發(fā)布時間：2020-06-11 13:30

【摘要】：橡膠樹是多年生的木本植物,也是最重要的產膠經濟作物。橡膠樹常規(guī)育種周期長,培育一個品種約需30年,因此育種學家一直在尋找橡膠樹高產無性系的早期預測方法來縮短育種周期。本研究的目的是基于愈傷組織乳管發(fā)生頻率和天然橡膠產量的相關性,發(fā)展出新的產量早期預測方法,以期達到縮短橡膠樹育種周期的目的。乳管細胞是高度特化的植物細胞,也是天然橡膠合成和貯存的唯一場所。不同類型乳管間的形態(tài)和功能依然不清楚,但這些信息對橡膠樹育種和生產具有重要意義。橡膠樹乳管不僅存在于莖干樹皮中,而且也存在于葉片、葉柄、幼嫩枝條和根中。我們在橡膠樹愈傷組織中也發(fā)現乳管。本研究系統(tǒng)研究了橡膠樹樹皮兩種乳管和愈傷乳管的形態(tài)差異,比較樹皮乳管和愈傷乳管發(fā)生頻率以及它們與產量的相關性。本研究的主要研究結果如下:一、橡膠樹愈傷組織誘導和植株再生從橡膠樹花藥、幼嫩枝條、幼嫩葉柄誘導出愈傷組織,從花藥愈傷通過體胚發(fā)生途徑再生了植株。愈傷組織誘導率和體胚發(fā)生率均依賴于基因型。高產品種熱研7-33-97的愈傷組織比低產品種的長得快。擁有較高橡膠產量的品種其體胚發(fā)生和植株再生能力均較強。這些結果說明愈傷組織特征與產膠潛力之間可能存在相關關系。二、橡膠樹體內體外乳管類型的細胞形態(tài)學比較對來源于花藥、幼嫩枝條、葉柄的愈傷組織中的乳管細胞與樹皮中的初生、次生乳管細胞進行形態(tài)學比較,結果表明初生乳管是不分枝、無節(jié)且聯結的乳管,當其發(fā)育成熟時細胞側壁呈現凹凸不平形態(tài)。次生乳管擁有光滑的細胞壁,其端壁溶解、細胞質融合,屬于有節(jié)聯結類型乳管。愈傷組織中乳管細胞表現為一種新的乳管類型,不同于植物中其它類型乳管,因此可排除它們來源于外植體中的乳管。它們形態(tài)上與次生乳管更相似,也擁有光滑的側壁和溶解的端壁,細胞壁相對厚度也相似。三、橡膠樹MADS-box基因家族全基因組鑒定、特征及它們參與乳管發(fā)育的研究通過對橡膠樹轉錄組和基因組數據庫的挖掘,發(fā)現97個MADS-box基因。93.8%的基因能匹配到橡膠樹基因組的scaffold中,與當前發(fā)布的橡膠樹基因組序列版本的覆蓋率(93.8%)是一致的。系統(tǒng)發(fā)育樹分析表明,橡膠樹的II型ADSbox基因較擬南芥和水稻的相應同源基因有更多的重復,因此橡膠樹大部分ADSbox基因(70個,占72.2%)屬于II型亞家族基因。而擬南芥和水稻MADS-box基因屬于II型亞家族基因所占的比例不高,分別只有43.7%和56.8%。而且在橡膠樹70個II型基因中69個檢測到轉錄本,它們主要在花中表達,還有一些主要在乳管中表達,說明它們在乳管和花發(fā)育中起重要作用。橡膠樹MADS-box基因屬于I型的數量較少,僅有27個(占27.8%),比擬南芥和水稻的相應同源基因少很多。橡膠樹大部分I型基因(15個,占55.6%)是沉默的,它們可能是假基因。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點可能與橡膠樹特殊的發(fā)育需要相對應,例如乳管系統(tǒng)發(fā)育及順式聚異戊二烯(橡膠)的合成。此外,橡膠樹中還存在一些非典型的MIKC*因子(例如位于S進化枝的HbMADS1、位于P進化枝的HbMADS20)。這些基因與典型的MIKC*基因在序列上有較大差異,它們參與乳管發(fā)育和橡膠生物合成,而在擬南芥和水稻中是不需要的。四、通過細胞標記輔助育種來加速橡膠樹育種進程:比較分析橡膠樹體內體外乳管類型和它們與橡膠產量的相關性對來源于嫩莖的愈傷組織中的乳管細胞、成齡樹樹干樹皮的次生乳管與相應母樹橡膠產量進行相關性分析,以期建立一種新型的高產無性系早期預測方法。實驗結果表明,愈傷組織中乳管的密度與樹皮中乳管列數均高度依賴于基因型,它們與產量均極顯著相關(相關系數分別為R=0.846(P0.002)、R=0.899(P0.002))。由于雜交后代群體的幼苗能誘導出愈傷組織,因此愈傷組織中乳管細胞的密度可作為一種早期選擇標記用于雜交后代高產株系的篩選,從而縮短育種周期。
【學位授予單位】：華中農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S794.1
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本文編號：2707978