昆明植物所成功建立木兰科植物多倍体高效诱导体系

昆明植物研究所 种子生物学研究组 2022-05-07

  多倍体诱导是植物种质创新的重要方法,广泛应用于作物、果树、林木和观赏植物新品种培育。过去二十年,多倍体育种进一步加快,多倍体新品种得到大量推广。传统多倍体诱导的技术瓶颈包括:诱导率低、纯合多倍体获取数量少、嵌合体纯化困难等。以上瓶颈问题限制了植物多倍体新种质的创制、制约了多倍体育种技术的应用。

  中国西南野生生物种质资源库种子生物学组与李唯奇研究组合作,以木兰科植物厚朴(Magnolia officinalis)的体细胞胚发生(Somatic Embryogenesis)再生体系为基础,建立了高效的多倍体诱导体系,纯合四倍体诱导率达到100%。首次探索了获得多倍体胚性细胞系的技术路径,建立了多个厚朴四倍体胚性细胞系,并通过体细胞胚发生途径生产了大量纯合四倍体植株。多倍体胚性细胞系的建立突破了植物多倍体诱导的相关瓶颈,拓展了基因组加倍的表型变化,为多倍体育种创造了新机会。由于木兰科植物体细胞胚再生体系的通用性,以上技术有望广泛应用于木兰科植物多倍体的诱导和新品种培育。 

  技术要点包括:(1)体细胞胚发生过程的一致化。使用100-200μm直径的细胞团(约20个细胞),3周内在分化培养基上完成体细胞胚分化过程。(2)控制条件下,胚性细胞团(100-200μm)在抗有丝分裂试剂作用下,仅边缘的1-2个细胞存活,并再生为一个克隆。通过两个阶段的恢复培养,存活细胞再生为包括体细胞胚和球形细胞团的独立克隆。通过流式细胞仪,可以筛查到产生极高比例多倍体体细胞胚的独立克隆;将这些克隆中的球形细胞团单独增殖,可以形成细胞系。通过流式细胞仪筛查和确认多倍体细胞系。(3)以多倍体细胞系为材料,通过体细胞胚发生途径生产多倍体植株用于表型分析和育种项目。 

  以上工作以“Establishing Tetraploid Embryogenic Cell Lines of Magnolia officinalis to Facilitate Tetraploid Plantlet Production and Phenotyping”发表在Frontiers in Plant Science上。高彦粉和马俊超为共同第一作者,林亮和李唯奇为共同通讯作者。以上工作得到了黄金城xhjc1122战略生物资源项目(KFJ-BRP-017-75),云南省重点研发计划项目(202103AC100003),云南省基础研究专项重大项目(202101BC070003)资助。 

   

 

图1 厚朴多倍体细胞系诱导和建立的技术路径 

 

图2 厚朴体细胞胚发生途径再生过程 

 

图3 抗有丝分裂试剂处理后,细胞再生过程 

 

图4 二倍体和四倍体厚朴体细胞胚及植株对比 

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