玉米花粉生殖细胞的N-甲基-N-亚硝基脲诱变技术的研发

发布时间：2020-08-23 19:54

【摘要】：玉米是主要的粮食作物,玉米种质资源是玉米品种培育的基础素材。随着生命科学向后基因组学的转向,玉米科学已开始进入功能基因组与性状表达遗传调控机制的研究时代,玉米育种研究目标也在走向多样化。在这样的背景下,基于高效化学诱变技术的大量玉米基因突变材料的创制被认为是玉米种质创新的一个重要而紧迫的课题。N-甲基-N-亚硝基脲(MNU)是一种高效基因诱变剂,已被用于一些哺乳动物、微生物以及水稻的诱变研究。近年来,我们致力于高效的玉米化学诱变新技术的研发。前期研究中已经确立了系列水性环境中玉米自交系的离体成熟花粉生殖细胞的最适MNU处理方法。本研究通过对玉米自交系(A378)成熟花粉在最优保护液体系下系列条件的MNU处理后所得M_1-M_2代植株与籽粒性状的筛查分析,确定了适于最大突变性状表达频度的诱变条件,并且最终获得了具有多样玉米植株与籽粒性状的系列纯合突变体。当MNU浓度为0.5 mmol/L、处理时间为40 mins、处理缓冲液pH为4.8、磷酸盐浓度为10 mmol/L时,突变性状的表达频度达到了10.5%。从供试M1-M2群体中筛查到了致死、分蘖、矮化、低穗位、条纹叶、卷叶、红叶脉、窄叶展、雄蕊匍匐、雄蕊不育、雄蕊雌化、畸形雌穗、簇状雌穗等株形性状及糖质、淡黄斑、皱缩、白色、糯性、粉红斑、深黄基部、白色基部、粉红胚乳等籽粒性状,共计381个突变株系。通过M3群体的性状表征,最终获得了具有系列的株形与籽粒性状,总计77个纯合基因型突变体。总之,与已报道的玉米花粉在悬浮于石蜡油中的EMS诱变相比,本研究确立的玉米花粉生殖细胞MNU诱变技术具有显著提高的突变诱发效率,其应用有望为玉米功能基因组学与育种研究开发大量的基因突变材料。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S513
【图文】：

条纹,植株,白化苗,黄化苗

在 M1代幼苗期经观察统计共有 9 份幼苗显性突变，包括 3 株黄化苗(图 2.2A2)，4 株白化苗(图2.2 A3)，2 株条纹叶植株。通过田间观察发现玉米黄化苗突变体在苗期叶片均呈现黄绿色，长势较弱，叶片顶端出现焦灼现象，部分叶片顶端出现黏连，在受光照射后出现萎蔫现象，伴随着植株的生长全部黄化苗逐渐死亡；玉米白化苗突变体在其幼苗期所有叶片都表现为白色，并持续整个幼苗期，由于缺少叶绿素等必要的物资而不能进行光合作用，白化幼苗在生长至二叶期或三叶期便枯萎而死，白化苗植株枯死前其他表型特征如株高、叶片的完整度等与正常植株相比没有太大差异；玉米条纹叶突变体主要表现为叶片沿叶脉方向形成的黄色或白色竖状条纹状。变异植株出现条纹的叶片数不相同，出现在叶片的部位也不相同，条纹的颜色深浅也有所不同，该突变幼苗生长发育迟缓，植株生长一段时间后白色和黄色条纹部分出现萎焉，随着植株的继续生长，叶片从枯萎处出现撕裂，整片叶变为一个个的条型，并逐渐变枯黄直到死亡；另外，观察发现 M1代幼苗中还存在大量极端弱化的幼苗，这类幼苗表形型为叶片短小，较厚，呈深绿色，植株下部枯萎，随着植株的继续生长这类幼苗逐渐死亡。MNU 化学诱变剂处理玉米花粉后代中，MNU 诱变剂对玉米 M1产生了较明显的生理损伤，造成这一结果的原因是 MNU 在发挥诱变作用的同时也具有一定的毒性作用，MNU 诱变剂破坏了玉米花粉颗粒胚细胞膜的渗透性，抑制其生长相关物质的运输和合成，或经 MNU 诱变剂处理后引起相关表达基因、修饰基因变异的结果。大部分花粉经诱变后形成的籽粒可以正常生长发育

籽粒,玉米自交系,生殖细胞,群体

其长势较弱，不能提供足够的营养物资而没有获得籽粒后代。在得到的 346 份籽粒中，每个子代代表一个群体，经筛选统计，共有 24 个群体表现出籽粒突变性状，包括4个基部发黄的突变(图2.3 C6)，6个糖质突变(图2.3 C2)，7个白色突变(图2.3 C8)，3 个基部发白(图 2.3 C5)，2 个黄色圆斑粒(图 2.3 C3)，2 个糯性突变(图 2.3 C9)，这一结果揭示了 MNU 对玉米籽粒的诱变影响。5、将全部 346 份 M2代籽粒按每份 20 粒进行播种，并进行观察统计，M2代分离范围较广

【参考文献】