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_DNA导入引起小麦染色体变异的研究.doc

_DNA导入引起小麦染色体变异的研究

wei永强
2017-12-01 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《_DNA导入引起小麦染色体变异的研究doc》,可适用于综合领域

DNA导入引起小麦染色体变异的研究()西北植物学报,:ActaBotBorealOccidentSin()文章编号:导入引起小麦染色体变异的研究ΚDNA于元杰,沈法富,程立,刘风珍,尹承佾()山东农业大学农学系,泰安,摘要:小麦种子从萌动至叶期,用进行浸滴处理,代出现花粉母细胞染色体变ΚDNAD异的植株占观察株的,染色体变异的细胞占观察细胞数的。主要有染色体落后、单价体、染色体桥、多价体、染色体多极分离,染色体螺旋化不同步,异常二分体和四分体及微核等类型,随世代增进,染色体行为趋于稳定,但不同个体间存在较大差异。这种复杂的染色体变异可能是外源在受体整合过程中的细胞学反应。DNA关键词:小麦减数分裂染色体ΚDNA中图分类号:文献标识码:QAStudiesofchromosomevariationofwheatinfusedwithΚDNA,,,,YUYuanjieSHENFafuCHENGLiLIUFengzhenYINChenyi(),,,DepartmentofAgronomyShandongAgriculturalUniversityTaianChinaAbstract:Fromegerminationtotwoleafstage,wheatseedsweretrickledseveraltimes(),withliquorofDNAInthemeiosisofpollenmothercellPMCchromosomevariationfrequencyisashighasamongDplantThecellaccountingforhadchro,,,mosomevariationThetypesofchromosomevariationwerelaggingunivalantsbridge,,multivalantsegregationwithpolypolehelixingwithdifferencestepAlongwithgenera,tiondevelopmentthefrequencyofchromosomevariationdecreasedinmeiosiscelltend,ingtostabilitybutthedifferenceisexistanceamongindividualsThiscoplexchromosomevariationmaybecausedbyexenousDNAintergerateintoreceptorgenome:KeywordswheatΚDNAmeiosischromosome收稿日期:基金项目:国家科委、山东省科委“九〃五”资助项目()()作者简介:于元杰,男汉族,硕士,副教授外源直接导入植物,国内外研究已有很久的历史了。自年用标记DNALedoux的大肠杆菌浸泡切开的大麦种子,发现了大麦根和苗中含有放射性物质。由于种DNA子具有天然的形态建成能力和遗传传递能力,不存在再生植株难的问题,因而以种子为受,,,体,进行外源的直接导入,已广泛应用于多种植物研究中。但对引入外源DNA后代的细胞遗传学研究报道较少。我们在将牛胸腺引入普通小麦,发现可引DNADNA,引入普通小麦,进行了更系统的研起受体复杂的染色体变化的基础上,又将ΚDNA究。材料与方法材料())(受体是普通小麦品系山东省泰安市农业科学研究所选育,该Taestivum品系年参加山东省区域试验,丰产性好。购自华美生物工程公司,将该用双蒸水稀释至ƒ臵冰箱中,ΚDNADNAΛgml备用。方法按照于元杰等的方法。小麦种子从萌动至二叶期,每天向生外源DNA的引入长点处加DNA溶液。材料种植将溶液处理的受体幼苗,当年移栽于山东农业大学校园网室DNA内,以清水处理的为对照,栽培管理同大田。对长成的代株随机取株挂牌编号供细D胞学观察,并套袋自交。成熟后,经细胞学观察过的单株分株收获、脱粒。秋季以单株为单位播种于山东农业大学农场,形成株行。对染色体变异的株行,随机取,个单株挂牌编号,分株进行细胞学观察、套袋自交、收获。(细胞学观察当幼穗分化至花粉母细胞减数分裂时,取供试株幼穗,臵固定液酒)精:氯仿:冰乙酸=中固定,再转入酒精中保存。固定的花药经水洗后,h在ƒ盐酸,水浴中解离,锡夫试剂染色,用醋酸压片,镜检。molL实验结果引入受体后代染色体变异类型ΚDNA受体小麦品系,是经常规杂交方法选育而成。性状稳定,经减数分裂的花粉母细胞观察,其染色体行为表现正常。对引入外源的有些植株及其后代的花粉母细胞DNA减数分裂观察,其染色体行为表现正常。对引入外源的有些植株及其后代的花粉母DNA细胞减数分裂观察,其染色体发生了变化。染色体落后和单价体在观察的受体中,减数分裂中期l|I二价体整齐地(())排列在赤道面上图片l|I,,后期l|I染色体均衡分离图版l|I,,未发现异常现象而引(入外源的后代中出现了染色体落后,落后染色体可出现在减数分裂中期l|I图版DNA)l|I,,由图版l|I,可看出,有两条染色体落后,且是单价体也可出现在减数分裂的后期(())l|I图版l|I,、、和后期图版l|I,,由图l|I,、可看出,后期l|I可有一条染色体落后,也可有多条染色体落后,图版l|I,不但有多条染色体落后,还有染色体断片。落后染期于元杰等:ΚDNA导入引起小麦染色体变异的研究()色体可能在末期l|I形成微核图版l|I,。由图版l|I,可以看出,每个二分子细胞均有个微核。多样性的染色体桥受体的花粉母细胞在减数分裂的后期l|I和后期,染色体分离正常,未出现染色体桥,但在引入外源后的花粉母细胞中出现了多种染色体桥。DNA(()其一是后期l|I染色体单桥图版l|I,、、、其二是后期l|I染色体多桥图版l|I,、)。由图版,可看出,后期l|I出现两条染色体桥,而由图版l|I,可看出,后期l|I出现()多条染色体桥其三是后期l|I异常的染色体桥图版l|I,、。图版l|I,由染色体组成的异常染色体桥,贯穿于细胞两个极端,位于细胞中间。图版l|I,多染色体组成的异常染色体桥则靠近细胞的边缘,这种异常的染色体桥可导致二分子细胞的粘联和遗传物质()的不均等分离图版,、、。图版,是正在分裂的二分子细胞被异常染色体桥粘联在一起。图版,细胞分裂已进行到后期,但其异常的染色体桥还使子细胞粘联在一起。图版,细胞分裂已进行到后期,但因异常染色体桥的影响,使其染色体出现明显()的不均衡分离其四是后期染色体桥图版,、。图版,、细胞分裂已进行到后期,在两个子细胞中均出现了染色体单桥和多桥。这表明引入受体后,可导致受ΚDNA体染色体发生壁内倒位。染色体的多极现象受体的花粉母细胞在减分裂后期l|I和后期,染色体均是两极分离,各子细胞均衡分裂,无异常现象。而在引入外源的后代中,其花粉母细胞在DNA()减数分裂过程中出现了染色体分离的多极现象图版,、、。图版,后期l|I的染色体发生多极分离,并出现了染色体桥。染色体的多极分离导致末期l|I和末期细胞分裂的()异常图版,、、、。图版,末期l|I细胞出现三分体。图版,后期l|I则出现了体积差异显著的两个子细胞,其中大细胞出现了染色体落后。图版,末期出现了六分子细胞,其大小差别极大。图版,末期细胞分裂异常,且将形成五分子细胞。染色体异常联会受体的花粉母细胞在减数分裂的偶线期,同源染色体均能正常联会,而引入外源后代的花粉母细胞,在减数分裂过程中同源染色体联会出现了异DNA()常图版,、。图版,的中期l|I出现落后的单价体。图版,的终变期,出现了非同源染色体相互联会,构成了一个“多染色体环”。染色体螺旋化和细胞分裂的不同步受体的花粉母细胞,在减数分裂过程中染色体螺旋化正常,同一花粉母细胞所形成的子细胞,其细胞分裂进程表现同步,无一例外,而(引入外源的后代,则出现了染色体螺旋化和子细胞分裂不同步的现象图版,、DNA)。由图版,看出,中期l|I多数染色体高度螺旋化,排在细胞的赤道面上,而一个二价体的染色体螺旋化较差,类似于“疏松”。表现染色体间螺旋化程度的差异。由图版,看出,处于减数第二分裂的两个子细胞,一个细胞是在后期,有染色体落后,另一个细胞是在中期,有落后染色体,表现细胞分裂的不同步性。世代间花粉母细胞减数分裂过程中染色体变异的遗传比较年随机取受体共株,观察了个花粉母细胞,其减数分裂及染色体行为一切正常,无一例外,而对受体引入外源后,其代中随机取株,观察花DNAD粉母细胞减数分裂中的染色体行为,其中株的染色体发生了变异,占观察株数的。在观察的个花粉母细胞中,有个变异细胞中出现了染色体变异,占观察()细胞的表。由表看出,染色体变异主要表现为染色体落后、单价体、染色体桥、染色体断片、多价体等。除此之外,还有微核、多极现象、异常的二分体和四分体及染色体螺旋化不同步等变异。代观察了株的个花粉母细胞,其中个花粉母D细胞发生了变异,平均变异率为,较代有所下降。代除变异率下降外,其细DD胞变异类型同代。代观察了株的个花粉母胞,变异细胞占观察细胞的DD,较代明显下降,这表明,随着世代的递进,后代染色体趋向稳定,未观察到染色D体螺旋化和细胞分裂不同步的现象。代观察了株的个花粉母细胞,变异细D胞占观察数的。变异中主要是染色体落后,单价体、微核及少量的染色体桥,其他(变异类型未观察到。但株行内及株行间存在着较大差异,有一些株行染色体已经稳定表)。由表看出,同一株行内的,变异细胞占观察细胞的,表现有较高的细胞变异率,而的染色体已趋向稳定。表受体与世代植株花粉母细胞染色体行为比较TablecomparisonchromosomebehaviourinPMCofreceptorbetweengeneration()受体和染色体变异类型比率变异率观察细变异世代()Frequencyfochromosomevariationtype()胞数细胞数株数ReceptorFrequ年份NoofNoof断片落后Noof单价体多价体and桥encyYearcellsvariationChrChr其他plantsgeneraChrUnivaMultivaofvariaobservedcellslagOtherragetionlentlentbridgetiongingmentD()CKD()CKD()CKD()CK表D代株行间花粉母细胞染色体行为比较TableComparisonchromosomebehavioarinPMCbetweenDPlantrow()染色体变异类型比率观察变异变异率()Frequencyofchromosomevariationtype细胞数细胞数()株行数NoofNoof落后PlansFrequency桥单价体微核cellsvariationChrofvariationUnivalentChrbridgeMicronucleicellscellslagging花粉母细胞染色体的变化,与后代性状变异有一定的关系,在代观察的个植株D期于元杰等:ΚDNA导入引起小麦染色体变异的研究()后代中,有个植株后代发生了性状变异,主要是叶色变异翠绿色株,穗型变异株,粒型变异株。其中叶色变异在代显现,代稳定,经正反交和回交证明,该变异是由DD核内单基因控制的隐性性状。而在出现后代变异的个植株中,有个植株代染色体D变化的花粉母细胞在以上。不能说这是偶然的巧合。讨论ΚDNA的进入与染色体变异本实验发现了利用浸泡小麦种子后代花粉母细胞产生复杂的染色体变异,这ΚDNA说明进入小麦细胞中,并影响于减数分裂过程中染色体的行为。产生这种情况的ΚDNA可能原因是,在种子萌发生长过程中,从茎端分生组织细胞分裂看,细胞纵向一分为二,其上一个细胞留在分生组织细胞群中,其下一个分化为特定组织器官如花粉和卵细胞等。当利用外源浸泡种子时,若进入并整合至分生组织细胞,则可以引起当代细DNADNA胞染色体变异,以通过花粉或卵细胞传递至以后各代。“异常染色体桥”与“多染色体桥”引入受体,变异类型出现了较高频率的单价体。这表明的引入可能使ΚDNAΚDNA(同源染色体联会受到影响,导致染色体的异常联会,出现多价体及“多染色体环”图版,)。当多染色体环在后期l|I受到来自细胞两极牵引丝的拉力时,必然有一点要断裂。若(在纺锤体侧面断裂,因受力不均可能出现异常染色体桥靠近细胞边缘的现象图版l|I,)()若在纺锤体中央处断,则可能出现“异常染色体桥”在细胞中央的现象图版l|I,。由此推论,异常染色体桥是因多染色体环所致,而多染色体环是由外源引入而影响DNA染色体正常联会所造成的。外源引入受体异致表现型变异的可能机制DNA外源引入受体,其后代出现的遗传变异可能是通过多种途径产生其一是导致DNA染色体变异的遗传学效应所致二是外源遗传物质通过重排而整合到受体染色体组中所引起其三是外源遗传物质在其受体基因组中表达所致。参考文献:周光宇,等农业分子育种研究进展M北京:中国农业科技出版社,()于元杰,等牛胸腺引入普通小麦导致性状变异的研究及细胞学观察山东农业大学学报,:DNAJ,OHTAGHigheffiencyganetictransformationofmaizedbymixtureofpollenandecogenousDNAprocNatlJAcadSciUSA,,:,,LECLOUX,LUptakeofDNAbylicingcellsProgressinNucleicacidsResearchandMolecularBiologyJ,,YJYUetalCytologicalobservationofVariantoffspringsofwheatInfusedwithThymusDNAsofCalfIW,,GSMChinaAgriculturalScientechPress图版说明:图版l|I受体中期l|I。受体后期l|I。中期l|I染色体落后。,后期l|I染色体落后。后期l|I染色体落后及断片。后期染色体落后。末期l|I微核。,后期l|I染色体l|I单桥。后期l|I染色体双桥。后期l|I染色体多桥。后期l|I居中多染色体桥。边缘多染色体桥。图版正在分裂的二分子细胞。染色体桥粘连的后期细胞。染色体桥粘边的后期细胞,染色体产生不均衡分离。后期染色体单桥。后期染色体多桥。后期l|I染色体三极分离,并产生染色体断片。在后期l|I染色体三极分离,并产生染色体桥。后期染色体多极分离及染色体桥。末期l|I三分体。多染色体环。中期染色体螺旋旋化不同步。后期细胞分裂不同步。Explanationofplates:()()l|Il|IPlateFigMetaphaseofPMCMIPMCinreceptorFigAnaphaseofPMCAIPMCinreceptor,,FigChromosomelagginginMIPMCFigChromosomelagginginAIPMCFigChromosomelaggingin()AIPMCFigChromosomelagginginAPMCFigMicronucleolusintelophaseIofPMCTIPMCFig,,,SinglechromosomebridgeinAIPMCFigDublechromosomebridgeinAIPMCFigPoly,chromosomebridgeinAIPMCFigCentrepolychromosomebridgeinAIPMCFigSidepolychromosomebridgeinAIPMCPlateFigDivisingtetradFigChromosomebridgelinkingchromosomeinAIIPMCFigLinkingchromosomesegerationinAIIPMCFigSinglechromosomebridgeinAIIPMCFigPolychromosomebridgeinAIIPMCFigChromsomesegregationwiththreepoleandchromosomefragementinAIPMCFigChromosomesegregationwiththreepolechromosomesegregationprodicingchromosomebridgeinAIPMCFigChromosomesegregationwitpolypoleandchromosomebridgeinAIIPMCFigTridinTIPMCFigTetradinAIPMCFigSixcellsporeTIIPMCFigAbnormaldivisoninTIIPMCFigUnivalentFigPolychromosomeringFigChromosomehexingwithdifferencestepinMIIPMCFigCelldivisionwithdifferencestepinAIIPMC于元杰等:导入引起小麦染色体变异的研究图版l|IΚDNAInfusedwithDNAYU:YuanjieetalStudiesofChromosomeVariationofWheatl|IPlateSeeexplanationattheendoftext:图版于元杰等YU:YuanjieetalPlateSeeexplanationattheendoftext

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