橡胶树愈伤乳管和树皮乳管的比较解剖学和分子生物学研究及细胞标记辅助育种

发布时间：2020-06-11 13:30

【摘要】：橡胶树是多年生的木本植物,也是最重要的产胶经济作物。橡胶树常规育种周期长,培育一个品种约需30年,因此育种学家一直在寻找橡胶树高产无性系的早期预测方法来缩短育种周期。本研究的目的是基于愈伤组织乳管发生频率和天然橡胶产量的相关性,发展出新的产量早期预测方法,以期达到缩短橡胶树育种周期的目的。乳管细胞是高度特化的植物细胞,也是天然橡胶合成和贮存的唯一场所。不同类型乳管间的形态和功能依然不清楚,但这些信息对橡胶树育种和生产具有重要意义。橡胶树乳管不仅存在于茎干树皮中,而且也存在于叶片、叶柄、幼嫩枝条和根中。我们在橡胶树愈伤组织中也发现乳管。本研究系统研究了橡胶树树皮两种乳管和愈伤乳管的形态差异,比较树皮乳管和愈伤乳管发生频率以及它们与产量的相关性。本研究的主要研究结果如下:一、橡胶树愈伤组织诱导和植株再生从橡胶树花药、幼嫩枝条、幼嫩叶柄诱导出愈伤组织,从花药愈伤通过体胚发生途径再生了植株。愈伤组织诱导率和体胚发生率均依赖于基因型。高产品种热研7-33-97的愈伤组织比低产品种的长得快。拥有较高橡胶产量的品种其体胚发生和植株再生能力均较强。这些结果说明愈伤组织特征与产胶潜力之间可能存在相关关系。二、橡胶树体内体外乳管类型的细胞形态学比较对来源于花药、幼嫩枝条、叶柄的愈伤组织中的乳管细胞与树皮中的初生、次生乳管细胞进行形态学比较,结果表明初生乳管是不分枝、无节且联结的乳管,当其发育成熟时细胞侧壁呈现凹凸不平形态。次生乳管拥有光滑的细胞壁,其端壁溶解、细胞质融合,属于有节联结类型乳管。愈伤组织中乳管细胞表现为一种新的乳管类型,不同于植物中其它类型乳管,因此可排除它们来源于外植体中的乳管。它们形态上与次生乳管更相似,也拥有光滑的侧壁和溶解的端壁,细胞壁相对厚度也相似。三、橡胶树MADS-box基因家族全基因组鉴定、特征及它们参与乳管发育的研究通过对橡胶树转录组和基因组数据库的挖掘,发现97个MADS-box基因。93.8%的基因能匹配到橡胶树基因组的scaffold中,与当前发布的橡胶树基因组序列版本的覆盖率(93.8%)是一致的。系统发育树分析表明,橡胶树的II型ADSbox基因较拟南芥和水稻的相应同源基因有更多的重复,因此橡胶树大部分ADSbox基因(70个,占72.2%)属于II型亚家族基因。而拟南芥和水稻MADS-box基因属于II型亚家族基因所占的比例不高,分别只有43.7%和56.8%。而且在橡胶树70个II型基因中69个检测到转录本,它们主要在花中表达,还有一些主要在乳管中表达,说明它们在乳管和花发育中起重要作用。橡胶树MADS-box基因属于I型的数量较少,仅有27个(占27.8%),比拟南芥和水稻的相应同源基因少很多。橡胶树大部分I型基因(15个,占55.6%)是沉默的,它们可能是假基因。II型基因高的出生率和低的死亡率和I型基因低的出生率和高的死亡率的特点可能与橡胶树特殊的发育需要相对应,例如乳管系统发育及顺式聚异戊二烯(橡胶)的合成。此外,橡胶树中还存在一些非典型的MIKC*因子(例如位于S进化枝的HbMADS1、位于P进化枝的HbMADS20)。这些基因与典型的MIKC*基因在序列上有较大差异,它们参与乳管发育和橡胶生物合成,而在拟南芥和水稻中是不需要的。四、通过细胞标记辅助育种来加速橡胶树育种进程:比较分析橡胶树体内体外乳管类型和它们与橡胶产量的相关性对来源于嫩茎的愈伤组织中的乳管细胞、成龄树树干树皮的次生乳管与相应母树橡胶产量进行相关性分析,以期建立一种新型的高产无性系早期预测方法。实验结果表明,愈伤组织中乳管的密度与树皮中乳管列数均高度依赖于基因型,它们与产量均极显著相关(相关系数分别为R=0.846(P0.002)、R=0.899(P0.002))。由于杂交后代群体的幼苗能诱导出愈伤组织,因此愈伤组织中乳管细胞的密度可作为一种早期选择标记用于杂交后代高产株系的筛选,从而缩短育种周期。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S794.1
，

本文编号：2707978