台湾花卉育种研究进展
第4期杨勋华等:台湾花卉育种研究进展
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6 组织培养
组织培养在育种应用上有着缩短育种周期、诱发和离体筛选突变体、进行种质资源的长期保存和远距离运输、获得倍性不同的植株、克服种子发育和萌发中的障碍、克服远缘杂交障碍、提供育种中间材料等作用
[7]
侦测到SiRNA累积现象)可造成花青素含量下降,进而造成花色变淡的效果
表1 色素生合成基因
名 称
CHS(Chalconesynthase)CHI(Chalconeisomerase)F3H(Flavanone3-hydroxylase)
F3cH(Flavonoid3c-hydroxylase)F3c,5cH(Flavonoid3c,5c-hydroxylase)(俗称蓝色基因)
DFR(Dihydroflavonol4-reductase)GST(GlutathioneS-transferase)调节基因ARF(ADPribosylationfactor)调节基因14.3.3
数量125317211
,在台湾被广泛用以配合传统杂交
育种、生物技术以及分子生物技术进行花卉育种。组织培养应用于花卉育种的技术,包含分生组织培养、愈合组织培养、细胞悬浮培养、细胞及原生质体融合、胚珠及胚培养、花药培养、以及通过愈合组织诱导、器官分化等技术配合基因转殖技术获得基因转殖植株等。如:通过无菌播种技术,解决兰花杂交育种障碍
[19]
。朱建镛在圣诞红杂交育种前,
通过茎顶培养或体胚再生技术去除植体内的菌质恢复稔性,缩短育种周期[18]。花莲农改场利用胚珠培养法配合切花柱授粉法,成功地克服百合种间杂交障碍,拯救杂交胚退化的现象,获得许多杂交后裔[20]。以及张唯勤等[21]进行的拖鞋兰、仙履兰细胞悬浮培养,该技术可培养出单细胞,作为未来基因转殖的材料。
71112 花朵寿命关键基因 萧介夫
[23]
选殖青花菜
乙烯受体基因予以突变并转殖于矮牵牛花等作物,证实可以在异种作物上延缓老化。蔡新声等[21]正尝试将该乙烯突变受体基因应用于蝴蝶兰中;黄丽春等[21]将boers基因(自青花菜乙烯受体ERS基因所建立的突变基因)转殖入虎头兰,育出延迟萎凋植株。
71113 抗逆境基因 黄浩仁等[21]发现1个兰花中调控逆境反应启动子,可用于诱导启动抗病转殖蝴蝶兰。林彩云等
[21]
7 基因转殖
711 功能性基因分析
台湾花卉的功能性基因研究主要针对花色调控
基因、花朵寿命关键基因、抗逆境基因、开花时间调控基因、花型发育与花香生合成基因的分析。71111 花色调控基因 台湾/农试所0分子遗传研究室,将青仁乌豆做为色素基因选殖的来源,已成功选殖色素生合成基因CHI,F3cH,F3c5cH,DFR,GST,Myc,UFGT等9群共22个基因(表1);这些基因已构筑成基因转殖载体,应用于火鹤花、蝴蝶兰、石斛兰、百合、彩叶芋及菊花等作物[22]。郭宾崇等[21]鉴定红色蝴蝶兰花色关键成分及生合成路径推演,结果显示在蝴蝶兰中所具有的生合成酵素(酵素即酶,下同),其作用机制与其他花青素的生合成,有明显不同之处。如能利用PeANS与PeUFGT1~PeUFGT3等由蝴蝶兰中所发现的生合成酵素对于主要花色成分的影响及所造成的花色变化提供进行基因转殖,对于蝴蝶兰农业生技产品的开发较有长远性。葛孟杰等[21]用核糖核酸干扰技术(RNAi)分析花色(UFGT3)基因利用PCR选择方式,筛选逆境
调控的EST约250个,可用于基因转殖,改进传统育种无法转殖单一耐压基因的限制,增加蝴蝶兰对环境的耐受性。再以台湾蝴蝶兰为材料,分析低温逆境下蝴蝶兰基因调控变化;利用已完成的蝴蝶兰EST数据库与已发表基因数据库比对初步预测基因功能,并结合相关低温逆境研究筛选低温逆境相关基因。
71114 开花时间调控基因 杨长贤等
[21]
完成了11
个文心兰MADSbox基因(OMADS1-11)与5个文心兰开花时间调控相关基因OnGI、OnFT、OnFLD、OnCOL1及OnLEAFY的全长cDNA的选殖;其研究表明这些相关基因具有改造花形及促进花期提早的功能,且经证实得自文心兰的基因,能够普遍应用于异源性转殖基因植物。古森本等[21]将水稻血红素、蓝绿藻、玉米PEPC基因转殖入蝴蝶兰,期望能提高氧或碳代谢,以加速生[21]
40台湾农业探索
2010年8月
dase启动子的调控机制,藉此调节文心兰产期。郑石通等[21]以GowerRamsey为材料,分别在花瓣全开时和花开始要凋萎时,抽取RNA,以dif-ferentialdisplay方式和subtractionlibrary建立的两种方式,分离启始文心兰老化相关的cDNA片段;分离蛋白质,以蛋白质二维电泳,经LC-MS-MS鉴定,再以degenerateprimer由mRNA中分离出相关cDNA。由这3种方式,分离出和文心兰老化相关的cDNA片段,在文心兰老化开始时会有显著受到影响。
71115 花型发育与花香生合成基因 中兴大学生物科技学研究所已从洋桔梗中成功选殖出开花起始基因-EgLFY与9个MADSbox基因(控制花朵器官发育),包括EgMADS3、EgMADS9(调控花萼与花瓣的发育),EgMADS2、EgMADS4、EgMADS7(调控花瓣与雄蕊的发育),Eg-MADS8(调控雄蕊与雌蕊的发育),EgMADS1(调控胚珠的发育)与EgMADS5、EgMADS6(与前述4种功能的MADSbox基因共同调控花器发育);这些基因有部分已经进行转基因植物的功能分析,且获得预期的变异性状[24]。陈虹桦等[21]针对蝴蝶兰花苞及胚发育功能基因组进行研究,已鉴定了6个蝴蝶兰花发育相关基因,5个和花青素生合成有关的酵素基因以及3个花香相关基因。林彩云等完成兰花花朵发育时细胞生长与多倍体变化动态仿真模式,可用来预测蝴蝶兰和文心兰在每一花朵发育时期内多倍体的变化,提供控制花朵形状基础理论。杨长贤等[21]构筑完成文心兰叶片及花苞之已cDNAlibrary,完成2000余笔文心兰花苞ESTclones序列的定序及分析,从中鉴别出两个MADSbox基因及FT的片段clones。71116 基因库的建立 叶信宏等
[21]
[21]
相关基因及183个转录因子基因短片段核甘酸微矩
阵芯片,利用微矩阵分析法确认调控花形、花色、花香相关基因及转录因子基因;建立了蝴蝶兰花形、花色、花香相关基因及转录因子基因微矩阵数据库,并整合了微矩阵及EST数据库。712 基因转殖技术系统
台湾初期的蝴蝶兰转殖技术为花粉管法;目前则主要是以组织培养再生体系为基础,配合农杆菌媒介或基因枪等转殖方法而建立转殖系统;转殖植物材料多以原球茎体(protocorm)、拟原球茎体(protocormlikebody;PLB)与愈合组织为主。采用农杆菌媒介或基因枪等方法,载体必须含有抗生素筛选基因以利后续筛选使用,但抗生素筛选基因的存在可能导致自然界中细菌产生抗药性,葛孟杰等发展出蝴蝶兰基因转殖软腐菌筛选系统,取代传统抗生素筛选系统,可以突破抗生素筛选系统的缺点如抑制植物生长与漫长的等待时间等。廖丽贞等正通过复基因转殖技术进行蝴蝶兰抗逆经基因转殖,希望能育成同时可抵抗细菌性软腐病及病毒病及非生物性逆境的蝴蝶兰;此前已通过多次的基因转殖得到了对东亚兰嵌纹病及软腐病皆具抗性的蝴蝶兰转殖株。詹明才等已经建立起文心兰的基因转殖系统,并利用这个系统获得耐软腐病的基因转殖文心兰。台中农改场已建立了菊花基因转殖及再生体系获得抗虫菊花品系
[26][25]
[21][21]
[11]
。
8 分子标志辅助育种
分子标志作为育种的辅助手段近年来迅速发展,通过侦测基因型,可以进行精确的育种选拔,从而提高育种效率、缩短育种年限,在育种中有着重要作用。目前可供应用的分子标志种类有:限制性片段长度多态性(RestrictionFragmentLengthPolymorphism,RFLP);随机扩增多态性DNA(randomamplifiedpolymorphicDNA,RAPD);序列特异性扩增区(sequencecharacterizedampl-ifiedregions,SCAR);数量可变串联重复序列(variablenumberoftandemrepeat,VNTR);简单重复序列(simplesequencerepeats,SSR)及扩增片段长度多态性(amplificationfragmentlengthpolymorphism,AFLP)等多种。具体应用如:吴文銮等[21]建立了台湾第一个蝴蝶兰BAC基因体数据库,覆盖蝴蝶兰基因体612倍,大片段DNA,[27]
成功在蝴蝶兰
上建立以东亚兰嵌纹病毒(即建兰花叶病毒)(Cymbidiummosaicvirus=CyMV)为载体的基因静默系统,可以快速筛选出具有商业价值(如花色、花型、花香等)的基因。陈虹桦等建立8232笔花苞及6132笔胚的EST数据库,并完成了ESTs的批注分析及基因功能分类;在此基础上,又针对花形、花色及花香相关基因进行了一系列研究,选殖出花器专一的PeMADS2-Pe-MADS6基因上游115kb的启动子区域;建立了蝴蝶兰转录因子独特基因数据库,并设计转录因子[21]
第4期杨勋华等:台湾花卉育种研究进展
[21]
41
9915%机率选殖出蝴蝶兰基因;高燕玉等研究以核糖体RNA基因为蝴蝶兰属植物的分子标志,依据28种蝴蝶兰建立亲缘关系树,用于判断蝴蝶兰亲缘关系的远近,为育种提供参考;谢瑞旻等[21]利用AFLP分析C射线诱变植株遗传组成的变异情形,辅助选育新的文心兰栽培品种;何国杰等
[21]
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利用自文心兰基因库中所筛选出的微卫星体
DNA序列,进行文心兰ISSR-PCR分析,通过
分析ISSR的变异,可以区分出不同品系的文心兰,也可以成功的区分出在同一品系之文心兰中,由不同亲本的个体。高雄区农业改良场已完成台湾原生杜鹃花、蝴蝶兰属、拖鞋兰属、及石斛兰属的种原DNA鉴定[28]。参考文献:
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(责任编辑:吴 越)
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