粗枝云杉体胚发生和萌发前的干化调控机制

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pfeiyuan2009
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体细胞胚胎发生作为针叶树一种关键的无性繁殖技术,面临着高胚性愈伤组织诱导率低,胚性容易降低,体细胞胚同步化程度不高,尤其是体胚生根率极低的困境。本研究连续2年以粗枝云杉未成熟合子胚为材料,建立了稳定和高同步化的粗枝云杉体细胞胚胎发生和植株再生体系;通过转变体细胞胚发生方式,以解决胚性愈伤组织增殖后期体胚发生能力显著降低的问题;通过确立的不依赖外界环境的体细胞胚萌发前的干化标记,以显著提高体细胞胚的生根能力;同时,以不同干化时间处理的体细胞胚为材料,通过形态观察、生理测定及iTRAQ技术的应用,揭示干化处理促进粗枝云杉体细胞胚萌发的调控机制。结果表明:粗枝云杉最适合的体胚发生和植株再生体系包括诱导条件:最佳的球果采集日期为6.12-6.26,平均诱导率(64.22%±34.28%)-(53.79%±17.17%),最高95%以上;1/2LM培养基,附加2.2mg·L-12,4-D+1.1mg·L-16-BA;最佳增殖体系为:1/2LM+1.1mg·L-12,4-D+0.825mg·L-16-BA;静置细胞体积和液体培养基体积比1:7,9-12d变浑浊,可增加4倍以上;体细胞胚分化和成熟体系:1/2LM+26mg·L-1ABA+50g·L-1PEG4000+1g·L-1AC+30g·L-1蔗糖+4g·L-1凝胶,平均分化500个·克(FW)以上;萌发条件:1/4LM+20g·L-1蔗糖+6g·L-1凝胶+2g·L-1AC。粗枝云杉愈伤组织在增殖后期体细胞胚的分化能力显著降低,转变愈伤组织增殖方式和体细胞胚分化培养方式有利于体细胞胚发生能力的提高。采用液体悬浮增殖取代半固体增殖更有利于胚性的保持。在增殖后期,首选的体细胞胚发生方式为“液体增殖-滤纸分化”,其次为“块状增殖-块状分化”,最后是“块状增殖-滤纸分化”。采用“滤纸容器法”的干化方式更适用于云杉体细胞胚的干化处理;随着干化时间的延长,体细胞胚不断增粗、胚轴不断伸长、胚根变红、胚轴和子叶变绿,胚逐渐变得健壮。干化处理14d后能够获得最高的萌发率;且干化处理能够普遍促进体细胞胚的萌发。以健壮的绿色子叶、胚轴及红色胚根为体细胞胚高萌发能力的标记,能够普遍获得高的萌发率(平均83.63%)和较好的萌发质量。干化处理过程中,伴随水分含量的变化,体细胞胚的干物质积累逐渐降低;ABA含量总体呈降低趋势;IAA含量逐渐升高;作为重要的胁迫响应物质,H2O2的含量逐渐升高,说明干化处理的实质是一种水分胁迫;干化处理促进体细胞胚向萌发所需的状态转变,即促进形态成熟向生理成熟转变。采用iTRAQ技术,共鉴定得到2774个蛋白,其主要涉及代谢过程、细胞过程及刺激响应等过程,并执行催化活性和编码等功能。差异蛋白显著富集在光合作用和氧化还原酶活性等代谢途径。在蛋白相互作用网络中,差异蛋白在干化过程中的表达模式总是朝着有利于萌发的过程变化。本研究首次建立了高效且同步化程度较高的粗枝云杉体胚发生和植株再生体系。在胚性愈伤组织增殖后期,通过转变体细胞胚的增殖和分化培养方式,以提高体胚发生能力。首次开发出不依赖外界环境变化,而是根据体细胞胚形态和颜色变化,对高萌发能力的体细胞胚进行了有效标记。对干化处理促进粗枝云杉体细胞胚萌发的调控机制,首次在生理水平和蛋白质组学水平进行了探讨。
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