香蕉多倍体种质创制及其表型差异的机理初步研究

• 作 者: 张丽平
• 机 构: 赣南师范大学
• 出 处: 赣南师范大学
• 发表日期: 2021年01期
• 关键词: 香蕉 细胞工程 多芽体 染色体加倍 种质创制

香蕉（Musa spp.）是大型的草本植物,起源于东南亚和太平洋地区。全世界栽培香蕉品种有近千个,但主要的栽培种类只有十余个,主要香牙蕉（AAA）、东非高原香蕉（AAA）和plantain（AAB）。由于栽培香蕉是三倍体,育性低,很难通过杂交育种进行大规模的种质创制。细胞工程诱变技术可以通过物理辐射和化学诱变剂,诱导产生遗传变异,在香蕉育种和种质创制中应用较多。然而细胞工程诱变的效率和成功率与品种、外植体类型、培养基配方等因素密切相关。本文就拟通过不同培养基配方诱导产生多芽体,以及通过染色体加倍获得四倍体,开展了香蕉多倍体种质创制,并对加倍成功后的四倍体植株的表型变化及其内在机理进行了研究,主要结果如下:1.用MBC诱导培养基和P4培养基,分别对10个香蕉品种资源（包含AA、AB、BB、AAA共4种基因组类型）进行多芽体诱导。其中,在七个AA基因型品种中,只有‘Wiliman’在MBC培养基中未诱导出多芽体;BB基因型品种‘Tani’中没有诱导出多芽体;在AB基因型品种‘Kunnan’中,两种培养基均诱导出了多芽体且诱导效果较为相似,在AAA基因型品种‘Khai Thong Ruang-Ibota’中,只在MBC培养基中诱导出了多芽体。多芽体材料的获得,可为后续的物理辐射或化学诱变产生更稳定的变异提供受体材料。2.对6个香蕉品种的分化芽进行秋水仙素加倍诱导,并用流式细胞仪对诱变后的分化芽进行倍性鉴定和筛选,淘汰未加倍成功的或嵌合体的分化芽;对鉴定为四倍体的分化芽,再继续扩繁;获得了6个AA基因型品种的四倍体第一代分化芽;获得了2个品种（‘Mjenga Gros Michel Diploide’（简写为MGMD）和‘新海贡’）连续三次继代鉴定为四倍体的分化芽,同时获得了再生植株幼苗;再生植株经过根尖染色体数目计数确认为四倍体植株。3.对染色体加倍成功的2个品种‘MGMD’和‘新海贡’植株幼苗的进行评价,发现加倍后的四倍体植株显示出一定的“巨大性”,如加倍后‘MGMD’的植株高度、茎基部粗度、最长根长、叶片厚度、叶面积和叶绿素含量分别提高了62.6%、75.1%、12.9%、39.7%、15.8%、22.2%,加倍后‘新海贡’的植株高度、茎基部粗度、最长根长、叶片厚度、叶面积和叶绿素含量分别分别提高了27.2%、60.2%、29.3%、44.2%、25.3%、16%。4.通过对加倍成功的‘MGMD’和‘新海贡’植株幼苗叶片的转录组学进行分析,结果显示差异基因表达主要注释到植物激素信号转导通路、植物-病原互作、植物MAPK信号通路、氨基酸糖和核苷酸糖代谢、淀粉和蔗糖代谢。5.通过对加倍成功的‘MGMD’和‘新海贡’植株幼苗叶片的代谢组学进行分析,结果显示四倍体植株大部分初生代谢物含量显著高于二倍体,且在氨基酸代谢、碳水化合物代谢、其他次生代谢产物的生物合成、辅助因子和维生素多个代谢途径中存在显著富集,表明基因组加倍后可能对香蕉苗初生代谢物积累有促进作用。6.通过加倍植株的转录组和代谢组的联合分析,确定了在两个香蕉品种中均发生变化的代谢通路为:类黄酮生物合成通路,类胡萝卜素生物合成通路,卟啉与叶绿素代谢通路,植物激素信号转导通路,色氨酸代谢通路,莨菪烷、哌啶和吡啶生物碱的生物合成通路。