂交技 术不仅能使近缘不亲和种内或种间植物 ,而且可使远缘不亲和的属间甚至科间植物产生体 细胞杂种 ,使植物能够利用远缘的有用基因 ,从而扩大植物可利用的基因库. 如果杂种植物 可育 ,并能稳定遗传 ,就可能形成农业上有用的新物种. 如通过白菜型油菜( B . campestris) 与 甘蓝( B . napobrassica) 进行原生质融合得到 38 条染色体的甘蓝型油菜 ,通过甘蓝型油菜( B . napus) 与黑芥( B . nigra) 体细胞融合得到的含 3 套染色体的杂种 ,大部分可育并结籽[7 ] . ② 培育新品种. 将栽培品种与相关的野生种作为亲本 ,经过原生质融合、选择与再生 ,从而获 得具有抗性的新品种. 如通过这样的方法 ,得到抗马铃薯晚疫病的体细胞杂种[26 ] . ③转移 细胞质基因. 通过体细胞杂交能够转移多基因控制的性状 ,并且是目前唯一能使双亲胞质 和核基因在杂种细胞中共存的技术. 原生质体融合涉及了双亲的细胞质 ,它不仅可以把细 胞质基因转移到全新的核背景中 ,也可使叶绿体基因组与线粒体基因组重新组合. 这为许 多实验所证实并直接应用于植物育种. 4 结语 纵观 30 多年来 ,虽然有关植物原生质体培养和体细胞融合技术的研究始终保持了长盛 不衰之势 ,并取得了可喜的成绩 ,但是在原生质体培养技术的成熟度、在体细胞杂种的育性 (特别是远缘体细胞杂交中) 以及非对称杂交中染色体消失的随机性等方面都存在着亟待研 第 4 期 李 杰 ,等 :植物原生质体培养和体细胞融合技术研究进展 96 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net