[00150497]吉生羊草体细胞克隆耐盐碱变异研究

一、立项背景 我国是世界上牧草种质资源最丰富的国家之一,已知草地饲用植物就有6704 种,它们既是天然草地的重要遗传资源,也是重要的经济资源。我们已经用传统方法育成吉生一、二、三、四号羊草品种,但是经过20年种植,育成的4个羊草品种性状已经出现明显退化。为了更好地保持和提高羊草优良品种的抗旱和耐盐碱性状,有必要对羊草分子遗传背景和体细胞克隆变异规律及机制进行较详细的研究,以期为对羊草进行生物技术品种改良育种奠定坚实的基础。 与传统育种方法相比,植物基因工程是在基因水平上改造植物的遗传物质,因而更具科学性和精确性,可定向改造植物遗传性状,提高育种的目的性和可操作性,并可打破物种之间生殖隔离障碍。如何通过基因工程手段,培育出高抗、优质牧草新品种,也是目前牧草育种研究领域一个新的研究热点;而分子标记则可使牧草育种的早期选择和预测成为可能,同时一些不易区分的性状还可通过分子标记的间接选择达到目的,并及时发现和淘汰某些不期望的性状。因此,建立多种牧草组织培养体系,加强牧草生物技术及有关分子生物学的基础研究和应用研究,从而进一步推动生物技术在牧草育种工作的应用,将对草业和畜牧业的发展具有重大意义。 本项目通过对吉生羊草愈伤组织形成及植株再生的系统研究,建立稳定高效的组织培养和植株再生体系。进一步从分子水平上探讨吉生羊草体细胞耐盐碱克隆变异的机制,为其进行品质改良提供新的途径和方法,为应用生物技术培育耐盐碱牧草新品种提供理论依据和技术支撑。 二、技术成熟程度、适用范围和安全性 现已建立起比较稳定成熟的以吉生羊草成熟种子为外植体的组织培养体系,均获得了近500株再生苗,用ISSR、REMAP和AFLP、SSAP及MSAP等分子标记技术均不同程度地检测到了的基因组变异,为该项目的继续开展提供了强有力的论据和技术支撑。 随着分子遗传学和生物技术的不断发展,植物体细胞克隆变异、植物基因工程和分子标记辅助育种等技术在植物品种改良方面的优势也日益显示出来,并越来越受到牧草育种工作者的重视。植物体细胞克隆变异是植物组织培养过程中经常发生的现象,被视为育种的一种重要新变异源。禾谷类植物经过体细胞培养后,容易引起后代的各种性状变异,而且经常出现一个或少数基因的突变,有利于在不改变品种的基本特征情况下,改进个别性状,如降低株高、提高抗病性等,可以弥补杂交育种等常规育种的不足。因此,植物体细胞克隆变异在禾本科牧草育种方面具有较大的应用潜力。与传统育种方法相比,植物基因工程是在基因水平上改造植物的遗传物质,因而更具科学性和精确性,可定向改造植物遗传性状,提高育种的目的性和可操作性,并可打破物种之间生殖隔离障碍。如何通过基因工程手段,培育出高抗、优质牧草新品种,也是目前牧草育种研究领域一个新的研究热点;而分子标记则可使牧草育种的早期选择和预测成为可能,同时一些不易区分的性状还可通过分子标记的间接选择达到目的,并及时发现和淘汰某些不期望的性状,以确保其安全性。因此,建立多种牧草组织培养体系,加强牧草生物技术及有关分子生物学的基础研究和应用研究,从而进一步推动生物技术在牧草育种工作的应用,将对草业和畜牧业的发展具有重大意义。 三、技术原理及性能指标 在前期研究中,我们以吉生羊草成熟种子为外植体,通过组织培养,获得了大量的再生植株。并分别以其种子实生苗和愈伤组织为对照,随机选取部分再生植株为实验材料,对其体细胞无性系遗传变异和基于DNA甲基化变异的表观遗传变异进行了初步比较研究。建立了比较成熟的羊草AFLP、SSAP和MSAP分子标记技术分析体系,并在吉生羊草体细胞无性系中均检测到了较多的基因组DNA序列变异和甲基化变异。因此,为进一步提高其体细胞无性系基因组变异频率和突变系筛选效率、深入研究其变异机制,本项目将主要围绕以下几个方面内容开展研究。 （1）分别以幼穗、幼叶和成熟种子为外植体,建立比较稳定、高效的吉生羊草组织培养体系。 （2）对其愈伤组织进行诱变处理,经过筛选获得耐盐碱愈伤组织,再经分化后获得再生植株,并通过检测其耐盐碱性生理指标进行初步鉴定,进而建立耐盐碱突变株系。 性能指标 建立吉生羊草耐盐碱突变系,力争在吉生羊草耐盐碱性分子遗传基础研究方面取得一定的进展。 四、创造性及先进性 将AFLP、S-SAP和MSAP三种分子标记技术应用于吉生羊草体细胞克隆变异的研究和突变体的筛选。 五、应用情况及存在问题 植物体细胞克隆变异是植物组织培养过程中普遍发生的现象,但其变异的根本机制还有待于进一步的研究。在牧草育种工作中,仍然存在着从细胞到植物体的稳定诱导技术、以及细胞水平的耐性和植物体水平的耐性不一致和变异机制不清楚等体细胞克隆变异育种所涉及的共性问题。如果有资金支持应进一步完善耐盐培养体系,从不同角度、不同方法进行探索,深入发掘耐盐机理,为羊草新品种的选育打好基础。