体胚发生是在植物离体培养条件下实现无性繁殖再生的关键途径之一,该过程通过体细胞重编程形成类似合子胚的结构,最终发育成完整的植株。体胚发生技术作为一种高效的植物再生技术,在植物遗传转化和基因编辑中具有应用潜力,在植物的遗传改良研究中具有重要价值。体胚发生过程涉及复杂的分子调控网络,笔者综述近年来关于植物体胚发生分子调控机制的研究进展,重点探讨关键转录因子,如WOX(WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX)、AP2/ERF(APETALA2/ETHYLENE-RESPONSIVE FACTOR)和MADS-box基因家族等,以及相关的信号转导途径。这些转录因子在体胚发生过程中发挥着至关重要的作用。同时深入探讨体胚发生技术在植物育种等生物技术领域的广阔应用前景,随着研究的不断深入,这项技术将在植物生物技术和农林业发展中占据核心地位。
【目的】解析鹅掌楸(Liriodendron chinense)生长素转运蛋白PIN1在体胚发生中的表达模式与功能。【方法】通过qRT-PCR初步明确鹅掌楸3个LcPIN1同源基因(LcPIN1a、LcPIN1b和LcPIN1c)在体胚发生中的时序表达模式。进一步通过克隆LcPIN1s启动子,分别驱动GUS报告基因和mCherry荧光报告基因,利用农杆菌介导的遗传转化方法转化杂交鹅掌楸胚性愈伤组织,获得转基因阳性愈伤后进行体胚发生,通过GUS染色和荧光观察,明确LcPIN1s在体胚发生中的时空表达模式。最后,通过克隆LcPIN1s编码序列并构建以CaMV35S启动子驱动的过表达载体,转化杂交鹅掌楸胚性愈伤并进行体胚发生,通过对体胚发生效率的统计分析,解析LcPIN1s在体胚发生中的功能。【结果】表达模式分析显示, LcPIN1同源基因在体胚发生过程中既存在时空上的冗余,也存在特定组织部位的特异性表达。其中,LcPIN1a和LcPIN1c在球形胚时期已经表现出极性表达模式,可能为后续的体胚顶基轴建立和器官分化奠定基础。在心形胚时期,3个同源基因表现出显著的表达分化,LcPIN1a特异定位于维管组织;LcPIN1b呈胚体均匀表达;而LcPIN1c则特异表达于茎尖和子叶原基部位。随着体胚发育进入鱼雷胚和子叶胚时期,3者的表达模式又趋于一致,从子叶顶端沿着维管组织一直延伸到胚根区域,表明其可能共同作用于胚体生长素浓度梯度的维持。过表达试验显示, LcPIN1基因的过表达均会导致体胚发生效率的降低,并且过表达倍数越高,体胚发生效率越低。【结论】在鹅掌楸体胚发生过程中,PIN1蛋白的时空精确性表达对于正常的体胚诱导和形态建成具有重要作用,过表达可能破坏生长素梯度稳态,不利于体胚发生。
【目的】阐明外源脱落酸(ABA)结合低温预处理对红松(Pinus koraiensis)体胚成熟的影响,揭示其对红松胚性细胞分化及代谢物积累的作用机制,筛选最佳培养条件。【方法】以红松胚性愈伤组织为材料,采用4种不同时长(0、2、4、6 d)的低温(4 ℃)结合体胚成熟培养基中6种质量浓度梯度(0、5、10、20、50、100 mg/L)的ABA处理,测定愈伤组织在代谢过程中营养物质的活性及相关生理生化指标,系统分析不同处理组合对体胚成熟的影响。【结果】①20 mg/L ABA结合4 ℃低温处理2 d时,红松体胚产量是对照的9.90倍;②该处理贮藏物质质量分数最高,过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性也达到最高,分别为59.45、98.96 U/g,而H2O2摩尔质量浓度在这一处理下最低,为0.53 μmol/mg,表明抗氧化系统有效缓解了氧化损伤;③优化培养条件获得的体胚经萌发培养后,再生植株移栽成活率达到45%。【结论】20 mg/L外源ABA结合4 ℃低温预处理2 d是红松体胚发生与成熟的最适条件。本研究可为红松优质品种高效繁殖提供技术支持,进一步推动红松遗传资源的有效保护、优良品种的选育与快速繁育体系的构建。
【目的】通过优化欧洲小叶椴(Tilia cordata)体细胞胚胎诱导的培养基配比,筛选诱导其体胚发生及再生植株成苗的最适培养条件,从而建立完整的体胚发生体系。【方法】以欧洲小叶椴未成熟合子胚作为外植体,通过在培养基中添加不同浓度及配比的植物生长调节剂2,4-二氯苯氧乙酸[(2,4-D)和6-苄氨基嘌呤(6-BA)],探究其对体胚发生过程中愈伤组织的诱导、增殖及体胚诱导效率的影响;采用不同基础培养基、吲哚-3-丁酸(IBA)浓度及活性炭添加量的组合处理,探讨其对体胚萌发及再生植株成苗的影响。【结果】外植体诱导产生愈伤组织的最适2,4-D质量浓度为3.0 mg/L、6-BA为0.2 mg/L,诱导率达64.25%;胚性愈伤组织在2,4-D质量浓度为3.0 mg/L,6-BA为0.2 mg/L的培养基中增殖效果最佳,增殖系数高达1 063.72%;体胚诱导阶段的最适2,4-D质量浓度为3.0 mg/L,6-BA为0.2 mg/L,体胚诱导率达46.41%;当体胚转入添加0.5 mg/L IBA的无活性炭MS培养基上时,可成功诱导植株再生。【结论】初步建立了完整的欧洲小叶椴体胚发生体系,为后续椴树属植物的高效繁殖及遗传转化体系构建奠定了基础。
【目的】探究6-(2-羟基-3-甲基苄基氨基)嘌呤(PI-55)对欧洲云杉(Picea abies)胚性愈伤组织在长期增殖和体细胞胚分化的影响,旨在为提高重要针叶树体胚发生及大规模再生技术效率提供科学参考。【方法】以欧洲云杉33号基因型的成熟合子胚诱导出的胚性愈伤组织为试验材料,在增殖期间添加不同浓度(0、0.5、1.0和2.0 μmol/L)PI-55培养14 d后,通过检测、分析对比相关生理生化指标,探讨PI-55对胚性愈伤组织内源激素(IAA、CTK、ZR、ABA)、抗氧化酶(SOD、POD、CAT)、可溶性蛋白及体细胞胚分化的影响。【结果】0.5~1.0 μmol/L PI-55可以提高欧洲云杉胚性愈伤的分化率,及其内源激素含量、抗氧化酶活性和可溶性蛋白含量;同时发现体胚分化能力弱的细胞系CTK和ZR含量、POD和CAT活性高于体胚分化能力强的细胞系,表明胚性愈伤组织需要一定水平的内源物质来促使体胚分化,但过高水平的内源物质则会抑制体胚分化。【结论】欧洲云杉体细胞胚发生过程中的增殖和分化阶段受多种因素的影响,PI-55可能是通过调节胚性愈伤组织的内源激素等生理指标进一步提高其分化能力,这一结果可为改良欧洲云杉体细胞胚发生技术,以及未来大规模生产和良种选育提供参考。
