玉米双胚遗传机制研究进展

高产一直是玉米育种的研究热点,传统方式提高玉米产量已进入瓶颈期,玉米双胚这种特殊遗传现象可能为获得高产提供突破性方向。为了解双胚现象发生的遗传机制,本文归纳了包括玉米等多种作物双胚、多胚现象的前人研究,从多维度整合了相关的遗传表现、细胞学观察、生理生化特性、分子机制研究等内容。此外,本文总结了有关双胚的部分研究方法,为双胚性状的分子遗传机制及玉米高产育种研究提供可行性参考。通过前人研究,本文发现玉米双胚基因挖掘方面暂未有突破性进展,因此预测有关双胚现象的研究重点仍是影响双胚性状表达的关键遗传位点的定位与候选基因的挖掘,以进一步解析玉米双胚现象的分子网络机制,为指导玉米高产育种提供理论支撑。

双胚苗水稻SARⅡ-628的自然同源三倍化和DNA甲基化

从4500对SARⅡ-628的双胚苗中筛选出5对二倍体-三倍体双胚苗。SSR分析显示它们在所检测的310个位点上没有差异。以AFLP为基础的MSAP(methylation-sensitiveAFLP)研究显示,5个二倍体在493个位点上甲基化状态没有差异。与二倍体比较,相应的三倍体虽然在甲基化总体水平上变化不大,但共有29个位点甲基化类型在不同单株上发生了变异,表明SARⅡ-628自然同源三倍化后甲基化变异在M0代就迅速发生。变异共有10种类型,包括甲基化程度上升、下降各3种类型以及不定类型4种。对其中22个位点测序检索显示这些甲基化变异涉及整个水稻基因组的12对染色体且具有位点特异性,不同单株的变异位点各不相同,预示着SARⅡ-628不同单株在自然同源三倍化后将走向不同的命运。

C1001B双胚苗形态解剖学研究

从水稻双胚苗中寻找不定胚，是筛选水稻无融合生殖材料的有效途径之一。然而水稻双压苗和双生苗（中胚轴等低节位分蘖）的外观形态相似。本文应用比较解剖学方法研究了Ｃ１００１Ｂ双胚苗的形态结构。发现其主苗和次苗之间没有维管束联系，是源于两个独立的胚。主苗发芽早于次苗４一５天，都各自具有独立的种根、节根、胚芽鞘、不完全叶。

双胚苗水稻单倍体及其杂交后代基因组DNA甲基化特异位点的分析及功能探讨

采用甲基化敏感性扩增多态性技术对水稻单倍体SARⅡ-628及它与蜀恢527、蜀恢363的杂交后代基因组DNA甲基化位点进行了分析。用16对选择性扩增引物在双亲及杂交后代中共检测到765个DNA甲基化位点,与双亲相比,杂交后代DNA甲基化水平均有不同程度的降低。通过分析两个杂交组合与双亲的甲基化带型差异,发现非单倍体遗传及单倍体独立遗传两种甲基化差异位点。对部分甲基化位点的序列进行功能分析,发现这些位点主要涉及细胞构造、代谢途径、应激反应等生物学功能。推测这类功能基因的甲基化修饰调控着相关基因的开启与关闭,为植物的生存、生长、发育及进化提供动力。

水稻双胚苗无融合生殖胚胎学研究初报

将子房整体染色透明观察后,通过筛选材料石蜡切片的方法,研究发现水稻双胚苗品系APⅣ中,存在低频率的无融合生殖。开花前珠心细胞特化并分裂发育形成不定胚。随着珠心组织的退化,不定胚长八胚囊腔中,以球形胚形式存在。开花后4天,球形胚开始分化。球形胚在胚囊中可以和合子胚并存,也可以单独存在。但双胚主要来自受精的助细胞或合子胚纵裂。开花后3—4天,在胚乳腔中着色深的球状结构是胚乳部份脱落形成的,不是不定胚。珠孔端反足细胞团不能形成胚。

水稻(Oryza sativa L.)双胚苗遗传学的研究

APⅠ、APⅡ、APⅢ和 APⅣ四个双胚苗品系分别具有16.1%、23.4%、32.4%和5.0%的双苗率,双苗中有一个中胚轴和两个中胚轴的两种类型。以双胚苗为母本与显性紫色稻杂交,F1出现1.8—3.8%的绿色双苗或单苗,因此,四个双胚苗品系中可能存在低频率的无融合生殖。双胚苗是可遗传的,受两对隐性基因控制,而双苗频率的高低则受修饰因子的影响。

玉米异位胚和异位双胚特性的遗传与无融合生殖性的初步研究

该文研究了玉米中异位胚和异位双胚特性的遗传与无融合生殖性。结果表明：1．自交系A是一个具有较高频率异位胚和异位双胚特性的玉米品系。用具低频率异位胚和异位双胚特性的自交系OH43和330与其交配，其F1代分别出现隐性或显性遗传特，点；2．用当代显性或胚直感的紫色胚尖性状作遗传标记对该自交系A的异位胚和异位双胚特性进行了无融合生殖测定，结果表明，这两种特性均不是无融合生殖的结果，因而排除了通过异位胚和异位双胚特性寻找和创造无融合生殖材料的可能途径。

双胚苗水稻种子的扫描电镜观察

以同源四倍体双胚苗水稻品系(D07-04-01)及其衍生后代(01-04-01,D07-02-01,DP07-04-01)为研究材料,利用扫描电镜技术和X射线衍射技术对稻米的垩白性状、淀粉粒的形态特征和淀粉的晶体特性进行了初步研究。研究结果表明,与其他材料相比,双胚苗二倍体品系D07-02-01的垩白粒率、垩白度和垩白大小均最小,稻米的自然横断面中部无明显辐射状,裂痕少且浅,"粗短形"的不规则多边形胚乳细胞与淀粉粒分布均匀,多面体状淀粉粒呈现典型的晶体结构,数目多且排列致密,球形单粒淀粉粒和块状不规则的复粒淀粉体数目比较少,相对结晶度高,直链淀粉含量低,即外观品质和食味品质均比其他四倍体品系好。

平邑甜茶后代双胚苗的倍性鉴定及核型分析

为了确定平邑甜茶双胚苗的倍性特征和核型特点,采用压片和流式细胞仪观测的方法对平邑甜茶后代中双胚苗进行染色体倍性观察和核型分析。结果表明:4株供试材料均为三倍体,2n=3x=51,染色体为小型,染色体长度比差异不大;核型组成由中部着丝点染色体(m)和亚中部着丝点染色体(sm)组成;株系8-1、8-2、12-1和12-2的核型公式分别为2n=3x=45m+6sm,2n=3x=48m+3sm,2n=3x=27m+24sm,2n=3x=33m+18sm;染色体相对长度和着丝点指数的变异范围分别为1.21%～2.68%和34.19%～42.37%,1.44%～2.63%和35.59%～44.08%,1.36%～3.02%和32.85%～42.18%,1.43%～2.87%和34.23%～44.02%;核型分别属于1B、1A、2B和1B类型,表现为株系之间的核型不完全相同。本研究为丰富无融合生殖型砧木的育种理论,获得新的苹果无融合生殖型砧木提供有益的借鉴。

水稻双胚苗种子的特征研究

以同源四倍体双胚苗突变水稻品系、近亲系和离子束介导后代为研究材料,对其种子活力、苗位和胚位特征进行了初步研究.结果表明,原始亲本01-04-01具有高的种子活力,正常单胚的频率比较高.出现多胚苗的水稻品系是D07-04-01和D07-02-01,其中D07-02-01的苗位类型最丰富,且每一种多胚苗苗位类型的频率都比D07-04-01要高.在4份供试材料的种胚内均能观察到双胚现象.D07-02-01不仅胚位类型丰富,而且双胚频率最高.对水稻双胚苗突变种子的特征进行深入研究将有助于在水稻中筛选和研究出无融合生殖新种质.

麦类作物多胚的研究 Ⅲ.高原602双胚苗的细胞学类型

对高原602双胚苗的细胞学进行了研究，有3种类型：2n－2n、2n－3n和2n－n，出现频率分别为0．16％、0．02％和0．02％。在2n－2n型里，又发现了形态上的差异，即2n（顶芒）－2n（长芒）。对单倍体育种和三倍体的起源进行了讨论。

N^+注入对不同倍性双胚苗水稻幼苗生长及酶活性的影响

以同源四倍体双胚苗水稻品系09-04-01和相应的二倍体09-02-01为研究材料,对其不同剂量离子注入后种子电解质外渗率及幼苗生长状况和酶活性做了初步研究。结果表明:离子注入后,09-04-01种子电解质外渗率与对照相比的平均增幅低于09-02-01;09-02-01在1.0×1017 N+/cm2注入剂量下幼苗生长状况较好,而09-04-01在3.0×1017N+/cm2注入剂量下幼苗生长状况较好;过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性随离子注入剂量的增加均有先升高后降低的趋势,但这种趋势因酶种类的不同而表现出一定的差异。09-02-01在1.0×1017N+/cm2注入剂量下POD和SOD活性最强;09-04-01在7.0×1017N+/cm2注入剂量下POD和SOD活性最强。结果说明一定剂量的氮离子注入能够增强清除自由基的酶的合成能力,09-04-01比09-02-01效应更为显著。

囊胚移植从双胚胎移植到单胚胎移植的经验体会

随着辅助生殖技术（ART）的广泛应用，多胎妊娠越来越多，已经成为辅助生殖的一个严重并发症。多胎妊娠可发生流产、胎儿畸形、胎儿宫内生长迟缓、贫血、妊娠高血压综合征、羊水过多、前置胎盘及早产等并发症。减少移植胚胎数目来降低多胎妊娠、同时不影响患者妊娠率是所有辅助生殖技术的目的。为达到此目的，在胚胎移植时必须挑选最具有种植潜能的胚胎。

低能氮离子注入对同源四倍体水稻双胚苗特性的影响

利用低能离子注入技术对同源四倍体水稻进行注入处理，在其后代群体内筛选到具有双胚苗特征的突变单株。在突变单株的纯化过程中对其多胚苗性状的表现进行了观察鉴定。随后，在突变体后代的主要农艺性状趋于稳定时对两个株系在不同温度条件下的多胚苗频率进行了鉴定。结果表明，利用离子注入技术可以对同源四倍体水稻进行有效地改良，由此可以获得具有遗传变异特点的新种质，其双胚苗特性随着自交世代的推进而得到保持。同源四倍体双胚苗材料在其性状表达特征、性状表达频率和性状表达条件等方面均显现出一定的特异性。在试验材料的群体内多胚苗发生频率因材料种类不同或发芽温度不同而表现出一定的差异性。种子经过去颖壳处理后可以使其双苗频率提高32．4％～36．0％。在同源四倍体双胚苗材料中，其苗位特征表现出明显的多样性。

冬小麦双胚苗筛选研究初报

从不同类型材料中进行冬小麦双胚苗筛选，双胚苗产生的频率为０．０３２％。双苗中有一个胚芽鞘和两个胚芽鞘两种类型。双胚苗继代筛选双胚苗率为０．２２６％，不同双胚苗杂交，杂种Ｆ＿１双胚苗率为０．１２％；临选８７—６０７２有５％的双胚苗，双胚苗品系中存在低频率的无融合生殖，双胚苗是可遗传的。

同源四倍体双胚苗水稻雌配子体的发育特征

利用激光扫描共聚焦显微技术,对3份水稻材料的雌配子体的发育特征进行了观察鉴定。结果表明,在所有的试验材料中都存在着2种雌配子体的发育现象,即在正常的发育过程中和在异常的发育过程中,各种试验材料均表现出一定的特异性。对于正常的发育过程而言,所有的试验材料均表现出明显的相似性。在2份同源四倍体水稻品系中,双胚苗品系ASDOR05-01比其亲本99-01(4)表现出更加明显的特异性。成熟胚囊的结构状态与其育性表现存在着一定的相关性。经过离子束注入后筛选到的双胚苗水稻材料,在生殖发育特性上表现出更加明显的特异性,即表现出更弱的有性生殖能力。

双胚苗水稻来源的单倍体、二倍体及其杂交F1的DNA甲基化位点分析

全基因组倍增或多倍化,伴随着基因丢失和二倍化进程,被认为是植物进化的重要推动力量。DNA甲基化与miRNA的表观遗传调控机制在植物生长发育及进化过程中起着重要的作用。本文采用MSAP(甲基化敏感扩增多态性)技术分析同一双胚苗水稻来源的单倍体、二倍体及其杂交F1的基因组DNA5'-CCGG位点胞嘧啶的甲基化及遗传特点。对部分甲基化位点进行切胶、回收、测序及功能注释,并结合miRNA靶基因预测探讨特定甲基化位点的遗传特点及其与miRNA的相关性。16对选择性扩增引物在双亲及杂交F1中共检测了462个DNA甲基化位点,杂交F1甲基化水平平均为43.20%,与双亲相近(单倍体为46.75%,二倍体为41.99%)。TargetFinder软件分析发现其中的7个甲基化位点基因序列上存在1～4个miRNA的结合位点,这些基因的功能注释包括逆转录转座子蛋白、ras相关蛋白、H2A/H2B/H3/H4核心组蛋白等。同时,探讨了逆转录转座子在植物进化中的作用。研究结果为进一步阐明水稻基因组倍增过程中DNA甲基化与miRNA的关系提供了参考。

利用激光扫描共聚焦显微技术观察同源四倍体双胚苗水稻的胚胎学特征

利用激光扫描共聚焦显微技术对同源四倍体双胚苗水稻的受精过程、胚胎发育过程和双胚来源进行观察鉴定。研究结果表明,同源四倍体水稻和二倍体水稻在发生受精作用的时间上不存在很大的差异。双胚苗水稻的受精作用和胚胎发育表现出明显的特异性,其双胚苗性状有其胚胎学根源,双胚可能有4种来源,即来源于由双套胚囊形成的双胚、由多卵卵器中的卵细胞和类卵细胞分别通过受精作用形成双胚、由特异性的反足细胞通过异常发育后形成额外的幼胚、由胚乳细胞通过异常发育后形成胚乳型幼胚。通过对试验材料的受精频率及其结实率进行比较后发现,双胚苗水稻具有更弱的有性生殖能力,其遗传可塑性更强,这为离子束介导技术的研究找到了比较好的受体材料。

离子注入后双胚苗突变水稻的无性系诱导

以离子注入后同源四倍体双胚苗突变水稻及其衍生后代为研究材料,利用无性系诱导技术对愈伤组织的脱分化和再分化特性进行了初步研究。研究结果表明,同源四倍体水稻与相应的二倍体水稻在无性系诱导中存在着明显的差异;在试验中将2,4-D浓度由2.0 mg/l提高到2.5 mg/l则可以获得比较高的诱导率;半胚乳处理不但能提高愈伤组织的诱导率,也能提高愈伤组织的质量,干燥处理能提高愈伤组织的分化率。

冻融周期中优质卵裂期双胚移植与选择性单囊胚移植的早期妊娠结局比较

目的比较在胚胎冻融移植(FET)周期中优质卵裂期双胚移植(DET)和选择性单囊胚移植(e SBT)的早期妊娠结局。方法回顾性分析2017年1月至2018年6月河南省人民医院生殖医院1 803例行FET助孕的患者资料,依据移植胚胎数目和胚胎发育天数分为DET组(1 039例)和e SBT组(764例)。比较两组患者的临床妊娠率、着床率、多胎妊娠率、异位妊娠率和早期流产率。结果两组患者临床妊娠率、早期流产率比较,差异无统计学意义(P> 0. 05)。e SBT组着床率高于DET组,e SBT组多胎妊娠率和异位妊娠率均低于DET组,差异有统计学意义(均P <0. 05)。结论在FET周期中,优质卵裂期DET与e SBT均能够得到较满意的妊娠率,但e SBT有较高的胚胎着床率,且e SBT的多胎妊娠率和异位妊娠率较低。