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禾本科三倍体: 形成、鉴定与利用

本站小编 Free考研考试/2022-01-01

严旭1,2, 左艳春1, 王红林1, 李杨2,3, 李影正2, 寇晶1, 唐祈林1, 周晓康,2,*, 杜周和,1,*1四川省农业科学院蚕业研究所/牧业研究中心, 南充 637000
2四川农业大学玉米研究所, 温江 611130
3绵阳师范学院城乡建设与规划学院, 绵阳 621000

Triploid in Poaceae: Formation, Detection, and Utilization

Xu Yan1,2, Yanchun Zuo1, Honglin Wang1, Yang Li2,3, Yingzheng Li2, Jing Kou1, Qilin Tang1, Xiaokang Zhou,2,*, Zhouhe Du,1,* 1Sericulture Research Institute/Animal Husbandry Research Center, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Nanchong 637000, China
2Maize Research Institute, Sichuan Agricultural University, Wenjiang 611130, China
3School of Urban and Rural Planning and Construction, Mianyang Teachers’ College, Mianyang 621000, China

通讯作者: *E-mail:tangqilin71@163.com;duzhouhe@126.com

责任编辑: 白羽红
收稿日期:2020-10-9接受日期:2021-01-21网络出版日期:2021-05-01
基金资助:四川省重点研发项目.2019YFN0022
现代农业学科建设推进工程No.2021XKJS096
四川省南充市研发项目No.19YFZJ0060
四川省十四五饲草育种攻关No.2021YFYZ0013


Received:2020-10-9Accepted:2021-01-21Online:2021-05-01


摘要
禾本科三倍体的形成途径包括2n配子融合、倍性间杂交、多精受精和胚乳培养。其中, 2n配子融合和倍性间杂交分别为自然界和人工合成三倍体的主要途径。该文介绍了形态学观测、染色体分析、流式细胞术和分子标记等倍性鉴定方法在禾本科三倍体中的应用及其优缺点。目前, 三倍体在禾谷类作物中无直接应用价值, 但可作为通往多倍体、非整倍体和转移异源基因的遗传桥梁。多年生禾本科三倍体(特别是异源三倍体)在饲草或能源作物中已得到广泛应用, 在该类型禾本科作物中均可直接尝试三倍体育种。多倍体的三倍体育种和无融合生殖三倍体育种可作为未来禾本科三倍体的研究方向。三倍性胚乳培养可以一步合成三倍体, 多精受精可以实现遗传上3个不同基因组的一步融合, 在三倍体研究中应予以重视。鉴于2n配子融合、多精受精的稀有特性和倍性间杂交、胚乳培养频繁的染色体变异, 高通量三倍体鉴定技术的发展将是三倍体研究实现突破的关键。
关键词: 三倍体;2n配子;倍性间杂交;胚乳培养;多精受精;育种利用

Abstract
The formation pathway of triploid in Poaceae includes 2n gamete fusion, interploidy cross, polyspermy, and endosperm culture. The fusion of reduced male (n) and unreduced female gamete (2n) is the main method for forming natural triploids. Interploidy cross is the main method for synthesizing artificial triploids. The application of ploidy identification methods such as morphological observation, chromosome analysis, flow cytometry and molecular markers in gramineous triploids is introduced, and the advantages and disadvantages of different methods are also discussed. At present, triploid has no direct application value in cereal crops, but it can be used as a genetic bridge to synthetize polyploid and aneuploid, as well as to transfer alien genes from wild species to cultivated species. Gramineous triploids (especially allotriploid) are widely cultivated for forage or biofuel production, suggesting that triploidy breeding may be directly performed in this type of grasses. We discuss the future prospect of research on gramineous triploid, e.g., polyploid- and apomixis-triploid breeding. Particularly, endosperm culture can synthesize triploids in one step, and polyspermy can achieve one-step fusion of three genetically different plant genomes, which should be paid attention to in the triploidy research. Due to rare occurrence of 2n gamete fusion and polyspermy, and frequent chromosomal variation in ploidy hybridization and endosperm culture, the development of high-throughput triploid identification technology will become the key for breakthrough in triploidy generation/breeding.
Keywords:triploid;2n gamete;interploidy cross;endosperm culture;polyspermy;breeding program


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引用本文
严旭, 左艳春, 王红林, 李杨, 李影正, 寇晶, 唐祈林, 周晓康, 杜周和. 禾本科三倍体: 形成、鉴定与利用. 植物学报, 2021, 56(3): 372-387 doi:10.11983/CBB20166
Yan Xu, Zuo Yanchun, Wang Honglin, Li Yang, Li Yingzheng, Kou Jing, Tang Qilin, Zhou Xiaokang, Du Zhouhe. Triploid in Poaceae: Formation, Detection, and Utilization. Chinese Bulletin of Botany, 2021, 56(3): 372-387 doi:10.11983/CBB20166


在二倍体物种的体细胞中, 1套完整的非同源染色体称1个染色体组。三倍体是含有3套染色体组的细胞或个体。同源三倍体(autotriploid)的3套染色体组源自同一物种, 如三倍体西瓜(Citrullus lanatus, 2n= 3x=33)。异源三倍体(allotriploid)的3套染色体组源自2个或3个物种, 如三倍体杨树((Populus tomentosa × P. bolleana) × P. tomentosa, 2n=3x=57)。三倍体可赋予花卉、水果和林木等器官巨大、无籽(或少籽)、生长迅速及生物量高等优良特性(党江波等, 2018)。三倍体的少籽特性使其在禾谷类作物中无直接应用价值, 但在以利用营养体为目标的禾本科植物中不受限制。目前, 有关禾本科三倍体的研究不胜枚举, 但缺乏系统总结。本文聚焦禾本科三倍体的形成与鉴定, 并通过一系列案例说明禾本科三倍体的育种价值和应用前景, 以期为合成、筛选和利用禾本科三倍体提供借鉴。

1 三倍体的形成

1.1 2n配子融合

禾本科通过花粉管伸长将雄配子体内的2个精细胞运送至胚囊; 1个精细胞与卵细胞融合形成合子, 合子是下一孢子体世代的祖细胞, 发育成胚(胚为植物幼态) (图1A); 1个精细胞与中央细胞融合形成初生胚乳细胞, 发育成胚乳(胚乳为胚的发育及种子萌发提供营养, 随后退化并消失) (图1B)。二倍体正常减数分裂产生单倍性的雌、雄配子通过n+n型生殖方式形成二倍体合子, 维持后代基因组的二倍性(图1A, C)。二倍体异常减数分裂产生的2n配子(与体细胞染色体数目相同)与单倍性配子(n)通过2n+n型生殖方式形成三倍体合子(图1E)。

图1

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图1禾本科三倍体的形成途径

(A) 精细胞与卵细胞受精产生二倍性合子后发育成二倍体胚; (B) 精细胞与中央细胞受精产生三倍性初生胚乳细胞后发育成胚乳; (C) 通过离体培养胚或种子萌发发育成二倍体; (D) 通过胚乳组织培养形成三倍体; (E) 通过2n+n生殖方式形成三倍体; (F) 通过二倍体加倍后形成的同源四倍体(2n=4x=AAAA)与二倍体(2n=2x=AA)杂交合成同源三倍体; (G) 通过四倍体(2n=4x=AAAA)与二倍体(2n=2x=BB)杂交合成异源三倍体; (H) 通过多精受精形成三倍体
Figure 1Pathways to triploidy formation in Poaceae

(A) A sperm fertilizes an egg cell to produce diploid zygote which subsequently grows into diploid embryo; (B) A sperm fertilizes a center cell to produce triploid primary endosperm cell which subsequently grows into endosperm; (C) The embryo develops into diploid plant through in vitro culture or seed germination; (D) The endosperm develops into triploid plant via culturing in vitro; (E) Triploid formation by a 2n+n mating; (F) The autotriploid hybrid produced by crossing tetraploid (2n=4x=AAAA) and diploid (2n=2x=AA); (G) The allotriploid hybrid produced by crossing tetraploid (2n=4x=AAAA) and diploid (2n=2x=BB); (H) Formation of triploid by polyspermy


目前, 通过观测小孢子发生在植物中已发现5种2n配子形成机制(Loginova and Silkova, 2017) (图2)。减数分裂II期姐妹染色单体分离形成的FDR (first division restitution)型2n配子(图2C)在很大程度上保留了亲本的杂合性, 而减数分裂II期姐妹染色单体不分离形成的SDR (second division restitution)型2n配子(图2D)高度纯合。因此, 在转移亲本杂合性方面FDR型比SDR型更为有利(Younis et al., 2014)。Harlan和De Wet (1975)认为所有植物都以某种频率产生2n配子, 但物种间发生频率不同。二倍体水稻(Oryza sativa, 2n=2x=24)多胚苗能自发地产生三倍体(张静等, 2002)。在二倍体看麦娘(Alopecurus bulbosus, 2n=2x=14)自然群体中, 二倍体、三倍体与四倍体并存(Sieber and Murray, 1979)。在22个二倍体大麦(Hordeum vulgare, 2n=2x=14)品种中, 三倍体植株的发生率为0.01%-0.29% (Sandfaer, 1975)。在黄花茅(Anthoxanthum alpinum, 2n=2x=10)中2n配子的发生率为6.3% (Bretagnolle, 2001)。对十字花科24个物种60个群体的研究表明, 尽管2n配子先前被认为相对罕见、但普遍发生(通常个体的雄配子2n发生率<2%), 并且在特定个体中较高, 这些极少数产生高频率2n配子的个体可能在多倍体的形成中发挥关键作用(Kreiner et al., 2017)。在同一植物中, 雌雄2n配子的发生率也不一致(Ramsey and Schemske, 1998)。鸭茅(Dactylis glomerata, 2n=2x=14) 2n雌配子发生率为0.49%, 而2n雄配子发生率为0.98% (Maceira et al.,1992)。鉴于2n配子发生率低, 在2x/2x下通过单向有性多倍化(unilateral sexual polyploidization, 2x+x)形成三倍体的频率远高于通过双向有性多倍化(bilateral sexual polyploidization, 2x+2x)形成四倍体的频率。例如, 在黄花茅中2n配子形成三倍体的发生率为0.2%, 但未见四倍体发生(Bretagnolle, 2001)。

图2

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图22n配子的形成机制

(A) 与体细胞相比正常配子的染色体数目减半; (B) 通过胞质融合或多核体形成的四倍体花粉母细胞产生PRD型2n配子, 如鸭茅(Falistocco et al., 1995); (C) 在减数分裂I期同源染色体无配对和分裂形成的FDR型2n配子将保留除重组片段外的所有亲本基因, 如雀稗(Filho et al., 2014)和多年生黑麦草(Chen et al., 1997); (D) 在减数分裂II期因分裂缺失形成的SDR型2n配子将保留除重组片段外比正常配子多1套染色体副本的2n配子, 如多年生黑麦草(Chen et al., 1997); (E) 在减数分裂I期部分染色体以姐妹染色单体分离, 其余以二价体分离, 随后在减数分裂II期分裂缺失形成IMR型2n配子, 如百合(Lim et al., 2001); (F) 减数分裂正常而进入配子体发育阶段时基因组加倍形成PMD型2n配子, 如马铃薯(Bastiaanssen et al., 1998)
Figure 2Mechanisms of 2n gamete formation

(A) Chromosome numbers of normal gametes are halved compared with somatic cells; (B) PRD (pre-meiotic doubling) gametes are obtained as a result of the tetraploid pollen mother cells formed by cytomixis or syncytium, e.g., Dactylis glomerata (Falistocco et al., 1995); (C) In the FDR (first division restitution) type, pairing and division of homoeologous chromosomes do not occur during meiosis I, and the FDR 2n gametes maintain all of their parental genes except cross-over fragments, e.g., Paspalum jesuiticum (Filho et al., 2014) and Lolium perenne (Chen et al., 1997); (D) SDR (second division restitution) gametes with two copies of non-recombinant chromosomes are the result of the second division omission or cytokinesis abnormalities after normal anaphase II, e.g., L. perenne (Chen et al., 1997); (E) IMR (indeterminate meiotic restitution) gametes were discovered in Lilium longiflorum × Asiatic hybrid (Lim et al., 2001), in which some chromosomes are separated as univalents during meiosis I whereas the others are separated as bivalents, and subsequently the second division omission occurs during meiosis II; (F) PMD (post-meiotic doubling) gametes occurs due to the genome doubling of haploid spores during microgametogenesis, e.g., Solanum tuberosum (Bastiaanssen et al., 1998)


实践中, 2n配子可通过环境调控、化学诱导、种间杂种和减数分裂突变体获得。2n配子的发生主要受遗传控制, 但暴露于低温或高温、热冲击和高辐射下可诱导或刺激2n配子形成(Younis et al., 2014)。例如, 蔷薇属(Rosa)植物花芽暴露于36°C高温下可提高2n雄配子的发生率(Pécrix et al., 2011)。在禾本科中采用环境调控诱导2n配子发生尚未见报道。N2O在诱导鸭茅(Van Santen et al., 1991)、玉米(Zea mays, 2n=2x=20) (Kato and Birchler, 2006)、小麦(Triticum aestivum, 2n=6x=42)及大麦(Dvorak et al., 1973)的2n配子上取得成功。向玉米雄穗喷洒氟乐灵可诱导2n花粉并获得同源三倍体(Kato, 1999)。种间或属间杂种是产生2n配子的重要途径, 其频率高于祖先物种(Ramsey and Schemske, 1998)。Mason等(2011)分析了3种芸薹属(Brassica)物种及其F1杂种的2n雄配子发生率, 发现5个甘蓝型油菜(B. napus, 2n=4x=38)品系的发生率(0%-0.11%, 平均值为0.03%)较低, 而甘蓝型油菜的11种F1杂种的发生率(0.17%-3.29%, 平均值为1.55%)较高。可见, 种间杂种较亲本基因组2n配子的发生率提高。Zeng等(2020)发现在兰花(Cymbidium ssp.)传统品种中2n雄配子发生率为0.15%-1.0%, 而种间杂种为2.5%-4.03%; 同时作者认为可能由于无性繁殖植物存在可替代的繁殖途径, 2n配子的形成频率相对更高。减数分裂活跃基因的突变可能导致纺锤体形成异常或胞质分裂受阻而形成2n配子, 如拟南芥(Arabidopsis thaliana, 2n= 2x=10)中的cyca1;2/tam (SDR型)、osd1 (SDR型)和Atps1 (FDR型)突变体(Brownfield and K?hler, 2011)。

1.2 倍性间杂交

人工合成三倍体常由4x/2x或2x/4x产生(Thomas and Chaturvedi, 2008) (图1F, G)。例如, 通过秋水仙碱加倍假俭草(Eremochloa ophiuroides, 2n=2x=18)种子形成的4x与2x杂交获得同源三倍体(Schwartz et al., 2013)。鸭茅2x/4x获得同源三倍体(钟声, 2006)。水稻与小粒野生稻(O. minuta, 2n=4x=48)杂交获得异源三倍体(张智奇等, 1994)。精细胞正常发育的二倍体常作为父本, 而四倍体(特别是人工合成四倍体)通常育性降低作母本。例如, 水稻4x/2x杂交结实率(0.42%-1.64%)高于其反交组合(0.20%-0.85%), 倍性间杂交同源三倍体成活率(0.07%)极低, 杂交后借助胚拯救可提升三倍体植株的成活率(0.78%) (黄群策和孙敬三, 1999)。在谷子(Setaria italica, 2n= 2x=18) 4x/2x的2 100个杂交后代中得到5株三倍体(发生率为0.24%), 反交未能获得三倍体(王润奇等, 1994)。特别地, 当前生产中应用的禾本科三倍体几乎全部源自倍性间杂交(表1)。此外, 高粱(Sorghum bicolor, 2n=2x=20)单倍体自交产生的三倍体可能源于减数分裂I期和II期中胞质不分裂产生2x配子与减数分裂I期不分裂、减数分裂II期正常分裂的x配子结合(Erichsen and Ross, 1963); 四倍体种间杂交F1代中1个基因组丢失也可形成三倍体(于卓等, 2004)。

Table 1
表1
表1禾本科三倍体品种
Table 1Triploidy cultivars in Poaceae
母本父本品种名用途参考文献
狗牙根(Cynodon dactylon)
2n=4x=36
非洲狗牙根(C. transvaalensis)
2n=2x=18
Tifway、TifwayII、Midiron、TifEagle、Tifgreen、Tifdwarf、MS-Supreme、MS-Express、TifSport和Champion (2n=3x=27)草坪草Kamps et al., 2011
荻(Miscanthus sacchariflorus)
2n=4x=76
芒(M. sinensis)
2n=2x=38
Illinois和Freedom (2n=3x=57)能源作物Perera et al., 2015
玉米(Zea mays)
2n=2x=20
四倍体大刍草(Z. perennis)
2n=4x=40
玉草1号(2n=3x=30)饲用作物勇等, 2007
指状摩擦禾(Tripsacum dactyloides)
2n=2x=36
指状摩擦禾(T. dactyloides)
2n=4x=72
Verl (2n=3x=54)饲用作物Springer et al., 2006
薏苡(Coix lacryma-jobi)
2n=2x=20
水生薏苡(C. aquatica)
2n=4x=40
丰牧88 (2n=3x=30)饲用作物孙福艾, 2017
象草(Pennisetum purpureum)
2n=4x=28
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
热研4号(2n=3x=21)饲用作物刘国道等, 2012
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
象草(P. purpureum)
2n=4x=28
闽牧6号和华南1号(2n=3x=21)饲用作物陈平等, 2004;
陈钟佃等, 2012

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1.3 多精受精

卵细胞融合2个精细胞(n+n+n)形成三倍体合子(图1H), 称多精受精(polyspermy)。多精受精发生困难。为了阻止多精融合的风险, 动物通过多精障碍(polyspermy block)确保合子的二倍性: (1) 单精合子在精卵质膜融合阶段通过卵膜周围电位立即触发的正向移位或通过Ca2+依赖性皮质颗粒的胞吐作用在受精卵周围形成1个受精膜以阻止多余的精细胞入卵; (2) 生理多精(physiological polyspermy)在多精卵子中仅选择性融合1个精核, 剩余的精核退化或消失; (3) 多精合子致死或早期胚胎致死, 在动物中源自多个精子的额外中心体可产生多个微管组织中心(microtubule-organizing centers, MOCs), MOCs将引发异常的核分裂和细胞分裂, 导致合子或胚胎早期致死(Nakel et al., 2017)。被子植物拟南芥则通过FERONIA受体激酶确保合子的二倍性, 防止多余花粉管到达胚囊; 胚珠通过助细胞中的丝状器分泌诱导蛋白AtLURE1s吸引花粉管进入胚珠, 当1个花粉管穿过胚珠珠孔端的其中1个助细胞时, 丝状器上FERONIA受体激酶表达, 并与丝状器中去甲酯化果胶结合进而诱导产生NO; NO对AtLURE1s进行亚硝基化修饰后抑制AtLURE1s的分泌并造成其失活, 抑制其与受体的相互作用, 使其对后来花粉管的吸引能力急剧下降, 从而避免多管现象(polytubey), 最终阻止多精受精(Duan et al., 2020)。由于植物细胞缺乏中心体, 并且不将它们用作核分裂过程中染色体分离的纺锤体; 一旦多余花粉管到达胚珠, 在被子植物中形成的多精合子可能不会死亡。多精受精的鉴定困难, 利用传统的根尖压片技术无法区分三倍体由何种途径(n+n+n或2n+n)产生。因此, 有关兰花(Hagerup, 1947)、玉米(Rhoades, 1936)、高粱(Erichsen and Ross, 1963)和小麦(Suarez et al., 1992)的多精受精现象一直停留在理论推测, 缺乏直接的生物学证据。

近几年, 研究证实多精受精三倍体在水稻(Oryza sativa)和拟南芥中可以发生。Toda等(2016)Toda和Okamoto (2016)使用处在泛素启动子控制下表达组蛋白H2B-GFP的精细胞作为观测对象, 利用水稻体外受精体系, 连续2次电融合, 成功合成了水稻多精合子; 2种多精受精途径(2个精核先后与卵核融合、2个精核融合后再与卵核融合)均被观测到(图1H); 多精合子的双极纺锤体行为正常, 当分化为原胚后经组织培养形成三倍体植株。Nakel等(2017)构建了高通量多精受精检测工具HIPOD, 该工具由mGAL4- VP16/pUAS25构成。花粉亲本1包含RPS5a启动子控制下的异源转录因子mGAL4-VP16, 但不含除草剂抗性的bar基因; 花粉亲本2仅包含bar基因, 无转录激活子, bar基因处于沉默状态。由单一花粉亲本产生的幼苗对除草剂敏感并在除草剂处理后死亡, 仅由花粉亲本1和2共存产生的2种构建体的植株才能避免除草剂的危害。拟南芥胚珠中偶尔会存在2个花粉管进入的现象, 这为多精受精创造了可能(Beale et al., 2012)。通过1个卵细胞与2个精细胞完成多精受精, 只需一步即可形成含有3个亲本的异源三倍体(Nakel et al., 2017)。多精合子发生的概率极低, 在拟南芥中发生率为0.012% (Nakel et al., 2017), 这导致多精受精鉴定和利用困难。从演化和育种的角度看, 植物多精受精诱导多倍体的意义在于3个遗传上不同基因组的一步融合。

1.4 胚乳培养

在二倍体禾本科植物中, 2个极核(n+n)与精细胞(n)融合形成三倍性初级胚乳细胞(primary endosperm cell) (图1B), 随后发育为三倍体胚乳。若胚乳细胞具全能性, 可直接通过组织培养获得三倍体(图1D)。据报道, Lampe和Mills于1933年将玉米未成熟胚乳置于含有马铃薯和玉米提取物的培养基中, 观测到胚周围有少量胚乳细胞增殖(Thomas and Chaturvedi, 2008)。随后, 在玉米(La Rue, 1949)、多年生黑麦草(Lolium perenne) (Norstog, 1956)和多花黑麦草(L. multiflorum, 2n=2x=14) (Norstog et al., 1969)未成熟胚乳的离体培养中, 获得了可连续增殖的愈伤组织。Johri和Bhojwani (1965)将檀香科植物Exocarpus cupressiformis由成熟胚乳直接分化出三倍体茎芽。Nakano等(1975)从水稻未成熟胚乳中分化出植株, 证实了水稻胚乳细胞的全能性。之后, 在水稻中又重现了这一结果(Bajaj et al., 1980)。截至目前, 大麦(孙敬三和朱至清, 1981)、小麦(赵世绪等, 1984)、黑麦(Secale cereale, 2n=2x=14) (赵世绪等, 1984)、小麦-黑麦杂种(王敬驹等, 1982)、高粱(田立忠和徐爱菊, 2000)和毛竹(Phllostachys edulis, 2n=4x=48) (袁金玲等, 2015)等禾本科植物均通过胚乳培养分化出植株。

胚乳发育阶段是胚乳培养的关键因素, 常用授粉后天数(days after pollination, DAP)来表征。通常以未成熟胚乳作外植体, 如多年生黑麦草在9-10 DAP (Norstog, 1956)、玉米在8-11 DAP (Straus and La Rue, 1954; Tamaoki and Ullstrup, 1958)、水稻在4-7 DAP (Nakano et al., 1975)、小麦在10 DAP (赵世绪等, 1984)以及大麦在8 DAP (Sehgal, 1974); 小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织在14 DAP时诱导频率最佳, 在7 DAP时次之, 而在21 DAP时已不能诱导出愈伤组织(王敬驹等, 1982)。以毛竹30-40 DAP的成熟胚乳作为外植体获得成功(袁金玲等, 2015)。一般情况下, 成熟胚乳启动细胞分裂在于初始时与胚的联动, 而未成熟胚乳启动细胞分裂与胚是否存在无关(Hoshino et al., 2011)。需要特别指出的是, 添加赤霉素等外源激素可以代替胚, 而小麦和黑麦的胚乳在无胚和赤霉素的条件下也可产生愈伤组织并分化成苗(赵世绪等, 1984)。培养基、生长调节剂和环境因素对于胚乳三倍体的形成也起着重要作用。例如, 培养基中添加8%的蔗糖有利于小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织诱导(王敬驹等, 1982)。添加氮源对于未成熟胚乳的增殖至关重要(Hoshino et al., 2011)。在小麦和黑麦胚乳培养时, 添加激动素和2,4-D可提高愈伤组织诱导频率(赵世绪等, 1984)。玉米胚乳在暗处培养效果更佳(Straus and La Rue, 1954), 而在黑麦中光照对胚乳的增殖无影响(Norstog et al.,1969)。胚乳培养以组织培养为技术基础, 并未成为主流的三倍体合成方式。

二倍体由2x/4x (或4x/2x)途径(图1F)获得三倍体需要跨越多重障碍。(1) 二倍体加倍为四倍体; (2) 四倍体能生殖生长且雌、雄配子至少一种部分可育; (3) 四倍体与二倍体花期相遇且杂交结实; (4) 三倍体种子萌芽、幼苗幸存。故此途径通常成功率低且周期较长。通过对已有胚乳培养成功案例的回顾, 经胚乳培养在特定物种可以获得三倍体, 并可缩短三倍体合成周期。因此, 当2x/4x (或4x/2x)途径合成三倍体无效时, 胚乳培养提供了一种可供尝试的新方法。

2 三倍体的鉴定

2.1 形态学观测

在通过形态鉴定体细胞或配子体倍性的实践中, 花粉粒大小(花粉直径)是常用参数。例如, 燕麦属(Arena)花粉粒大小与植株倍性呈极显著正相关(r=0.86, P< 0.01) (Katsiotis and Forsberg, 1995)。在大麦(Johansen and Vonbothmer, 1994)、看麦娘属(Alepecurus)和沿沟草属(Catabrosa) (Sheidai et al., 2009)中也有相似的结果。然而, 多年生黑麦草花粉粒大小不受体细胞倍性的影响(Jansen and Dennijs, 1993)。垂穗草(Bouteloua curtipendula, 2n=2x=20)在六倍体以内花粉粒大小及其变异系数随着倍性的增加而增加, 当超过六倍体后2个参数不再随倍性变化(Kapadia and Gould, 1964)。在4个大麦属(Hordeum)物种中, 已露出小花外的花粉粒, 其花粉直径大于未露出小花的花粉粒; 花粉粒大小随着倍性水平的增加而增加(2x、4x和6x) (Johansen and Von Bothmer, 1994)。因此, 通过花粉鉴定植株倍性应当注意物种间差异并统一花粉发育时期。无芒雀麦(Bromus inermis, x=7)的花粉粒大小在各倍性(4x、6x和8x)之间存在重叠, 通过气孔长度鉴定倍性优于气孔频率与花粉粒大小(Tan and Dunn, 1973)。与通过花粉粒性状鉴定倍性相似, 通过气孔性状鉴定倍性的效果也因物种而异。

近年来, 基于库尔特原理的体积粒度分析(volume-based particle size analysis)可以完成花粉粒个体的三维测量, 根据三维体积计算花粉直径; 相比于花粉粒的二维测量, 将直径和横截面积作为花粉粒大小的参数能更准确地鉴定倍性(De Storme et al., 2013)。花粉鉴定需要以植株开花为前提, 鉴定周期长、工作量大, 且易受环境影响。此外, 多数特征(如生育期延迟、育性降低)也并非三倍体独有, 在其它高倍性多倍体中也同样存在。根据形态特征鉴定植株倍性, 其结果可靠性低。因此, 形态学特征通常只作为三倍体的附属特征而非鉴定标准, 确定倍性时需结合其它方法。

2.2 染色体分析

染色体分析以染色体制备为基础, 包括对减数分裂染色体和有丝分裂染色体的制备。有丝分裂染色体的制备须取材于具有有丝分裂活性的分生组织(如根尖、茎尖和愈伤组织), 对已分化的非分裂细胞无效。禾本科植物通常采用根尖(代表LIII层)进行染色体制备, 因此并不能同时反映3个组织学层(LI、LII和LIII)的倍性。随后依次经历根尖预处理(使细胞分裂停滞在中期, 促使染色体缩短变粗、分散)、固定(杀死细胞、变性蛋白, 从而保持染色体的固有形态)、解离(用酸解法或酶解法软化或去除细胞壁, 以便制片)和制片(使细胞和染色体分散)等过程完成染色体制备。按照制片方法的不同, 分为压片法(squashing)、涂片法(spreading)、滴片法(dropping)和蒸片法(SteamDrop) (Kirov et al., 2014)。最后, 通过镜检染色体数目或形态确认倍性。该方法操作过程繁琐、工作量大, 因此不适用于大规模的倍性鉴定。同时, 对于细胞核较小和染色体较多的植物, 难以获得准确结果。然而, 该法依然是目前鉴定倍性最为可靠的方法, 并作为三倍体鉴定标准。

在染色体制备的基础上, 基于特异基因重复序列的荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization, FISH)和基于基因组中同源性重复序列的基因组原位杂交技术(genomic in situ hybridization, GISH)进一步提高了鉴定的分辨率。例如, 野大麦(H. brevisubutum, 2n=4x=28, H1H1H2H2)与加拿大披碱草(Elymus canadensis, 2n=4x=28, SSHcHc)杂交, 通过GISH鉴定某F1为一组Hc染色体组丢失的异源三倍体(2n=3x=21, SH1H2) (于卓等, 2004)。利用GISH技术成功鉴定了多年生黑麦草-羊茅(L. perenne-Festuca pratensis, 2n=3x=14Lp+7Fp) (King et al., 1999)、玉米-四倍体多年生大刍草(Z. mays-Z. perennis, 2n=3x=10Zm+20Zp) (Iqbal et al., 2018)及水稻-斑点野生稻(O. sativa-O. punctata, 2n=3x= 12Os+24Op) (Sun et al., 2017)等异源三倍体的基因组构成。同样地, 该法通常用于特异材料倍性鉴定和亲缘关系分析, 鉴定大批量材料过程更显繁琐。

2.3 流式细胞术

流式细胞术(flow cytometry, FCM)通过G1期细胞核DNA含量间接反映材料倍性。取材为任意组织(禾本科以新鲜幼嫩叶片为最佳), 对植株损伤小, 仅需1 cm2叶片, 故在苗期即可实现倍性鉴定。目标组织和参照组织分别经DNA核解离液解离为单细胞悬浮液, 二者等量混合上机检测为内标法(internal reference method), 单独上机检测为外标法(external reference method)。外标法更简便, 内标法更准确。由于植物细胞中含有大量的次生代谢物, 导致悬浮液制备的难度增加, 应根据不同种类选择核提取液。例如, 鸭茅为Otto (许蕾等, 2019), 狗牙根(Cynodon dactylon)和高羊茅(F. elata)为Hepes, 二穗短柄草(Brachypodium distachyon)用Tris·MgCl2 (汪艳等, 2015)。将荧光染料(如碘化丙啶(propidium iodide))加入细胞悬浮液后可均匀地插入到DNA双链中, 其嵌入量与DNA含量成正比, 通过流式细胞仪检测荧光强度来表征DNA含量。FCM可在数秒内对上万个植物细胞进行DNA含量测定, 从而实现倍性的高通量检测。利用染色体计数与FCM对30份芒属(Miscanthus)植物的鉴定表明, 以染色体压片为参考, FCM完成了对二倍体芒(Miscanthus sinensis, 2n=2x=38)的准确鉴定(刘秀明等, 2014)。但对于更高倍性的鉴定FCM可能存在误判。例如, Pagliarini等(2012)以染色体分析为标准评判了FCM鉴定臂形草(Brachiaria brizantha, x=9)倍性的准确性, 某些四倍体材料被误判为五倍体或六倍体, 而某些六倍体材料被误判为五倍体。

FCM检测花粉倍性为2n配子的评估提供了高通量的选择。然而, FCM难以获得高质量核荧光直方图且不能将真实的2n核(singlet)与n+n黏合细胞(doublet)区分(Kron and Husband, 2015)。2n配子的发生为稀有事件, 因此区分2n核与黏合细胞十分必要。Kron等(2015)开发并验证了使用脉冲分析(pulse analysis)对花粉核数据进行双重校正, 以便使用花粉FCM获得2n配子核的准确测量值。当在2n配子(2C DNA含量)区域中, 细胞核荧光高度和/或宽度度量显示双峰态(可指示singlets和doublets), 再结合在n配子中荧光参数的单峰分布, 可以区分2n核和黏合细胞。这些检测条件在十字花科中得到满足, 但禾本科不满足上述条件, 仍需进一步改进或开发新的方法。

2.4 分子标记

分子标记技术通过在单个位点寻找不同的等位基因区分三倍体和二倍体。若2n配子亲本与n配子亲本在某个位点的基因型分别为Aa和aa, 后代出现2个等位基因, 需结合植株表型、染色体分析或FCM完成三倍体的准确鉴定。若该位点2n配子亲本的等位基因杂合且与n配子亲本的等位基因不同, 在后代中该检测位点有3个等位基因时, 可直接鉴定该后代为三倍体; 当出现源自双亲的2个等位基因时只能表示二者杂交成功, 必须再结合植株表型、染色体分析或FCM确定该后代是否为三倍体。Chen等(1997)利用RFLP鉴定了多年生黑麦草中2n雄配子的发生。Lamote等(2002)利用AFLP确定了多年生黑麦草可产生2n雌配子。Mutlu等(2020)利用SRAP和SSR对狗牙根倍性间杂交(4x/2x)后代的双亲真实性进行了鉴定。

由于存在无效等位基因、杂交后DNA序列消除和同源重组等情况, 在利用分子标记检测倍性时必须同时使用多个分子标记。此方法要求选择1组具有较高等位基因多样性的分子标记, 通过筛选的引物显现后代中等位基因的配置, 故在遗传多样性较低的物种中难以实现。利用分子标记可实现苗期检测, 但实验过程比FCM复杂。如何开发新的分子标记直接或间接地表征倍性以加速三倍体选育进程成为亟待解决的问题。近年来, 随着测序成本降低和技术进步, 利用二代测序数据推测三倍体已有文献报道。例如, 通过扩增子测序鉴定鱼类三倍体(Delomas, 2019)。

3 三倍体的利用

3.1 直接利用

胚、胚乳和源自母本的果皮与种皮共同构成禾本科植物的果实——颖果, 约占世界粮食产量的60% (Keller and Feuillet, 2000)。三倍体中3套染色体组致使染色体联会异常(单价体和三价体的形成), 形成的雄配子育性降低或丧失; 雌配子育性降低幅度不及雄配子, 称之为半不育。例如, 玉米(MM)与四倍体多年生大刍草合成的一株具有花粉育性的异源三倍体(3x, MPP), MPP/MM、MM/MPP和MPP/PPPP杂交结实率分别为7.84%、0.56%和0.52%, 三倍体的育性降低, 且其雌配子育性较雄配子高(吕桂华等, 2015)。鸭茅三倍体的结实率仅为0.12% (钟声, 2006)。通过四倍体多花黑麦草/二倍体羊茅合成的三倍体具有花粉育性, 而反交合成的三倍体花粉不育(Naganowska et al., 2001)。可见, 目前三倍体在以子实为收获目标的禾谷类作物上无直接利用价值。

三倍体通过保留用于生产种子的光合作用能量来促进营养生长, 通常具有更强的营养生长优势(Hoshino et al., 2011)。因此, 禾本科三倍体育种在草坪草、能源草和牧草上收获颇丰(表1; 图3A)。与二倍体相比, 三倍体的少花或无花特性有利于草坪管理和提升草坪观赏价值。在无融合生殖早熟禾(Poa pratemis)中, 筛选出源于2n配子的抗病三倍体草坪草种质(Pepin and Funk, 1971)。三倍体比二倍体海滨雀稗(Seashore paspalum, 2n=2x=20)的叶色更深(Schwartz et al., 2013)。通过四倍体普通狗牙根(2n=4x=36)与二倍体非洲狗牙根(C. transvaalensis, 2n=2x=18)杂交育成了Tifway、TifEagle和Tifgreen等知名三倍体狗牙根品种(2n=3x=27), 成为三倍体草坪草育种的杰出典范。三倍体奇岗(M. × miscanthus, 2n=3x=57)具有多年生、C4高光效、低氮需求、较耐低温和高生物量等特性, 是最重要的第二代能源植物, 现已成为能源模式植物(潘志军等, 2017)。三倍体鸭茅苗期生长速度快于双亲(钟声, 2006)。三倍体热研4号王草第3年丰产期干物质产量比母本象草 (Pennisetum purpureum)增产32.8% (刘国道等, 2012)。玉草1号由二倍体玉米与四倍体多年生大刍草杂交而成, 分蘖力强、生物量高且具再生性(任勇等, 2007)。当前生产中利用的禾本科三倍体能源草和牧草(表1)大多具有如下特性: (1) 利用异源三倍体的亚种间杂种优势; (2) 多年生高大禾草; (3) 易于无性繁殖。因此, F. apennina (2n=4x=28)与F. pratensis (2n=2x=14)合成的三倍体显示出生物量杂种优势, 但因杂交结实率低, 须提高结实率或采取无性扩繁技术, 否则难以应用(Boller and Kopeck, 2020)。高粱属和斑茅(Eriarthus arundinaceus)等高大禾草目前尚无三倍体品种, 可尝试三倍体育种。

图3

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图3禾本科三倍体的利用

(A) 三倍体作为品种直接利用; (B) 通过辐射、转基因或组织培养等技术改良三倍体品种; (C) 作为通往更高倍性的“三倍体桥”; (D) 转移异源基因; (E) 通过3x/2x合成非整倍体
Figure 3Application of triploid in Poaceae

(A) The direct use of triploid cultivar; (B) The improvement of triploid cultivar through techniques such as radiation, genetic modification, or tissue culture; (C) Use of “triploids bridge” for production of polyploids; (D) Alien genes transfer; (E) Development of aneuploidy by 3x/2x mating


3.2 桥梁作用

对于有直接利用价值的三倍体, 可通过组培、诱变和转基因等技术进一步改良(图3B)。MS-Supreme源于Tifgreen的自然突变, 与Tifgreen相比其叶片和茎节节间缩小、变短(Krans et al., 1999)。在Tifgreen的自然突变中还选育出Tifdwarf和FloraDwarf等矮生品种; TifwayII、TifSport和TifEagle则由相应三倍体亲本经γ辐射诱变而成(Kamps et al., 2011)。利用体细胞无性系变异育种技术在TifEagle的愈伤组织中长时间连续继代培养能有效诱导体细胞变异(如矮化突变体); 以0.3 mol·L-1 NaCl为选择压筛选出耐盐细胞系(Lu et al., 2007)。以美洲狼尾草(Pennisetum americana)/ 四倍体象草合成的三倍体F1种子为诱变材料, 经γ辐射获得优异变异株闽牧6号(陈钟佃等, 2012)。华南1号杂交狼尾草由三倍体杂交狼尾草芽变而来(陈平等, 2004)。三倍体也可以直接作为亲本利用。在偏序钝叶草(Stenotaphrum secundatum, 2n=2x=18)的3x/ 2x杂交后代中经胚拯救选育出抗灰斑病(由稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)引起)和耐旱草坪草新品种(Chandra et al., 2015)。奇岗天然后代群体中16个数量性状出现了丰富的变异(变异系数为14.41%- 151.85%), 在后代中筛选出3份材料, 其生物量优于奇岗(潘志军等, 2017)。通过三倍体狼尾草与摩特矮象草杂交选育出中国南方地区广泛种植的三倍体多年生牧草桂牧1号(罗宗志等, 2016)。宁牧26-2狼尾草也是由三倍体后代衍生而来(顾洪如等, 1992)。三倍体转基因品系可通过2种策略获得。(1) 直接以三倍体为受体, 导入目的基因构建转基因品系, 如三倍体狗牙根Tifeagle (Hu et al., 2005)。(2) 对于愈伤组织形成与再分化率低的三倍体, 首先需要寻找愈伤组织再分化优良的二倍体或四倍体作为转基因桥梁, 然后通过基因枪或农杆菌转化等方法导入目的基因, 最后通过倍性间杂交构建转基因三倍体, 如芒(2n=2x=38) (Wang et al., 2011)。近年来, 基因编辑技术的发展为定向改良三倍体提供了新的育种方案。

三倍体可作为通往其它倍性水平的桥梁, 即三倍体桥(triploid-bridge) (图3C)。在鸭茅三倍体后代中发现了四倍体、五倍体以及混倍体植株(钟声, 2006)。三倍体摩擦禾可产生2n雌配子, 通过3x/2x合成了四倍体(Kindiger and Dewald, 1994)。以三倍体杂交狼尾草(美洲狼尾草/象草, 2n=3x=21)的幼穗离体培养获得的胚性愈伤组织为材料, 通过秋水仙碱诱导获得六倍体(钟小仙等, 2014)。利用秋水仙碱处理象草(2n=4x=28)/珍珠粟(P. glaucum, 2n=2x=14)杂交三倍体幼苗, 体细胞加倍后形成异源六倍体(Campos et al., 2009)。用类似的方法获得M. × miscanthus六倍体(Yu et al., 2009; Ghimire et al., 2016)。水稻(AA)和高秆野生稻(O. alta, CCDD)杂交形成异源三倍体, 加倍后形成三基异源六倍体(AACCDD) (祝剑峰等, 2008)。

三倍体可促进物种间的基因交流(图3D)。例如, 水稻(AA)与4个澳洲野生稻(O. australiensis, 2n= 2x=24, EE)杂交经胚拯救获得F1, 但F1雄性不育, 其作母本未获得种子; 然而, 以四倍体水稻作母本、澳洲野生稻作父本获得三倍体(AAE), 随后用水稻作父本授粉该三倍体, 通过与三倍体回交在其后代中发现了抗褐飞虱和白叶枯病的水稻种质(Multani et al., 1994)。合成的三倍体杂交狼尾草与四倍体相比, 基因组的相对损失更少, 更有潜力作为遗传桥梁(Nunes et al., 2013)。特别地, 利用三倍体世代还可提高亲本基因组的稀释效率(党江波等, 2018)。

3.3 非整倍体

三倍体也是通往非整倍体的常用桥梁(图3E)。对三倍体谷子授以二倍体花粉, 在杂交后代中获得全套三体(王润奇等, 1994)。在异源三倍体水稻(AAE)/水稻的杂交后代中, BC1染色体数目变幅为28-31, BC2染色体数目变幅为24-28, 在BC2F2中获得8个附加系(2n=20Os+1Oa) (Multani et al., 1994)。在高粱(Hanna and Schertz, 1971)、粳稻(O. sativa subsp. geng) (Iwata and Omura, 1975)和籼稻(O. sativa subsp. xian) (程祝宽等, 1996)等重要禾本科作物中均有通过3x/2x构建的全套初级三体。胚乳组织常表现出有丝分裂不规则, 导致染色体桥和落后染色体进而形成非整倍体(Thomas and Chaturvedi, 2008), 如黑麦草胚乳(Norstog et al., 1969)。多花黑麦草4x/2x合成的三倍体与二倍体黑麦草杂交, 后代非整倍体占比为70.89% (56/79); 当以三倍体作父本时, 后代整倍体占比高达87.69% (741/845); 差异源于三倍体作父本时整倍体花粉有选择优势而非整倍体花粉失活(Thomas et al., 1988)。随着分子标记和测序技术的发展, 利用非整倍体进行基因定位和构建连锁图谱已无优势。在拟南芥非整倍体自交后代中的整倍体个体, 某些性状的表现与非整倍体母本保持一致(Henry et al., 2010)。Gao等(2016)证实了非整倍化在新生多倍体的基因组演化中具有重要作用, 非整倍体小麦的DNA甲基化水平和模式可以稳定地被整倍体后代继承, 这表明非整倍体可以为育种创造表观遗传变异。

4 结论与展望

目前已知禾本科约有700属, 近10 000种(据中国植物志记载), 包括禾谷类作物(玉米、水稻和小麦等)、饲用作物(黑麦草、鸭茅、高粱和狼尾草等)、能源植物(芒、芦竹(Arundo donax)和柳枝稷(Panicum virgatum)等)和观赏类植物(草坪草和芒等)等具有世界意义的禾草。除禾谷类作物外, 其余禾草类型的三倍体育种均有成功范例。以营养体为利用目标的禾本科作物, 均可直接尝试选育三倍体类型, 这也是当前合成三倍体最有价值的育种应用。以籽粒为利用目标的禾谷类作物, 三倍体可作为遗传桥梁。不育三倍体是转基因的理想载体, 可减少或消除非乡土作物在当地的种子和基因扩散, 有效预防非乡土植物的生物入侵。因此, 三倍体禾本科植物在未来的营养体农业、生态保护和转基因作物中将持续发挥重要作用。在禾本科三倍体的合成与育种利用中, 若干问题值得探究。

4.1 多倍体的三倍体育种

由低倍性二倍体到三倍体的成功是否可以在多倍体到三倍体重现? 例如, 在柳枝稷(2n=4x=36) (Costich et al., 2010)和芦苇(Phragmites communis, 2n= 4x=48, 2n=8x=96) (张茜等, 2020)中四倍体和八倍体占据主导地位。若经花药培养(或孤雌生殖)获得二倍体, 继而与四倍体杂交获得三倍体, 人工合成三倍体是否比四倍体、八倍体更具应用价值?

4.2 无融合生殖三倍体育种

以从水稻双胚苗中筛选获得的特异同源三倍体SAR-3作母本与二倍体杂交, 在F1中得到一定比例的二倍体, 其中一定比例的植株可能通过无融合生殖保持性状的稳定(张静等, 2002)。Wang等(2019)利用CRISPR-Cas9在籼粳杂交稻中同时敲除PAIR1REC8OSD1MTL四个内源基因, 获得可无融合生殖的克隆F1种子(发生率为0.19%-0.41%), 固定了杂种优势, 但克隆种子结实率(6.2%)比野生型(81.9%)大幅降低。此前已有报道, 具有无融合生殖特性的三倍体摩擦禾其种子结实率为53%-71% (Dewald et al., 1992), 三倍体摩擦禾品种Verl的种子结实率和产量分别为68%和178 kg·hm-2 (Springer et al., 2006)。因此, 研究禾谷类作物三倍体无融合生殖育种以克服在二倍体中有性生殖和无融合生殖共存的弊端, 尝试利用禾本科三倍体优异的营养体基础生产克隆种子具有理论价值和实际意义。

4.3 多精受精与胚乳培养

若3个亲本的基因型分别为AA (母本)、BB和CC, 通过多精受精可合成同源三倍体(AAA)、二亲三倍体(AAB、ABB、AAC和ACC)和三亲三倍体(ABC); 通过胚乳培养可获得同源三倍体(AAA)和二亲三倍体(AAB和AAC)。倍性间杂交由于多倍体减数分裂异常, 构建上述亚基因组完整的三倍体非常困难。此领域尚存诸多问题值得探究。例如, 对于某些远缘杂交困难的物种, 通过构建类似于水稻的体外受精系统(Toda et al., 2016), 利用多精受精依次融合近缘物种和远缘物种的基因组, 能否实现遗传距离较远基因组的渐进融合? 与组织培养类似, 胚乳培养所需的胚乳发育状态、光、温度、pH值、激素种类和浓度在各物种间往往不同, 一种一策增加了胚乳培养难度。甚至在同一物种不同基因型间胚乳培养的条件也可能大相径庭, 寻找超级基因提升胚乳培养的成功率是否可行? 胚乳培养是否具有母本效应或剂量效应(AAB vs BBA)? 先前聚焦胚乳愈伤组织的再生, 对胚乳衍生植株的田间表现关注较少, 胚乳培养可否培育出生产中直接可用的三倍体?

4.4 三倍体的高通量检测

鉴于2n配子的稀有特性, 在2n配子形成三倍体途径中高频2n配子超级种质的筛选、遗传群体中与2n配子诱导有关基因的鉴定与分离、遗传与环境互作对2n配子产生的相对贡献等均需要进行大量的倍性鉴定。对极其稀有多精受精事件的检测和利用, 更需要简便、快速的鉴定方法。在倍性间杂交事件中多倍体产生的不确定倍性配子以及在胚乳培养中胚乳组织经常表现出高度的染色体变异特性, 使得形成的三倍体真实性存疑。因此, 人工构建基因工程工具、寻找对基因组剂量敏感的形态学标记和FCM等高通量检测方法的进步将是三倍体研究能否实现突破的关键。

致谢 感谢上海杨艺园林集团有限公司镇莉霞绘制图片。

(责任编辑: 白羽红)

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Triploid plants were induced to regenerate from immature and mature endosperm cultures of three cultivars of rice. The plants were subsequently established in the soil. The significance of the induction of genetic variability in the germplasm of rice is discussed.

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Pollen size is often used as a biological parameter to estimate the ploidy and viability of mature pollen grains. In general, pollen size quantification is performed one- or two-dimensionally using image-based diameter measurements. As these approaches are elaborate and time consuming, alternative approaches that enable a quick, reliable analysis of pollen size are highly relevant for plant research. In this study, we present the volume-based particle size analysis technique as an alternative method to characterize mature pollen. Based on a comparative assay using different plant species (including tomato, oilseed rape, kiwifruit, clover, among others), we found that volume-based pollen size measurements are not biased by the pollen shape or position and substantially reduce non-biological variation, allowing a more accurate determination of the actual pollen size. As such, volume-based particle size techniques have a strong discriminative power in detecting pollen size differences caused by alterations in the gametophytic ploidy level and therefore allow for a quick and reliable estimation of the somatic ploidy level. Based on observations in Arabidopsis thaliana gametophytic mutants and differentially reproducing Boechera polyantha lines, we additionally found that volume-based pollen size analysis provides quantitative and qualitative data about alterations in male sporogenesis, including aneuploid and diploid gamete formation. Volume-based pollen size analysis therefore not only provides a quick and easy methodology to determine the somatic ploidy level of flowering plants, but can also be used to determine the mode of reproduction and to quantify the level of diplogamete formation.

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Triploidy can occur naturally or be induced in fish and shellfish during artificial propagation in order to produce sterile individuals. Fisheries managers often stock these sterile triploids as a means of improving angling opportunities without risking unwanted reproduction of the stocked fish. Additionally, the rearing of all-triploid individuals has been suggested as a means to reduce the possibility of escaped aquaculture fish interbreeding with wild populations. Efficient means of determining if an individual is triploid or diploid are therefore needed both to monitor the efficacy of triploidy-inducing treatments and, when sampling fish from a body of water that has a mixture of diploids and triploids, to determine the ploidy of a fish prior to further analyses. Currently, ploidy is regularly measured through flow cytometry, but this technique typically utilizes a fresh blood sample. This study presents an alternative, cost-effective method of determining ploidy by analysing amplicon-sequencing data for biallelic single-nucleotide polymorphisms (SNPs). For each sample, heterozygous genotypes are identified and the likelihoods of diploidy and triploidy are calculated based on the read counts for each allele. The accuracy of this method is demonstrated using triploid and diploid brook trout (Salvelinus fontinalis) genotyped with a panel of 234 SNPs and Chinook salmon (Oncorhynchus tshawytscha) genotyped with a panel of 298 SNPs following the GT-seq methodology of amplicon sequencing.? 2019 John Wiley & Sons Ltd.

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Aneuploid cells are characterized by incomplete chromosome sets. The resulting imbalance in gene dosage has phenotypic consequences that are specific to each karyotype. Even in the case of Down syndrome, the most viable and studied form of human aneuploidy, the mechanisms underlying the connected phenotypes remain mostly unclear. Because of their tolerance to aneuploidy, plants provide a powerful system for a genome-wide investigation of aneuploid syndromes, an approach that is not feasible in animal systems. Indeed, in many plant species, populations of aneuploid individuals can be easily obtained from triploid individuals. We phenotyped a population of Arabidopsis thaliana aneuploid individuals containing 25 different karyotypes. Even in this highly heterogeneous population, we demonstrate that certain traits are strongly associated with the dosage of specific chromosome types and that chromosomal effects can be additive. Further, we identified subtle developmental phenotypes expressed in the diploid progeny of aneuploid parent(s) but not in euploid controls from diploid lineages. These results indicate long-term phenotypic consequences of aneuploidy that can persist after chromosomal balance has been restored. We verified the diploid nature of these individuals by whole-genome sequencing and discuss the possibility that trans-generational phenotypic effects stem from epigenetic modifications passed from aneuploid parents to their diploid progeny.

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Grasses are the single most important plant family in agriculture. In the past years, comparative genetic mapping has revealed conserved gene order (colinearity) among many grass species. Recently, the first studies at gene level have demonstrated that microcolinearity of genes is less conserved: small scale rearrangements and deletions complicate the microcolinearity between closely related species, such as sorghum and maize, but also between rice and other crop plants. In spite of these problems, rice remains the model plant for grasses as there is limited useful colinearity between Arabidopsis and grasses. However, studies in rice have to be complemented by more intensive genetic work on grass species with large genomes (maize, Triticeae). Gene-rich chromosomal regions in species with large genomes, such as wheat, have a high gene density and are ideal targets for partial genome sequencing.

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Background: The chromosome preparation is a crucial step for obtaining satisfactory results in molecular cytogenetic researches. The preparation of plant chromosomes for molecular cytogenetic purposes remains a challenge for some species. In contrast to human chromosome preparation, the processes occurring during plant chromosome preparation and causing chromosome spreading are still poorly understood. Results: We studied the dynamics of plant chromosome spreading after dropping cell suspension on slides. We showed that steam stimulates cytoplasm hydrolysis and rapid chromosome spreading and that chromosomes stretch during this chromosome spreading. Based on these observations, we developed a novel method, named "SteamDrop", for the preparation of well-spread mitotic and pachytene chromosomes and successfully used it for 28 plant species with large and small chromosomes. We applied cell suspensions in ethanol instead of the commonly used ethanol/acetic acid fixative. Mitotic and meiotic chromosomes prepared via "SteamDrop" were used in fluorescent in situ hybridization (FISH) experiments with repetitive and unique DNA probes. Long storage of cell suspensions in ethanol did not impair the quality of chromosome preparations. Conclusion: The SteamDrop procedure provides a robust and routine method for high quality plant chromosome preparations. The method can be applied for metaphase as well as pachytene chromosome preparation in wide range of species. The chromosomes prepared by SteamDrop are well suitable for repetitive and unique DNA visualization.

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Diploid and tetraploid forms of Lolium multiflorum and Festuca pratensis were crossed under controlled conditions and after embryo rescue all four combinations of autoallotriploid hybrids were obtained. Male and female fertility and chromosome pairing at metaphase I of meiosis were studied in several plants from each hybrid combination. The hybrids with two genomes of L. multiflorum and one of F. pratensis (genomic formulae LmLmFp and FpLmLm) were male and female fertile while the hybrids with two genomes of F. pratensis and one of L. multiflorum had a reduced fertility (FpFpLm) or were completely sterile (LmFpFp). Chromosome pairing at metaphase I varied among hybrid combinations depending on their genomic composition. LmLmFp and FpLmLm hybrids had similar patterns of pairing (1.83I + 5.29II + 2.85III and 2.22I + 5.22II + 2.75III, respectively) but they differed from those of FpFpLm (3.65I + 4.65II + 2.68III) and especially from LmFpFp (4.78I + 5.87II + 1.49III). Conventional analysis of meiosis failed to explain the differences in chromosome behaviour and fertility/sterility levels between the autoallotriploid hybrids with two Lolium or two Festuca genomes.

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Interspecific hybridization between Napier grass (Pennisetum purpureum), which is widely grown in Brazil for cattle forage, and pearl millet (Pennisetum glaucum) has been used as a breeding strategy for the development of improved cultivars. However, the hybrid between these two species is sterile due to its triploid condition (2n = 3x = 21 chromosomes), which hinders its use in crop breeding programs. It is known that genomic alterations result from the hybridization process. In order to measure the loss of DNA during embryo development, we used flow cytometry to estimate the nuclear DNA content of triploid and tetraploid embryos produced by interspecific hybridization between Napier grass and pearl millet. The triploid and tetraploid hybrids had a mean DNA content of 4.99-4.87 and 5.25-4.84 pg, at 10 and 30 days after pollination, respectively. The mean reduction in DNA content was higher in the tetraploid hybrids. The flow cytometry results revealed progressive genomic instability in these triploid and tetraploid hybrids, with this instability causing significant alterations in the DNA content of the hybrids.

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The genus Brachiaria comprises more than 100 species and is the single most important genus of forage grass in the tropics. Brachiaria brizantha, widely used in Brazilian pastures for beef and dairy production, is native to tropical Africa. As a subsidy to the breeding program underway in Brazil, cytological studies were employed to determine the chromosome number and to evaluate microsporogenesis in 46 accessions of this species available at Embrapa Beef Cattle (Brazil). Thirty-four accessions presented 2n = 36; seven had 2n = 45, and five had 2n = 54 chromosomes. Based on the higher level of chromosome association observed in diakinesis, in tetra-, penta-, and hexavalents, respectively, it was concluded that they are derived from x = 9; consequently, these accessions are tetra- (2n = 4x = 36), penta- (2n = 5x = 45), and hexaploids (2n = 6x = 54). The most common meiotic abnormalities were irregular chromosome segregation due to polyploidy. Chromosome stickiness, abnormal cytokinesis, non-congressed bivalents in metaphase I and chromosomes in metaphase II, and chromosome elimination were recorded at varying frequencies in several accessions. The mean percentage of meiotic abnormalities ranged from 0.36 to 95.76%. All the abnormalities had the potential to affect pollen viability by generating unbalanced gametes. Among the accessions, only the tetraploid ones with less than 40% of abnormalities are suitable as pollen donors in intra- and interspecific crosses. Currently, accessions with a high level of ploidy (5 and 6n) cannot be used as male genitors in crosses because of the lack of sexual female genitors with the same levels of ploidy.

Pécrix Y, Rallo G, Folzer H, Cigna M, Gudin S, Le Bris M (2011). Polyploidization mechanisms: temperature environment can induce diploid gamete formation in Rosa sp
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DOI:10.1007/BF02982891URL [本文引用: 1]

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Hereditas 80, 149-153.

DOI:10.1111/j.1601-5223.1975.tb01511.xURL [本文引用: 1]

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[本文引用: 2]

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[本文引用: 1]

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DOI:10.1508/cytologia.74.31URL [本文引用: 1]

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Crop Sci 46, 477.

DOI:10.2135/cropsci2005.05-0043URL [本文引用: 2]

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PLoS One 12, e0172919.

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Crop Sci 13, 332-334.

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Theor Appl Genet 76, 299-304.

DOI:10.1007/BF00257859PMID:24232119 [本文引用: 1]
Triploid hybrids of Lolium multiflorum (4x) x L. perenne (2x) behaved cytologically as autotriploids but the segregation of isozyme variants did not always agree with the expected trisomic ratios. The overall effect of these deviations from expectation was a greater proportion than expected of diploid progeny from the cross L. multiflorum (2x) x triploid hybrid which did not include any of the L. perenne alleles at the three marker isozyme loci. The possible mechanisms for these aberrant segregation ratios are discussed together with the advantages of the crossing scheme to accelerate the recovery of the genotype of the recurrent parent in a backcrossing programme to transfer characters from one species to another.

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DOI:10.3389/fpls.2020.00558URL [本文引用: 1]

华南1号杂交狼尾草选育初报
2
2004

... Triploidy cultivars in Poaceae
Table 1
母本 父本 品种名 用途 参考文献
狗牙根(Cynodon dactylon)
2n=4x=36
非洲狗牙根(C. transvaalensis)
2n=2x=18
Tifway、TifwayII、Midiron、TifEagle、Tifgreen、Tifdwarf、MS-Supreme、MS-Express、TifSport和Champion (2n=3x=27) 草坪草 Kamps et al., 2011
荻(Miscanthus sacchariflorus)
2n=4x=76
芒(M. sinensis)
2n=2x=38
Illinois和Freedom (2n=3x=57) 能源作物 Perera et al., 2015
玉米(Zea mays)
2n=2x=20
四倍体大刍草(Z. perennis)
2n=4x=40
玉草1号(2n=3x=30) 饲用作物 勇等, 2007
指状摩擦禾(Tripsacum dactyloides)
2n=2x=36
指状摩擦禾(T. dactyloides)
2n=4x=72
Verl (2n=3x=54) 饲用作物 Springer et al., 2006
薏苡(Coix lacryma-jobi)
2n=2x=20
水生薏苡(C. aquatica)
2n=4x=40
丰牧88 (2n=3x=30) 饲用作物 孙福艾, 2017
象草(Pennisetum purpureum)
2n=4x=28
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
热研4号(2n=3x=21) 饲用作物 刘国道等, 2012
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
象草(P. purpureum)
2n=4x=28
闽牧6号和华南1号(2n=3x=21) 饲用作物 陈平等, 2004;
陈钟佃等, 2012
1.3 多精受精 卵细胞融合2个精细胞(n+n+n)形成三倍体合子(图1H), 称多精受精(polyspermy).多精受精发生困难.为了阻止多精融合的风险, 动物通过多精障碍(polyspermy block)确保合子的二倍性: (1) 单精合子在精卵质膜融合阶段通过卵膜周围电位立即触发的正向移位或通过Ca2+依赖性皮质颗粒的胞吐作用在受精卵周围形成1个受精膜以阻止多余的精细胞入卵; (2) 生理多精(physiological polyspermy)在多精卵子中仅选择性融合1个精核, 剩余的精核退化或消失; (3) 多精合子致死或早期胚胎致死, 在动物中源自多个精子的额外中心体可产生多个微管组织中心(microtubule-organizing centers, MOCs), MOCs将引发异常的核分裂和细胞分裂, 导致合子或胚胎早期致死(Nakel et al., 2017).被子植物拟南芥则通过FERONIA受体激酶确保合子的二倍性, 防止多余花粉管到达胚囊; 胚珠通过助细胞中的丝状器分泌诱导蛋白AtLURE1s吸引花粉管进入胚珠, 当1个花粉管穿过胚珠珠孔端的其中1个助细胞时, 丝状器上FERONIA受体激酶表达, 并与丝状器中去甲酯化果胶结合进而诱导产生NO; NO对AtLURE1s进行亚硝基化修饰后抑制AtLURE1s的分泌并造成其失活, 抑制其与受体的相互作用, 使其对后来花粉管的吸引能力急剧下降, 从而避免多管现象(polytubey), 最终阻止多精受精(Duan et al., 2020).由于植物细胞缺乏中心体, 并且不将它们用作核分裂过程中染色体分离的纺锤体; 一旦多余花粉管到达胚珠, 在被子植物中形成的多精合子可能不会死亡.多精受精的鉴定困难, 利用传统的根尖压片技术无法区分三倍体由何种途径(n+n+n或2n+n)产生.因此, 有关兰花(Hagerup, 1947)、玉米(Rhoades, 1936)、高粱(Erichsen and Ross, 1963)和小麦(Suarez et al., 1992)的多精受精现象一直停留在理论推测, 缺乏直接的生物学证据. ...

... 对于有直接利用价值的三倍体, 可通过组培、诱变和转基因等技术进一步改良(图3B).MS-Supreme源于Tifgreen的自然突变, 与Tifgreen相比其叶片和茎节节间缩小、变短(Krans et al., 1999).在Tifgreen的自然突变中还选育出Tifdwarf和FloraDwarf等矮生品种; TifwayII、TifSport和TifEagle则由相应三倍体亲本经γ辐射诱变而成(Kamps et al., 2011).利用体细胞无性系变异育种技术在TifEagle的愈伤组织中长时间连续继代培养能有效诱导体细胞变异(如矮化突变体); 以0.3 mol·L-1 NaCl为选择压筛选出耐盐细胞系(Lu et al., 2007).以美洲狼尾草(Pennisetum americana)/ 四倍体象草合成的三倍体F1种子为诱变材料, 经γ辐射获得优异变异株闽牧6号(陈钟佃等, 2012).华南1号杂交狼尾草由三倍体杂交狼尾草芽变而来(陈平等, 2004).三倍体也可以直接作为亲本利用.在偏序钝叶草(Stenotaphrum secundatum, 2n=2x=18)的3x/ 2x杂交后代中经胚拯救选育出抗灰斑病(由稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)引起)和耐旱草坪草新品种(Chandra et al., 2015).奇岗天然后代群体中16个数量性状出现了丰富的变异(变异系数为14.41%- 151.85%), 在后代中筛选出3份材料, 其生物量优于奇岗(潘志军等, 2017).通过三倍体狼尾草与摩特矮象草杂交选育出中国南方地区广泛种植的三倍体多年生牧草桂牧1号(罗宗志等, 2016).宁牧26-2狼尾草也是由三倍体后代衍生而来(顾洪如等, 1992).三倍体转基因品系可通过2种策略获得.(1) 直接以三倍体为受体, 导入目的基因构建转基因品系, 如三倍体狗牙根Tifeagle (Hu et al., 2005).(2) 对于愈伤组织形成与再分化率低的三倍体, 首先需要寻找愈伤组织再分化优良的二倍体或四倍体作为转基因桥梁, 然后通过基因枪或农杆菌转化等方法导入目的基因, 最后通过倍性间杂交构建转基因三倍体, 如芒(2n=2x=38) (Wang et al., 2011).近年来, 基因编辑技术的发展为定向改良三倍体提供了新的育种方案. ...

“闽牧6号”狼尾草的选育及田间种植技术
2
2012

... Triploidy cultivars in Poaceae
Table 1
母本 父本 品种名 用途 参考文献
狗牙根(Cynodon dactylon)
2n=4x=36
非洲狗牙根(C. transvaalensis)
2n=2x=18
Tifway、TifwayII、Midiron、TifEagle、Tifgreen、Tifdwarf、MS-Supreme、MS-Express、TifSport和Champion (2n=3x=27) 草坪草 Kamps et al., 2011
荻(Miscanthus sacchariflorus)
2n=4x=76
芒(M. sinensis)
2n=2x=38
Illinois和Freedom (2n=3x=57) 能源作物 Perera et al., 2015
玉米(Zea mays)
2n=2x=20
四倍体大刍草(Z. perennis)
2n=4x=40
玉草1号(2n=3x=30) 饲用作物 勇等, 2007
指状摩擦禾(Tripsacum dactyloides)
2n=2x=36
指状摩擦禾(T. dactyloides)
2n=4x=72
Verl (2n=3x=54) 饲用作物 Springer et al., 2006
薏苡(Coix lacryma-jobi)
2n=2x=20
水生薏苡(C. aquatica)
2n=4x=40
丰牧88 (2n=3x=30) 饲用作物 孙福艾, 2017
象草(Pennisetum purpureum)
2n=4x=28
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
热研4号(2n=3x=21) 饲用作物 刘国道等, 2012
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
象草(P. purpureum)
2n=4x=28
闽牧6号和华南1号(2n=3x=21) 饲用作物 陈平等, 2004;
陈钟佃等, 2012
1.3 多精受精 卵细胞融合2个精细胞(n+n+n)形成三倍体合子(图1H), 称多精受精(polyspermy).多精受精发生困难.为了阻止多精融合的风险, 动物通过多精障碍(polyspermy block)确保合子的二倍性: (1) 单精合子在精卵质膜融合阶段通过卵膜周围电位立即触发的正向移位或通过Ca2+依赖性皮质颗粒的胞吐作用在受精卵周围形成1个受精膜以阻止多余的精细胞入卵; (2) 生理多精(physiological polyspermy)在多精卵子中仅选择性融合1个精核, 剩余的精核退化或消失; (3) 多精合子致死或早期胚胎致死, 在动物中源自多个精子的额外中心体可产生多个微管组织中心(microtubule-organizing centers, MOCs), MOCs将引发异常的核分裂和细胞分裂, 导致合子或胚胎早期致死(Nakel et al., 2017).被子植物拟南芥则通过FERONIA受体激酶确保合子的二倍性, 防止多余花粉管到达胚囊; 胚珠通过助细胞中的丝状器分泌诱导蛋白AtLURE1s吸引花粉管进入胚珠, 当1个花粉管穿过胚珠珠孔端的其中1个助细胞时, 丝状器上FERONIA受体激酶表达, 并与丝状器中去甲酯化果胶结合进而诱导产生NO; NO对AtLURE1s进行亚硝基化修饰后抑制AtLURE1s的分泌并造成其失活, 抑制其与受体的相互作用, 使其对后来花粉管的吸引能力急剧下降, 从而避免多管现象(polytubey), 最终阻止多精受精(Duan et al., 2020).由于植物细胞缺乏中心体, 并且不将它们用作核分裂过程中染色体分离的纺锤体; 一旦多余花粉管到达胚珠, 在被子植物中形成的多精合子可能不会死亡.多精受精的鉴定困难, 利用传统的根尖压片技术无法区分三倍体由何种途径(n+n+n或2n+n)产生.因此, 有关兰花(Hagerup, 1947)、玉米(Rhoades, 1936)、高粱(Erichsen and Ross, 1963)和小麦(Suarez et al., 1992)的多精受精现象一直停留在理论推测, 缺乏直接的生物学证据. ...

... 对于有直接利用价值的三倍体, 可通过组培、诱变和转基因等技术进一步改良(图3B).MS-Supreme源于Tifgreen的自然突变, 与Tifgreen相比其叶片和茎节节间缩小、变短(Krans et al., 1999).在Tifgreen的自然突变中还选育出Tifdwarf和FloraDwarf等矮生品种; TifwayII、TifSport和TifEagle则由相应三倍体亲本经γ辐射诱变而成(Kamps et al., 2011).利用体细胞无性系变异育种技术在TifEagle的愈伤组织中长时间连续继代培养能有效诱导体细胞变异(如矮化突变体); 以0.3 mol·L-1 NaCl为选择压筛选出耐盐细胞系(Lu et al., 2007).以美洲狼尾草(Pennisetum americana)/ 四倍体象草合成的三倍体F1种子为诱变材料, 经γ辐射获得优异变异株闽牧6号(陈钟佃等, 2012).华南1号杂交狼尾草由三倍体杂交狼尾草芽变而来(陈平等, 2004).三倍体也可以直接作为亲本利用.在偏序钝叶草(Stenotaphrum secundatum, 2n=2x=18)的3x/ 2x杂交后代中经胚拯救选育出抗灰斑病(由稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)引起)和耐旱草坪草新品种(Chandra et al., 2015).奇岗天然后代群体中16个数量性状出现了丰富的变异(变异系数为14.41%- 151.85%), 在后代中筛选出3份材料, 其生物量优于奇岗(潘志军等, 2017).通过三倍体狼尾草与摩特矮象草杂交选育出中国南方地区广泛种植的三倍体多年生牧草桂牧1号(罗宗志等, 2016).宁牧26-2狼尾草也是由三倍体后代衍生而来(顾洪如等, 1992).三倍体转基因品系可通过2种策略获得.(1) 直接以三倍体为受体, 导入目的基因构建转基因品系, 如三倍体狗牙根Tifeagle (Hu et al., 2005).(2) 对于愈伤组织形成与再分化率低的三倍体, 首先需要寻找愈伤组织再分化优良的二倍体或四倍体作为转基因桥梁, 然后通过基因枪或农杆菌转化等方法导入目的基因, 最后通过倍性间杂交构建转基因三倍体, 如芒(2n=2x=38) (Wang et al., 2011).近年来, 基因编辑技术的发展为定向改良三倍体提供了新的育种方案. ...

一套新的籼稻初级三体的选育和细胞学鉴定
1
1996

... 三倍体也是通往非整倍体的常用桥梁(图3E).对三倍体谷子授以二倍体花粉, 在杂交后代中获得全套三体(王润奇等, 1994).在异源三倍体水稻(AAE)/水稻的杂交后代中, BC1染色体数目变幅为28-31, BC2染色体数目变幅为24-28, 在BC2F2中获得8个附加系(2n=20Os+1Oa) (Multani et al., 1994).在高粱(Hanna and Schertz, 1971)、粳稻(O. sativa subsp. geng) (Iwata and Omura, 1975)和籼稻(O. sativa subsp. xian) (程祝宽等, 1996)等重要禾本科作物中均有通过3x/2x构建的全套初级三体.胚乳组织常表现出有丝分裂不规则, 导致染色体桥和落后染色体进而形成非整倍体(Thomas and Chaturvedi, 2008), 如黑麦草胚乳(Norstog et al., 1969).多花黑麦草4x/2x合成的三倍体与二倍体黑麦草杂交, 后代非整倍体占比为70.89% (56/79); 当以三倍体作父本时, 后代整倍体占比高达87.69% (741/845); 差异源于三倍体作父本时整倍体花粉有选择优势而非整倍体花粉失活(Thomas et al., 1988).随着分子标记和测序技术的发展, 利用非整倍体进行基因定位和构建连锁图谱已无优势.在拟南芥非整倍体自交后代中的整倍体个体, 某些性状的表现与非整倍体母本保持一致(Henry et al., 2010).Gao等(2016)证实了非整倍化在新生多倍体的基因组演化中具有重要作用, 非整倍体小麦的DNA甲基化水平和模式可以稳定地被整倍体后代继承, 这表明非整倍体可以为育种创造表观遗传变异. ...

园艺植物中三倍体的应用现状及育种前景分析
2
2018

... 在二倍体物种的体细胞中, 1套完整的非同源染色体称1个染色体组.三倍体是含有3套染色体组的细胞或个体.同源三倍体(autotriploid)的3套染色体组源自同一物种, 如三倍体西瓜(Citrullus lanatus, 2n= 3x=33).异源三倍体(allotriploid)的3套染色体组源自2个或3个物种, 如三倍体杨树((Populus tomentosa × P. bolleana) × P. tomentosa, 2n=3x=57).三倍体可赋予花卉、水果和林木等器官巨大、无籽(或少籽)、生长迅速及生物量高等优良特性(党江波等, 2018).三倍体的少籽特性使其在禾谷类作物中无直接应用价值, 但在以利用营养体为目标的禾本科植物中不受限制.目前, 有关禾本科三倍体的研究不胜枚举, 但缺乏系统总结.本文聚焦禾本科三倍体的形成与鉴定, 并通过一系列案例说明禾本科三倍体的育种价值和应用前景, 以期为合成、筛选和利用禾本科三倍体提供借鉴. ...

... 三倍体可促进物种间的基因交流(图3D).例如, 水稻(AA)与4个澳洲野生稻(O. australiensis, 2n= 2x=24, EE)杂交经胚拯救获得F1, 但F1雄性不育, 其作母本未获得种子; 然而, 以四倍体水稻作母本、澳洲野生稻作父本获得三倍体(AAE), 随后用水稻作父本授粉该三倍体, 通过与三倍体回交在其后代中发现了抗褐飞虱和白叶枯病的水稻种质(Multani et al., 1994).合成的三倍体杂交狼尾草与四倍体相比, 基因组的相对损失更少, 更有潜力作为遗传桥梁(Nunes et al., 2013).特别地, 利用三倍体世代还可提高亲本基因组的稀释效率(党江波等, 2018). ...

牧草新品种“宁牧26-2”狼尾草
1
1992

... 对于有直接利用价值的三倍体, 可通过组培、诱变和转基因等技术进一步改良(图3B).MS-Supreme源于Tifgreen的自然突变, 与Tifgreen相比其叶片和茎节节间缩小、变短(Krans et al., 1999).在Tifgreen的自然突变中还选育出Tifdwarf和FloraDwarf等矮生品种; TifwayII、TifSport和TifEagle则由相应三倍体亲本经γ辐射诱变而成(Kamps et al., 2011).利用体细胞无性系变异育种技术在TifEagle的愈伤组织中长时间连续继代培养能有效诱导体细胞变异(如矮化突变体); 以0.3 mol·L-1 NaCl为选择压筛选出耐盐细胞系(Lu et al., 2007).以美洲狼尾草(Pennisetum americana)/ 四倍体象草合成的三倍体F1种子为诱变材料, 经γ辐射获得优异变异株闽牧6号(陈钟佃等, 2012).华南1号杂交狼尾草由三倍体杂交狼尾草芽变而来(陈平等, 2004).三倍体也可以直接作为亲本利用.在偏序钝叶草(Stenotaphrum secundatum, 2n=2x=18)的3x/ 2x杂交后代中经胚拯救选育出抗灰斑病(由稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)引起)和耐旱草坪草新品种(Chandra et al., 2015).奇岗天然后代群体中16个数量性状出现了丰富的变异(变异系数为14.41%- 151.85%), 在后代中筛选出3份材料, 其生物量优于奇岗(潘志军等, 2017).通过三倍体狼尾草与摩特矮象草杂交选育出中国南方地区广泛种植的三倍体多年生牧草桂牧1号(罗宗志等, 2016).宁牧26-2狼尾草也是由三倍体后代衍生而来(顾洪如等, 1992).三倍体转基因品系可通过2种策略获得.(1) 直接以三倍体为受体, 导入目的基因构建转基因品系, 如三倍体狗牙根Tifeagle (Hu et al., 2005).(2) 对于愈伤组织形成与再分化率低的三倍体, 首先需要寻找愈伤组织再分化优良的二倍体或四倍体作为转基因桥梁, 然后通过基因枪或农杆菌转化等方法导入目的基因, 最后通过倍性间杂交构建转基因三倍体, 如芒(2n=2x=38) (Wang et al., 2011).近年来, 基因编辑技术的发展为定向改良三倍体提供了新的育种方案. ...

通过异倍性水稻间杂交获得同源三倍体植株
1
1999

... 人工合成三倍体常由4x/2x或2x/4x产生(Thomas and Chaturvedi, 2008) (图1F, G).例如, 通过秋水仙碱加倍假俭草(Eremochloa ophiuroides, 2n=2x=18)种子形成的4x与2x杂交获得同源三倍体(Schwartz et al., 2013).鸭茅2x/4x获得同源三倍体(钟声, 2006).水稻与小粒野生稻(O. minuta, 2n=4x=48)杂交获得异源三倍体(张智奇等, 1994).精细胞正常发育的二倍体常作为父本, 而四倍体(特别是人工合成四倍体)通常育性降低作母本.例如, 水稻4x/2x杂交结实率(0.42%-1.64%)高于其反交组合(0.20%-0.85%), 倍性间杂交同源三倍体成活率(0.07%)极低, 杂交后借助胚拯救可提升三倍体植株的成活率(0.78%) (黄群策和孙敬三, 1999).在谷子(Setaria italica, 2n= 2x=18) 4x/2x的2 100个杂交后代中得到5株三倍体(发生率为0.24%), 反交未能获得三倍体(王润奇等, 1994).特别地, 当前生产中应用的禾本科三倍体几乎全部源自倍性间杂交(表1).此外, 高粱(Sorghum bicolor, 2n=2x=20)单倍体自交产生的三倍体可能源于减数分裂I期和II期中胞质不分裂产生2x配子与减数分裂I期不分裂、减数分裂II期正常分裂的x配子结合(Erichsen and Ross, 1963); 四倍体种间杂交F1代中1个基因组丢失也可形成三倍体(于卓等, 2004). ...

热研4号王草选育
2
2002

... Triploidy cultivars in Poaceae
Table 1
母本 父本 品种名 用途 参考文献
狗牙根(Cynodon dactylon)
2n=4x=36
非洲狗牙根(C. transvaalensis)
2n=2x=18
Tifway、TifwayII、Midiron、TifEagle、Tifgreen、Tifdwarf、MS-Supreme、MS-Express、TifSport和Champion (2n=3x=27) 草坪草 Kamps et al., 2011
荻(Miscanthus sacchariflorus)
2n=4x=76
芒(M. sinensis)
2n=2x=38
Illinois和Freedom (2n=3x=57) 能源作物 Perera et al., 2015
玉米(Zea mays)
2n=2x=20
四倍体大刍草(Z. perennis)
2n=4x=40
玉草1号(2n=3x=30) 饲用作物 勇等, 2007
指状摩擦禾(Tripsacum dactyloides)
2n=2x=36
指状摩擦禾(T. dactyloides)
2n=4x=72
Verl (2n=3x=54) 饲用作物 Springer et al., 2006
薏苡(Coix lacryma-jobi)
2n=2x=20
水生薏苡(C. aquatica)
2n=4x=40
丰牧88 (2n=3x=30) 饲用作物 孙福艾, 2017
象草(Pennisetum purpureum)
2n=4x=28
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
热研4号(2n=3x=21) 饲用作物 刘国道等, 2012
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
象草(P. purpureum)
2n=4x=28
闽牧6号和华南1号(2n=3x=21) 饲用作物 陈平等, 2004;
陈钟佃等, 2012
1.3 多精受精 卵细胞融合2个精细胞(n+n+n)形成三倍体合子(图1H), 称多精受精(polyspermy).多精受精发生困难.为了阻止多精融合的风险, 动物通过多精障碍(polyspermy block)确保合子的二倍性: (1) 单精合子在精卵质膜融合阶段通过卵膜周围电位立即触发的正向移位或通过Ca2+依赖性皮质颗粒的胞吐作用在受精卵周围形成1个受精膜以阻止多余的精细胞入卵; (2) 生理多精(physiological polyspermy)在多精卵子中仅选择性融合1个精核, 剩余的精核退化或消失; (3) 多精合子致死或早期胚胎致死, 在动物中源自多个精子的额外中心体可产生多个微管组织中心(microtubule-organizing centers, MOCs), MOCs将引发异常的核分裂和细胞分裂, 导致合子或胚胎早期致死(Nakel et al., 2017).被子植物拟南芥则通过FERONIA受体激酶确保合子的二倍性, 防止多余花粉管到达胚囊; 胚珠通过助细胞中的丝状器分泌诱导蛋白AtLURE1s吸引花粉管进入胚珠, 当1个花粉管穿过胚珠珠孔端的其中1个助细胞时, 丝状器上FERONIA受体激酶表达, 并与丝状器中去甲酯化果胶结合进而诱导产生NO; NO对AtLURE1s进行亚硝基化修饰后抑制AtLURE1s的分泌并造成其失活, 抑制其与受体的相互作用, 使其对后来花粉管的吸引能力急剧下降, 从而避免多管现象(polytubey), 最终阻止多精受精(Duan et al., 2020).由于植物细胞缺乏中心体, 并且不将它们用作核分裂过程中染色体分离的纺锤体; 一旦多余花粉管到达胚珠, 在被子植物中形成的多精合子可能不会死亡.多精受精的鉴定困难, 利用传统的根尖压片技术无法区分三倍体由何种途径(n+n+n或2n+n)产生.因此, 有关兰花(Hagerup, 1947)、玉米(Rhoades, 1936)、高粱(Erichsen and Ross, 1963)和小麦(Suarez et al., 1992)的多精受精现象一直停留在理论推测, 缺乏直接的生物学证据. ...

... 三倍体通过保留用于生产种子的光合作用能量来促进营养生长, 通常具有更强的营养生长优势(Hoshino et al., 2011).因此, 禾本科三倍体育种在草坪草、能源草和牧草上收获颇丰(表1; 图3A).与二倍体相比, 三倍体的少花或无花特性有利于草坪管理和提升草坪观赏价值.在无融合生殖早熟禾(Poa pratemis)中, 筛选出源于2n配子的抗病三倍体草坪草种质(Pepin and Funk, 1971).三倍体比二倍体海滨雀稗(Seashore paspalum, 2n=2x=20)的叶色更深(Schwartz et al., 2013).通过四倍体普通狗牙根(2n=4x=36)与二倍体非洲狗牙根(C. transvaalensis, 2n=2x=18)杂交育成了Tifway、TifEagle和Tifgreen等知名三倍体狗牙根品种(2n=3x=27), 成为三倍体草坪草育种的杰出典范.三倍体奇岗(M. × miscanthus, 2n=3x=57)具有多年生、C4高光效、低氮需求、较耐低温和高生物量等特性, 是最重要的第二代能源植物, 现已成为能源模式植物(潘志军等, 2017).三倍体鸭茅苗期生长速度快于双亲(钟声, 2006).三倍体热研4号王草第3年丰产期干物质产量比母本象草 (Pennisetum purpureum)增产32.8% (刘国道等, 2012).玉草1号由二倍体玉米与四倍体多年生大刍草杂交而成, 分蘖力强、生物量高且具再生性(任勇等, 2007).当前生产中利用的禾本科三倍体能源草和牧草(表1)大多具有如下特性: (1) 利用异源三倍体的亚种间杂种优势; (2) 多年生高大禾草; (3) 易于无性繁殖.因此, F. apennina (2n=4x=28)与F. pratensis (2n=2x=14)合成的三倍体显示出生物量杂种优势, 但因杂交结实率低, 须提高结实率或采取无性扩繁技术, 否则难以应用(Boller and Kopeck, 2020).高粱属和斑茅(Eriarthus arundinaceus)等高大禾草目前尚无三倍体品种, 可尝试三倍体育种. ...

我国野生芒资源的细胞学研究
1
2014

... 流式细胞术(flow cytometry, FCM)通过G1期细胞核DNA含量间接反映材料倍性.取材为任意组织(禾本科以新鲜幼嫩叶片为最佳), 对植株损伤小, 仅需1 cm2叶片, 故在苗期即可实现倍性鉴定.目标组织和参照组织分别经DNA核解离液解离为单细胞悬浮液, 二者等量混合上机检测为内标法(internal reference method), 单独上机检测为外标法(external reference method).外标法更简便, 内标法更准确.由于植物细胞中含有大量的次生代谢物, 导致悬浮液制备的难度增加, 应根据不同种类选择核提取液.例如, 鸭茅为Otto (许蕾等, 2019), 狗牙根(Cynodon dactylon)和高羊茅(F. elata)为Hepes, 二穗短柄草(Brachypodium distachyon)用Tris·MgCl2 (汪艳等, 2015).将荧光染料(如碘化丙啶(propidium iodide))加入细胞悬浮液后可均匀地插入到DNA双链中, 其嵌入量与DNA含量成正比, 通过流式细胞仪检测荧光强度来表征DNA含量.FCM可在数秒内对上万个植物细胞进行DNA含量测定, 从而实现倍性的高通量检测.利用染色体计数与FCM对30份芒属(Miscanthus)植物的鉴定表明, 以染色体压片为参考, FCM完成了对二倍体芒(Miscanthus sinensis, 2n=2x=38)的准确鉴定(刘秀明等, 2014).但对于更高倍性的鉴定FCM可能存在误判.例如, Pagliarini等(2012)以染色体分析为标准评判了FCM鉴定臂形草(Brachiaria brizantha, x=9)倍性的准确性, 某些四倍体材料被误判为五倍体或六倍体, 而某些六倍体材料被误判为五倍体. ...

杂交狼尾草和桂牧1号杂交象草的核型分析
1
2016

... 对于有直接利用价值的三倍体, 可通过组培、诱变和转基因等技术进一步改良(图3B).MS-Supreme源于Tifgreen的自然突变, 与Tifgreen相比其叶片和茎节节间缩小、变短(Krans et al., 1999).在Tifgreen的自然突变中还选育出Tifdwarf和FloraDwarf等矮生品种; TifwayII、TifSport和TifEagle则由相应三倍体亲本经γ辐射诱变而成(Kamps et al., 2011).利用体细胞无性系变异育种技术在TifEagle的愈伤组织中长时间连续继代培养能有效诱导体细胞变异(如矮化突变体); 以0.3 mol·L-1 NaCl为选择压筛选出耐盐细胞系(Lu et al., 2007).以美洲狼尾草(Pennisetum americana)/ 四倍体象草合成的三倍体F1种子为诱变材料, 经γ辐射获得优异变异株闽牧6号(陈钟佃等, 2012).华南1号杂交狼尾草由三倍体杂交狼尾草芽变而来(陈平等, 2004).三倍体也可以直接作为亲本利用.在偏序钝叶草(Stenotaphrum secundatum, 2n=2x=18)的3x/ 2x杂交后代中经胚拯救选育出抗灰斑病(由稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)引起)和耐旱草坪草新品种(Chandra et al., 2015).奇岗天然后代群体中16个数量性状出现了丰富的变异(变异系数为14.41%- 151.85%), 在后代中筛选出3份材料, 其生物量优于奇岗(潘志军等, 2017).通过三倍体狼尾草与摩特矮象草杂交选育出中国南方地区广泛种植的三倍体多年生牧草桂牧1号(罗宗志等, 2016).宁牧26-2狼尾草也是由三倍体后代衍生而来(顾洪如等, 1992).三倍体转基因品系可通过2种策略获得.(1) 直接以三倍体为受体, 导入目的基因构建转基因品系, 如三倍体狗牙根Tifeagle (Hu et al., 2005).(2) 对于愈伤组织形成与再分化率低的三倍体, 首先需要寻找愈伤组织再分化优良的二倍体或四倍体作为转基因桥梁, 然后通过基因枪或农杆菌转化等方法导入目的基因, 最后通过倍性间杂交构建转基因三倍体, 如芒(2n=2x=38) (Wang et al., 2011).近年来, 基因编辑技术的发展为定向改良三倍体提供了新的育种方案. ...

玉米(Zea mays)×四倍体多年生玉米(Zea perennis)可育三倍体形态学和细胞遗传学研究
1
2015

... 胚、胚乳和源自母本的果皮与种皮共同构成禾本科植物的果实——颖果, 约占世界粮食产量的60% (Keller and Feuillet, 2000).三倍体中3套染色体组致使染色体联会异常(单价体和三价体的形成), 形成的雄配子育性降低或丧失; 雌配子育性降低幅度不及雄配子, 称之为半不育.例如, 玉米(MM)与四倍体多年生大刍草合成的一株具有花粉育性的异源三倍体(3x, MPP), MPP/MM、MM/MPP和MPP/PPPP杂交结实率分别为7.84%、0.56%和0.52%, 三倍体的育性降低, 且其雌配子育性较雄配子高(吕桂华等, 2015).鸭茅三倍体的结实率仅为0.12% (钟声, 2006).通过四倍体多花黑麦草/二倍体羊茅合成的三倍体具有花粉育性, 而反交合成的三倍体花粉不育(Naganowska et al., 2001).可见, 目前三倍体在以子实为收获目标的禾谷类作物上无直接利用价值. ...

三倍体芒草自然杂交后代数量性状遗传多样性研究
2
2017

... 三倍体通过保留用于生产种子的光合作用能量来促进营养生长, 通常具有更强的营养生长优势(Hoshino et al., 2011).因此, 禾本科三倍体育种在草坪草、能源草和牧草上收获颇丰(表1; 图3A).与二倍体相比, 三倍体的少花或无花特性有利于草坪管理和提升草坪观赏价值.在无融合生殖早熟禾(Poa pratemis)中, 筛选出源于2n配子的抗病三倍体草坪草种质(Pepin and Funk, 1971).三倍体比二倍体海滨雀稗(Seashore paspalum, 2n=2x=20)的叶色更深(Schwartz et al., 2013).通过四倍体普通狗牙根(2n=4x=36)与二倍体非洲狗牙根(C. transvaalensis, 2n=2x=18)杂交育成了Tifway、TifEagle和Tifgreen等知名三倍体狗牙根品种(2n=3x=27), 成为三倍体草坪草育种的杰出典范.三倍体奇岗(M. × miscanthus, 2n=3x=57)具有多年生、C4高光效、低氮需求、较耐低温和高生物量等特性, 是最重要的第二代能源植物, 现已成为能源模式植物(潘志军等, 2017).三倍体鸭茅苗期生长速度快于双亲(钟声, 2006).三倍体热研4号王草第3年丰产期干物质产量比母本象草 (Pennisetum purpureum)增产32.8% (刘国道等, 2012).玉草1号由二倍体玉米与四倍体多年生大刍草杂交而成, 分蘖力强、生物量高且具再生性(任勇等, 2007).当前生产中利用的禾本科三倍体能源草和牧草(表1)大多具有如下特性: (1) 利用异源三倍体的亚种间杂种优势; (2) 多年生高大禾草; (3) 易于无性繁殖.因此, F. apennina (2n=4x=28)与F. pratensis (2n=2x=14)合成的三倍体显示出生物量杂种优势, 但因杂交结实率低, 须提高结实率或采取无性扩繁技术, 否则难以应用(Boller and Kopeck, 2020).高粱属和斑茅(Eriarthus arundinaceus)等高大禾草目前尚无三倍体品种, 可尝试三倍体育种. ...

... 对于有直接利用价值的三倍体, 可通过组培、诱变和转基因等技术进一步改良(图3B).MS-Supreme源于Tifgreen的自然突变, 与Tifgreen相比其叶片和茎节节间缩小、变短(Krans et al., 1999).在Tifgreen的自然突变中还选育出Tifdwarf和FloraDwarf等矮生品种; TifwayII、TifSport和TifEagle则由相应三倍体亲本经γ辐射诱变而成(Kamps et al., 2011).利用体细胞无性系变异育种技术在TifEagle的愈伤组织中长时间连续继代培养能有效诱导体细胞变异(如矮化突变体); 以0.3 mol·L-1 NaCl为选择压筛选出耐盐细胞系(Lu et al., 2007).以美洲狼尾草(Pennisetum americana)/ 四倍体象草合成的三倍体F1种子为诱变材料, 经γ辐射获得优异变异株闽牧6号(陈钟佃等, 2012).华南1号杂交狼尾草由三倍体杂交狼尾草芽变而来(陈平等, 2004).三倍体也可以直接作为亲本利用.在偏序钝叶草(Stenotaphrum secundatum, 2n=2x=18)的3x/ 2x杂交后代中经胚拯救选育出抗灰斑病(由稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)引起)和耐旱草坪草新品种(Chandra et al., 2015).奇岗天然后代群体中16个数量性状出现了丰富的变异(变异系数为14.41%- 151.85%), 在后代中筛选出3份材料, 其生物量优于奇岗(潘志军等, 2017).通过三倍体狼尾草与摩特矮象草杂交选育出中国南方地区广泛种植的三倍体多年生牧草桂牧1号(罗宗志等, 2016).宁牧26-2狼尾草也是由三倍体后代衍生而来(顾洪如等, 1992).三倍体转基因品系可通过2种策略获得.(1) 直接以三倍体为受体, 导入目的基因构建转基因品系, 如三倍体狗牙根Tifeagle (Hu et al., 2005).(2) 对于愈伤组织形成与再分化率低的三倍体, 首先需要寻找愈伤组织再分化优良的二倍体或四倍体作为转基因桥梁, 然后通过基因枪或农杆菌转化等方法导入目的基因, 最后通过倍性间杂交构建转基因三倍体, 如芒(2n=2x=38) (Wang et al., 2011).近年来, 基因编辑技术的发展为定向改良三倍体提供了新的育种方案. ...

新型饲草玉米生长动态及收割期的研究
2
2007

... Triploidy cultivars in Poaceae
Table 1
母本 父本 品种名 用途 参考文献
狗牙根(Cynodon dactylon)
2n=4x=36
非洲狗牙根(C. transvaalensis)
2n=2x=18
Tifway、TifwayII、Midiron、TifEagle、Tifgreen、Tifdwarf、MS-Supreme、MS-Express、TifSport和Champion (2n=3x=27) 草坪草 Kamps et al., 2011
荻(Miscanthus sacchariflorus)
2n=4x=76
芒(M. sinensis)
2n=2x=38
Illinois和Freedom (2n=3x=57) 能源作物 Perera et al., 2015
玉米(Zea mays)
2n=2x=20
四倍体大刍草(Z. perennis)
2n=4x=40
玉草1号(2n=3x=30) 饲用作物 勇等, 2007
指状摩擦禾(Tripsacum dactyloides)
2n=2x=36
指状摩擦禾(T. dactyloides)
2n=4x=72
Verl (2n=3x=54) 饲用作物 Springer et al., 2006
薏苡(Coix lacryma-jobi)
2n=2x=20
水生薏苡(C. aquatica)
2n=4x=40
丰牧88 (2n=3x=30) 饲用作物 孙福艾, 2017
象草(Pennisetum purpureum)
2n=4x=28
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
热研4号(2n=3x=21) 饲用作物 刘国道等, 2012
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
象草(P. purpureum)
2n=4x=28
闽牧6号和华南1号(2n=3x=21) 饲用作物 陈平等, 2004;
陈钟佃等, 2012
1.3 多精受精 卵细胞融合2个精细胞(n+n+n)形成三倍体合子(图1H), 称多精受精(polyspermy).多精受精发生困难.为了阻止多精融合的风险, 动物通过多精障碍(polyspermy block)确保合子的二倍性: (1) 单精合子在精卵质膜融合阶段通过卵膜周围电位立即触发的正向移位或通过Ca2+依赖性皮质颗粒的胞吐作用在受精卵周围形成1个受精膜以阻止多余的精细胞入卵; (2) 生理多精(physiological polyspermy)在多精卵子中仅选择性融合1个精核, 剩余的精核退化或消失; (3) 多精合子致死或早期胚胎致死, 在动物中源自多个精子的额外中心体可产生多个微管组织中心(microtubule-organizing centers, MOCs), MOCs将引发异常的核分裂和细胞分裂, 导致合子或胚胎早期致死(Nakel et al., 2017).被子植物拟南芥则通过FERONIA受体激酶确保合子的二倍性, 防止多余花粉管到达胚囊; 胚珠通过助细胞中的丝状器分泌诱导蛋白AtLURE1s吸引花粉管进入胚珠, 当1个花粉管穿过胚珠珠孔端的其中1个助细胞时, 丝状器上FERONIA受体激酶表达, 并与丝状器中去甲酯化果胶结合进而诱导产生NO; NO对AtLURE1s进行亚硝基化修饰后抑制AtLURE1s的分泌并造成其失活, 抑制其与受体的相互作用, 使其对后来花粉管的吸引能力急剧下降, 从而避免多管现象(polytubey), 最终阻止多精受精(Duan et al., 2020).由于植物细胞缺乏中心体, 并且不将它们用作核分裂过程中染色体分离的纺锤体; 一旦多余花粉管到达胚珠, 在被子植物中形成的多精合子可能不会死亡.多精受精的鉴定困难, 利用传统的根尖压片技术无法区分三倍体由何种途径(n+n+n或2n+n)产生.因此, 有关兰花(Hagerup, 1947)、玉米(Rhoades, 1936)、高粱(Erichsen and Ross, 1963)和小麦(Suarez et al., 1992)的多精受精现象一直停留在理论推测, 缺乏直接的生物学证据. ...

... 三倍体通过保留用于生产种子的光合作用能量来促进营养生长, 通常具有更强的营养生长优势(Hoshino et al., 2011).因此, 禾本科三倍体育种在草坪草、能源草和牧草上收获颇丰(表1; 图3A).与二倍体相比, 三倍体的少花或无花特性有利于草坪管理和提升草坪观赏价值.在无融合生殖早熟禾(Poa pratemis)中, 筛选出源于2n配子的抗病三倍体草坪草种质(Pepin and Funk, 1971).三倍体比二倍体海滨雀稗(Seashore paspalum, 2n=2x=20)的叶色更深(Schwartz et al., 2013).通过四倍体普通狗牙根(2n=4x=36)与二倍体非洲狗牙根(C. transvaalensis, 2n=2x=18)杂交育成了Tifway、TifEagle和Tifgreen等知名三倍体狗牙根品种(2n=3x=27), 成为三倍体草坪草育种的杰出典范.三倍体奇岗(M. × miscanthus, 2n=3x=57)具有多年生、C4高光效、低氮需求、较耐低温和高生物量等特性, 是最重要的第二代能源植物, 现已成为能源模式植物(潘志军等, 2017).三倍体鸭茅苗期生长速度快于双亲(钟声, 2006).三倍体热研4号王草第3年丰产期干物质产量比母本象草 (Pennisetum purpureum)增产32.8% (刘国道等, 2012).玉草1号由二倍体玉米与四倍体多年生大刍草杂交而成, 分蘖力强、生物量高且具再生性(任勇等, 2007).当前生产中利用的禾本科三倍体能源草和牧草(表1)大多具有如下特性: (1) 利用异源三倍体的亚种间杂种优势; (2) 多年生高大禾草; (3) 易于无性繁殖.因此, F. apennina (2n=4x=28)与F. pratensis (2n=2x=14)合成的三倍体显示出生物量杂种优势, 但因杂交结实率低, 须提高结实率或采取无性扩繁技术, 否则难以应用(Boller and Kopeck, 2020).高粱属和斑茅(Eriarthus arundinaceus)等高大禾草目前尚无三倍体品种, 可尝试三倍体育种. ...

一份薏苡多倍体材料的创制、鉴定及饲用价值初步评价
1
2017

... Triploidy cultivars in Poaceae
Table 1
母本 父本 品种名 用途 参考文献
狗牙根(Cynodon dactylon)
2n=4x=36
非洲狗牙根(C. transvaalensis)
2n=2x=18
Tifway、TifwayII、Midiron、TifEagle、Tifgreen、Tifdwarf、MS-Supreme、MS-Express、TifSport和Champion (2n=3x=27) 草坪草 Kamps et al., 2011
荻(Miscanthus sacchariflorus)
2n=4x=76
芒(M. sinensis)
2n=2x=38
Illinois和Freedom (2n=3x=57) 能源作物 Perera et al., 2015
玉米(Zea mays)
2n=2x=20
四倍体大刍草(Z. perennis)
2n=4x=40
玉草1号(2n=3x=30) 饲用作物 勇等, 2007
指状摩擦禾(Tripsacum dactyloides)
2n=2x=36
指状摩擦禾(T. dactyloides)
2n=4x=72
Verl (2n=3x=54) 饲用作物 Springer et al., 2006
薏苡(Coix lacryma-jobi)
2n=2x=20
水生薏苡(C. aquatica)
2n=4x=40
丰牧88 (2n=3x=30) 饲用作物 孙福艾, 2017
象草(Pennisetum purpureum)
2n=4x=28
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
热研4号(2n=3x=21) 饲用作物 刘国道等, 2012
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
象草(P. purpureum)
2n=4x=28
闽牧6号和华南1号(2n=3x=21) 饲用作物 陈平等, 2004;
陈钟佃等, 2012
1.3 多精受精 卵细胞融合2个精细胞(n+n+n)形成三倍体合子(图1H), 称多精受精(polyspermy).多精受精发生困难.为了阻止多精融合的风险, 动物通过多精障碍(polyspermy block)确保合子的二倍性: (1) 单精合子在精卵质膜融合阶段通过卵膜周围电位立即触发的正向移位或通过Ca2+依赖性皮质颗粒的胞吐作用在受精卵周围形成1个受精膜以阻止多余的精细胞入卵; (2) 生理多精(physiological polyspermy)在多精卵子中仅选择性融合1个精核, 剩余的精核退化或消失; (3) 多精合子致死或早期胚胎致死, 在动物中源自多个精子的额外中心体可产生多个微管组织中心(microtubule-organizing centers, MOCs), MOCs将引发异常的核分裂和细胞分裂, 导致合子或胚胎早期致死(Nakel et al., 2017).被子植物拟南芥则通过FERONIA受体激酶确保合子的二倍性, 防止多余花粉管到达胚囊; 胚珠通过助细胞中的丝状器分泌诱导蛋白AtLURE1s吸引花粉管进入胚珠, 当1个花粉管穿过胚珠珠孔端的其中1个助细胞时, 丝状器上FERONIA受体激酶表达, 并与丝状器中去甲酯化果胶结合进而诱导产生NO; NO对AtLURE1s进行亚硝基化修饰后抑制AtLURE1s的分泌并造成其失活, 抑制其与受体的相互作用, 使其对后来花粉管的吸引能力急剧下降, 从而避免多管现象(polytubey), 最终阻止多精受精(Duan et al., 2020).由于植物细胞缺乏中心体, 并且不将它们用作核分裂过程中染色体分离的纺锤体; 一旦多余花粉管到达胚珠, 在被子植物中形成的多精合子可能不会死亡.多精受精的鉴定困难, 利用传统的根尖压片技术无法区分三倍体由何种途径(n+n+n或2n+n)产生.因此, 有关兰花(Hagerup, 1947)、玉米(Rhoades, 1936)、高粱(Erichsen and Ross, 1963)和小麦(Suarez et al., 1992)的多精受精现象一直停留在理论推测, 缺乏直接的生物学证据. ...

大麦胚乳植株的诱导及其倍性
1
1981

... 在二倍体禾本科植物中, 2个极核(n+n)与精细胞(n)融合形成三倍性初级胚乳细胞(primary endosperm cell) (图1B), 随后发育为三倍体胚乳.若胚乳细胞具全能性, 可直接通过组织培养获得三倍体(图1D).据报道, Lampe和Mills于1933年将玉米未成熟胚乳置于含有马铃薯和玉米提取物的培养基中, 观测到胚周围有少量胚乳细胞增殖(Thomas and Chaturvedi, 2008).随后, 在玉米(La Rue, 1949)、多年生黑麦草(Lolium perenne) (Norstog, 1956)和多花黑麦草(L. multiflorum, 2n=2x=14) (Norstog et al., 1969)未成熟胚乳的离体培养中, 获得了可连续增殖的愈伤组织.Johri和Bhojwani (1965)将檀香科植物Exocarpus cupressiformis由成熟胚乳直接分化出三倍体茎芽.Nakano等(1975)从水稻未成熟胚乳中分化出植株, 证实了水稻胚乳细胞的全能性.之后, 在水稻中又重现了这一结果(Bajaj et al., 1980).截至目前, 大麦(孙敬三和朱至清, 1981)、小麦(赵世绪等, 1984)、黑麦(Secale cereale, 2n=2x=14) (赵世绪等, 1984)、小麦-黑麦杂种(王敬驹等, 1982)、高粱(田立忠和徐爱菊, 2000)和毛竹(Phllostachys edulis, 2n=4x=48) (袁金玲等, 2015)等禾本科植物均通过胚乳培养分化出植株. ...

高粱(Sorghum bicolor (L.) Moench)未成熟胚乳培养的研究
1
2000

... 在二倍体禾本科植物中, 2个极核(n+n)与精细胞(n)融合形成三倍性初级胚乳细胞(primary endosperm cell) (图1B), 随后发育为三倍体胚乳.若胚乳细胞具全能性, 可直接通过组织培养获得三倍体(图1D).据报道, Lampe和Mills于1933年将玉米未成熟胚乳置于含有马铃薯和玉米提取物的培养基中, 观测到胚周围有少量胚乳细胞增殖(Thomas and Chaturvedi, 2008).随后, 在玉米(La Rue, 1949)、多年生黑麦草(Lolium perenne) (Norstog, 1956)和多花黑麦草(L. multiflorum, 2n=2x=14) (Norstog et al., 1969)未成熟胚乳的离体培养中, 获得了可连续增殖的愈伤组织.Johri和Bhojwani (1965)将檀香科植物Exocarpus cupressiformis由成熟胚乳直接分化出三倍体茎芽.Nakano等(1975)从水稻未成熟胚乳中分化出植株, 证实了水稻胚乳细胞的全能性.之后, 在水稻中又重现了这一结果(Bajaj et al., 1980).截至目前, 大麦(孙敬三和朱至清, 1981)、小麦(赵世绪等, 1984)、黑麦(Secale cereale, 2n=2x=14) (赵世绪等, 1984)、小麦-黑麦杂种(王敬驹等, 1982)、高粱(田立忠和徐爱菊, 2000)和毛竹(Phllostachys edulis, 2n=4x=48) (袁金玲等, 2015)等禾本科植物均通过胚乳培养分化出植株. ...

小黑麦杂种胚乳的离体培养研究
3
1982

... 在二倍体禾本科植物中, 2个极核(n+n)与精细胞(n)融合形成三倍性初级胚乳细胞(primary endosperm cell) (图1B), 随后发育为三倍体胚乳.若胚乳细胞具全能性, 可直接通过组织培养获得三倍体(图1D).据报道, Lampe和Mills于1933年将玉米未成熟胚乳置于含有马铃薯和玉米提取物的培养基中, 观测到胚周围有少量胚乳细胞增殖(Thomas and Chaturvedi, 2008).随后, 在玉米(La Rue, 1949)、多年生黑麦草(Lolium perenne) (Norstog, 1956)和多花黑麦草(L. multiflorum, 2n=2x=14) (Norstog et al., 1969)未成熟胚乳的离体培养中, 获得了可连续增殖的愈伤组织.Johri和Bhojwani (1965)将檀香科植物Exocarpus cupressiformis由成熟胚乳直接分化出三倍体茎芽.Nakano等(1975)从水稻未成熟胚乳中分化出植株, 证实了水稻胚乳细胞的全能性.之后, 在水稻中又重现了这一结果(Bajaj et al., 1980).截至目前, 大麦(孙敬三和朱至清, 1981)、小麦(赵世绪等, 1984)、黑麦(Secale cereale, 2n=2x=14) (赵世绪等, 1984)、小麦-黑麦杂种(王敬驹等, 1982)、高粱(田立忠和徐爱菊, 2000)和毛竹(Phllostachys edulis, 2n=4x=48) (袁金玲等, 2015)等禾本科植物均通过胚乳培养分化出植株. ...

... 胚乳发育阶段是胚乳培养的关键因素, 常用授粉后天数(days after pollination, DAP)来表征.通常以未成熟胚乳作外植体, 如多年生黑麦草在9-10 DAP (Norstog, 1956)、玉米在8-11 DAP (Straus and La Rue, 1954; Tamaoki and Ullstrup, 1958)、水稻在4-7 DAP (Nakano et al., 1975)、小麦在10 DAP (赵世绪等, 1984)以及大麦在8 DAP (Sehgal, 1974); 小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织在14 DAP时诱导频率最佳, 在7 DAP时次之, 而在21 DAP时已不能诱导出愈伤组织(王敬驹等, 1982).以毛竹30-40 DAP的成熟胚乳作为外植体获得成功(袁金玲等, 2015).一般情况下, 成熟胚乳启动细胞分裂在于初始时与胚的联动, 而未成熟胚乳启动细胞分裂与胚是否存在无关(Hoshino et al., 2011).需要特别指出的是, 添加赤霉素等外源激素可以代替胚, 而小麦和黑麦的胚乳在无胚和赤霉素的条件下也可产生愈伤组织并分化成苗(赵世绪等, 1984).培养基、生长调节剂和环境因素对于胚乳三倍体的形成也起着重要作用.例如, 培养基中添加8%的蔗糖有利于小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织诱导(王敬驹等, 1982).添加氮源对于未成熟胚乳的增殖至关重要(Hoshino et al., 2011).在小麦和黑麦胚乳培养时, 添加激动素和2,4-D可提高愈伤组织诱导频率(赵世绪等, 1984).玉米胚乳在暗处培养效果更佳(Straus and La Rue, 1954), 而在黑麦中光照对胚乳的增殖无影响(Norstog et al.,1969).胚乳培养以组织培养为技术基础, 并未成为主流的三倍体合成方式. ...

... ).培养基、生长调节剂和环境因素对于胚乳三倍体的形成也起着重要作用.例如, 培养基中添加8%的蔗糖有利于小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织诱导(王敬驹等, 1982).添加氮源对于未成熟胚乳的增殖至关重要(Hoshino et al., 2011).在小麦和黑麦胚乳培养时, 添加激动素和2,4-D可提高愈伤组织诱导频率(赵世绪等, 1984).玉米胚乳在暗处培养效果更佳(Straus and La Rue, 1954), 而在黑麦中光照对胚乳的增殖无影响(Norstog et al.,1969).胚乳培养以组织培养为技术基础, 并未成为主流的三倍体合成方式. ...

谷子三体系列的建立
2
1994

... 人工合成三倍体常由4x/2x或2x/4x产生(Thomas and Chaturvedi, 2008) (图1F, G).例如, 通过秋水仙碱加倍假俭草(Eremochloa ophiuroides, 2n=2x=18)种子形成的4x与2x杂交获得同源三倍体(Schwartz et al., 2013).鸭茅2x/4x获得同源三倍体(钟声, 2006).水稻与小粒野生稻(O. minuta, 2n=4x=48)杂交获得异源三倍体(张智奇等, 1994).精细胞正常发育的二倍体常作为父本, 而四倍体(特别是人工合成四倍体)通常育性降低作母本.例如, 水稻4x/2x杂交结实率(0.42%-1.64%)高于其反交组合(0.20%-0.85%), 倍性间杂交同源三倍体成活率(0.07%)极低, 杂交后借助胚拯救可提升三倍体植株的成活率(0.78%) (黄群策和孙敬三, 1999).在谷子(Setaria italica, 2n= 2x=18) 4x/2x的2 100个杂交后代中得到5株三倍体(发生率为0.24%), 反交未能获得三倍体(王润奇等, 1994).特别地, 当前生产中应用的禾本科三倍体几乎全部源自倍性间杂交(表1).此外, 高粱(Sorghum bicolor, 2n=2x=20)单倍体自交产生的三倍体可能源于减数分裂I期和II期中胞质不分裂产生2x配子与减数分裂I期不分裂、减数分裂II期正常分裂的x配子结合(Erichsen and Ross, 1963); 四倍体种间杂交F1代中1个基因组丢失也可形成三倍体(于卓等, 2004). ...

... 三倍体也是通往非整倍体的常用桥梁(图3E).对三倍体谷子授以二倍体花粉, 在杂交后代中获得全套三体(王润奇等, 1994).在异源三倍体水稻(AAE)/水稻的杂交后代中, BC1染色体数目变幅为28-31, BC2染色体数目变幅为24-28, 在BC2F2中获得8个附加系(2n=20Os+1Oa) (Multani et al., 1994).在高粱(Hanna and Schertz, 1971)、粳稻(O. sativa subsp. geng) (Iwata and Omura, 1975)和籼稻(O. sativa subsp. xian) (程祝宽等, 1996)等重要禾本科作物中均有通过3x/2x构建的全套初级三体.胚乳组织常表现出有丝分裂不规则, 导致染色体桥和落后染色体进而形成非整倍体(Thomas and Chaturvedi, 2008), 如黑麦草胚乳(Norstog et al., 1969).多花黑麦草4x/2x合成的三倍体与二倍体黑麦草杂交, 后代非整倍体占比为70.89% (56/79); 当以三倍体作父本时, 后代整倍体占比高达87.69% (741/845); 差异源于三倍体作父本时整倍体花粉有选择优势而非整倍体花粉失活(Thomas et al., 1988).随着分子标记和测序技术的发展, 利用非整倍体进行基因定位和构建连锁图谱已无优势.在拟南芥非整倍体自交后代中的整倍体个体, 某些性状的表现与非整倍体母本保持一致(Henry et al., 2010).Gao等(2016)证实了非整倍化在新生多倍体的基因组演化中具有重要作用, 非整倍体小麦的DNA甲基化水平和模式可以稳定地被整倍体后代继承, 这表明非整倍体可以为育种创造表观遗传变异. ...

流式细胞仪检测高等植物细胞核DNA含量的方法
1
2015

... 流式细胞术(flow cytometry, FCM)通过G1期细胞核DNA含量间接反映材料倍性.取材为任意组织(禾本科以新鲜幼嫩叶片为最佳), 对植株损伤小, 仅需1 cm2叶片, 故在苗期即可实现倍性鉴定.目标组织和参照组织分别经DNA核解离液解离为单细胞悬浮液, 二者等量混合上机检测为内标法(internal reference method), 单独上机检测为外标法(external reference method).外标法更简便, 内标法更准确.由于植物细胞中含有大量的次生代谢物, 导致悬浮液制备的难度增加, 应根据不同种类选择核提取液.例如, 鸭茅为Otto (许蕾等, 2019), 狗牙根(Cynodon dactylon)和高羊茅(F. elata)为Hepes, 二穗短柄草(Brachypodium distachyon)用Tris·MgCl2 (汪艳等, 2015).将荧光染料(如碘化丙啶(propidium iodide))加入细胞悬浮液后可均匀地插入到DNA双链中, 其嵌入量与DNA含量成正比, 通过流式细胞仪检测荧光强度来表征DNA含量.FCM可在数秒内对上万个植物细胞进行DNA含量测定, 从而实现倍性的高通量检测.利用染色体计数与FCM对30份芒属(Miscanthus)植物的鉴定表明, 以染色体压片为参考, FCM完成了对二倍体芒(Miscanthus sinensis, 2n=2x=38)的准确鉴定(刘秀明等, 2014).但对于更高倍性的鉴定FCM可能存在误判.例如, Pagliarini等(2012)以染色体分析为标准评判了FCM鉴定臂形草(Brachiaria brizantha, x=9)倍性的准确性, 某些四倍体材料被误判为五倍体或六倍体, 而某些六倍体材料被误判为五倍体. ...

利用流式细胞仪鉴定鸭茅倍性
1
2019

... 流式细胞术(flow cytometry, FCM)通过G1期细胞核DNA含量间接反映材料倍性.取材为任意组织(禾本科以新鲜幼嫩叶片为最佳), 对植株损伤小, 仅需1 cm2叶片, 故在苗期即可实现倍性鉴定.目标组织和参照组织分别经DNA核解离液解离为单细胞悬浮液, 二者等量混合上机检测为内标法(internal reference method), 单独上机检测为外标法(external reference method).外标法更简便, 内标法更准确.由于植物细胞中含有大量的次生代谢物, 导致悬浮液制备的难度增加, 应根据不同种类选择核提取液.例如, 鸭茅为Otto (许蕾等, 2019), 狗牙根(Cynodon dactylon)和高羊茅(F. elata)为Hepes, 二穗短柄草(Brachypodium distachyon)用Tris·MgCl2 (汪艳等, 2015).将荧光染料(如碘化丙啶(propidium iodide))加入细胞悬浮液后可均匀地插入到DNA双链中, 其嵌入量与DNA含量成正比, 通过流式细胞仪检测荧光强度来表征DNA含量.FCM可在数秒内对上万个植物细胞进行DNA含量测定, 从而实现倍性的高通量检测.利用染色体计数与FCM对30份芒属(Miscanthus)植物的鉴定表明, 以染色体压片为参考, FCM完成了对二倍体芒(Miscanthus sinensis, 2n=2x=38)的准确鉴定(刘秀明等, 2014).但对于更高倍性的鉴定FCM可能存在误判.例如, Pagliarini等(2012)以染色体分析为标准评判了FCM鉴定臂形草(Brachiaria brizantha, x=9)倍性的准确性, 某些四倍体材料被误判为五倍体或六倍体, 而某些六倍体材料被误判为五倍体. ...

加拿大披碱草×野大麦三倍体杂种染色体的分子原位杂交鉴定
2
2004

... 人工合成三倍体常由4x/2x或2x/4x产生(Thomas and Chaturvedi, 2008) (图1F, G).例如, 通过秋水仙碱加倍假俭草(Eremochloa ophiuroides, 2n=2x=18)种子形成的4x与2x杂交获得同源三倍体(Schwartz et al., 2013).鸭茅2x/4x获得同源三倍体(钟声, 2006).水稻与小粒野生稻(O. minuta, 2n=4x=48)杂交获得异源三倍体(张智奇等, 1994).精细胞正常发育的二倍体常作为父本, 而四倍体(特别是人工合成四倍体)通常育性降低作母本.例如, 水稻4x/2x杂交结实率(0.42%-1.64%)高于其反交组合(0.20%-0.85%), 倍性间杂交同源三倍体成活率(0.07%)极低, 杂交后借助胚拯救可提升三倍体植株的成活率(0.78%) (黄群策和孙敬三, 1999).在谷子(Setaria italica, 2n= 2x=18) 4x/2x的2 100个杂交后代中得到5株三倍体(发生率为0.24%), 反交未能获得三倍体(王润奇等, 1994).特别地, 当前生产中应用的禾本科三倍体几乎全部源自倍性间杂交(表1).此外, 高粱(Sorghum bicolor, 2n=2x=20)单倍体自交产生的三倍体可能源于减数分裂I期和II期中胞质不分裂产生2x配子与减数分裂I期不分裂、减数分裂II期正常分裂的x配子结合(Erichsen and Ross, 1963); 四倍体种间杂交F1代中1个基因组丢失也可形成三倍体(于卓等, 2004). ...

... 在染色体制备的基础上, 基于特异基因重复序列的荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization, FISH)和基于基因组中同源性重复序列的基因组原位杂交技术(genomic in situ hybridization, GISH)进一步提高了鉴定的分辨率.例如, 野大麦(H. brevisubutum, 2n=4x=28, H1H1H2H2)与加拿大披碱草(Elymus canadensis, 2n=4x=28, SSHcHc)杂交, 通过GISH鉴定某F1为一组Hc染色体组丢失的异源三倍体(2n=3x=21, SH1H2) (于卓等, 2004).利用GISH技术成功鉴定了多年生黑麦草-羊茅(L. perenne-Festuca pratensis, 2n=3x=14Lp+7Fp) (King et al., 1999)、玉米-四倍体多年生大刍草(Z. mays-Z. perennis, 2n=3x=10Zm+20Zp) (Iqbal et al., 2018)及水稻-斑点野生稻(O. sativa-O. punctata, 2n=3x= 12Os+24Op) (Sun et al., 2017)等异源三倍体的基因组构成.同样地, 该法通常用于特异材料倍性鉴定和亲缘关系分析, 鉴定大批量材料过程更显繁琐. ...

一种毛竹胚乳培养的方法
2
2015

... 在二倍体禾本科植物中, 2个极核(n+n)与精细胞(n)融合形成三倍性初级胚乳细胞(primary endosperm cell) (图1B), 随后发育为三倍体胚乳.若胚乳细胞具全能性, 可直接通过组织培养获得三倍体(图1D).据报道, Lampe和Mills于1933年将玉米未成熟胚乳置于含有马铃薯和玉米提取物的培养基中, 观测到胚周围有少量胚乳细胞增殖(Thomas and Chaturvedi, 2008).随后, 在玉米(La Rue, 1949)、多年生黑麦草(Lolium perenne) (Norstog, 1956)和多花黑麦草(L. multiflorum, 2n=2x=14) (Norstog et al., 1969)未成熟胚乳的离体培养中, 获得了可连续增殖的愈伤组织.Johri和Bhojwani (1965)将檀香科植物Exocarpus cupressiformis由成熟胚乳直接分化出三倍体茎芽.Nakano等(1975)从水稻未成熟胚乳中分化出植株, 证实了水稻胚乳细胞的全能性.之后, 在水稻中又重现了这一结果(Bajaj et al., 1980).截至目前, 大麦(孙敬三和朱至清, 1981)、小麦(赵世绪等, 1984)、黑麦(Secale cereale, 2n=2x=14) (赵世绪等, 1984)、小麦-黑麦杂种(王敬驹等, 1982)、高粱(田立忠和徐爱菊, 2000)和毛竹(Phllostachys edulis, 2n=4x=48) (袁金玲等, 2015)等禾本科植物均通过胚乳培养分化出植株. ...

... 胚乳发育阶段是胚乳培养的关键因素, 常用授粉后天数(days after pollination, DAP)来表征.通常以未成熟胚乳作外植体, 如多年生黑麦草在9-10 DAP (Norstog, 1956)、玉米在8-11 DAP (Straus and La Rue, 1954; Tamaoki and Ullstrup, 1958)、水稻在4-7 DAP (Nakano et al., 1975)、小麦在10 DAP (赵世绪等, 1984)以及大麦在8 DAP (Sehgal, 1974); 小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织在14 DAP时诱导频率最佳, 在7 DAP时次之, 而在21 DAP时已不能诱导出愈伤组织(王敬驹等, 1982).以毛竹30-40 DAP的成熟胚乳作为外植体获得成功(袁金玲等, 2015).一般情况下, 成熟胚乳启动细胞分裂在于初始时与胚的联动, 而未成熟胚乳启动细胞分裂与胚是否存在无关(Hoshino et al., 2011).需要特别指出的是, 添加赤霉素等外源激素可以代替胚, 而小麦和黑麦的胚乳在无胚和赤霉素的条件下也可产生愈伤组织并分化成苗(赵世绪等, 1984).培养基、生长调节剂和环境因素对于胚乳三倍体的形成也起着重要作用.例如, 培养基中添加8%的蔗糖有利于小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织诱导(王敬驹等, 1982).添加氮源对于未成熟胚乳的增殖至关重要(Hoshino et al., 2011).在小麦和黑麦胚乳培养时, 添加激动素和2,4-D可提高愈伤组织诱导频率(赵世绪等, 1984).玉米胚乳在暗处培养效果更佳(Straus and La Rue, 1954), 而在黑麦中光照对胚乳的增殖无影响(Norstog et al.,1969).胚乳培养以组织培养为技术基础, 并未成为主流的三倍体合成方式. ...

特异同源三倍体水稻材料SAR-3细胞学研究
2
2002

... 目前, 通过观测小孢子发生在植物中已发现5种2n配子形成机制(Loginova and Silkova, 2017) (图2).减数分裂II期姐妹染色单体分离形成的FDR (first division restitution)型2n配子(图2C)在很大程度上保留了亲本的杂合性, 而减数分裂II期姐妹染色单体不分离形成的SDR (second division restitution)型2n配子(图2D)高度纯合.因此, 在转移亲本杂合性方面FDR型比SDR型更为有利(Younis et al., 2014).Harlan和De Wet (1975)认为所有植物都以某种频率产生2n配子, 但物种间发生频率不同.二倍体水稻(Oryza sativa, 2n=2x=24)多胚苗能自发地产生三倍体(张静等, 2002).在二倍体看麦娘(Alopecurus bulbosus, 2n=2x=14)自然群体中, 二倍体、三倍体与四倍体并存(Sieber and Murray, 1979).在22个二倍体大麦(Hordeum vulgare, 2n=2x=14)品种中, 三倍体植株的发生率为0.01%-0.29% (Sandfaer, 1975).在黄花茅(Anthoxanthum alpinum, 2n=2x=10)中2n配子的发生率为6.3% (Bretagnolle, 2001).对十字花科24个物种60个群体的研究表明, 尽管2n配子先前被认为相对罕见、但普遍发生(通常个体的雄配子2n发生率<2%), 并且在特定个体中较高, 这些极少数产生高频率2n配子的个体可能在多倍体的形成中发挥关键作用(Kreiner et al., 2017).在同一植物中, 雌雄2n配子的发生率也不一致(Ramsey and Schemske, 1998).鸭茅(Dactylis glomerata, 2n=2x=14) 2n雌配子发生率为0.49%, 而2n雄配子发生率为0.98% (Maceira et al.,1992).鉴于2n配子发生率低, 在2x/2x下通过单向有性多倍化(unilateral sexual polyploidization, 2x+x)形成三倍体的频率远高于通过双向有性多倍化(bilateral sexual polyploidization, 2x+2x)形成四倍体的频率.例如, 在黄花茅中2n配子形成三倍体的发生率为0.2%, 但未见四倍体发生(Bretagnolle, 2001). ...

... 以从水稻双胚苗中筛选获得的特异同源三倍体SAR-3作母本与二倍体杂交, 在F1中得到一定比例的二倍体, 其中一定比例的植株可能通过无融合生殖保持性状的稳定(张静等, 2002).Wang等(2019)利用CRISPR-Cas9在籼粳杂交稻中同时敲除PAIR1REC8OSD1MTL四个内源基因, 获得可无融合生殖的克隆F1种子(发生率为0.19%-0.41%), 固定了杂种优势, 但克隆种子结实率(6.2%)比野生型(81.9%)大幅降低.此前已有报道, 具有无融合生殖特性的三倍体摩擦禾其种子结实率为53%-71% (Dewald et al., 1992), 三倍体摩擦禾品种Verl的种子结实率和产量分别为68%和178 kg·hm-2 (Springer et al., 2006).因此, 研究禾谷类作物三倍体无融合生殖育种以克服在二倍体中有性生殖和无融合生殖共存的弊端, 尝试利用禾本科三倍体优异的营养体基础生产克隆种子具有理论价值和实际意义. ...

北京地区芦苇资源状态及其多样性
1
2020

... 由低倍性二倍体到三倍体的成功是否可以在多倍体到三倍体重现? 例如, 在柳枝稷(2n=4x=36) (Costich et al., 2010)和芦苇(Phragmites communis, 2n= 4x=48, 2n=8x=96) (张茜等, 2020)中四倍体和八倍体占据主导地位.若经花药培养(或孤雌生殖)获得二倍体, 继而与四倍体杂交获得三倍体, 人工合成三倍体是否比四倍体、八倍体更具应用价值? ...

异源三倍体水稻原生质体培养及植株再生
1
1994

... 人工合成三倍体常由4x/2x或2x/4x产生(Thomas and Chaturvedi, 2008) (图1F, G).例如, 通过秋水仙碱加倍假俭草(Eremochloa ophiuroides, 2n=2x=18)种子形成的4x与2x杂交获得同源三倍体(Schwartz et al., 2013).鸭茅2x/4x获得同源三倍体(钟声, 2006).水稻与小粒野生稻(O. minuta, 2n=4x=48)杂交获得异源三倍体(张智奇等, 1994).精细胞正常发育的二倍体常作为父本, 而四倍体(特别是人工合成四倍体)通常育性降低作母本.例如, 水稻4x/2x杂交结实率(0.42%-1.64%)高于其反交组合(0.20%-0.85%), 倍性间杂交同源三倍体成活率(0.07%)极低, 杂交后借助胚拯救可提升三倍体植株的成活率(0.78%) (黄群策和孙敬三, 1999).在谷子(Setaria italica, 2n= 2x=18) 4x/2x的2 100个杂交后代中得到5株三倍体(发生率为0.24%), 反交未能获得三倍体(王润奇等, 1994).特别地, 当前生产中应用的禾本科三倍体几乎全部源自倍性间杂交(表1).此外, 高粱(Sorghum bicolor, 2n=2x=20)单倍体自交产生的三倍体可能源于减数分裂I期和II期中胞质不分裂产生2x配子与减数分裂I期不分裂、减数分裂II期正常分裂的x配子结合(Erichsen and Ross, 1963); 四倍体种间杂交F1代中1个基因组丢失也可形成三倍体(于卓等, 2004). ...

小麦、黑麦未成熟胚乳植株的诱导
5
1984

... 在二倍体禾本科植物中, 2个极核(n+n)与精细胞(n)融合形成三倍性初级胚乳细胞(primary endosperm cell) (图1B), 随后发育为三倍体胚乳.若胚乳细胞具全能性, 可直接通过组织培养获得三倍体(图1D).据报道, Lampe和Mills于1933年将玉米未成熟胚乳置于含有马铃薯和玉米提取物的培养基中, 观测到胚周围有少量胚乳细胞增殖(Thomas and Chaturvedi, 2008).随后, 在玉米(La Rue, 1949)、多年生黑麦草(Lolium perenne) (Norstog, 1956)和多花黑麦草(L. multiflorum, 2n=2x=14) (Norstog et al., 1969)未成熟胚乳的离体培养中, 获得了可连续增殖的愈伤组织.Johri和Bhojwani (1965)将檀香科植物Exocarpus cupressiformis由成熟胚乳直接分化出三倍体茎芽.Nakano等(1975)从水稻未成熟胚乳中分化出植株, 证实了水稻胚乳细胞的全能性.之后, 在水稻中又重现了这一结果(Bajaj et al., 1980).截至目前, 大麦(孙敬三和朱至清, 1981)、小麦(赵世绪等, 1984)、黑麦(Secale cereale, 2n=2x=14) (赵世绪等, 1984)、小麦-黑麦杂种(王敬驹等, 1982)、高粱(田立忠和徐爱菊, 2000)和毛竹(Phllostachys edulis, 2n=4x=48) (袁金玲等, 2015)等禾本科植物均通过胚乳培养分化出植株. ...

... =14) (赵世绪等, 1984)、小麦-黑麦杂种(王敬驹等, 1982)、高粱(田立忠和徐爱菊, 2000)和毛竹(Phllostachys edulis, 2n=4x=48) (袁金玲等, 2015)等禾本科植物均通过胚乳培养分化出植株. ...

... 胚乳发育阶段是胚乳培养的关键因素, 常用授粉后天数(days after pollination, DAP)来表征.通常以未成熟胚乳作外植体, 如多年生黑麦草在9-10 DAP (Norstog, 1956)、玉米在8-11 DAP (Straus and La Rue, 1954; Tamaoki and Ullstrup, 1958)、水稻在4-7 DAP (Nakano et al., 1975)、小麦在10 DAP (赵世绪等, 1984)以及大麦在8 DAP (Sehgal, 1974); 小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织在14 DAP时诱导频率最佳, 在7 DAP时次之, 而在21 DAP时已不能诱导出愈伤组织(王敬驹等, 1982).以毛竹30-40 DAP的成熟胚乳作为外植体获得成功(袁金玲等, 2015).一般情况下, 成熟胚乳启动细胞分裂在于初始时与胚的联动, 而未成熟胚乳启动细胞分裂与胚是否存在无关(Hoshino et al., 2011).需要特别指出的是, 添加赤霉素等外源激素可以代替胚, 而小麦和黑麦的胚乳在无胚和赤霉素的条件下也可产生愈伤组织并分化成苗(赵世绪等, 1984).培养基、生长调节剂和环境因素对于胚乳三倍体的形成也起着重要作用.例如, 培养基中添加8%的蔗糖有利于小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织诱导(王敬驹等, 1982).添加氮源对于未成熟胚乳的增殖至关重要(Hoshino et al., 2011).在小麦和黑麦胚乳培养时, 添加激动素和2,4-D可提高愈伤组织诱导频率(赵世绪等, 1984).玉米胚乳在暗处培养效果更佳(Straus and La Rue, 1954), 而在黑麦中光照对胚乳的增殖无影响(Norstog et al.,1969).胚乳培养以组织培养为技术基础, 并未成为主流的三倍体合成方式. ...

... ).需要特别指出的是, 添加赤霉素等外源激素可以代替胚, 而小麦和黑麦的胚乳在无胚和赤霉素的条件下也可产生愈伤组织并分化成苗(赵世绪等, 1984).培养基、生长调节剂和环境因素对于胚乳三倍体的形成也起着重要作用.例如, 培养基中添加8%的蔗糖有利于小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织诱导(王敬驹等, 1982).添加氮源对于未成熟胚乳的增殖至关重要(Hoshino et al., 2011).在小麦和黑麦胚乳培养时, 添加激动素和2,4-D可提高愈伤组织诱导频率(赵世绪等, 1984).玉米胚乳在暗处培养效果更佳(Straus and La Rue, 1954), 而在黑麦中光照对胚乳的增殖无影响(Norstog et al.,1969).胚乳培养以组织培养为技术基础, 并未成为主流的三倍体合成方式. ...

... ).在小麦和黑麦胚乳培养时, 添加激动素和2,4-D可提高愈伤组织诱导频率(赵世绪等, 1984).玉米胚乳在暗处培养效果更佳(Straus and La Rue, 1954), 而在黑麦中光照对胚乳的增殖无影响(Norstog et al.,1969).胚乳培养以组织培养为技术基础, 并未成为主流的三倍体合成方式. ...

鸭茅不同倍性杂交及后代发育特性的初步研究
4
2006

... 人工合成三倍体常由4x/2x或2x/4x产生(Thomas and Chaturvedi, 2008) (图1F, G).例如, 通过秋水仙碱加倍假俭草(Eremochloa ophiuroides, 2n=2x=18)种子形成的4x与2x杂交获得同源三倍体(Schwartz et al., 2013).鸭茅2x/4x获得同源三倍体(钟声, 2006).水稻与小粒野生稻(O. minuta, 2n=4x=48)杂交获得异源三倍体(张智奇等, 1994).精细胞正常发育的二倍体常作为父本, 而四倍体(特别是人工合成四倍体)通常育性降低作母本.例如, 水稻4x/2x杂交结实率(0.42%-1.64%)高于其反交组合(0.20%-0.85%), 倍性间杂交同源三倍体成活率(0.07%)极低, 杂交后借助胚拯救可提升三倍体植株的成活率(0.78%) (黄群策和孙敬三, 1999).在谷子(Setaria italica, 2n= 2x=18) 4x/2x的2 100个杂交后代中得到5株三倍体(发生率为0.24%), 反交未能获得三倍体(王润奇等, 1994).特别地, 当前生产中应用的禾本科三倍体几乎全部源自倍性间杂交(表1).此外, 高粱(Sorghum bicolor, 2n=2x=20)单倍体自交产生的三倍体可能源于减数分裂I期和II期中胞质不分裂产生2x配子与减数分裂I期不分裂、减数分裂II期正常分裂的x配子结合(Erichsen and Ross, 1963); 四倍体种间杂交F1代中1个基因组丢失也可形成三倍体(于卓等, 2004). ...

... 胚、胚乳和源自母本的果皮与种皮共同构成禾本科植物的果实——颖果, 约占世界粮食产量的60% (Keller and Feuillet, 2000).三倍体中3套染色体组致使染色体联会异常(单价体和三价体的形成), 形成的雄配子育性降低或丧失; 雌配子育性降低幅度不及雄配子, 称之为半不育.例如, 玉米(MM)与四倍体多年生大刍草合成的一株具有花粉育性的异源三倍体(3x, MPP), MPP/MM、MM/MPP和MPP/PPPP杂交结实率分别为7.84%、0.56%和0.52%, 三倍体的育性降低, 且其雌配子育性较雄配子高(吕桂华等, 2015).鸭茅三倍体的结实率仅为0.12% (钟声, 2006).通过四倍体多花黑麦草/二倍体羊茅合成的三倍体具有花粉育性, 而反交合成的三倍体花粉不育(Naganowska et al., 2001).可见, 目前三倍体在以子实为收获目标的禾谷类作物上无直接利用价值. ...

... 三倍体通过保留用于生产种子的光合作用能量来促进营养生长, 通常具有更强的营养生长优势(Hoshino et al., 2011).因此, 禾本科三倍体育种在草坪草、能源草和牧草上收获颇丰(表1; 图3A).与二倍体相比, 三倍体的少花或无花特性有利于草坪管理和提升草坪观赏价值.在无融合生殖早熟禾(Poa pratemis)中, 筛选出源于2n配子的抗病三倍体草坪草种质(Pepin and Funk, 1971).三倍体比二倍体海滨雀稗(Seashore paspalum, 2n=2x=20)的叶色更深(Schwartz et al., 2013).通过四倍体普通狗牙根(2n=4x=36)与二倍体非洲狗牙根(C. transvaalensis, 2n=2x=18)杂交育成了Tifway、TifEagle和Tifgreen等知名三倍体狗牙根品种(2n=3x=27), 成为三倍体草坪草育种的杰出典范.三倍体奇岗(M. × miscanthus, 2n=3x=57)具有多年生、C4高光效、低氮需求、较耐低温和高生物量等特性, 是最重要的第二代能源植物, 现已成为能源模式植物(潘志军等, 2017).三倍体鸭茅苗期生长速度快于双亲(钟声, 2006).三倍体热研4号王草第3年丰产期干物质产量比母本象草 (Pennisetum purpureum)增产32.8% (刘国道等, 2012).玉草1号由二倍体玉米与四倍体多年生大刍草杂交而成, 分蘖力强、生物量高且具再生性(任勇等, 2007).当前生产中利用的禾本科三倍体能源草和牧草(表1)大多具有如下特性: (1) 利用异源三倍体的亚种间杂种优势; (2) 多年生高大禾草; (3) 易于无性繁殖.因此, F. apennina (2n=4x=28)与F. pratensis (2n=2x=14)合成的三倍体显示出生物量杂种优势, 但因杂交结实率低, 须提高结实率或采取无性扩繁技术, 否则难以应用(Boller and Kopeck, 2020).高粱属和斑茅(Eriarthus arundinaceus)等高大禾草目前尚无三倍体品种, 可尝试三倍体育种. ...

... 三倍体可作为通往其它倍性水平的桥梁, 即三倍体桥(triploid-bridge) (图3C).在鸭茅三倍体后代中发现了四倍体、五倍体以及混倍体植株(钟声, 2006).三倍体摩擦禾可产生2n雌配子, 通过3x/2x合成了四倍体(Kindiger and Dewald, 1994).以三倍体杂交狼尾草(美洲狼尾草/象草, 2n=3x=21)的幼穗离体培养获得的胚性愈伤组织为材料, 通过秋水仙碱诱导获得六倍体(钟小仙等, 2014).利用秋水仙碱处理象草(2n=4x=28)/珍珠粟(P. glaucum, 2n=2x=14)杂交三倍体幼苗, 体细胞加倍后形成异源六倍体(Campos et al., 2009).用类似的方法获得M. × miscanthus六倍体(Yu et al., 2009; Ghimire et al., 2016).水稻(AA)和高秆野生稻(O. alta, CCDD)杂交形成异源三倍体, 加倍后形成三基异源六倍体(AACCDD) (祝剑峰等, 2008). ...

六倍体杂交狼尾草体细胞突变体特异性分析
1
2014

... 三倍体可作为通往其它倍性水平的桥梁, 即三倍体桥(triploid-bridge) (图3C).在鸭茅三倍体后代中发现了四倍体、五倍体以及混倍体植株(钟声, 2006).三倍体摩擦禾可产生2n雌配子, 通过3x/2x合成了四倍体(Kindiger and Dewald, 1994).以三倍体杂交狼尾草(美洲狼尾草/象草, 2n=3x=21)的幼穗离体培养获得的胚性愈伤组织为材料, 通过秋水仙碱诱导获得六倍体(钟小仙等, 2014).利用秋水仙碱处理象草(2n=4x=28)/珍珠粟(P. glaucum, 2n=2x=14)杂交三倍体幼苗, 体细胞加倍后形成异源六倍体(Campos et al., 2009).用类似的方法获得M. × miscanthus六倍体(Yu et al., 2009; Ghimire et al., 2016).水稻(AA)和高秆野生稻(O. alta, CCDD)杂交形成异源三倍体, 加倍后形成三基异源六倍体(AACCDD) (祝剑峰等, 2008). ...

异源六倍体水稻AACCDD和三倍体水稻ACD生殖特性的细胞胚胎学研究
1
2008

... 三倍体可作为通往其它倍性水平的桥梁, 即三倍体桥(triploid-bridge) (图3C).在鸭茅三倍体后代中发现了四倍体、五倍体以及混倍体植株(钟声, 2006).三倍体摩擦禾可产生2n雌配子, 通过3x/2x合成了四倍体(Kindiger and Dewald, 1994).以三倍体杂交狼尾草(美洲狼尾草/象草, 2n=3x=21)的幼穗离体培养获得的胚性愈伤组织为材料, 通过秋水仙碱诱导获得六倍体(钟小仙等, 2014).利用秋水仙碱处理象草(2n=4x=28)/珍珠粟(P. glaucum, 2n=2x=14)杂交三倍体幼苗, 体细胞加倍后形成异源六倍体(Campos et al., 2009).用类似的方法获得M. × miscanthus六倍体(Yu et al., 2009; Ghimire et al., 2016).水稻(AA)和高秆野生稻(O. alta, CCDD)杂交形成异源三倍体, 加倍后形成三基异源六倍体(AACCDD) (祝剑峰等, 2008). ...

Production of triploid plants from the immature and mature endosperm cultures of rice
1
1980

... 在二倍体禾本科植物中, 2个极核(n+n)与精细胞(n)融合形成三倍性初级胚乳细胞(primary endosperm cell) (图1B), 随后发育为三倍体胚乳.若胚乳细胞具全能性, 可直接通过组织培养获得三倍体(图1D).据报道, Lampe和Mills于1933年将玉米未成熟胚乳置于含有马铃薯和玉米提取物的培养基中, 观测到胚周围有少量胚乳细胞增殖(Thomas and Chaturvedi, 2008).随后, 在玉米(La Rue, 1949)、多年生黑麦草(Lolium perenne) (Norstog, 1956)和多花黑麦草(L. multiflorum, 2n=2x=14) (Norstog et al., 1969)未成熟胚乳的离体培养中, 获得了可连续增殖的愈伤组织.Johri和Bhojwani (1965)将檀香科植物Exocarpus cupressiformis由成熟胚乳直接分化出三倍体茎芽.Nakano等(1975)从水稻未成熟胚乳中分化出植株, 证实了水稻胚乳细胞的全能性.之后, 在水稻中又重现了这一结果(Bajaj et al., 1980).截至目前, 大麦(孙敬三和朱至清, 1981)、小麦(赵世绪等, 1984)、黑麦(Secale cereale, 2n=2x=14) (赵世绪等, 1984)、小麦-黑麦杂种(王敬驹等, 1982)、高粱(田立忠和徐爱菊, 2000)和毛竹(Phllostachys edulis, 2n=4x=48) (袁金玲等, 2015)等禾本科植物均通过胚乳培养分化出植株. ...

Postmeiotic restitution in 2 n-egg formation of diploid potato
2
1998

... (A) 与体细胞相比正常配子的染色体数目减半; (B) 通过胞质融合或多核体形成的四倍体花粉母细胞产生PRD型2n配子, 如鸭茅(Falistocco et al., 1995); (C) 在减数分裂I期同源染色体无配对和分裂形成的FDR型2n配子将保留除重组片段外的所有亲本基因, 如雀稗(Filho et al., 2014)和多年生黑麦草(Chen et al., 1997); (D) 在减数分裂II期因分裂缺失形成的SDR型2n配子将保留除重组片段外比正常配子多1套染色体副本的2n配子, 如多年生黑麦草(Chen et al., 1997); (E) 在减数分裂I期部分染色体以姐妹染色单体分离, 其余以二价体分离, 随后在减数分裂II期分裂缺失形成IMR型2n配子, 如百合(Lim et al., 2001); (F) 减数分裂正常而进入配子体发育阶段时基因组加倍形成PMD型2n配子, 如马铃薯(Bastiaanssen et al., 1998) ...

... (A) Chromosome numbers of normal gametes are halved compared with somatic cells; (B) PRD (pre-meiotic doubling) gametes are obtained as a result of the tetraploid pollen mother cells formed by cytomixis or syncytium, e.g., Dactylis glomerata (Falistocco et al., 1995); (C) In the FDR (first division restitution) type, pairing and division of homoeologous chromosomes do not occur during meiosis I, and the FDR 2n gametes maintain all of their parental genes except cross-over fragments, e.g., Paspalum jesuiticum (Filho et al., 2014) and Lolium perenne (Chen et al., 1997); (D) SDR (second division restitution) gametes with two copies of non-recombinant chromosomes are the result of the second division omission or cytokinesis abnormalities after normal anaphase II, e.g., L. perenne (Chen et al., 1997); (E) IMR (indeterminate meiotic restitution) gametes were discovered in Lilium longiflorum × Asiatic hybrid (Lim et al., 2001), in which some chromosomes are separated as univalents during meiosis I whereas the others are separated as bivalents, and subsequently the second division omission occurs during meiosis II; (F) PMD (post-meiotic doubling) gametes occurs due to the genome doubling of haploid spores during microgametogenesis, e.g., Solanum tuberosum (Bastiaanssen et al., 1998) ...

Gamete fusion is required to block multiple pollen tubes from entering an Arabidopsis ovule
1
2012

... 近几年, 研究证实多精受精三倍体在水稻(Oryza sativa)和拟南芥中可以发生.Toda等(2016)Toda和Okamoto (2016)使用处在泛素启动子控制下表达组蛋白H2B-GFP的精细胞作为观测对象, 利用水稻体外受精体系, 连续2次电融合, 成功合成了水稻多精合子; 2种多精受精途径(2个精核先后与卵核融合、2个精核融合后再与卵核融合)均被观测到(图1H); 多精合子的双极纺锤体行为正常, 当分化为原胚后经组织培养形成三倍体植株.Nakel等(2017)构建了高通量多精受精检测工具HIPOD, 该工具由mGAL4- VP16/pUAS25构成.花粉亲本1包含RPS5a启动子控制下的异源转录因子mGAL4-VP16, 但不含除草剂抗性的bar基因; 花粉亲本2仅包含bar基因, 无转录激活子, bar基因处于沉默状态.由单一花粉亲本产生的幼苗对除草剂敏感并在除草剂处理后死亡, 仅由花粉亲本1和2共存产生的2种构建体的植株才能避免除草剂的危害.拟南芥胚珠中偶尔会存在2个花粉管进入的现象, 这为多精受精创造了可能(Beale et al., 2012).通过1个卵细胞与2个精细胞完成多精受精, 只需一步即可形成含有3个亲本的异源三倍体(Nakel et al., 2017).多精合子发生的概率极低, 在拟南芥中发生率为0.012% (Nakel et al., 2017), 这导致多精受精鉴定和利用困难.从演化和育种的角度看, 植物多精受精诱导多倍体的意义在于3个遗传上不同基因组的一步融合. ...

Triploid forage grass hybrids Festuca apennina × F. pratensis display extraordinary heterosis for yield characteristics
1
2020

... 三倍体通过保留用于生产种子的光合作用能量来促进营养生长, 通常具有更强的营养生长优势(Hoshino et al., 2011).因此, 禾本科三倍体育种在草坪草、能源草和牧草上收获颇丰(表1; 图3A).与二倍体相比, 三倍体的少花或无花特性有利于草坪管理和提升草坪观赏价值.在无融合生殖早熟禾(Poa pratemis)中, 筛选出源于2n配子的抗病三倍体草坪草种质(Pepin and Funk, 1971).三倍体比二倍体海滨雀稗(Seashore paspalum, 2n=2x=20)的叶色更深(Schwartz et al., 2013).通过四倍体普通狗牙根(2n=4x=36)与二倍体非洲狗牙根(C. transvaalensis, 2n=2x=18)杂交育成了Tifway、TifEagle和Tifgreen等知名三倍体狗牙根品种(2n=3x=27), 成为三倍体草坪草育种的杰出典范.三倍体奇岗(M. × miscanthus, 2n=3x=57)具有多年生、C4高光效、低氮需求、较耐低温和高生物量等特性, 是最重要的第二代能源植物, 现已成为能源模式植物(潘志军等, 2017).三倍体鸭茅苗期生长速度快于双亲(钟声, 2006).三倍体热研4号王草第3年丰产期干物质产量比母本象草 (Pennisetum purpureum)增产32.8% (刘国道等, 2012).玉草1号由二倍体玉米与四倍体多年生大刍草杂交而成, 分蘖力强、生物量高且具再生性(任勇等, 2007).当前生产中利用的禾本科三倍体能源草和牧草(表1)大多具有如下特性: (1) 利用异源三倍体的亚种间杂种优势; (2) 多年生高大禾草; (3) 易于无性繁殖.因此, F. apennina (2n=4x=28)与F. pratensis (2n=2x=14)合成的三倍体显示出生物量杂种优势, 但因杂交结实率低, 须提高结实率或采取无性扩繁技术, 否则难以应用(Boller and Kopeck, 2020).高粱属和斑茅(Eriarthus arundinaceus)等高大禾草目前尚无三倍体品种, 可尝试三倍体育种. ...

Pollen production and spontaneous polyploidization in diploid populations of Anthoxanthum alpinum
2
2001

... 目前, 通过观测小孢子发生在植物中已发现5种2n配子形成机制(Loginova and Silkova, 2017) (图2).减数分裂II期姐妹染色单体分离形成的FDR (first division restitution)型2n配子(图2C)在很大程度上保留了亲本的杂合性, 而减数分裂II期姐妹染色单体不分离形成的SDR (second division restitution)型2n配子(图2D)高度纯合.因此, 在转移亲本杂合性方面FDR型比SDR型更为有利(Younis et al., 2014).Harlan和De Wet (1975)认为所有植物都以某种频率产生2n配子, 但物种间发生频率不同.二倍体水稻(Oryza sativa, 2n=2x=24)多胚苗能自发地产生三倍体(张静等, 2002).在二倍体看麦娘(Alopecurus bulbosus, 2n=2x=14)自然群体中, 二倍体、三倍体与四倍体并存(Sieber and Murray, 1979).在22个二倍体大麦(Hordeum vulgare, 2n=2x=14)品种中, 三倍体植株的发生率为0.01%-0.29% (Sandfaer, 1975).在黄花茅(Anthoxanthum alpinum, 2n=2x=10)中2n配子的发生率为6.3% (Bretagnolle, 2001).对十字花科24个物种60个群体的研究表明, 尽管2n配子先前被认为相对罕见、但普遍发生(通常个体的雄配子2n发生率<2%), 并且在特定个体中较高, 这些极少数产生高频率2n配子的个体可能在多倍体的形成中发挥关键作用(Kreiner et al., 2017).在同一植物中, 雌雄2n配子的发生率也不一致(Ramsey and Schemske, 1998).鸭茅(Dactylis glomerata, 2n=2x=14) 2n雌配子发生率为0.49%, 而2n雄配子发生率为0.98% (Maceira et al.,1992).鉴于2n配子发生率低, 在2x/2x下通过单向有性多倍化(unilateral sexual polyploidization, 2x+x)形成三倍体的频率远高于通过双向有性多倍化(bilateral sexual polyploidization, 2x+2x)形成四倍体的频率.例如, 在黄花茅中2n配子形成三倍体的发生率为0.2%, 但未见四倍体发生(Bretagnolle, 2001). ...

... 配子形成三倍体的发生率为0.2%, 但未见四倍体发生(Bretagnolle, 2001). ...

Unreduced gamete formation in plants: mechanisms and prospects
1
2011

... 实践中, 2n配子可通过环境调控、化学诱导、种间杂种和减数分裂突变体获得.2n配子的发生主要受遗传控制, 但暴露于低温或高温、热冲击和高辐射下可诱导或刺激2n配子形成(Younis et al., 2014).例如, 蔷薇属(Rosa)植物花芽暴露于36°C高温下可提高2n雄配子的发生率(Pécrix et al., 2011).在禾本科中采用环境调控诱导2n配子发生尚未见报道.N2O在诱导鸭茅(Van Santen et al., 1991)、玉米(Zea mays, 2n=2x=20) (Kato and Birchler, 2006)、小麦(Triticum aestivum, 2n=6x=42)及大麦(Dvorak et al., 1973)的2n配子上取得成功.向玉米雄穗喷洒氟乐灵可诱导2n花粉并获得同源三倍体(Kato, 1999).种间或属间杂种是产生2n配子的重要途径, 其频率高于祖先物种(Ramsey and Schemske, 1998).Mason等(2011)分析了3种芸薹属(Brassica)物种及其F1杂种的2n雄配子发生率, 发现5个甘蓝型油菜(B. napus, 2n=4x=38)品系的发生率(0%-0.11%, 平均值为0.03%)较低, 而甘蓝型油菜的11种F1杂种的发生率(0.17%-3.29%, 平均值为1.55%)较高.可见, 种间杂种较亲本基因组2n配子的发生率提高.Zeng等(2020)发现在兰花(Cymbidium ssp.)传统品种中2n雄配子发生率为0.15%-1.0%, 而种间杂种为2.5%-4.03%; 同时作者认为可能由于无性繁殖植物存在可替代的繁殖途径, 2n配子的形成频率相对更高.减数分裂活跃基因的突变可能导致纺锤体形成异常或胞质分裂受阻而形成2n配子, 如拟南芥(Arabidopsis thaliana, 2n= 2x=10)中的cyca1;2/tam (SDR型)、osd1 (SDR型)和Atps1 (FDR型)突变体(Brownfield and K?hler, 2011). ...

In vitro induction of hexaploid plants from triploid hybrids of Pennisetum purpureum and Pennisetum glaucum
1
2009

... 三倍体可作为通往其它倍性水平的桥梁, 即三倍体桥(triploid-bridge) (图3C).在鸭茅三倍体后代中发现了四倍体、五倍体以及混倍体植株(钟声, 2006).三倍体摩擦禾可产生2n雌配子, 通过3x/2x合成了四倍体(Kindiger and Dewald, 1994).以三倍体杂交狼尾草(美洲狼尾草/象草, 2n=3x=21)的幼穗离体培养获得的胚性愈伤组织为材料, 通过秋水仙碱诱导获得六倍体(钟小仙等, 2014).利用秋水仙碱处理象草(2n=4x=28)/珍珠粟(P. glaucum, 2n=2x=14)杂交三倍体幼苗, 体细胞加倍后形成异源六倍体(Campos et al., 2009).用类似的方法获得M. × miscanthus六倍体(Yu et al., 2009; Ghimire et al., 2016).水稻(AA)和高秆野生稻(O. alta, CCDD)杂交形成异源三倍体, 加倍后形成三基异源六倍体(AACCDD) (祝剑峰等, 2008). ...

Registration of ‘DALSA 0605’ St. Augustinegrass
1
2015

... 对于有直接利用价值的三倍体, 可通过组培、诱变和转基因等技术进一步改良(图3B).MS-Supreme源于Tifgreen的自然突变, 与Tifgreen相比其叶片和茎节节间缩小、变短(Krans et al., 1999).在Tifgreen的自然突变中还选育出Tifdwarf和FloraDwarf等矮生品种; TifwayII、TifSport和TifEagle则由相应三倍体亲本经γ辐射诱变而成(Kamps et al., 2011).利用体细胞无性系变异育种技术在TifEagle的愈伤组织中长时间连续继代培养能有效诱导体细胞变异(如矮化突变体); 以0.3 mol·L-1 NaCl为选择压筛选出耐盐细胞系(Lu et al., 2007).以美洲狼尾草(Pennisetum americana)/ 四倍体象草合成的三倍体F1种子为诱变材料, 经γ辐射获得优异变异株闽牧6号(陈钟佃等, 2012).华南1号杂交狼尾草由三倍体杂交狼尾草芽变而来(陈平等, 2004).三倍体也可以直接作为亲本利用.在偏序钝叶草(Stenotaphrum secundatum, 2n=2x=18)的3x/ 2x杂交后代中经胚拯救选育出抗灰斑病(由稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)引起)和耐旱草坪草新品种(Chandra et al., 2015).奇岗天然后代群体中16个数量性状出现了丰富的变异(变异系数为14.41%- 151.85%), 在后代中筛选出3份材料, 其生物量优于奇岗(潘志军等, 2017).通过三倍体狼尾草与摩特矮象草杂交选育出中国南方地区广泛种植的三倍体多年生牧草桂牧1号(罗宗志等, 2016).宁牧26-2狼尾草也是由三倍体后代衍生而来(顾洪如等, 1992).三倍体转基因品系可通过2种策略获得.(1) 直接以三倍体为受体, 导入目的基因构建转基因品系, 如三倍体狗牙根Tifeagle (Hu et al., 2005).(2) 对于愈伤组织形成与再分化率低的三倍体, 首先需要寻找愈伤组织再分化优良的二倍体或四倍体作为转基因桥梁, 然后通过基因枪或农杆菌转化等方法导入目的基因, 最后通过倍性间杂交构建转基因三倍体, 如芒(2n=2x=38) (Wang et al., 2011).近年来, 基因编辑技术的发展为定向改良三倍体提供了新的育种方案. ...

RFLP detection of 2 n pollen formation by first and second division restitution in perennial ryegrass
5
1997

... (A) 与体细胞相比正常配子的染色体数目减半; (B) 通过胞质融合或多核体形成的四倍体花粉母细胞产生PRD型2n配子, 如鸭茅(Falistocco et al., 1995); (C) 在减数分裂I期同源染色体无配对和分裂形成的FDR型2n配子将保留除重组片段外的所有亲本基因, 如雀稗(Filho et al., 2014)和多年生黑麦草(Chen et al., 1997); (D) 在减数分裂II期因分裂缺失形成的SDR型2n配子将保留除重组片段外比正常配子多1套染色体副本的2n配子, 如多年生黑麦草(Chen et al., 1997); (E) 在减数分裂I期部分染色体以姐妹染色单体分离, 其余以二价体分离, 随后在减数分裂II期分裂缺失形成IMR型2n配子, 如百合(Lim et al., 2001); (F) 减数分裂正常而进入配子体发育阶段时基因组加倍形成PMD型2n配子, 如马铃薯(Bastiaanssen et al., 1998) ...

... 配子, 如多年生黑麦草(Chen et al., 1997); (E) 在减数分裂I期部分染色体以姐妹染色单体分离, 其余以二价体分离, 随后在减数分裂II期分裂缺失形成IMR型2n配子, 如百合(Lim et al., 2001); (F) 减数分裂正常而进入配子体发育阶段时基因组加倍形成PMD型2n配子, 如马铃薯(Bastiaanssen et al., 1998) ...

... (A) Chromosome numbers of normal gametes are halved compared with somatic cells; (B) PRD (pre-meiotic doubling) gametes are obtained as a result of the tetraploid pollen mother cells formed by cytomixis or syncytium, e.g., Dactylis glomerata (Falistocco et al., 1995); (C) In the FDR (first division restitution) type, pairing and division of homoeologous chromosomes do not occur during meiosis I, and the FDR 2n gametes maintain all of their parental genes except cross-over fragments, e.g., Paspalum jesuiticum (Filho et al., 2014) and Lolium perenne (Chen et al., 1997); (D) SDR (second division restitution) gametes with two copies of non-recombinant chromosomes are the result of the second division omission or cytokinesis abnormalities after normal anaphase II, e.g., L. perenne (Chen et al., 1997); (E) IMR (indeterminate meiotic restitution) gametes were discovered in Lilium longiflorum × Asiatic hybrid (Lim et al., 2001), in which some chromosomes are separated as univalents during meiosis I whereas the others are separated as bivalents, and subsequently the second division omission occurs during meiosis II; (F) PMD (post-meiotic doubling) gametes occurs due to the genome doubling of haploid spores during microgametogenesis, e.g., Solanum tuberosum (Bastiaanssen et al., 1998) ...

... (Chen et al., 1997); (E) IMR (indeterminate meiotic restitution) gametes were discovered in Lilium longiflorum × Asiatic hybrid (Lim et al., 2001), in which some chromosomes are separated as univalents during meiosis I whereas the others are separated as bivalents, and subsequently the second division omission occurs during meiosis II; (F) PMD (post-meiotic doubling) gametes occurs due to the genome doubling of haploid spores during microgametogenesis, e.g., Solanum tuberosum (Bastiaanssen et al., 1998) ...

... 分子标记技术通过在单个位点寻找不同的等位基因区分三倍体和二倍体.若2n配子亲本与n配子亲本在某个位点的基因型分别为Aa和aa, 后代出现2个等位基因, 需结合植株表型、染色体分析或FCM完成三倍体的准确鉴定.若该位点2n配子亲本的等位基因杂合且与n配子亲本的等位基因不同, 在后代中该检测位点有3个等位基因时, 可直接鉴定该后代为三倍体; 当出现源自双亲的2个等位基因时只能表示二者杂交成功, 必须再结合植株表型、染色体分析或FCM确定该后代是否为三倍体.Chen等(1997)利用RFLP鉴定了多年生黑麦草中2n雄配子的发生.Lamote等(2002)利用AFLP确定了多年生黑麦草可产生2n雌配子.Mutlu等(2020)利用SRAP和SSR对狗牙根倍性间杂交(4x/2x)后代的双亲真实性进行了鉴定. ...

Genome-size variation in switchgrass ( Panicum virgatum): flow cytometry and cytology reveal rampant aneuploidy
1
2010

... 由低倍性二倍体到三倍体的成功是否可以在多倍体到三倍体重现? 例如, 在柳枝稷(2n=4x=36) (Costich et al., 2010)和芦苇(Phragmites communis, 2n= 4x=48, 2n=8x=96) (张茜等, 2020)中四倍体和八倍体占据主导地位.若经花药培养(或孤雌生殖)获得二倍体, 继而与四倍体杂交获得三倍体, 人工合成三倍体是否比四倍体、八倍体更具应用价值? ...

Volume-based pollen size analysis: an advanced method to assess somatic and gametophytic ploidy in flowering plants
1
2013

... 近年来, 基于库尔特原理的体积粒度分析(volume-based particle size analysis)可以完成花粉粒个体的三维测量, 根据三维体积计算花粉直径; 相比于花粉粒的二维测量, 将直径和横截面积作为花粉粒大小的参数能更准确地鉴定倍性(De Storme et al., 2013).花粉鉴定需要以植株开花为前提, 鉴定周期长、工作量大, 且易受环境影响.此外, 多数特征(如生育期延迟、育性降低)也并非三倍体独有, 在其它高倍性多倍体中也同样存在.根据形态特征鉴定植株倍性, 其结果可靠性低.因此, 形态学特征通常只作为三倍体的附属特征而非鉴定标准, 确定倍性时需结合其它方法. ...

Differentiating diploid and triploid individuals using single nucleotide polymorphisms genotyped by amplicon sequencing
1
2019

... 由于存在无效等位基因、杂交后DNA序列消除和同源重组等情况, 在利用分子标记检测倍性时必须同时使用多个分子标记.此方法要求选择1组具有较高等位基因多样性的分子标记, 通过筛选的引物显现后代中等位基因的配置, 故在遗传多样性较低的物种中难以实现.利用分子标记可实现苗期检测, 但实验过程比FCM复杂.如何开发新的分子标记直接或间接地表征倍性以加速三倍体选育进程成为亟待解决的问题.近年来, 随着测序成本降低和技术进步, 利用二代测序数据推测三倍体已有文献报道.例如, 通过扩增子测序鉴定鱼类三倍体(Delomas, 2019). ...

Registration of four fertile triploid germplasm lines of eastern gamagrass
1
1992

... 以从水稻双胚苗中筛选获得的特异同源三倍体SAR-3作母本与二倍体杂交, 在F1中得到一定比例的二倍体, 其中一定比例的植株可能通过无融合生殖保持性状的稳定(张静等, 2002).Wang等(2019)利用CRISPR-Cas9在籼粳杂交稻中同时敲除PAIR1REC8OSD1MTL四个内源基因, 获得可无融合生殖的克隆F1种子(发生率为0.19%-0.41%), 固定了杂种优势, 但克隆种子结实率(6.2%)比野生型(81.9%)大幅降低.此前已有报道, 具有无融合生殖特性的三倍体摩擦禾其种子结实率为53%-71% (Dewald et al., 1992), 三倍体摩擦禾品种Verl的种子结实率和产量分别为68%和178 kg·hm-2 (Springer et al., 2006).因此, 研究禾谷类作物三倍体无融合生殖育种以克服在二倍体中有性生殖和无融合生殖共存的弊端, 尝试利用禾本科三倍体优异的营养体基础生产克隆种子具有理论价值和实际意义. ...

FERONIA controls pectin- and nitric oxide-mediated male-female interaction
1
2020

... 卵细胞融合2个精细胞(n+n+n)形成三倍体合子(图1H), 称多精受精(polyspermy).多精受精发生困难.为了阻止多精融合的风险, 动物通过多精障碍(polyspermy block)确保合子的二倍性: (1) 单精合子在精卵质膜融合阶段通过卵膜周围电位立即触发的正向移位或通过Ca2+依赖性皮质颗粒的胞吐作用在受精卵周围形成1个受精膜以阻止多余的精细胞入卵; (2) 生理多精(physiological polyspermy)在多精卵子中仅选择性融合1个精核, 剩余的精核退化或消失; (3) 多精合子致死或早期胚胎致死, 在动物中源自多个精子的额外中心体可产生多个微管组织中心(microtubule-organizing centers, MOCs), MOCs将引发异常的核分裂和细胞分裂, 导致合子或胚胎早期致死(Nakel et al., 2017).被子植物拟南芥则通过FERONIA受体激酶确保合子的二倍性, 防止多余花粉管到达胚囊; 胚珠通过助细胞中的丝状器分泌诱导蛋白AtLURE1s吸引花粉管进入胚珠, 当1个花粉管穿过胚珠珠孔端的其中1个助细胞时, 丝状器上FERONIA受体激酶表达, 并与丝状器中去甲酯化果胶结合进而诱导产生NO; NO对AtLURE1s进行亚硝基化修饰后抑制AtLURE1s的分泌并造成其失活, 抑制其与受体的相互作用, 使其对后来花粉管的吸引能力急剧下降, 从而避免多管现象(polytubey), 最终阻止多精受精(Duan et al., 2020).由于植物细胞缺乏中心体, 并且不将它们用作核分裂过程中染色体分离的纺锤体; 一旦多余花粉管到达胚珠, 在被子植物中形成的多精合子可能不会死亡.多精受精的鉴定困难, 利用传统的根尖压片技术无法区分三倍体由何种途径(n+n+n或2n+n)产生.因此, 有关兰花(Hagerup, 1947)、玉米(Rhoades, 1936)、高粱(Erichsen and Ross, 1963)和小麦(Suarez et al., 1992)的多精受精现象一直停留在理论推测, 缺乏直接的生物学证据. ...

The use of nitrous oxide for producing eupolyploids and aneuploids in wheat and barley
1
1973

... 实践中, 2n配子可通过环境调控、化学诱导、种间杂种和减数分裂突变体获得.2n配子的发生主要受遗传控制, 但暴露于低温或高温、热冲击和高辐射下可诱导或刺激2n配子形成(Younis et al., 2014).例如, 蔷薇属(Rosa)植物花芽暴露于36°C高温下可提高2n雄配子的发生率(Pécrix et al., 2011).在禾本科中采用环境调控诱导2n配子发生尚未见报道.N2O在诱导鸭茅(Van Santen et al., 1991)、玉米(Zea mays, 2n=2x=20) (Kato and Birchler, 2006)、小麦(Triticum aestivum, 2n=6x=42)及大麦(Dvorak et al., 1973)的2n配子上取得成功.向玉米雄穗喷洒氟乐灵可诱导2n花粉并获得同源三倍体(Kato, 1999).种间或属间杂种是产生2n配子的重要途径, 其频率高于祖先物种(Ramsey and Schemske, 1998).Mason等(2011)分析了3种芸薹属(Brassica)物种及其F1杂种的2n雄配子发生率, 发现5个甘蓝型油菜(B. napus, 2n=4x=38)品系的发生率(0%-0.11%, 平均值为0.03%)较低, 而甘蓝型油菜的11种F1杂种的发生率(0.17%-3.29%, 平均值为1.55%)较高.可见, 种间杂种较亲本基因组2n配子的发生率提高.Zeng等(2020)发现在兰花(Cymbidium ssp.)传统品种中2n雄配子发生率为0.15%-1.0%, 而种间杂种为2.5%-4.03%; 同时作者认为可能由于无性繁殖植物存在可替代的繁殖途径, 2n配子的形成频率相对更高.减数分裂活跃基因的突变可能导致纺锤体形成异常或胞质分裂受阻而形成2n配子, 如拟南芥(Arabidopsis thaliana, 2n= 2x=10)中的cyca1;2/tam (SDR型)、osd1 (SDR型)和Atps1 (FDR型)突变体(Brownfield and K?hler, 2011). ...

A triploid derived from a selfed haploid Sorghum plant
2
1963

... 人工合成三倍体常由4x/2x或2x/4x产生(Thomas and Chaturvedi, 2008) (图1F, G).例如, 通过秋水仙碱加倍假俭草(Eremochloa ophiuroides, 2n=2x=18)种子形成的4x与2x杂交获得同源三倍体(Schwartz et al., 2013).鸭茅2x/4x获得同源三倍体(钟声, 2006).水稻与小粒野生稻(O. minuta, 2n=4x=48)杂交获得异源三倍体(张智奇等, 1994).精细胞正常发育的二倍体常作为父本, 而四倍体(特别是人工合成四倍体)通常育性降低作母本.例如, 水稻4x/2x杂交结实率(0.42%-1.64%)高于其反交组合(0.20%-0.85%), 倍性间杂交同源三倍体成活率(0.07%)极低, 杂交后借助胚拯救可提升三倍体植株的成活率(0.78%) (黄群策和孙敬三, 1999).在谷子(Setaria italica, 2n= 2x=18) 4x/2x的2 100个杂交后代中得到5株三倍体(发生率为0.24%), 反交未能获得三倍体(王润奇等, 1994).特别地, 当前生产中应用的禾本科三倍体几乎全部源自倍性间杂交(表1).此外, 高粱(Sorghum bicolor, 2n=2x=20)单倍体自交产生的三倍体可能源于减数分裂I期和II期中胞质不分裂产生2x配子与减数分裂I期不分裂、减数分裂II期正常分裂的x配子结合(Erichsen and Ross, 1963); 四倍体种间杂交F1代中1个基因组丢失也可形成三倍体(于卓等, 2004). ...

... 卵细胞融合2个精细胞(n+n+n)形成三倍体合子(图1H), 称多精受精(polyspermy).多精受精发生困难.为了阻止多精融合的风险, 动物通过多精障碍(polyspermy block)确保合子的二倍性: (1) 单精合子在精卵质膜融合阶段通过卵膜周围电位立即触发的正向移位或通过Ca2+依赖性皮质颗粒的胞吐作用在受精卵周围形成1个受精膜以阻止多余的精细胞入卵; (2) 生理多精(physiological polyspermy)在多精卵子中仅选择性融合1个精核, 剩余的精核退化或消失; (3) 多精合子致死或早期胚胎致死, 在动物中源自多个精子的额外中心体可产生多个微管组织中心(microtubule-organizing centers, MOCs), MOCs将引发异常的核分裂和细胞分裂, 导致合子或胚胎早期致死(Nakel et al., 2017).被子植物拟南芥则通过FERONIA受体激酶确保合子的二倍性, 防止多余花粉管到达胚囊; 胚珠通过助细胞中的丝状器分泌诱导蛋白AtLURE1s吸引花粉管进入胚珠, 当1个花粉管穿过胚珠珠孔端的其中1个助细胞时, 丝状器上FERONIA受体激酶表达, 并与丝状器中去甲酯化果胶结合进而诱导产生NO; NO对AtLURE1s进行亚硝基化修饰后抑制AtLURE1s的分泌并造成其失活, 抑制其与受体的相互作用, 使其对后来花粉管的吸引能力急剧下降, 从而避免多管现象(polytubey), 最终阻止多精受精(Duan et al., 2020).由于植物细胞缺乏中心体, 并且不将它们用作核分裂过程中染色体分离的纺锤体; 一旦多余花粉管到达胚珠, 在被子植物中形成的多精合子可能不会死亡.多精受精的鉴定困难, 利用传统的根尖压片技术无法区分三倍体由何种途径(n+n+n或2n+n)产生.因此, 有关兰花(Hagerup, 1947)、玉米(Rhoades, 1936)、高粱(Erichsen and Ross, 1963)和小麦(Suarez et al., 1992)的多精受精现象一直停留在理论推测, 缺乏直接的生物学证据. ...

Cytomixis in pollen mother cells of diploid Dactylis, one of the origins of 2n gametes
2
1995

... (A) 与体细胞相比正常配子的染色体数目减半; (B) 通过胞质融合或多核体形成的四倍体花粉母细胞产生PRD型2n配子, 如鸭茅(Falistocco et al., 1995); (C) 在减数分裂I期同源染色体无配对和分裂形成的FDR型2n配子将保留除重组片段外的所有亲本基因, 如雀稗(Filho et al., 2014)和多年生黑麦草(Chen et al., 1997); (D) 在减数分裂II期因分裂缺失形成的SDR型2n配子将保留除重组片段外比正常配子多1套染色体副本的2n配子, 如多年生黑麦草(Chen et al., 1997); (E) 在减数分裂I期部分染色体以姐妹染色单体分离, 其余以二价体分离, 随后在减数分裂II期分裂缺失形成IMR型2n配子, 如百合(Lim et al., 2001); (F) 减数分裂正常而进入配子体发育阶段时基因组加倍形成PMD型2n配子, 如马铃薯(Bastiaanssen et al., 1998) ...

... (A) Chromosome numbers of normal gametes are halved compared with somatic cells; (B) PRD (pre-meiotic doubling) gametes are obtained as a result of the tetraploid pollen mother cells formed by cytomixis or syncytium, e.g., Dactylis glomerata (Falistocco et al., 1995); (C) In the FDR (first division restitution) type, pairing and division of homoeologous chromosomes do not occur during meiosis I, and the FDR 2n gametes maintain all of their parental genes except cross-over fragments, e.g., Paspalum jesuiticum (Filho et al., 2014) and Lolium perenne (Chen et al., 1997); (D) SDR (second division restitution) gametes with two copies of non-recombinant chromosomes are the result of the second division omission or cytokinesis abnormalities after normal anaphase II, e.g., L. perenne (Chen et al., 1997); (E) IMR (indeterminate meiotic restitution) gametes were discovered in Lilium longiflorum × Asiatic hybrid (Lim et al., 2001), in which some chromosomes are separated as univalents during meiosis I whereas the others are separated as bivalents, and subsequently the second division omission occurs during meiosis II; (F) PMD (post-meiotic doubling) gametes occurs due to the genome doubling of haploid spores during microgametogenesis, e.g., Solanum tuberosum (Bastiaanssen et al., 1998) ...

Complete asynapsis resulting in 2n pollen formation in Paspalum jesuiticum Parodi (Poaceae)
2
2014

... (A) 与体细胞相比正常配子的染色体数目减半; (B) 通过胞质融合或多核体形成的四倍体花粉母细胞产生PRD型2n配子, 如鸭茅(Falistocco et al., 1995); (C) 在减数分裂I期同源染色体无配对和分裂形成的FDR型2n配子将保留除重组片段外的所有亲本基因, 如雀稗(Filho et al., 2014)和多年生黑麦草(Chen et al., 1997); (D) 在减数分裂II期因分裂缺失形成的SDR型2n配子将保留除重组片段外比正常配子多1套染色体副本的2n配子, 如多年生黑麦草(Chen et al., 1997); (E) 在减数分裂I期部分染色体以姐妹染色单体分离, 其余以二价体分离, 随后在减数分裂II期分裂缺失形成IMR型2n配子, 如百合(Lim et al., 2001); (F) 减数分裂正常而进入配子体发育阶段时基因组加倍形成PMD型2n配子, 如马铃薯(Bastiaanssen et al., 1998) ...

... (A) Chromosome numbers of normal gametes are halved compared with somatic cells; (B) PRD (pre-meiotic doubling) gametes are obtained as a result of the tetraploid pollen mother cells formed by cytomixis or syncytium, e.g., Dactylis glomerata (Falistocco et al., 1995); (C) In the FDR (first division restitution) type, pairing and division of homoeologous chromosomes do not occur during meiosis I, and the FDR 2n gametes maintain all of their parental genes except cross-over fragments, e.g., Paspalum jesuiticum (Filho et al., 2014) and Lolium perenne (Chen et al., 1997); (D) SDR (second division restitution) gametes with two copies of non-recombinant chromosomes are the result of the second division omission or cytokinesis abnormalities after normal anaphase II, e.g., L. perenne (Chen et al., 1997); (E) IMR (indeterminate meiotic restitution) gametes were discovered in Lilium longiflorum × Asiatic hybrid (Lim et al., 2001), in which some chromosomes are separated as univalents during meiosis I whereas the others are separated as bivalents, and subsequently the second division omission occurs during meiosis II; (F) PMD (post-meiotic doubling) gametes occurs due to the genome doubling of haploid spores during microgametogenesis, e.g., Solanum tuberosum (Bastiaanssen et al., 1998) ...

Heritable alteration of DNA methylation induced by whole-chromosome aneuploidy in wheat
1
2016

... 三倍体也是通往非整倍体的常用桥梁(图3E).对三倍体谷子授以二倍体花粉, 在杂交后代中获得全套三体(王润奇等, 1994).在异源三倍体水稻(AAE)/水稻的杂交后代中, BC1染色体数目变幅为28-31, BC2染色体数目变幅为24-28, 在BC2F2中获得8个附加系(2n=20Os+1Oa) (Multani et al., 1994).在高粱(Hanna and Schertz, 1971)、粳稻(O. sativa subsp. geng) (Iwata and Omura, 1975)和籼稻(O. sativa subsp. xian) (程祝宽等, 1996)等重要禾本科作物中均有通过3x/2x构建的全套初级三体.胚乳组织常表现出有丝分裂不规则, 导致染色体桥和落后染色体进而形成非整倍体(Thomas and Chaturvedi, 2008), 如黑麦草胚乳(Norstog et al., 1969).多花黑麦草4x/2x合成的三倍体与二倍体黑麦草杂交, 后代非整倍体占比为70.89% (56/79); 当以三倍体作父本时, 后代整倍体占比高达87.69% (741/845); 差异源于三倍体作父本时整倍体花粉有选择优势而非整倍体花粉失活(Thomas et al., 1988).随着分子标记和测序技术的发展, 利用非整倍体进行基因定位和构建连锁图谱已无优势.在拟南芥非整倍体自交后代中的整倍体个体, 某些性状的表现与非整倍体母本保持一致(Henry et al., 2010).Gao等(2016)证实了非整倍化在新生多倍体的基因组演化中具有重要作用, 非整倍体小麦的DNA甲基化水平和模式可以稳定地被整倍体后代继承, 这表明非整倍体可以为育种创造表观遗传变异. ...

Assessment of morphological and phytochemical attributes in triploid and hexaploid plants of the bioenergy crop Miscanthus × giganteus
1
2016

... 三倍体可作为通往其它倍性水平的桥梁, 即三倍体桥(triploid-bridge) (图3C).在鸭茅三倍体后代中发现了四倍体、五倍体以及混倍体植株(钟声, 2006).三倍体摩擦禾可产生2n雌配子, 通过3x/2x合成了四倍体(Kindiger and Dewald, 1994).以三倍体杂交狼尾草(美洲狼尾草/象草, 2n=3x=21)的幼穗离体培养获得的胚性愈伤组织为材料, 通过秋水仙碱诱导获得六倍体(钟小仙等, 2014).利用秋水仙碱处理象草(2n=4x=28)/珍珠粟(P. glaucum, 2n=2x=14)杂交三倍体幼苗, 体细胞加倍后形成异源六倍体(Campos et al., 2009).用类似的方法获得M. × miscanthus六倍体(Yu et al., 2009; Ghimire et al., 2016).水稻(AA)和高秆野生稻(O. alta, CCDD)杂交形成异源三倍体, 加倍后形成三基异源六倍体(AACCDD) (祝剑峰等, 2008). ...

The spontaneous formation of haploid, polyploid, and aneuploid embryos in some orchids
1
1947

... 卵细胞融合2个精细胞(n+n+n)形成三倍体合子(图1H), 称多精受精(polyspermy).多精受精发生困难.为了阻止多精融合的风险, 动物通过多精障碍(polyspermy block)确保合子的二倍性: (1) 单精合子在精卵质膜融合阶段通过卵膜周围电位立即触发的正向移位或通过Ca2+依赖性皮质颗粒的胞吐作用在受精卵周围形成1个受精膜以阻止多余的精细胞入卵; (2) 生理多精(physiological polyspermy)在多精卵子中仅选择性融合1个精核, 剩余的精核退化或消失; (3) 多精合子致死或早期胚胎致死, 在动物中源自多个精子的额外中心体可产生多个微管组织中心(microtubule-organizing centers, MOCs), MOCs将引发异常的核分裂和细胞分裂, 导致合子或胚胎早期致死(Nakel et al., 2017).被子植物拟南芥则通过FERONIA受体激酶确保合子的二倍性, 防止多余花粉管到达胚囊; 胚珠通过助细胞中的丝状器分泌诱导蛋白AtLURE1s吸引花粉管进入胚珠, 当1个花粉管穿过胚珠珠孔端的其中1个助细胞时, 丝状器上FERONIA受体激酶表达, 并与丝状器中去甲酯化果胶结合进而诱导产生NO; NO对AtLURE1s进行亚硝基化修饰后抑制AtLURE1s的分泌并造成其失活, 抑制其与受体的相互作用, 使其对后来花粉管的吸引能力急剧下降, 从而避免多管现象(polytubey), 最终阻止多精受精(Duan et al., 2020).由于植物细胞缺乏中心体, 并且不将它们用作核分裂过程中染色体分离的纺锤体; 一旦多余花粉管到达胚珠, 在被子植物中形成的多精合子可能不会死亡.多精受精的鉴定困难, 利用传统的根尖压片技术无法区分三倍体由何种途径(n+n+n或2n+n)产生.因此, 有关兰花(Hagerup, 1947)、玉米(Rhoades, 1936)、高粱(Erichsen and Ross, 1963)和小麦(Suarez et al., 1992)的多精受精现象一直停留在理论推测, 缺乏直接的生物学证据. ...

Trisome identification in Sorghum bicolor( L.) Moench by observing progeny of triploid × translocation stocks
1
1971

... 三倍体也是通往非整倍体的常用桥梁(图3E).对三倍体谷子授以二倍体花粉, 在杂交后代中获得全套三体(王润奇等, 1994).在异源三倍体水稻(AAE)/水稻的杂交后代中, BC1染色体数目变幅为28-31, BC2染色体数目变幅为24-28, 在BC2F2中获得8个附加系(2n=20Os+1Oa) (Multani et al., 1994).在高粱(Hanna and Schertz, 1971)、粳稻(O. sativa subsp. geng) (Iwata and Omura, 1975)和籼稻(O. sativa subsp. xian) (程祝宽等, 1996)等重要禾本科作物中均有通过3x/2x构建的全套初级三体.胚乳组织常表现出有丝分裂不规则, 导致染色体桥和落后染色体进而形成非整倍体(Thomas and Chaturvedi, 2008), 如黑麦草胚乳(Norstog et al., 1969).多花黑麦草4x/2x合成的三倍体与二倍体黑麦草杂交, 后代非整倍体占比为70.89% (56/79); 当以三倍体作父本时, 后代整倍体占比高达87.69% (741/845); 差异源于三倍体作父本时整倍体花粉有选择优势而非整倍体花粉失活(Thomas et al., 1988).随着分子标记和测序技术的发展, 利用非整倍体进行基因定位和构建连锁图谱已无优势.在拟南芥非整倍体自交后代中的整倍体个体, 某些性状的表现与非整倍体母本保持一致(Henry et al., 2010).Gao等(2016)证实了非整倍化在新生多倍体的基因组演化中具有重要作用, 非整倍体小麦的DNA甲基化水平和模式可以稳定地被整倍体后代继承, 这表明非整倍体可以为育种创造表观遗传变异. ...

On ?. Winge and a prayer: the origins of polyploidy
0
1975

Phenotypic consequences of aneuploidy in Arabidopsis thaliana
1
2010

... 三倍体也是通往非整倍体的常用桥梁(图3E).对三倍体谷子授以二倍体花粉, 在杂交后代中获得全套三体(王润奇等, 1994).在异源三倍体水稻(AAE)/水稻的杂交后代中, BC1染色体数目变幅为28-31, BC2染色体数目变幅为24-28, 在BC2F2中获得8个附加系(2n=20Os+1Oa) (Multani et al., 1994).在高粱(Hanna and Schertz, 1971)、粳稻(O. sativa subsp. geng) (Iwata and Omura, 1975)和籼稻(O. sativa subsp. xian) (程祝宽等, 1996)等重要禾本科作物中均有通过3x/2x构建的全套初级三体.胚乳组织常表现出有丝分裂不规则, 导致染色体桥和落后染色体进而形成非整倍体(Thomas and Chaturvedi, 2008), 如黑麦草胚乳(Norstog et al., 1969).多花黑麦草4x/2x合成的三倍体与二倍体黑麦草杂交, 后代非整倍体占比为70.89% (56/79); 当以三倍体作父本时, 后代整倍体占比高达87.69% (741/845); 差异源于三倍体作父本时整倍体花粉有选择优势而非整倍体花粉失活(Thomas et al., 1988).随着分子标记和测序技术的发展, 利用非整倍体进行基因定位和构建连锁图谱已无优势.在拟南芥非整倍体自交后代中的整倍体个体, 某些性状的表现与非整倍体母本保持一致(Henry et al., 2010).Gao等(2016)证实了非整倍化在新生多倍体的基因组演化中具有重要作用, 非整倍体小麦的DNA甲基化水平和模式可以稳定地被整倍体后代继承, 这表明非整倍体可以为育种创造表观遗传变异. ...

In vitro culture of endosperm and its application in plant breeding: approaches to polyploidy breeding
3
2011

... 胚乳发育阶段是胚乳培养的关键因素, 常用授粉后天数(days after pollination, DAP)来表征.通常以未成熟胚乳作外植体, 如多年生黑麦草在9-10 DAP (Norstog, 1956)、玉米在8-11 DAP (Straus and La Rue, 1954; Tamaoki and Ullstrup, 1958)、水稻在4-7 DAP (Nakano et al., 1975)、小麦在10 DAP (赵世绪等, 1984)以及大麦在8 DAP (Sehgal, 1974); 小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织在14 DAP时诱导频率最佳, 在7 DAP时次之, 而在21 DAP时已不能诱导出愈伤组织(王敬驹等, 1982).以毛竹30-40 DAP的成熟胚乳作为外植体获得成功(袁金玲等, 2015).一般情况下, 成熟胚乳启动细胞分裂在于初始时与胚的联动, 而未成熟胚乳启动细胞分裂与胚是否存在无关(Hoshino et al., 2011).需要特别指出的是, 添加赤霉素等外源激素可以代替胚, 而小麦和黑麦的胚乳在无胚和赤霉素的条件下也可产生愈伤组织并分化成苗(赵世绪等, 1984).培养基、生长调节剂和环境因素对于胚乳三倍体的形成也起着重要作用.例如, 培养基中添加8%的蔗糖有利于小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织诱导(王敬驹等, 1982).添加氮源对于未成熟胚乳的增殖至关重要(Hoshino et al., 2011).在小麦和黑麦胚乳培养时, 添加激动素和2,4-D可提高愈伤组织诱导频率(赵世绪等, 1984).玉米胚乳在暗处培养效果更佳(Straus and La Rue, 1954), 而在黑麦中光照对胚乳的增殖无影响(Norstog et al.,1969).胚乳培养以组织培养为技术基础, 并未成为主流的三倍体合成方式. ...

... ).添加氮源对于未成熟胚乳的增殖至关重要(Hoshino et al., 2011).在小麦和黑麦胚乳培养时, 添加激动素和2,4-D可提高愈伤组织诱导频率(赵世绪等, 1984).玉米胚乳在暗处培养效果更佳(Straus and La Rue, 1954), 而在黑麦中光照对胚乳的增殖无影响(Norstog et al.,1969).胚乳培养以组织培养为技术基础, 并未成为主流的三倍体合成方式. ...

... 三倍体通过保留用于生产种子的光合作用能量来促进营养生长, 通常具有更强的营养生长优势(Hoshino et al., 2011).因此, 禾本科三倍体育种在草坪草、能源草和牧草上收获颇丰(表1; 图3A).与二倍体相比, 三倍体的少花或无花特性有利于草坪管理和提升草坪观赏价值.在无融合生殖早熟禾(Poa pratemis)中, 筛选出源于2n配子的抗病三倍体草坪草种质(Pepin and Funk, 1971).三倍体比二倍体海滨雀稗(Seashore paspalum, 2n=2x=20)的叶色更深(Schwartz et al., 2013).通过四倍体普通狗牙根(2n=4x=36)与二倍体非洲狗牙根(C. transvaalensis, 2n=2x=18)杂交育成了Tifway、TifEagle和Tifgreen等知名三倍体狗牙根品种(2n=3x=27), 成为三倍体草坪草育种的杰出典范.三倍体奇岗(M. × miscanthus, 2n=3x=57)具有多年生、C4高光效、低氮需求、较耐低温和高生物量等特性, 是最重要的第二代能源植物, 现已成为能源模式植物(潘志军等, 2017).三倍体鸭茅苗期生长速度快于双亲(钟声, 2006).三倍体热研4号王草第3年丰产期干物质产量比母本象草 (Pennisetum purpureum)增产32.8% (刘国道等, 2012).玉草1号由二倍体玉米与四倍体多年生大刍草杂交而成, 分蘖力强、生物量高且具再生性(任勇等, 2007).当前生产中利用的禾本科三倍体能源草和牧草(表1)大多具有如下特性: (1) 利用异源三倍体的亚种间杂种优势; (2) 多年生高大禾草; (3) 易于无性繁殖.因此, F. apennina (2n=4x=28)与F. pratensis (2n=2x=14)合成的三倍体显示出生物量杂种优势, 但因杂交结实率低, 须提高结实率或采取无性扩繁技术, 否则难以应用(Boller and Kopeck, 2020).高粱属和斑茅(Eriarthus arundinaceus)等高大禾草目前尚无三倍体品种, 可尝试三倍体育种. ...

Agrobacterium-mediated transformed transgenic triploid bermudagrass ( Cynodon dactylon × C. transvaalensis) plants are highly resistant to the glufosinate herbicide liberty
1
2005

... 对于有直接利用价值的三倍体, 可通过组培、诱变和转基因等技术进一步改良(图3B).MS-Supreme源于Tifgreen的自然突变, 与Tifgreen相比其叶片和茎节节间缩小、变短(Krans et al., 1999).在Tifgreen的自然突变中还选育出Tifdwarf和FloraDwarf等矮生品种; TifwayII、TifSport和TifEagle则由相应三倍体亲本经γ辐射诱变而成(Kamps et al., 2011).利用体细胞无性系变异育种技术在TifEagle的愈伤组织中长时间连续继代培养能有效诱导体细胞变异(如矮化突变体); 以0.3 mol·L-1 NaCl为选择压筛选出耐盐细胞系(Lu et al., 2007).以美洲狼尾草(Pennisetum americana)/ 四倍体象草合成的三倍体F1种子为诱变材料, 经γ辐射获得优异变异株闽牧6号(陈钟佃等, 2012).华南1号杂交狼尾草由三倍体杂交狼尾草芽变而来(陈平等, 2004).三倍体也可以直接作为亲本利用.在偏序钝叶草(Stenotaphrum secundatum, 2n=2x=18)的3x/ 2x杂交后代中经胚拯救选育出抗灰斑病(由稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)引起)和耐旱草坪草新品种(Chandra et al., 2015).奇岗天然后代群体中16个数量性状出现了丰富的变异(变异系数为14.41%- 151.85%), 在后代中筛选出3份材料, 其生物量优于奇岗(潘志军等, 2017).通过三倍体狼尾草与摩特矮象草杂交选育出中国南方地区广泛种植的三倍体多年生牧草桂牧1号(罗宗志等, 2016).宁牧26-2狼尾草也是由三倍体后代衍生而来(顾洪如等, 1992).三倍体转基因品系可通过2种策略获得.(1) 直接以三倍体为受体, 导入目的基因构建转基因品系, 如三倍体狗牙根Tifeagle (Hu et al., 2005).(2) 对于愈伤组织形成与再分化率低的三倍体, 首先需要寻找愈伤组织再分化优良的二倍体或四倍体作为转基因桥梁, 然后通过基因枪或农杆菌转化等方法导入目的基因, 最后通过倍性间杂交构建转基因三倍体, 如芒(2n=2x=38) (Wang et al., 2011).近年来, 基因编辑技术的发展为定向改良三倍体提供了新的育种方案. ...

Mysterious meiotic behavior of autopolyploid and allopolyploid maize
1
2018

... 在染色体制备的基础上, 基于特异基因重复序列的荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization, FISH)和基于基因组中同源性重复序列的基因组原位杂交技术(genomic in situ hybridization, GISH)进一步提高了鉴定的分辨率.例如, 野大麦(H. brevisubutum, 2n=4x=28, H1H1H2H2)与加拿大披碱草(Elymus canadensis, 2n=4x=28, SSHcHc)杂交, 通过GISH鉴定某F1为一组Hc染色体组丢失的异源三倍体(2n=3x=21, SH1H2) (于卓等, 2004).利用GISH技术成功鉴定了多年生黑麦草-羊茅(L. perenne-Festuca pratensis, 2n=3x=14Lp+7Fp) (King et al., 1999)、玉米-四倍体多年生大刍草(Z. mays-Z. perennis, 2n=3x=10Zm+20Zp) (Iqbal et al., 2018)及水稻-斑点野生稻(O. sativa-O. punctata, 2n=3x= 12Os+24Op) (Sun et al., 2017)等异源三倍体的基因组构成.同样地, 该法通常用于特异材料倍性鉴定和亲缘关系分析, 鉴定大批量材料过程更显繁琐. ...

Studies on the trisomics in rice plants (Oryza sativa L.): III. Relation between trisomics and genetic linkage groups
1
1975

... 三倍体也是通往非整倍体的常用桥梁(图3E).对三倍体谷子授以二倍体花粉, 在杂交后代中获得全套三体(王润奇等, 1994).在异源三倍体水稻(AAE)/水稻的杂交后代中, BC1染色体数目变幅为28-31, BC2染色体数目变幅为24-28, 在BC2F2中获得8个附加系(2n=20Os+1Oa) (Multani et al., 1994).在高粱(Hanna and Schertz, 1971)、粳稻(O. sativa subsp. geng) (Iwata and Omura, 1975)和籼稻(O. sativa subsp. xian) (程祝宽等, 1996)等重要禾本科作物中均有通过3x/2x构建的全套初级三体.胚乳组织常表现出有丝分裂不规则, 导致染色体桥和落后染色体进而形成非整倍体(Thomas and Chaturvedi, 2008), 如黑麦草胚乳(Norstog et al., 1969).多花黑麦草4x/2x合成的三倍体与二倍体黑麦草杂交, 后代非整倍体占比为70.89% (56/79); 当以三倍体作父本时, 后代整倍体占比高达87.69% (741/845); 差异源于三倍体作父本时整倍体花粉有选择优势而非整倍体花粉失活(Thomas et al., 1988).随着分子标记和测序技术的发展, 利用非整倍体进行基因定位和构建连锁图谱已无优势.在拟南芥非整倍体自交后代中的整倍体个体, 某些性状的表现与非整倍体母本保持一致(Henry et al., 2010).Gao等(2016)证实了非整倍化在新生多倍体的基因组演化中具有重要作用, 非整倍体小麦的DNA甲基化水平和模式可以稳定地被整倍体后代继承, 这表明非整倍体可以为育种创造表观遗传变异. ...

A statistical mixture model for estimating the proportion of unreduced pollen grains in perennial ryegrass (Lolium perenne L.) via the size of pollen grains
1
1993

... 在通过形态鉴定体细胞或配子体倍性的实践中, 花粉粒大小(花粉直径)是常用参数.例如, 燕麦属(Arena)花粉粒大小与植株倍性呈极显著正相关(r=0.86, P< 0.01) (Katsiotis and Forsberg, 1995).在大麦(Johansen and Vonbothmer, 1994)、看麦娘属(Alepecurus)和沿沟草属(Catabrosa) (Sheidai et al., 2009)中也有相似的结果.然而, 多年生黑麦草花粉粒大小不受体细胞倍性的影响(Jansen and Dennijs, 1993).垂穗草(Bouteloua curtipendula, 2n=2x=20)在六倍体以内花粉粒大小及其变异系数随着倍性的增加而增加, 当超过六倍体后2个参数不再随倍性变化(Kapadia and Gould, 1964).在4个大麦属(Hordeum)物种中, 已露出小花外的花粉粒, 其花粉直径大于未露出小花的花粉粒; 花粉粒大小随着倍性水平的增加而增加(2x、4x和6x) (Johansen and Von Bothmer, 1994).因此, 通过花粉鉴定植株倍性应当注意物种间差异并统一花粉发育时期.无芒雀麦(Bromus inermis, x=7)的花粉粒大小在各倍性(4x、6x和8x)之间存在重叠, 通过气孔长度鉴定倍性优于气孔频率与花粉粒大小(Tan and Dunn, 1973).与通过花粉粒性状鉴定倍性相似, 通过气孔性状鉴定倍性的效果也因物种而异. ...

Pollen size in Hordeum L.: correlation between size, ploidy level, and breeding system
2
1994

... 在通过形态鉴定体细胞或配子体倍性的实践中, 花粉粒大小(花粉直径)是常用参数.例如, 燕麦属(Arena)花粉粒大小与植株倍性呈极显著正相关(r=0.86, P< 0.01) (Katsiotis and Forsberg, 1995).在大麦(Johansen and Vonbothmer, 1994)、看麦娘属(Alepecurus)和沿沟草属(Catabrosa) (Sheidai et al., 2009)中也有相似的结果.然而, 多年生黑麦草花粉粒大小不受体细胞倍性的影响(Jansen and Dennijs, 1993).垂穗草(Bouteloua curtipendula, 2n=2x=20)在六倍体以内花粉粒大小及其变异系数随着倍性的增加而增加, 当超过六倍体后2个参数不再随倍性变化(Kapadia and Gould, 1964).在4个大麦属(Hordeum)物种中, 已露出小花外的花粉粒, 其花粉直径大于未露出小花的花粉粒; 花粉粒大小随着倍性水平的增加而增加(2x、4x和6x) (Johansen and Von Bothmer, 1994).因此, 通过花粉鉴定植株倍性应当注意物种间差异并统一花粉发育时期.无芒雀麦(Bromus inermis, x=7)的花粉粒大小在各倍性(4x、6x和8x)之间存在重叠, 通过气孔长度鉴定倍性优于气孔频率与花粉粒大小(Tan and Dunn, 1973).与通过花粉粒性状鉴定倍性相似, 通过气孔性状鉴定倍性的效果也因物种而异. ...

... ) (Johansen and Von Bothmer, 1994).因此, 通过花粉鉴定植株倍性应当注意物种间差异并统一花粉发育时期.无芒雀麦(Bromus inermis, x=7)的花粉粒大小在各倍性(4x、6x和8x)之间存在重叠, 通过气孔长度鉴定倍性优于气孔频率与花粉粒大小(Tan and Dunn, 1973).与通过花粉粒性状鉴定倍性相似, 通过气孔性状鉴定倍性的效果也因物种而异. ...

Growth responses of mature endosperm in cultures
1
1965

... 在二倍体禾本科植物中, 2个极核(n+n)与精细胞(n)融合形成三倍性初级胚乳细胞(primary endosperm cell) (图1B), 随后发育为三倍体胚乳.若胚乳细胞具全能性, 可直接通过组织培养获得三倍体(图1D).据报道, Lampe和Mills于1933年将玉米未成熟胚乳置于含有马铃薯和玉米提取物的培养基中, 观测到胚周围有少量胚乳细胞增殖(Thomas and Chaturvedi, 2008).随后, 在玉米(La Rue, 1949)、多年生黑麦草(Lolium perenne) (Norstog, 1956)和多花黑麦草(L. multiflorum, 2n=2x=14) (Norstog et al., 1969)未成熟胚乳的离体培养中, 获得了可连续增殖的愈伤组织.Johri和Bhojwani (1965)将檀香科植物Exocarpus cupressiformis由成熟胚乳直接分化出三倍体茎芽.Nakano等(1975)从水稻未成熟胚乳中分化出植株, 证实了水稻胚乳细胞的全能性.之后, 在水稻中又重现了这一结果(Bajaj et al., 1980).截至目前, 大麦(孙敬三和朱至清, 1981)、小麦(赵世绪等, 1984)、黑麦(Secale cereale, 2n=2x=14) (赵世绪等, 1984)、小麦-黑麦杂种(王敬驹等, 1982)、高粱(田立忠和徐爱菊, 2000)和毛竹(Phllostachys edulis, 2n=4x=48) (袁金玲等, 2015)等禾本科植物均通过胚乳培养分化出植株. ...

DNA polymorphisms at bermudagrass microsatellite loci and their use in genotype fingerprinting
2
2011

... Triploidy cultivars in Poaceae
Table 1
母本 父本 品种名 用途 参考文献
狗牙根(Cynodon dactylon)
2n=4x=36
非洲狗牙根(C. transvaalensis)
2n=2x=18
Tifway、TifwayII、Midiron、TifEagle、Tifgreen、Tifdwarf、MS-Supreme、MS-Express、TifSport和Champion (2n=3x=27) 草坪草 Kamps et al., 2011
荻(Miscanthus sacchariflorus)
2n=4x=76
芒(M. sinensis)
2n=2x=38
Illinois和Freedom (2n=3x=57) 能源作物 Perera et al., 2015
玉米(Zea mays)
2n=2x=20
四倍体大刍草(Z. perennis)
2n=4x=40
玉草1号(2n=3x=30) 饲用作物 勇等, 2007
指状摩擦禾(Tripsacum dactyloides)
2n=2x=36
指状摩擦禾(T. dactyloides)
2n=4x=72
Verl (2n=3x=54) 饲用作物 Springer et al., 2006
薏苡(Coix lacryma-jobi)
2n=2x=20
水生薏苡(C. aquatica)
2n=4x=40
丰牧88 (2n=3x=30) 饲用作物 孙福艾, 2017
象草(Pennisetum purpureum)
2n=4x=28
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
热研4号(2n=3x=21) 饲用作物 刘国道等, 2012
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
象草(P. purpureum)
2n=4x=28
闽牧6号和华南1号(2n=3x=21) 饲用作物 陈平等, 2004;
陈钟佃等, 2012
1.3 多精受精 卵细胞融合2个精细胞(n+n+n)形成三倍体合子(图1H), 称多精受精(polyspermy).多精受精发生困难.为了阻止多精融合的风险, 动物通过多精障碍(polyspermy block)确保合子的二倍性: (1) 单精合子在精卵质膜融合阶段通过卵膜周围电位立即触发的正向移位或通过Ca2+依赖性皮质颗粒的胞吐作用在受精卵周围形成1个受精膜以阻止多余的精细胞入卵; (2) 生理多精(physiological polyspermy)在多精卵子中仅选择性融合1个精核, 剩余的精核退化或消失; (3) 多精合子致死或早期胚胎致死, 在动物中源自多个精子的额外中心体可产生多个微管组织中心(microtubule-organizing centers, MOCs), MOCs将引发异常的核分裂和细胞分裂, 导致合子或胚胎早期致死(Nakel et al., 2017).被子植物拟南芥则通过FERONIA受体激酶确保合子的二倍性, 防止多余花粉管到达胚囊; 胚珠通过助细胞中的丝状器分泌诱导蛋白AtLURE1s吸引花粉管进入胚珠, 当1个花粉管穿过胚珠珠孔端的其中1个助细胞时, 丝状器上FERONIA受体激酶表达, 并与丝状器中去甲酯化果胶结合进而诱导产生NO; NO对AtLURE1s进行亚硝基化修饰后抑制AtLURE1s的分泌并造成其失活, 抑制其与受体的相互作用, 使其对后来花粉管的吸引能力急剧下降, 从而避免多管现象(polytubey), 最终阻止多精受精(Duan et al., 2020).由于植物细胞缺乏中心体, 并且不将它们用作核分裂过程中染色体分离的纺锤体; 一旦多余花粉管到达胚珠, 在被子植物中形成的多精合子可能不会死亡.多精受精的鉴定困难, 利用传统的根尖压片技术无法区分三倍体由何种途径(n+n+n或2n+n)产生.因此, 有关兰花(Hagerup, 1947)、玉米(Rhoades, 1936)、高粱(Erichsen and Ross, 1963)和小麦(Suarez et al., 1992)的多精受精现象一直停留在理论推测, 缺乏直接的生物学证据. ...

... 对于有直接利用价值的三倍体, 可通过组培、诱变和转基因等技术进一步改良(图3B).MS-Supreme源于Tifgreen的自然突变, 与Tifgreen相比其叶片和茎节节间缩小、变短(Krans et al., 1999).在Tifgreen的自然突变中还选育出Tifdwarf和FloraDwarf等矮生品种; TifwayII、TifSport和TifEagle则由相应三倍体亲本经γ辐射诱变而成(Kamps et al., 2011).利用体细胞无性系变异育种技术在TifEagle的愈伤组织中长时间连续继代培养能有效诱导体细胞变异(如矮化突变体); 以0.3 mol·L-1 NaCl为选择压筛选出耐盐细胞系(Lu et al., 2007).以美洲狼尾草(Pennisetum americana)/ 四倍体象草合成的三倍体F1种子为诱变材料, 经γ辐射获得优异变异株闽牧6号(陈钟佃等, 2012).华南1号杂交狼尾草由三倍体杂交狼尾草芽变而来(陈平等, 2004).三倍体也可以直接作为亲本利用.在偏序钝叶草(Stenotaphrum secundatum, 2n=2x=18)的3x/ 2x杂交后代中经胚拯救选育出抗灰斑病(由稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)引起)和耐旱草坪草新品种(Chandra et al., 2015).奇岗天然后代群体中16个数量性状出现了丰富的变异(变异系数为14.41%- 151.85%), 在后代中筛选出3份材料, 其生物量优于奇岗(潘志军等, 2017).通过三倍体狼尾草与摩特矮象草杂交选育出中国南方地区广泛种植的三倍体多年生牧草桂牧1号(罗宗志等, 2016).宁牧26-2狼尾草也是由三倍体后代衍生而来(顾洪如等, 1992).三倍体转基因品系可通过2种策略获得.(1) 直接以三倍体为受体, 导入目的基因构建转基因品系, 如三倍体狗牙根Tifeagle (Hu et al., 2005).(2) 对于愈伤组织形成与再分化率低的三倍体, 首先需要寻找愈伤组织再分化优良的二倍体或四倍体作为转基因桥梁, 然后通过基因枪或农杆菌转化等方法导入目的基因, 最后通过倍性间杂交构建转基因三倍体, 如芒(2n=2x=38) (Wang et al., 2011).近年来, 基因编辑技术的发展为定向改良三倍体提供了新的育种方案. ...

Biosystematic studies in the Bouteloua curtipendula complex. III. Pollen size as related to chromosome numbers
1
1964

... 在通过形态鉴定体细胞或配子体倍性的实践中, 花粉粒大小(花粉直径)是常用参数.例如, 燕麦属(Arena)花粉粒大小与植株倍性呈极显著正相关(r=0.86, P< 0.01) (Katsiotis and Forsberg, 1995).在大麦(Johansen and Vonbothmer, 1994)、看麦娘属(Alepecurus)和沿沟草属(Catabrosa) (Sheidai et al., 2009)中也有相似的结果.然而, 多年生黑麦草花粉粒大小不受体细胞倍性的影响(Jansen and Dennijs, 1993).垂穗草(Bouteloua curtipendula, 2n=2x=20)在六倍体以内花粉粒大小及其变异系数随着倍性的增加而增加, 当超过六倍体后2个参数不再随倍性变化(Kapadia and Gould, 1964).在4个大麦属(Hordeum)物种中, 已露出小花外的花粉粒, 其花粉直径大于未露出小花的花粉粒; 花粉粒大小随着倍性水平的增加而增加(2x、4x和6x) (Johansen and Von Bothmer, 1994).因此, 通过花粉鉴定植株倍性应当注意物种间差异并统一花粉发育时期.无芒雀麦(Bromus inermis, x=7)的花粉粒大小在各倍性(4x、6x和8x)之间存在重叠, 通过气孔长度鉴定倍性优于气孔频率与花粉粒大小(Tan and Dunn, 1973).与通过花粉粒性状鉴定倍性相似, 通过气孔性状鉴定倍性的效果也因物种而异. ...

Induction of bicellular pollen by trifluralin treatment and occurrence of triploids and aneuploids after fertilization in maize
1
1999

... 实践中, 2n配子可通过环境调控、化学诱导、种间杂种和减数分裂突变体获得.2n配子的发生主要受遗传控制, 但暴露于低温或高温、热冲击和高辐射下可诱导或刺激2n配子形成(Younis et al., 2014).例如, 蔷薇属(Rosa)植物花芽暴露于36°C高温下可提高2n雄配子的发生率(Pécrix et al., 2011).在禾本科中采用环境调控诱导2n配子发生尚未见报道.N2O在诱导鸭茅(Van Santen et al., 1991)、玉米(Zea mays, 2n=2x=20) (Kato and Birchler, 2006)、小麦(Triticum aestivum, 2n=6x=42)及大麦(Dvorak et al., 1973)的2n配子上取得成功.向玉米雄穗喷洒氟乐灵可诱导2n花粉并获得同源三倍体(Kato, 1999).种间或属间杂种是产生2n配子的重要途径, 其频率高于祖先物种(Ramsey and Schemske, 1998).Mason等(2011)分析了3种芸薹属(Brassica)物种及其F1杂种的2n雄配子发生率, 发现5个甘蓝型油菜(B. napus, 2n=4x=38)品系的发生率(0%-0.11%, 平均值为0.03%)较低, 而甘蓝型油菜的11种F1杂种的发生率(0.17%-3.29%, 平均值为1.55%)较高.可见, 种间杂种较亲本基因组2n配子的发生率提高.Zeng等(2020)发现在兰花(Cymbidium ssp.)传统品种中2n雄配子发生率为0.15%-1.0%, 而种间杂种为2.5%-4.03%; 同时作者认为可能由于无性繁殖植物存在可替代的繁殖途径, 2n配子的形成频率相对更高.减数分裂活跃基因的突变可能导致纺锤体形成异常或胞质分裂受阻而形成2n配子, 如拟南芥(Arabidopsis thaliana, 2n= 2x=10)中的cyca1;2/tam (SDR型)、osd1 (SDR型)和Atps1 (FDR型)突变体(Brownfield and K?hler, 2011). ...

Induction of tetraploid derivatives of maize inbred lines by nitrous oxide gas treatment
1
2006

... 实践中, 2n配子可通过环境调控、化学诱导、种间杂种和减数分裂突变体获得.2n配子的发生主要受遗传控制, 但暴露于低温或高温、热冲击和高辐射下可诱导或刺激2n配子形成(Younis et al., 2014).例如, 蔷薇属(Rosa)植物花芽暴露于36°C高温下可提高2n雄配子的发生率(Pécrix et al., 2011).在禾本科中采用环境调控诱导2n配子发生尚未见报道.N2O在诱导鸭茅(Van Santen et al., 1991)、玉米(Zea mays, 2n=2x=20) (Kato and Birchler, 2006)、小麦(Triticum aestivum, 2n=6x=42)及大麦(Dvorak et al., 1973)的2n配子上取得成功.向玉米雄穗喷洒氟乐灵可诱导2n花粉并获得同源三倍体(Kato, 1999).种间或属间杂种是产生2n配子的重要途径, 其频率高于祖先物种(Ramsey and Schemske, 1998).Mason等(2011)分析了3种芸薹属(Brassica)物种及其F1杂种的2n雄配子发生率, 发现5个甘蓝型油菜(B. napus, 2n=4x=38)品系的发生率(0%-0.11%, 平均值为0.03%)较低, 而甘蓝型油菜的11种F1杂种的发生率(0.17%-3.29%, 平均值为1.55%)较高.可见, 种间杂种较亲本基因组2n配子的发生率提高.Zeng等(2020)发现在兰花(Cymbidium ssp.)传统品种中2n雄配子发生率为0.15%-1.0%, 而种间杂种为2.5%-4.03%; 同时作者认为可能由于无性繁殖植物存在可替代的繁殖途径, 2n配子的形成频率相对更高.减数分裂活跃基因的突变可能导致纺锤体形成异常或胞质分裂受阻而形成2n配子, 如拟南芥(Arabidopsis thaliana, 2n= 2x=10)中的cyca1;2/tam (SDR型)、osd1 (SDR型)和Atps1 (FDR型)突变体(Brownfield and K?hler, 2011). ...

Pollen grain size in four ploidy levels of genus Avena
1
1995

... 在通过形态鉴定体细胞或配子体倍性的实践中, 花粉粒大小(花粉直径)是常用参数.例如, 燕麦属(Arena)花粉粒大小与植株倍性呈极显著正相关(r=0.86, P< 0.01) (Katsiotis and Forsberg, 1995).在大麦(Johansen and Vonbothmer, 1994)、看麦娘属(Alepecurus)和沿沟草属(Catabrosa) (Sheidai et al., 2009)中也有相似的结果.然而, 多年生黑麦草花粉粒大小不受体细胞倍性的影响(Jansen and Dennijs, 1993).垂穗草(Bouteloua curtipendula, 2n=2x=20)在六倍体以内花粉粒大小及其变异系数随着倍性的增加而增加, 当超过六倍体后2个参数不再随倍性变化(Kapadia and Gould, 1964).在4个大麦属(Hordeum)物种中, 已露出小花外的花粉粒, 其花粉直径大于未露出小花的花粉粒; 花粉粒大小随着倍性水平的增加而增加(2x、4x和6x) (Johansen and Von Bothmer, 1994).因此, 通过花粉鉴定植株倍性应当注意物种间差异并统一花粉发育时期.无芒雀麦(Bromus inermis, x=7)的花粉粒大小在各倍性(4x、6x和8x)之间存在重叠, 通过气孔长度鉴定倍性优于气孔频率与花粉粒大小(Tan and Dunn, 1973).与通过花粉粒性状鉴定倍性相似, 通过气孔性状鉴定倍性的效果也因物种而异. ...

Colinearity and gene density in grass genomes
1
2000

... 胚、胚乳和源自母本的果皮与种皮共同构成禾本科植物的果实——颖果, 约占世界粮食产量的60% (Keller and Feuillet, 2000).三倍体中3套染色体组致使染色体联会异常(单价体和三价体的形成), 形成的雄配子育性降低或丧失; 雌配子育性降低幅度不及雄配子, 称之为半不育.例如, 玉米(MM)与四倍体多年生大刍草合成的一株具有花粉育性的异源三倍体(3x, MPP), MPP/MM、MM/MPP和MPP/PPPP杂交结实率分别为7.84%、0.56%和0.52%, 三倍体的育性降低, 且其雌配子育性较雄配子高(吕桂华等, 2015).鸭茅三倍体的结实率仅为0.12% (钟声, 2006).通过四倍体多花黑麦草/二倍体羊茅合成的三倍体具有花粉育性, 而反交合成的三倍体花粉不育(Naganowska et al., 2001).可见, 目前三倍体在以子实为收获目标的禾谷类作物上无直接利用价值. ...

Genome accumulation in eastern gamagrass,
1
1994

... 三倍体可作为通往其它倍性水平的桥梁, 即三倍体桥(triploid-bridge) (图3C).在鸭茅三倍体后代中发现了四倍体、五倍体以及混倍体植株(钟声, 2006).三倍体摩擦禾可产生2n雌配子, 通过3x/2x合成了四倍体(Kindiger and Dewald, 1994).以三倍体杂交狼尾草(美洲狼尾草/象草, 2n=3x=21)的幼穗离体培养获得的胚性愈伤组织为材料, 通过秋水仙碱诱导获得六倍体(钟小仙等, 2014).利用秋水仙碱处理象草(2n=4x=28)/珍珠粟(P. glaucum, 2n=2x=14)杂交三倍体幼苗, 体细胞加倍后形成异源六倍体(Campos et al., 2009).用类似的方法获得M. × miscanthus六倍体(Yu et al., 2009; Ghimire et al., 2016).水稻(AA)和高秆野生稻(O. alta, CCDD)杂交形成异源三倍体, 加倍后形成三基异源六倍体(AACCDD) (祝剑峰等, 2008). ...

Introgression mapping in the grasses. II. Meiotic analysis of the Lolium perenne/Festuca pratensis triploid hybrid
1
1999

... 在染色体制备的基础上, 基于特异基因重复序列的荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization, FISH)和基于基因组中同源性重复序列的基因组原位杂交技术(genomic in situ hybridization, GISH)进一步提高了鉴定的分辨率.例如, 野大麦(H. brevisubutum, 2n=4x=28, H1H1H2H2)与加拿大披碱草(Elymus canadensis, 2n=4x=28, SSHcHc)杂交, 通过GISH鉴定某F1为一组Hc染色体组丢失的异源三倍体(2n=3x=21, SH1H2) (于卓等, 2004).利用GISH技术成功鉴定了多年生黑麦草-羊茅(L. perenne-Festuca pratensis, 2n=3x=14Lp+7Fp) (King et al., 1999)、玉米-四倍体多年生大刍草(Z. mays-Z. perennis, 2n=3x=10Zm+20Zp) (Iqbal et al., 2018)及水稻-斑点野生稻(O. sativa-O. punctata, 2n=3x= 12Os+24Op) (Sun et al., 2017)等异源三倍体的基因组构成.同样地, 该法通常用于特异材料倍性鉴定和亲缘关系分析, 鉴定大批量材料过程更显繁琐. ...

An easy "SteamDrop" method for high quality plant chromosome preparation
1
2014

... 染色体分析以染色体制备为基础, 包括对减数分裂染色体和有丝分裂染色体的制备.有丝分裂染色体的制备须取材于具有有丝分裂活性的分生组织(如根尖、茎尖和愈伤组织), 对已分化的非分裂细胞无效.禾本科植物通常采用根尖(代表LIII层)进行染色体制备, 因此并不能同时反映3个组织学层(LI、LII和LIII)的倍性.随后依次经历根尖预处理(使细胞分裂停滞在中期, 促使染色体缩短变粗、分散)、固定(杀死细胞、变性蛋白, 从而保持染色体的固有形态)、解离(用酸解法或酶解法软化或去除细胞壁, 以便制片)和制片(使细胞和染色体分散)等过程完成染色体制备.按照制片方法的不同, 分为压片法(squashing)、涂片法(spreading)、滴片法(dropping)和蒸片法(SteamDrop) (Kirov et al., 2014).最后, 通过镜检染色体数目或形态确认倍性.该方法操作过程繁琐、工作量大, 因此不适用于大规模的倍性鉴定.同时, 对于细胞核较小和染色体较多的植物, 难以获得准确结果.然而, 该法依然是目前鉴定倍性最为可靠的方法, 并作为三倍体鉴定标准. ...

Registration of ‘MS-Supreme’ bermudagrass
1
1999

... 对于有直接利用价值的三倍体, 可通过组培、诱变和转基因等技术进一步改良(图3B).MS-Supreme源于Tifgreen的自然突变, 与Tifgreen相比其叶片和茎节节间缩小、变短(Krans et al., 1999).在Tifgreen的自然突变中还选育出Tifdwarf和FloraDwarf等矮生品种; TifwayII、TifSport和TifEagle则由相应三倍体亲本经γ辐射诱变而成(Kamps et al., 2011).利用体细胞无性系变异育种技术在TifEagle的愈伤组织中长时间连续继代培养能有效诱导体细胞变异(如矮化突变体); 以0.3 mol·L-1 NaCl为选择压筛选出耐盐细胞系(Lu et al., 2007).以美洲狼尾草(Pennisetum americana)/ 四倍体象草合成的三倍体F1种子为诱变材料, 经γ辐射获得优异变异株闽牧6号(陈钟佃等, 2012).华南1号杂交狼尾草由三倍体杂交狼尾草芽变而来(陈平等, 2004).三倍体也可以直接作为亲本利用.在偏序钝叶草(Stenotaphrum secundatum, 2n=2x=18)的3x/ 2x杂交后代中经胚拯救选育出抗灰斑病(由稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)引起)和耐旱草坪草新品种(Chandra et al., 2015).奇岗天然后代群体中16个数量性状出现了丰富的变异(变异系数为14.41%- 151.85%), 在后代中筛选出3份材料, 其生物量优于奇岗(潘志军等, 2017).通过三倍体狼尾草与摩特矮象草杂交选育出中国南方地区广泛种植的三倍体多年生牧草桂牧1号(罗宗志等, 2016).宁牧26-2狼尾草也是由三倍体后代衍生而来(顾洪如等, 1992).三倍体转基因品系可通过2种策略获得.(1) 直接以三倍体为受体, 导入目的基因构建转基因品系, 如三倍体狗牙根Tifeagle (Hu et al., 2005).(2) 对于愈伤组织形成与再分化率低的三倍体, 首先需要寻找愈伤组织再分化优良的二倍体或四倍体作为转基因桥梁, 然后通过基因枪或农杆菌转化等方法导入目的基因, 最后通过倍性间杂交构建转基因三倍体, 如芒(2n=2x=38) (Wang et al., 2011).近年来, 基因编辑技术的发展为定向改良三倍体提供了新的育种方案. ...

Frequency and maintenance of unreduced gametes in natural plant populations: associations with reproductive mode, life history and genome size
1
2017

... 目前, 通过观测小孢子发生在植物中已发现5种2n配子形成机制(Loginova and Silkova, 2017) (图2).减数分裂II期姐妹染色单体分离形成的FDR (first division restitution)型2n配子(图2C)在很大程度上保留了亲本的杂合性, 而减数分裂II期姐妹染色单体不分离形成的SDR (second division restitution)型2n配子(图2D)高度纯合.因此, 在转移亲本杂合性方面FDR型比SDR型更为有利(Younis et al., 2014).Harlan和De Wet (1975)认为所有植物都以某种频率产生2n配子, 但物种间发生频率不同.二倍体水稻(Oryza sativa, 2n=2x=24)多胚苗能自发地产生三倍体(张静等, 2002).在二倍体看麦娘(Alopecurus bulbosus, 2n=2x=14)自然群体中, 二倍体、三倍体与四倍体并存(Sieber and Murray, 1979).在22个二倍体大麦(Hordeum vulgare, 2n=2x=14)品种中, 三倍体植株的发生率为0.01%-0.29% (Sandfaer, 1975).在黄花茅(Anthoxanthum alpinum, 2n=2x=10)中2n配子的发生率为6.3% (Bretagnolle, 2001).对十字花科24个物种60个群体的研究表明, 尽管2n配子先前被认为相对罕见、但普遍发生(通常个体的雄配子2n发生率<2%), 并且在特定个体中较高, 这些极少数产生高频率2n配子的个体可能在多倍体的形成中发挥关键作用(Kreiner et al., 2017).在同一植物中, 雌雄2n配子的发生率也不一致(Ramsey and Schemske, 1998).鸭茅(Dactylis glomerata, 2n=2x=14) 2n雌配子发生率为0.49%, 而2n雄配子发生率为0.98% (Maceira et al.,1992).鉴于2n配子发生率低, 在2x/2x下通过单向有性多倍化(unilateral sexual polyploidization, 2x+x)形成三倍体的频率远高于通过双向有性多倍化(bilateral sexual polyploidization, 2x+2x)形成四倍体的频率.例如, 在黄花茅中2n配子形成三倍体的发生率为0.2%, 但未见四倍体发生(Bretagnolle, 2001). ...

Distinguishing 2N gamete nuclei from doublets in pollen using flow cytometry and pulse analysis
2
2015

... FCM检测花粉倍性为2n配子的评估提供了高通量的选择.然而, FCM难以获得高质量核荧光直方图且不能将真实的2n核(singlet)与n+n黏合细胞(doublet)区分(Kron and Husband, 2015).2n配子的发生为稀有事件, 因此区分2n核与黏合细胞十分必要.Kron等(2015)开发并验证了使用脉冲分析(pulse analysis)对花粉核数据进行双重校正, 以便使用花粉FCM获得2n配子核的准确测量值.当在2n配子(2C DNA含量)区域中, 细胞核荧光高度和/或宽度度量显示双峰态(可指示singlets和doublets), 再结合在n配子中荧光参数的单峰分布, 可以区分2n核和黏合细胞.这些检测条件在十字花科中得到满足, 但禾本科不满足上述条件, 仍需进一步改进或开发新的方法. ...

... 核与黏合细胞十分必要.Kron等(2015)开发并验证了使用脉冲分析(pulse analysis)对花粉核数据进行双重校正, 以便使用花粉FCM获得2n配子核的准确测量值.当在2n配子(2C DNA含量)区域中, 细胞核荧光高度和/或宽度度量显示双峰态(可指示singlets和doublets), 再结合在n配子中荧光参数的单峰分布, 可以区分2n核和黏合细胞.这些检测条件在十字花科中得到满足, 但禾本科不满足上述条件, 仍需进一步改进或开发新的方法. ...

Cultures of the endosperm of maize
1
1949

... 在二倍体禾本科植物中, 2个极核(n+n)与精细胞(n)融合形成三倍性初级胚乳细胞(primary endosperm cell) (图1B), 随后发育为三倍体胚乳.若胚乳细胞具全能性, 可直接通过组织培养获得三倍体(图1D).据报道, Lampe和Mills于1933年将玉米未成熟胚乳置于含有马铃薯和玉米提取物的培养基中, 观测到胚周围有少量胚乳细胞增殖(Thomas and Chaturvedi, 2008).随后, 在玉米(La Rue, 1949)、多年生黑麦草(Lolium perenne) (Norstog, 1956)和多花黑麦草(L. multiflorum, 2n=2x=14) (Norstog et al., 1969)未成熟胚乳的离体培养中, 获得了可连续增殖的愈伤组织.Johri和Bhojwani (1965)将檀香科植物Exocarpus cupressiformis由成熟胚乳直接分化出三倍体茎芽.Nakano等(1975)从水稻未成熟胚乳中分化出植株, 证实了水稻胚乳细胞的全能性.之后, 在水稻中又重现了这一结果(Bajaj et al., 1980).截至目前, 大麦(孙敬三和朱至清, 1981)、小麦(赵世绪等, 1984)、黑麦(Secale cereale, 2n=2x=14) (赵世绪等, 1984)、小麦-黑麦杂种(王敬驹等, 1982)、高粱(田立忠和徐爱菊, 2000)和毛竹(Phllostachys edulis, 2n=4x=48) (袁金玲等, 2015)等禾本科植物均通过胚乳培养分化出植株. ...

Tracing of 2n egg occurrence in perennial ryegrass (Lolium perenne L.) using interploidy crosses
1
2002

... 分子标记技术通过在单个位点寻找不同的等位基因区分三倍体和二倍体.若2n配子亲本与n配子亲本在某个位点的基因型分别为Aa和aa, 后代出现2个等位基因, 需结合植株表型、染色体分析或FCM完成三倍体的准确鉴定.若该位点2n配子亲本的等位基因杂合且与n配子亲本的等位基因不同, 在后代中该检测位点有3个等位基因时, 可直接鉴定该后代为三倍体; 当出现源自双亲的2个等位基因时只能表示二者杂交成功, 必须再结合植株表型、染色体分析或FCM确定该后代是否为三倍体.Chen等(1997)利用RFLP鉴定了多年生黑麦草中2n雄配子的发生.Lamote等(2002)利用AFLP确定了多年生黑麦草可产生2n雌配子.Mutlu等(2020)利用SRAP和SSR对狗牙根倍性间杂交(4x/2x)后代的双亲真实性进行了鉴定. ...

Indeterminate meiotic restitution (IMR): a novel type of meiotic nuclear restitution mechanism detected in interspecific lily hybrids by GISH
2
2001

... (A) 与体细胞相比正常配子的染色体数目减半; (B) 通过胞质融合或多核体形成的四倍体花粉母细胞产生PRD型2n配子, 如鸭茅(Falistocco et al., 1995); (C) 在减数分裂I期同源染色体无配对和分裂形成的FDR型2n配子将保留除重组片段外的所有亲本基因, 如雀稗(Filho et al., 2014)和多年生黑麦草(Chen et al., 1997); (D) 在减数分裂II期因分裂缺失形成的SDR型2n配子将保留除重组片段外比正常配子多1套染色体副本的2n配子, 如多年生黑麦草(Chen et al., 1997); (E) 在减数分裂I期部分染色体以姐妹染色单体分离, 其余以二价体分离, 随后在减数分裂II期分裂缺失形成IMR型2n配子, 如百合(Lim et al., 2001); (F) 减数分裂正常而进入配子体发育阶段时基因组加倍形成PMD型2n配子, 如马铃薯(Bastiaanssen et al., 1998) ...

... (A) Chromosome numbers of normal gametes are halved compared with somatic cells; (B) PRD (pre-meiotic doubling) gametes are obtained as a result of the tetraploid pollen mother cells formed by cytomixis or syncytium, e.g., Dactylis glomerata (Falistocco et al., 1995); (C) In the FDR (first division restitution) type, pairing and division of homoeologous chromosomes do not occur during meiosis I, and the FDR 2n gametes maintain all of their parental genes except cross-over fragments, e.g., Paspalum jesuiticum (Filho et al., 2014) and Lolium perenne (Chen et al., 1997); (D) SDR (second division restitution) gametes with two copies of non-recombinant chromosomes are the result of the second division omission or cytokinesis abnormalities after normal anaphase II, e.g., L. perenne (Chen et al., 1997); (E) IMR (indeterminate meiotic restitution) gametes were discovered in Lilium longiflorum × Asiatic hybrid (Lim et al., 2001), in which some chromosomes are separated as univalents during meiosis I whereas the others are separated as bivalents, and subsequently the second division omission occurs during meiosis II; (F) PMD (post-meiotic doubling) gametes occurs due to the genome doubling of haploid spores during microgametogenesis, e.g., Solanum tuberosum (Bastiaanssen et al., 1998) ...

Mechanisms of unreduced gamete formation in flowering plants
1
2017

... 目前, 通过观测小孢子发生在植物中已发现5种2n配子形成机制(Loginova and Silkova, 2017) (图2).减数分裂II期姐妹染色单体分离形成的FDR (first division restitution)型2n配子(图2C)在很大程度上保留了亲本的杂合性, 而减数分裂II期姐妹染色单体不分离形成的SDR (second division restitution)型2n配子(图2D)高度纯合.因此, 在转移亲本杂合性方面FDR型比SDR型更为有利(Younis et al., 2014).Harlan和De Wet (1975)认为所有植物都以某种频率产生2n配子, 但物种间发生频率不同.二倍体水稻(Oryza sativa, 2n=2x=24)多胚苗能自发地产生三倍体(张静等, 2002).在二倍体看麦娘(Alopecurus bulbosus, 2n=2x=14)自然群体中, 二倍体、三倍体与四倍体并存(Sieber and Murray, 1979).在22个二倍体大麦(Hordeum vulgare, 2n=2x=14)品种中, 三倍体植株的发生率为0.01%-0.29% (Sandfaer, 1975).在黄花茅(Anthoxanthum alpinum, 2n=2x=10)中2n配子的发生率为6.3% (Bretagnolle, 2001).对十字花科24个物种60个群体的研究表明, 尽管2n配子先前被认为相对罕见、但普遍发生(通常个体的雄配子2n发生率<2%), 并且在特定个体中较高, 这些极少数产生高频率2n配子的个体可能在多倍体的形成中发挥关键作用(Kreiner et al., 2017).在同一植物中, 雌雄2n配子的发生率也不一致(Ramsey and Schemske, 1998).鸭茅(Dactylis glomerata, 2n=2x=14) 2n雌配子发生率为0.49%, 而2n雄配子发生率为0.98% (Maceira et al.,1992).鉴于2n配子发生率低, 在2x/2x下通过单向有性多倍化(unilateral sexual polyploidization, 2x+x)形成三倍体的频率远高于通过双向有性多倍化(bilateral sexual polyploidization, 2x+2x)形成四倍体的频率.例如, 在黄花茅中2n配子形成三倍体的发生率为0.2%, 但未见四倍体发生(Bretagnolle, 2001). ...

In vitro selection of salinity tolerant variants from triploid bermudagrass ( Cynodon transvaalensis × C. dactylon) and their physiological responses to salt and drought stress
1
2007

... 对于有直接利用价值的三倍体, 可通过组培、诱变和转基因等技术进一步改良(图3B).MS-Supreme源于Tifgreen的自然突变, 与Tifgreen相比其叶片和茎节节间缩小、变短(Krans et al., 1999).在Tifgreen的自然突变中还选育出Tifdwarf和FloraDwarf等矮生品种; TifwayII、TifSport和TifEagle则由相应三倍体亲本经γ辐射诱变而成(Kamps et al., 2011).利用体细胞无性系变异育种技术在TifEagle的愈伤组织中长时间连续继代培养能有效诱导体细胞变异(如矮化突变体); 以0.3 mol·L-1 NaCl为选择压筛选出耐盐细胞系(Lu et al., 2007).以美洲狼尾草(Pennisetum americana)/ 四倍体象草合成的三倍体F1种子为诱变材料, 经γ辐射获得优异变异株闽牧6号(陈钟佃等, 2012).华南1号杂交狼尾草由三倍体杂交狼尾草芽变而来(陈平等, 2004).三倍体也可以直接作为亲本利用.在偏序钝叶草(Stenotaphrum secundatum, 2n=2x=18)的3x/ 2x杂交后代中经胚拯救选育出抗灰斑病(由稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)引起)和耐旱草坪草新品种(Chandra et al., 2015).奇岗天然后代群体中16个数量性状出现了丰富的变异(变异系数为14.41%- 151.85%), 在后代中筛选出3份材料, 其生物量优于奇岗(潘志军等, 2017).通过三倍体狼尾草与摩特矮象草杂交选育出中国南方地区广泛种植的三倍体多年生牧草桂牧1号(罗宗志等, 2016).宁牧26-2狼尾草也是由三倍体后代衍生而来(顾洪如等, 1992).三倍体转基因品系可通过2种策略获得.(1) 直接以三倍体为受体, 导入目的基因构建转基因品系, 如三倍体狗牙根Tifeagle (Hu et al., 2005).(2) 对于愈伤组织形成与再分化率低的三倍体, 首先需要寻找愈伤组织再分化优良的二倍体或四倍体作为转基因桥梁, 然后通过基因枪或农杆菌转化等方法导入目的基因, 最后通过倍性间杂交构建转基因三倍体, 如芒(2n=2x=38) (Wang et al., 2011).近年来, 基因编辑技术的发展为定向改良三倍体提供了新的育种方案. ...

Production of 2 n gametes in diploid subspecies of Dactylis glomerata L. 1. Occurrence and frequency of 2n pollen
1
1992

... 目前, 通过观测小孢子发生在植物中已发现5种2n配子形成机制(Loginova and Silkova, 2017) (图2).减数分裂II期姐妹染色单体分离形成的FDR (first division restitution)型2n配子(图2C)在很大程度上保留了亲本的杂合性, 而减数分裂II期姐妹染色单体不分离形成的SDR (second division restitution)型2n配子(图2D)高度纯合.因此, 在转移亲本杂合性方面FDR型比SDR型更为有利(Younis et al., 2014).Harlan和De Wet (1975)认为所有植物都以某种频率产生2n配子, 但物种间发生频率不同.二倍体水稻(Oryza sativa, 2n=2x=24)多胚苗能自发地产生三倍体(张静等, 2002).在二倍体看麦娘(Alopecurus bulbosus, 2n=2x=14)自然群体中, 二倍体、三倍体与四倍体并存(Sieber and Murray, 1979).在22个二倍体大麦(Hordeum vulgare, 2n=2x=14)品种中, 三倍体植株的发生率为0.01%-0.29% (Sandfaer, 1975).在黄花茅(Anthoxanthum alpinum, 2n=2x=10)中2n配子的发生率为6.3% (Bretagnolle, 2001).对十字花科24个物种60个群体的研究表明, 尽管2n配子先前被认为相对罕见、但普遍发生(通常个体的雄配子2n发生率<2%), 并且在特定个体中较高, 这些极少数产生高频率2n配子的个体可能在多倍体的形成中发挥关键作用(Kreiner et al., 2017).在同一植物中, 雌雄2n配子的发生率也不一致(Ramsey and Schemske, 1998).鸭茅(Dactylis glomerata, 2n=2x=14) 2n雌配子发生率为0.49%, 而2n雄配子发生率为0.98% (Maceira et al.,1992).鉴于2n配子发生率低, 在2x/2x下通过单向有性多倍化(unilateral sexual polyploidization, 2x+x)形成三倍体的频率远高于通过双向有性多倍化(bilateral sexual polyploidization, 2x+2x)形成四倍体的频率.例如, 在黄花茅中2n配子形成三倍体的发生率为0.2%, 但未见四倍体发生(Bretagnolle, 2001). ...

Production of viable male unreduced gametes in Brassica interspecific hybrids is genotype specific and stimulated by cold temperatures
1
2011

... 实践中, 2n配子可通过环境调控、化学诱导、种间杂种和减数分裂突变体获得.2n配子的发生主要受遗传控制, 但暴露于低温或高温、热冲击和高辐射下可诱导或刺激2n配子形成(Younis et al., 2014).例如, 蔷薇属(Rosa)植物花芽暴露于36°C高温下可提高2n雄配子的发生率(Pécrix et al., 2011).在禾本科中采用环境调控诱导2n配子发生尚未见报道.N2O在诱导鸭茅(Van Santen et al., 1991)、玉米(Zea mays, 2n=2x=20) (Kato and Birchler, 2006)、小麦(Triticum aestivum, 2n=6x=42)及大麦(Dvorak et al., 1973)的2n配子上取得成功.向玉米雄穗喷洒氟乐灵可诱导2n花粉并获得同源三倍体(Kato, 1999).种间或属间杂种是产生2n配子的重要途径, 其频率高于祖先物种(Ramsey and Schemske, 1998).Mason等(2011)分析了3种芸薹属(Brassica)物种及其F1杂种的2n雄配子发生率, 发现5个甘蓝型油菜(B. napus, 2n=4x=38)品系的发生率(0%-0.11%, 平均值为0.03%)较低, 而甘蓝型油菜的11种F1杂种的发生率(0.17%-3.29%, 平均值为1.55%)较高.可见, 种间杂种较亲本基因组2n配子的发生率提高.Zeng等(2020)发现在兰花(Cymbidium ssp.)传统品种中2n雄配子发生率为0.15%-1.0%, 而种间杂种为2.5%-4.03%; 同时作者认为可能由于无性繁殖植物存在可替代的繁殖途径, 2n配子的形成频率相对更高.减数分裂活跃基因的突变可能导致纺锤体形成异常或胞质分裂受阻而形成2n配子, 如拟南芥(Arabidopsis thaliana, 2n= 2x=10)中的cyca1;2/tam (SDR型)、osd1 (SDR型)和Atps1 (FDR型)突变体(Brownfield and K?hler, 2011). ...

Development of monosomic alien addition lines and introgression of genes from Oryza australiensis Domin. to cultivated rice O
2
1994

... 三倍体可促进物种间的基因交流(图3D).例如, 水稻(AA)与4个澳洲野生稻(O. australiensis, 2n= 2x=24, EE)杂交经胚拯救获得F1, 但F1雄性不育, 其作母本未获得种子; 然而, 以四倍体水稻作母本、澳洲野生稻作父本获得三倍体(AAE), 随后用水稻作父本授粉该三倍体, 通过与三倍体回交在其后代中发现了抗褐飞虱和白叶枯病的水稻种质(Multani et al., 1994).合成的三倍体杂交狼尾草与四倍体相比, 基因组的相对损失更少, 更有潜力作为遗传桥梁(Nunes et al., 2013).特别地, 利用三倍体世代还可提高亲本基因组的稀释效率(党江波等, 2018). ...

... 三倍体也是通往非整倍体的常用桥梁(图3E).对三倍体谷子授以二倍体花粉, 在杂交后代中获得全套三体(王润奇等, 1994).在异源三倍体水稻(AAE)/水稻的杂交后代中, BC1染色体数目变幅为28-31, BC2染色体数目变幅为24-28, 在BC2F2中获得8个附加系(2n=20Os+1Oa) (Multani et al., 1994).在高粱(Hanna and Schertz, 1971)、粳稻(O. sativa subsp. geng) (Iwata and Omura, 1975)和籼稻(O. sativa subsp. xian) (程祝宽等, 1996)等重要禾本科作物中均有通过3x/2x构建的全套初级三体.胚乳组织常表现出有丝分裂不规则, 导致染色体桥和落后染色体进而形成非整倍体(Thomas and Chaturvedi, 2008), 如黑麦草胚乳(Norstog et al., 1969).多花黑麦草4x/2x合成的三倍体与二倍体黑麦草杂交, 后代非整倍体占比为70.89% (56/79); 当以三倍体作父本时, 后代整倍体占比高达87.69% (741/845); 差异源于三倍体作父本时整倍体花粉有选择优势而非整倍体花粉失活(Thomas et al., 1988).随着分子标记和测序技术的发展, 利用非整倍体进行基因定位和构建连锁图谱已无优势.在拟南芥非整倍体自交后代中的整倍体个体, 某些性状的表现与非整倍体母本保持一致(Henry et al., 2010).Gao等(2016)证实了非整倍化在新生多倍体的基因组演化中具有重要作用, 非整倍体小麦的DNA甲基化水平和模式可以稳定地被整倍体后代继承, 这表明非整倍体可以为育种创造表观遗传变异. ...

Development of vegetative triploid turf-type bermudagrass [ Cynodon dactylon × C. transvaalensis (C. × mangennisii Hurcombe)]
1
2020

... 分子标记技术通过在单个位点寻找不同的等位基因区分三倍体和二倍体.若2n配子亲本与n配子亲本在某个位点的基因型分别为Aa和aa, 后代出现2个等位基因, 需结合植株表型、染色体分析或FCM完成三倍体的准确鉴定.若该位点2n配子亲本的等位基因杂合且与n配子亲本的等位基因不同, 在后代中该检测位点有3个等位基因时, 可直接鉴定该后代为三倍体; 当出现源自双亲的2个等位基因时只能表示二者杂交成功, 必须再结合植株表型、染色体分析或FCM确定该后代是否为三倍体.Chen等(1997)利用RFLP鉴定了多年生黑麦草中2n雄配子的发生.Lamote等(2002)利用AFLP确定了多年生黑麦草可产生2n雌配子.Mutlu等(2020)利用SRAP和SSR对狗牙根倍性间杂交(4x/2x)后代的双亲真实性进行了鉴定. ...

Meiosis and fertility of reciprocal triploid hybrids of Lolium multiflorum with Festuca pratensis
1
2001

... 胚、胚乳和源自母本的果皮与种皮共同构成禾本科植物的果实——颖果, 约占世界粮食产量的60% (Keller and Feuillet, 2000).三倍体中3套染色体组致使染色体联会异常(单价体和三价体的形成), 形成的雄配子育性降低或丧失; 雌配子育性降低幅度不及雄配子, 称之为半不育.例如, 玉米(MM)与四倍体多年生大刍草合成的一株具有花粉育性的异源三倍体(3x, MPP), MPP/MM、MM/MPP和MPP/PPPP杂交结实率分别为7.84%、0.56%和0.52%, 三倍体的育性降低, 且其雌配子育性较雄配子高(吕桂华等, 2015).鸭茅三倍体的结实率仅为0.12% (钟声, 2006).通过四倍体多花黑麦草/二倍体羊茅合成的三倍体具有花粉育性, 而反交合成的三倍体花粉不育(Naganowska et al., 2001).可见, 目前三倍体在以子实为收获目标的禾谷类作物上无直接利用价值. ...

Plant differentiation in callus tissue induced from immature endosperm of Oryza sauva L
2
1975

... 在二倍体禾本科植物中, 2个极核(n+n)与精细胞(n)融合形成三倍性初级胚乳细胞(primary endosperm cell) (图1B), 随后发育为三倍体胚乳.若胚乳细胞具全能性, 可直接通过组织培养获得三倍体(图1D).据报道, Lampe和Mills于1933年将玉米未成熟胚乳置于含有马铃薯和玉米提取物的培养基中, 观测到胚周围有少量胚乳细胞增殖(Thomas and Chaturvedi, 2008).随后, 在玉米(La Rue, 1949)、多年生黑麦草(Lolium perenne) (Norstog, 1956)和多花黑麦草(L. multiflorum, 2n=2x=14) (Norstog et al., 1969)未成熟胚乳的离体培养中, 获得了可连续增殖的愈伤组织.Johri和Bhojwani (1965)将檀香科植物Exocarpus cupressiformis由成熟胚乳直接分化出三倍体茎芽.Nakano等(1975)从水稻未成熟胚乳中分化出植株, 证实了水稻胚乳细胞的全能性.之后, 在水稻中又重现了这一结果(Bajaj et al., 1980).截至目前, 大麦(孙敬三和朱至清, 1981)、小麦(赵世绪等, 1984)、黑麦(Secale cereale, 2n=2x=14) (赵世绪等, 1984)、小麦-黑麦杂种(王敬驹等, 1982)、高粱(田立忠和徐爱菊, 2000)和毛竹(Phllostachys edulis, 2n=4x=48) (袁金玲等, 2015)等禾本科植物均通过胚乳培养分化出植株. ...

... 胚乳发育阶段是胚乳培养的关键因素, 常用授粉后天数(days after pollination, DAP)来表征.通常以未成熟胚乳作外植体, 如多年生黑麦草在9-10 DAP (Norstog, 1956)、玉米在8-11 DAP (Straus and La Rue, 1954; Tamaoki and Ullstrup, 1958)、水稻在4-7 DAP (Nakano et al., 1975)、小麦在10 DAP (赵世绪等, 1984)以及大麦在8 DAP (Sehgal, 1974); 小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织在14 DAP时诱导频率最佳, 在7 DAP时次之, 而在21 DAP时已不能诱导出愈伤组织(王敬驹等, 1982).以毛竹30-40 DAP的成熟胚乳作为外植体获得成功(袁金玲等, 2015).一般情况下, 成熟胚乳启动细胞分裂在于初始时与胚的联动, 而未成熟胚乳启动细胞分裂与胚是否存在无关(Hoshino et al., 2011).需要特别指出的是, 添加赤霉素等外源激素可以代替胚, 而小麦和黑麦的胚乳在无胚和赤霉素的条件下也可产生愈伤组织并分化成苗(赵世绪等, 1984).培养基、生长调节剂和环境因素对于胚乳三倍体的形成也起着重要作用.例如, 培养基中添加8%的蔗糖有利于小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织诱导(王敬驹等, 1982).添加氮源对于未成熟胚乳的增殖至关重要(Hoshino et al., 2011).在小麦和黑麦胚乳培养时, 添加激动素和2,4-D可提高愈伤组织诱导频率(赵世绪等, 1984).玉米胚乳在暗处培养效果更佳(Straus and La Rue, 1954), 而在黑麦中光照对胚乳的增殖无影响(Norstog et al.,1969).胚乳培养以组织培养为技术基础, 并未成为主流的三倍体合成方式. ...

Triparental plants provide direct evidence for polyspermy induced polyploidy
4
2017

... 卵细胞融合2个精细胞(n+n+n)形成三倍体合子(图1H), 称多精受精(polyspermy).多精受精发生困难.为了阻止多精融合的风险, 动物通过多精障碍(polyspermy block)确保合子的二倍性: (1) 单精合子在精卵质膜融合阶段通过卵膜周围电位立即触发的正向移位或通过Ca2+依赖性皮质颗粒的胞吐作用在受精卵周围形成1个受精膜以阻止多余的精细胞入卵; (2) 生理多精(physiological polyspermy)在多精卵子中仅选择性融合1个精核, 剩余的精核退化或消失; (3) 多精合子致死或早期胚胎致死, 在动物中源自多个精子的额外中心体可产生多个微管组织中心(microtubule-organizing centers, MOCs), MOCs将引发异常的核分裂和细胞分裂, 导致合子或胚胎早期致死(Nakel et al., 2017).被子植物拟南芥则通过FERONIA受体激酶确保合子的二倍性, 防止多余花粉管到达胚囊; 胚珠通过助细胞中的丝状器分泌诱导蛋白AtLURE1s吸引花粉管进入胚珠, 当1个花粉管穿过胚珠珠孔端的其中1个助细胞时, 丝状器上FERONIA受体激酶表达, 并与丝状器中去甲酯化果胶结合进而诱导产生NO; NO对AtLURE1s进行亚硝基化修饰后抑制AtLURE1s的分泌并造成其失活, 抑制其与受体的相互作用, 使其对后来花粉管的吸引能力急剧下降, 从而避免多管现象(polytubey), 最终阻止多精受精(Duan et al., 2020).由于植物细胞缺乏中心体, 并且不将它们用作核分裂过程中染色体分离的纺锤体; 一旦多余花粉管到达胚珠, 在被子植物中形成的多精合子可能不会死亡.多精受精的鉴定困难, 利用传统的根尖压片技术无法区分三倍体由何种途径(n+n+n或2n+n)产生.因此, 有关兰花(Hagerup, 1947)、玉米(Rhoades, 1936)、高粱(Erichsen and Ross, 1963)和小麦(Suarez et al., 1992)的多精受精现象一直停留在理论推测, 缺乏直接的生物学证据. ...

... 近几年, 研究证实多精受精三倍体在水稻(Oryza sativa)和拟南芥中可以发生.Toda等(2016)Toda和Okamoto (2016)使用处在泛素启动子控制下表达组蛋白H2B-GFP的精细胞作为观测对象, 利用水稻体外受精体系, 连续2次电融合, 成功合成了水稻多精合子; 2种多精受精途径(2个精核先后与卵核融合、2个精核融合后再与卵核融合)均被观测到(图1H); 多精合子的双极纺锤体行为正常, 当分化为原胚后经组织培养形成三倍体植株.Nakel等(2017)构建了高通量多精受精检测工具HIPOD, 该工具由mGAL4- VP16/pUAS25构成.花粉亲本1包含RPS5a启动子控制下的异源转录因子mGAL4-VP16, 但不含除草剂抗性的bar基因; 花粉亲本2仅包含bar基因, 无转录激活子, bar基因处于沉默状态.由单一花粉亲本产生的幼苗对除草剂敏感并在除草剂处理后死亡, 仅由花粉亲本1和2共存产生的2种构建体的植株才能避免除草剂的危害.拟南芥胚珠中偶尔会存在2个花粉管进入的现象, 这为多精受精创造了可能(Beale et al., 2012).通过1个卵细胞与2个精细胞完成多精受精, 只需一步即可形成含有3个亲本的异源三倍体(Nakel et al., 2017).多精合子发生的概率极低, 在拟南芥中发生率为0.012% (Nakel et al., 2017), 这导致多精受精鉴定和利用困难.从演化和育种的角度看, 植物多精受精诱导多倍体的意义在于3个遗传上不同基因组的一步融合. ...

... ).通过1个卵细胞与2个精细胞完成多精受精, 只需一步即可形成含有3个亲本的异源三倍体(Nakel et al., 2017).多精合子发生的概率极低, 在拟南芥中发生率为0.012% (Nakel et al., 2017), 这导致多精受精鉴定和利用困难.从演化和育种的角度看, 植物多精受精诱导多倍体的意义在于3个遗传上不同基因组的一步融合. ...

... ).多精合子发生的概率极低, 在拟南芥中发生率为0.012% (Nakel et al., 2017), 这导致多精受精鉴定和利用困难.从演化和育种的角度看, 植物多精受精诱导多倍体的意义在于3个遗传上不同基因组的一步融合. ...

Cytological characteristics of ten-year-old rye-grass endosperm tissue cultures
3
1969

... 在二倍体禾本科植物中, 2个极核(n+n)与精细胞(n)融合形成三倍性初级胚乳细胞(primary endosperm cell) (图1B), 随后发育为三倍体胚乳.若胚乳细胞具全能性, 可直接通过组织培养获得三倍体(图1D).据报道, Lampe和Mills于1933年将玉米未成熟胚乳置于含有马铃薯和玉米提取物的培养基中, 观测到胚周围有少量胚乳细胞增殖(Thomas and Chaturvedi, 2008).随后, 在玉米(La Rue, 1949)、多年生黑麦草(Lolium perenne) (Norstog, 1956)和多花黑麦草(L. multiflorum, 2n=2x=14) (Norstog et al., 1969)未成熟胚乳的离体培养中, 获得了可连续增殖的愈伤组织.Johri和Bhojwani (1965)将檀香科植物Exocarpus cupressiformis由成熟胚乳直接分化出三倍体茎芽.Nakano等(1975)从水稻未成熟胚乳中分化出植株, 证实了水稻胚乳细胞的全能性.之后, 在水稻中又重现了这一结果(Bajaj et al., 1980).截至目前, 大麦(孙敬三和朱至清, 1981)、小麦(赵世绪等, 1984)、黑麦(Secale cereale, 2n=2x=14) (赵世绪等, 1984)、小麦-黑麦杂种(王敬驹等, 1982)、高粱(田立忠和徐爱菊, 2000)和毛竹(Phllostachys edulis, 2n=4x=48) (袁金玲等, 2015)等禾本科植物均通过胚乳培养分化出植株. ...

... 胚乳发育阶段是胚乳培养的关键因素, 常用授粉后天数(days after pollination, DAP)来表征.通常以未成熟胚乳作外植体, 如多年生黑麦草在9-10 DAP (Norstog, 1956)、玉米在8-11 DAP (Straus and La Rue, 1954; Tamaoki and Ullstrup, 1958)、水稻在4-7 DAP (Nakano et al., 1975)、小麦在10 DAP (赵世绪等, 1984)以及大麦在8 DAP (Sehgal, 1974); 小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织在14 DAP时诱导频率最佳, 在7 DAP时次之, 而在21 DAP时已不能诱导出愈伤组织(王敬驹等, 1982).以毛竹30-40 DAP的成熟胚乳作为外植体获得成功(袁金玲等, 2015).一般情况下, 成熟胚乳启动细胞分裂在于初始时与胚的联动, 而未成熟胚乳启动细胞分裂与胚是否存在无关(Hoshino et al., 2011).需要特别指出的是, 添加赤霉素等外源激素可以代替胚, 而小麦和黑麦的胚乳在无胚和赤霉素的条件下也可产生愈伤组织并分化成苗(赵世绪等, 1984).培养基、生长调节剂和环境因素对于胚乳三倍体的形成也起着重要作用.例如, 培养基中添加8%的蔗糖有利于小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织诱导(王敬驹等, 1982).添加氮源对于未成熟胚乳的增殖至关重要(Hoshino et al., 2011).在小麦和黑麦胚乳培养时, 添加激动素和2,4-D可提高愈伤组织诱导频率(赵世绪等, 1984).玉米胚乳在暗处培养效果更佳(Straus and La Rue, 1954), 而在黑麦中光照对胚乳的增殖无影响(Norstog et al.,1969).胚乳培养以组织培养为技术基础, 并未成为主流的三倍体合成方式. ...

... 三倍体也是通往非整倍体的常用桥梁(图3E).对三倍体谷子授以二倍体花粉, 在杂交后代中获得全套三体(王润奇等, 1994).在异源三倍体水稻(AAE)/水稻的杂交后代中, BC1染色体数目变幅为28-31, BC2染色体数目变幅为24-28, 在BC2F2中获得8个附加系(2n=20Os+1Oa) (Multani et al., 1994).在高粱(Hanna and Schertz, 1971)、粳稻(O. sativa subsp. geng) (Iwata and Omura, 1975)和籼稻(O. sativa subsp. xian) (程祝宽等, 1996)等重要禾本科作物中均有通过3x/2x构建的全套初级三体.胚乳组织常表现出有丝分裂不规则, 导致染色体桥和落后染色体进而形成非整倍体(Thomas and Chaturvedi, 2008), 如黑麦草胚乳(Norstog et al., 1969).多花黑麦草4x/2x合成的三倍体与二倍体黑麦草杂交, 后代非整倍体占比为70.89% (56/79); 当以三倍体作父本时, 后代整倍体占比高达87.69% (741/845); 差异源于三倍体作父本时整倍体花粉有选择优势而非整倍体花粉失活(Thomas et al., 1988).随着分子标记和测序技术的发展, 利用非整倍体进行基因定位和构建连锁图谱已无优势.在拟南芥非整倍体自交后代中的整倍体个体, 某些性状的表现与非整倍体母本保持一致(Henry et al., 2010).Gao等(2016)证实了非整倍化在新生多倍体的基因组演化中具有重要作用, 非整倍体小麦的DNA甲基化水平和模式可以稳定地被整倍体后代继承, 这表明非整倍体可以为育种创造表观遗传变异. ...

Growth of rye-grass endosperm in vitro
2
1956

... 在二倍体禾本科植物中, 2个极核(n+n)与精细胞(n)融合形成三倍性初级胚乳细胞(primary endosperm cell) (图1B), 随后发育为三倍体胚乳.若胚乳细胞具全能性, 可直接通过组织培养获得三倍体(图1D).据报道, Lampe和Mills于1933年将玉米未成熟胚乳置于含有马铃薯和玉米提取物的培养基中, 观测到胚周围有少量胚乳细胞增殖(Thomas and Chaturvedi, 2008).随后, 在玉米(La Rue, 1949)、多年生黑麦草(Lolium perenne) (Norstog, 1956)和多花黑麦草(L. multiflorum, 2n=2x=14) (Norstog et al., 1969)未成熟胚乳的离体培养中, 获得了可连续增殖的愈伤组织.Johri和Bhojwani (1965)将檀香科植物Exocarpus cupressiformis由成熟胚乳直接分化出三倍体茎芽.Nakano等(1975)从水稻未成熟胚乳中分化出植株, 证实了水稻胚乳细胞的全能性.之后, 在水稻中又重现了这一结果(Bajaj et al., 1980).截至目前, 大麦(孙敬三和朱至清, 1981)、小麦(赵世绪等, 1984)、黑麦(Secale cereale, 2n=2x=14) (赵世绪等, 1984)、小麦-黑麦杂种(王敬驹等, 1982)、高粱(田立忠和徐爱菊, 2000)和毛竹(Phllostachys edulis, 2n=4x=48) (袁金玲等, 2015)等禾本科植物均通过胚乳培养分化出植株. ...

... 胚乳发育阶段是胚乳培养的关键因素, 常用授粉后天数(days after pollination, DAP)来表征.通常以未成熟胚乳作外植体, 如多年生黑麦草在9-10 DAP (Norstog, 1956)、玉米在8-11 DAP (Straus and La Rue, 1954; Tamaoki and Ullstrup, 1958)、水稻在4-7 DAP (Nakano et al., 1975)、小麦在10 DAP (赵世绪等, 1984)以及大麦在8 DAP (Sehgal, 1974); 小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织在14 DAP时诱导频率最佳, 在7 DAP时次之, 而在21 DAP时已不能诱导出愈伤组织(王敬驹等, 1982).以毛竹30-40 DAP的成熟胚乳作为外植体获得成功(袁金玲等, 2015).一般情况下, 成熟胚乳启动细胞分裂在于初始时与胚的联动, 而未成熟胚乳启动细胞分裂与胚是否存在无关(Hoshino et al., 2011).需要特别指出的是, 添加赤霉素等外源激素可以代替胚, 而小麦和黑麦的胚乳在无胚和赤霉素的条件下也可产生愈伤组织并分化成苗(赵世绪等, 1984).培养基、生长调节剂和环境因素对于胚乳三倍体的形成也起着重要作用.例如, 培养基中添加8%的蔗糖有利于小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织诱导(王敬驹等, 1982).添加氮源对于未成熟胚乳的增殖至关重要(Hoshino et al., 2011).在小麦和黑麦胚乳培养时, 添加激动素和2,4-D可提高愈伤组织诱导频率(赵世绪等, 1984).玉米胚乳在暗处培养效果更佳(Straus and La Rue, 1954), 而在黑麦中光照对胚乳的增殖无影响(Norstog et al.,1969).胚乳培养以组织培养为技术基础, 并未成为主流的三倍体合成方式. ...

DNA elimination in embryogenic development of Pennisetum glaucum × Pennisetum purpureum(Poaceae) hybrids
1
2013

... 三倍体可促进物种间的基因交流(图3D).例如, 水稻(AA)与4个澳洲野生稻(O. australiensis, 2n= 2x=24, EE)杂交经胚拯救获得F1, 但F1雄性不育, 其作母本未获得种子; 然而, 以四倍体水稻作母本、澳洲野生稻作父本获得三倍体(AAE), 随后用水稻作父本授粉该三倍体, 通过与三倍体回交在其后代中发现了抗褐飞虱和白叶枯病的水稻种质(Multani et al., 1994).合成的三倍体杂交狼尾草与四倍体相比, 基因组的相对损失更少, 更有潜力作为遗传桥梁(Nunes et al., 2013).特别地, 利用三倍体世代还可提高亲本基因组的稀释效率(党江波等, 2018). ...

Microsporogenesis in Brachiaria brizantha(Poaceae) as a selection tool for breeding
1
2012

... 流式细胞术(flow cytometry, FCM)通过G1期细胞核DNA含量间接反映材料倍性.取材为任意组织(禾本科以新鲜幼嫩叶片为最佳), 对植株损伤小, 仅需1 cm2叶片, 故在苗期即可实现倍性鉴定.目标组织和参照组织分别经DNA核解离液解离为单细胞悬浮液, 二者等量混合上机检测为内标法(internal reference method), 单独上机检测为外标法(external reference method).外标法更简便, 内标法更准确.由于植物细胞中含有大量的次生代谢物, 导致悬浮液制备的难度增加, 应根据不同种类选择核提取液.例如, 鸭茅为Otto (许蕾等, 2019), 狗牙根(Cynodon dactylon)和高羊茅(F. elata)为Hepes, 二穗短柄草(Brachypodium distachyon)用Tris·MgCl2 (汪艳等, 2015).将荧光染料(如碘化丙啶(propidium iodide))加入细胞悬浮液后可均匀地插入到DNA双链中, 其嵌入量与DNA含量成正比, 通过流式细胞仪检测荧光强度来表征DNA含量.FCM可在数秒内对上万个植物细胞进行DNA含量测定, 从而实现倍性的高通量检测.利用染色体计数与FCM对30份芒属(Miscanthus)植物的鉴定表明, 以染色体压片为参考, FCM完成了对二倍体芒(Miscanthus sinensis, 2n=2x=38)的准确鉴定(刘秀明等, 2014).但对于更高倍性的鉴定FCM可能存在误判.例如, Pagliarini等(2012)以染色体分析为标准评判了FCM鉴定臂形草(Brachiaria brizantha, x=9)倍性的准确性, 某些四倍体材料被误判为五倍体或六倍体, 而某些六倍体材料被误判为五倍体. ...

Polyploidization mechanisms: temperature environment can induce diploid gamete formation in Rosa sp
1
2011

... 实践中, 2n配子可通过环境调控、化学诱导、种间杂种和减数分裂突变体获得.2n配子的发生主要受遗传控制, 但暴露于低温或高温、热冲击和高辐射下可诱导或刺激2n配子形成(Younis et al., 2014).例如, 蔷薇属(Rosa)植物花芽暴露于36°C高温下可提高2n雄配子的发生率(Pécrix et al., 2011).在禾本科中采用环境调控诱导2n配子发生尚未见报道.N2O在诱导鸭茅(Van Santen et al., 1991)、玉米(Zea mays, 2n=2x=20) (Kato and Birchler, 2006)、小麦(Triticum aestivum, 2n=6x=42)及大麦(Dvorak et al., 1973)的2n配子上取得成功.向玉米雄穗喷洒氟乐灵可诱导2n花粉并获得同源三倍体(Kato, 1999).种间或属间杂种是产生2n配子的重要途径, 其频率高于祖先物种(Ramsey and Schemske, 1998).Mason等(2011)分析了3种芸薹属(Brassica)物种及其F1杂种的2n雄配子发生率, 发现5个甘蓝型油菜(B. napus, 2n=4x=38)品系的发生率(0%-0.11%, 平均值为0.03%)较低, 而甘蓝型油菜的11种F1杂种的发生率(0.17%-3.29%, 平均值为1.55%)较高.可见, 种间杂种较亲本基因组2n配子的发生率提高.Zeng等(2020)发现在兰花(Cymbidium ssp.)传统品种中2n雄配子发生率为0.15%-1.0%, 而种间杂种为2.5%-4.03%; 同时作者认为可能由于无性繁殖植物存在可替代的繁殖途径, 2n配子的形成频率相对更高.减数分裂活跃基因的突变可能导致纺锤体形成异常或胞质分裂受阻而形成2n配子, 如拟南芥(Arabidopsis thaliana, 2n= 2x=10)中的cyca1;2/tam (SDR型)、osd1 (SDR型)和Atps1 (FDR型)突变体(Brownfield and K?hler, 2011). ...

Intraspecific hybridization as a method of breeding Kentucky bluegrass ( Poa pratemis L.) for turf
1
1971

... 三倍体通过保留用于生产种子的光合作用能量来促进营养生长, 通常具有更强的营养生长优势(Hoshino et al., 2011).因此, 禾本科三倍体育种在草坪草、能源草和牧草上收获颇丰(表1; 图3A).与二倍体相比, 三倍体的少花或无花特性有利于草坪管理和提升草坪观赏价值.在无融合生殖早熟禾(Poa pratemis)中, 筛选出源于2n配子的抗病三倍体草坪草种质(Pepin and Funk, 1971).三倍体比二倍体海滨雀稗(Seashore paspalum, 2n=2x=20)的叶色更深(Schwartz et al., 2013).通过四倍体普通狗牙根(2n=4x=36)与二倍体非洲狗牙根(C. transvaalensis, 2n=2x=18)杂交育成了Tifway、TifEagle和Tifgreen等知名三倍体狗牙根品种(2n=3x=27), 成为三倍体草坪草育种的杰出典范.三倍体奇岗(M. × miscanthus, 2n=3x=57)具有多年生、C4高光效、低氮需求、较耐低温和高生物量等特性, 是最重要的第二代能源植物, 现已成为能源模式植物(潘志军等, 2017).三倍体鸭茅苗期生长速度快于双亲(钟声, 2006).三倍体热研4号王草第3年丰产期干物质产量比母本象草 (Pennisetum purpureum)增产32.8% (刘国道等, 2012).玉草1号由二倍体玉米与四倍体多年生大刍草杂交而成, 分蘖力强、生物量高且具再生性(任勇等, 2007).当前生产中利用的禾本科三倍体能源草和牧草(表1)大多具有如下特性: (1) 利用异源三倍体的亚种间杂种优势; (2) 多年生高大禾草; (3) 易于无性繁殖.因此, F. apennina (2n=4x=28)与F. pratensis (2n=2x=14)合成的三倍体显示出生物量杂种优势, 但因杂交结实率低, 须提高结实率或采取无性扩繁技术, 否则难以应用(Boller and Kopeck, 2020).高粱属和斑茅(Eriarthus arundinaceus)等高大禾草目前尚无三倍体品种, 可尝试三倍体育种. ...

Direct and indirect in vitro regeneration of Miscanthus × giganteus cultivar freedom: effects of explant type and medium on regeneration efficiency
1
2015

... Triploidy cultivars in Poaceae
Table 1
母本 父本 品种名 用途 参考文献
狗牙根(Cynodon dactylon)
2n=4x=36
非洲狗牙根(C. transvaalensis)
2n=2x=18
Tifway、TifwayII、Midiron、TifEagle、Tifgreen、Tifdwarf、MS-Supreme、MS-Express、TifSport和Champion (2n=3x=27) 草坪草 Kamps et al., 2011
荻(Miscanthus sacchariflorus)
2n=4x=76
芒(M. sinensis)
2n=2x=38
Illinois和Freedom (2n=3x=57) 能源作物 Perera et al., 2015
玉米(Zea mays)
2n=2x=20
四倍体大刍草(Z. perennis)
2n=4x=40
玉草1号(2n=3x=30) 饲用作物 勇等, 2007
指状摩擦禾(Tripsacum dactyloides)
2n=2x=36
指状摩擦禾(T. dactyloides)
2n=4x=72
Verl (2n=3x=54) 饲用作物 Springer et al., 2006
薏苡(Coix lacryma-jobi)
2n=2x=20
水生薏苡(C. aquatica)
2n=4x=40
丰牧88 (2n=3x=30) 饲用作物 孙福艾, 2017
象草(Pennisetum purpureum)
2n=4x=28
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
热研4号(2n=3x=21) 饲用作物 刘国道等, 2012
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
象草(P. purpureum)
2n=4x=28
闽牧6号和华南1号(2n=3x=21) 饲用作物 陈平等, 2004;
陈钟佃等, 2012
1.3 多精受精 卵细胞融合2个精细胞(n+n+n)形成三倍体合子(图1H), 称多精受精(polyspermy).多精受精发生困难.为了阻止多精融合的风险, 动物通过多精障碍(polyspermy block)确保合子的二倍性: (1) 单精合子在精卵质膜融合阶段通过卵膜周围电位立即触发的正向移位或通过Ca2+依赖性皮质颗粒的胞吐作用在受精卵周围形成1个受精膜以阻止多余的精细胞入卵; (2) 生理多精(physiological polyspermy)在多精卵子中仅选择性融合1个精核, 剩余的精核退化或消失; (3) 多精合子致死或早期胚胎致死, 在动物中源自多个精子的额外中心体可产生多个微管组织中心(microtubule-organizing centers, MOCs), MOCs将引发异常的核分裂和细胞分裂, 导致合子或胚胎早期致死(Nakel et al., 2017).被子植物拟南芥则通过FERONIA受体激酶确保合子的二倍性, 防止多余花粉管到达胚囊; 胚珠通过助细胞中的丝状器分泌诱导蛋白AtLURE1s吸引花粉管进入胚珠, 当1个花粉管穿过胚珠珠孔端的其中1个助细胞时, 丝状器上FERONIA受体激酶表达, 并与丝状器中去甲酯化果胶结合进而诱导产生NO; NO对AtLURE1s进行亚硝基化修饰后抑制AtLURE1s的分泌并造成其失活, 抑制其与受体的相互作用, 使其对后来花粉管的吸引能力急剧下降, 从而避免多管现象(polytubey), 最终阻止多精受精(Duan et al., 2020).由于植物细胞缺乏中心体, 并且不将它们用作核分裂过程中染色体分离的纺锤体; 一旦多余花粉管到达胚珠, 在被子植物中形成的多精合子可能不会死亡.多精受精的鉴定困难, 利用传统的根尖压片技术无法区分三倍体由何种途径(n+n+n或2n+n)产生.因此, 有关兰花(Hagerup, 1947)、玉米(Rhoades, 1936)、高粱(Erichsen and Ross, 1963)和小麦(Suarez et al., 1992)的多精受精现象一直停留在理论推测, 缺乏直接的生物学证据. ...

Pathways, mechanisms, and rates of polyploid formation in flowering plants
2
1998

... 目前, 通过观测小孢子发生在植物中已发现5种2n配子形成机制(Loginova and Silkova, 2017) (图2).减数分裂II期姐妹染色单体分离形成的FDR (first division restitution)型2n配子(图2C)在很大程度上保留了亲本的杂合性, 而减数分裂II期姐妹染色单体不分离形成的SDR (second division restitution)型2n配子(图2D)高度纯合.因此, 在转移亲本杂合性方面FDR型比SDR型更为有利(Younis et al., 2014).Harlan和De Wet (1975)认为所有植物都以某种频率产生2n配子, 但物种间发生频率不同.二倍体水稻(Oryza sativa, 2n=2x=24)多胚苗能自发地产生三倍体(张静等, 2002).在二倍体看麦娘(Alopecurus bulbosus, 2n=2x=14)自然群体中, 二倍体、三倍体与四倍体并存(Sieber and Murray, 1979).在22个二倍体大麦(Hordeum vulgare, 2n=2x=14)品种中, 三倍体植株的发生率为0.01%-0.29% (Sandfaer, 1975).在黄花茅(Anthoxanthum alpinum, 2n=2x=10)中2n配子的发生率为6.3% (Bretagnolle, 2001).对十字花科24个物种60个群体的研究表明, 尽管2n配子先前被认为相对罕见、但普遍发生(通常个体的雄配子2n发生率<2%), 并且在特定个体中较高, 这些极少数产生高频率2n配子的个体可能在多倍体的形成中发挥关键作用(Kreiner et al., 2017).在同一植物中, 雌雄2n配子的发生率也不一致(Ramsey and Schemske, 1998).鸭茅(Dactylis glomerata, 2n=2x=14) 2n雌配子发生率为0.49%, 而2n雄配子发生率为0.98% (Maceira et al.,1992).鉴于2n配子发生率低, 在2x/2x下通过单向有性多倍化(unilateral sexual polyploidization, 2x+x)形成三倍体的频率远高于通过双向有性多倍化(bilateral sexual polyploidization, 2x+2x)形成四倍体的频率.例如, 在黄花茅中2n配子形成三倍体的发生率为0.2%, 但未见四倍体发生(Bretagnolle, 2001). ...

... 实践中, 2n配子可通过环境调控、化学诱导、种间杂种和减数分裂突变体获得.2n配子的发生主要受遗传控制, 但暴露于低温或高温、热冲击和高辐射下可诱导或刺激2n配子形成(Younis et al., 2014).例如, 蔷薇属(Rosa)植物花芽暴露于36°C高温下可提高2n雄配子的发生率(Pécrix et al., 2011).在禾本科中采用环境调控诱导2n配子发生尚未见报道.N2O在诱导鸭茅(Van Santen et al., 1991)、玉米(Zea mays, 2n=2x=20) (Kato and Birchler, 2006)、小麦(Triticum aestivum, 2n=6x=42)及大麦(Dvorak et al., 1973)的2n配子上取得成功.向玉米雄穗喷洒氟乐灵可诱导2n花粉并获得同源三倍体(Kato, 1999).种间或属间杂种是产生2n配子的重要途径, 其频率高于祖先物种(Ramsey and Schemske, 1998).Mason等(2011)分析了3种芸薹属(Brassica)物种及其F1杂种的2n雄配子发生率, 发现5个甘蓝型油菜(B. napus, 2n=4x=38)品系的发生率(0%-0.11%, 平均值为0.03%)较低, 而甘蓝型油菜的11种F1杂种的发生率(0.17%-3.29%, 平均值为1.55%)较高.可见, 种间杂种较亲本基因组2n配子的发生率提高.Zeng等(2020)发现在兰花(Cymbidium ssp.)传统品种中2n雄配子发生率为0.15%-1.0%, 而种间杂种为2.5%-4.03%; 同时作者认为可能由于无性繁殖植物存在可替代的繁殖途径, 2n配子的形成频率相对更高.减数分裂活跃基因的突变可能导致纺锤体形成异常或胞质分裂受阻而形成2n配子, 如拟南芥(Arabidopsis thaliana, 2n= 2x=10)中的cyca1;2/tam (SDR型)、osd1 (SDR型)和Atps1 (FDR型)突变体(Brownfield and K?hler, 2011). ...

Note on the origin of triploidy in maize
1
1936

... 卵细胞融合2个精细胞(n+n+n)形成三倍体合子(图1H), 称多精受精(polyspermy).多精受精发生困难.为了阻止多精融合的风险, 动物通过多精障碍(polyspermy block)确保合子的二倍性: (1) 单精合子在精卵质膜融合阶段通过卵膜周围电位立即触发的正向移位或通过Ca2+依赖性皮质颗粒的胞吐作用在受精卵周围形成1个受精膜以阻止多余的精细胞入卵; (2) 生理多精(physiological polyspermy)在多精卵子中仅选择性融合1个精核, 剩余的精核退化或消失; (3) 多精合子致死或早期胚胎致死, 在动物中源自多个精子的额外中心体可产生多个微管组织中心(microtubule-organizing centers, MOCs), MOCs将引发异常的核分裂和细胞分裂, 导致合子或胚胎早期致死(Nakel et al., 2017).被子植物拟南芥则通过FERONIA受体激酶确保合子的二倍性, 防止多余花粉管到达胚囊; 胚珠通过助细胞中的丝状器分泌诱导蛋白AtLURE1s吸引花粉管进入胚珠, 当1个花粉管穿过胚珠珠孔端的其中1个助细胞时, 丝状器上FERONIA受体激酶表达, 并与丝状器中去甲酯化果胶结合进而诱导产生NO; NO对AtLURE1s进行亚硝基化修饰后抑制AtLURE1s的分泌并造成其失活, 抑制其与受体的相互作用, 使其对后来花粉管的吸引能力急剧下降, 从而避免多管现象(polytubey), 最终阻止多精受精(Duan et al., 2020).由于植物细胞缺乏中心体, 并且不将它们用作核分裂过程中染色体分离的纺锤体; 一旦多余花粉管到达胚珠, 在被子植物中形成的多精合子可能不会死亡.多精受精的鉴定困难, 利用传统的根尖压片技术无法区分三倍体由何种途径(n+n+n或2n+n)产生.因此, 有关兰花(Hagerup, 1947)、玉米(Rhoades, 1936)、高粱(Erichsen and Ross, 1963)和小麦(Suarez et al., 1992)的多精受精现象一直停留在理论推测, 缺乏直接的生物学证据. ...

The occurrence of spontaneous triploids in different barley varieties
1
1975

... 目前, 通过观测小孢子发生在植物中已发现5种2n配子形成机制(Loginova and Silkova, 2017) (图2).减数分裂II期姐妹染色单体分离形成的FDR (first division restitution)型2n配子(图2C)在很大程度上保留了亲本的杂合性, 而减数分裂II期姐妹染色单体不分离形成的SDR (second division restitution)型2n配子(图2D)高度纯合.因此, 在转移亲本杂合性方面FDR型比SDR型更为有利(Younis et al., 2014).Harlan和De Wet (1975)认为所有植物都以某种频率产生2n配子, 但物种间发生频率不同.二倍体水稻(Oryza sativa, 2n=2x=24)多胚苗能自发地产生三倍体(张静等, 2002).在二倍体看麦娘(Alopecurus bulbosus, 2n=2x=14)自然群体中, 二倍体、三倍体与四倍体并存(Sieber and Murray, 1979).在22个二倍体大麦(Hordeum vulgare, 2n=2x=14)品种中, 三倍体植株的发生率为0.01%-0.29% (Sandfaer, 1975).在黄花茅(Anthoxanthum alpinum, 2n=2x=10)中2n配子的发生率为6.3% (Bretagnolle, 2001).对十字花科24个物种60个群体的研究表明, 尽管2n配子先前被认为相对罕见、但普遍发生(通常个体的雄配子2n发生率<2%), 并且在特定个体中较高, 这些极少数产生高频率2n配子的个体可能在多倍体的形成中发挥关键作用(Kreiner et al., 2017).在同一植物中, 雌雄2n配子的发生率也不一致(Ramsey and Schemske, 1998).鸭茅(Dactylis glomerata, 2n=2x=14) 2n雌配子发生率为0.49%, 而2n雄配子发生率为0.98% (Maceira et al.,1992).鉴于2n配子发生率低, 在2x/2x下通过单向有性多倍化(unilateral sexual polyploidization, 2x+x)形成三倍体的频率远高于通过双向有性多倍化(bilateral sexual polyploidization, 2x+2x)形成四倍体的频率.例如, 在黄花茅中2n配子形成三倍体的发生率为0.2%, 但未见四倍体发生(Bretagnolle, 2001). ...

Creation of artificial triploid and tetraploid centipedegrass using colchicine and breeding
2
2013

... 人工合成三倍体常由4x/2x或2x/4x产生(Thomas and Chaturvedi, 2008) (图1F, G).例如, 通过秋水仙碱加倍假俭草(Eremochloa ophiuroides, 2n=2x=18)种子形成的4x与2x杂交获得同源三倍体(Schwartz et al., 2013).鸭茅2x/4x获得同源三倍体(钟声, 2006).水稻与小粒野生稻(O. minuta, 2n=4x=48)杂交获得异源三倍体(张智奇等, 1994).精细胞正常发育的二倍体常作为父本, 而四倍体(特别是人工合成四倍体)通常育性降低作母本.例如, 水稻4x/2x杂交结实率(0.42%-1.64%)高于其反交组合(0.20%-0.85%), 倍性间杂交同源三倍体成活率(0.07%)极低, 杂交后借助胚拯救可提升三倍体植株的成活率(0.78%) (黄群策和孙敬三, 1999).在谷子(Setaria italica, 2n= 2x=18) 4x/2x的2 100个杂交后代中得到5株三倍体(发生率为0.24%), 反交未能获得三倍体(王润奇等, 1994).特别地, 当前生产中应用的禾本科三倍体几乎全部源自倍性间杂交(表1).此外, 高粱(Sorghum bicolor, 2n=2x=20)单倍体自交产生的三倍体可能源于减数分裂I期和II期中胞质不分裂产生2x配子与减数分裂I期不分裂、减数分裂II期正常分裂的x配子结合(Erichsen and Ross, 1963); 四倍体种间杂交F1代中1个基因组丢失也可形成三倍体(于卓等, 2004). ...

... 三倍体通过保留用于生产种子的光合作用能量来促进营养生长, 通常具有更强的营养生长优势(Hoshino et al., 2011).因此, 禾本科三倍体育种在草坪草、能源草和牧草上收获颇丰(表1; 图3A).与二倍体相比, 三倍体的少花或无花特性有利于草坪管理和提升草坪观赏价值.在无融合生殖早熟禾(Poa pratemis)中, 筛选出源于2n配子的抗病三倍体草坪草种质(Pepin and Funk, 1971).三倍体比二倍体海滨雀稗(Seashore paspalum, 2n=2x=20)的叶色更深(Schwartz et al., 2013).通过四倍体普通狗牙根(2n=4x=36)与二倍体非洲狗牙根(C. transvaalensis, 2n=2x=18)杂交育成了Tifway、TifEagle和Tifgreen等知名三倍体狗牙根品种(2n=3x=27), 成为三倍体草坪草育种的杰出典范.三倍体奇岗(M. × miscanthus, 2n=3x=57)具有多年生、C4高光效、低氮需求、较耐低温和高生物量等特性, 是最重要的第二代能源植物, 现已成为能源模式植物(潘志军等, 2017).三倍体鸭茅苗期生长速度快于双亲(钟声, 2006).三倍体热研4号王草第3年丰产期干物质产量比母本象草 (Pennisetum purpureum)增产32.8% (刘国道等, 2012).玉草1号由二倍体玉米与四倍体多年生大刍草杂交而成, 分蘖力强、生物量高且具再生性(任勇等, 2007).当前生产中利用的禾本科三倍体能源草和牧草(表1)大多具有如下特性: (1) 利用异源三倍体的亚种间杂种优势; (2) 多年生高大禾草; (3) 易于无性繁殖.因此, F. apennina (2n=4x=28)与F. pratensis (2n=2x=14)合成的三倍体显示出生物量杂种优势, 但因杂交结实率低, 须提高结实率或采取无性扩繁技术, 否则难以应用(Boller and Kopeck, 2020).高粱属和斑茅(Eriarthus arundinaceus)等高大禾草目前尚无三倍体品种, 可尝试三倍体育种. ...

Growth of barley and wheat endosperm in cultures
1
1974

... 胚乳发育阶段是胚乳培养的关键因素, 常用授粉后天数(days after pollination, DAP)来表征.通常以未成熟胚乳作外植体, 如多年生黑麦草在9-10 DAP (Norstog, 1956)、玉米在8-11 DAP (Straus and La Rue, 1954; Tamaoki and Ullstrup, 1958)、水稻在4-7 DAP (Nakano et al., 1975)、小麦在10 DAP (赵世绪等, 1984)以及大麦在8 DAP (Sehgal, 1974); 小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织在14 DAP时诱导频率最佳, 在7 DAP时次之, 而在21 DAP时已不能诱导出愈伤组织(王敬驹等, 1982).以毛竹30-40 DAP的成熟胚乳作为外植体获得成功(袁金玲等, 2015).一般情况下, 成熟胚乳启动细胞分裂在于初始时与胚的联动, 而未成熟胚乳启动细胞分裂与胚是否存在无关(Hoshino et al., 2011).需要特别指出的是, 添加赤霉素等外源激素可以代替胚, 而小麦和黑麦的胚乳在无胚和赤霉素的条件下也可产生愈伤组织并分化成苗(赵世绪等, 1984).培养基、生长调节剂和环境因素对于胚乳三倍体的形成也起着重要作用.例如, 培养基中添加8%的蔗糖有利于小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织诱导(王敬驹等, 1982).添加氮源对于未成熟胚乳的增殖至关重要(Hoshino et al., 2011).在小麦和黑麦胚乳培养时, 添加激动素和2,4-D可提高愈伤组织诱导频率(赵世绪等, 1984).玉米胚乳在暗处培养效果更佳(Straus and La Rue, 1954), 而在黑麦中光照对胚乳的增殖无影响(Norstog et al.,1969).胚乳培养以组织培养为技术基础, 并未成为主流的三倍体合成方式. ...

Cytomixis and unreduced pollen grain formation in Alopecurus L. and Catbrosa Beauv.(Poaceae)
1
2009

... 在通过形态鉴定体细胞或配子体倍性的实践中, 花粉粒大小(花粉直径)是常用参数.例如, 燕麦属(Arena)花粉粒大小与植株倍性呈极显著正相关(r=0.86, P< 0.01) (Katsiotis and Forsberg, 1995).在大麦(Johansen and Vonbothmer, 1994)、看麦娘属(Alepecurus)和沿沟草属(Catabrosa) (Sheidai et al., 2009)中也有相似的结果.然而, 多年生黑麦草花粉粒大小不受体细胞倍性的影响(Jansen and Dennijs, 1993).垂穗草(Bouteloua curtipendula, 2n=2x=20)在六倍体以内花粉粒大小及其变异系数随着倍性的增加而增加, 当超过六倍体后2个参数不再随倍性变化(Kapadia and Gould, 1964).在4个大麦属(Hordeum)物种中, 已露出小花外的花粉粒, 其花粉直径大于未露出小花的花粉粒; 花粉粒大小随着倍性水平的增加而增加(2x、4x和6x) (Johansen and Von Bothmer, 1994).因此, 通过花粉鉴定植株倍性应当注意物种间差异并统一花粉发育时期.无芒雀麦(Bromus inermis, x=7)的花粉粒大小在各倍性(4x、6x和8x)之间存在重叠, 通过气孔长度鉴定倍性优于气孔频率与花粉粒大小(Tan and Dunn, 1973).与通过花粉粒性状鉴定倍性相似, 通过气孔性状鉴定倍性的效果也因物种而异. ...

The cytology of the genus Alopecurus(Gramineae)
1
1979

... 目前, 通过观测小孢子发生在植物中已发现5种2n配子形成机制(Loginova and Silkova, 2017) (图2).减数分裂II期姐妹染色单体分离形成的FDR (first division restitution)型2n配子(图2C)在很大程度上保留了亲本的杂合性, 而减数分裂II期姐妹染色单体不分离形成的SDR (second division restitution)型2n配子(图2D)高度纯合.因此, 在转移亲本杂合性方面FDR型比SDR型更为有利(Younis et al., 2014).Harlan和De Wet (1975)认为所有植物都以某种频率产生2n配子, 但物种间发生频率不同.二倍体水稻(Oryza sativa, 2n=2x=24)多胚苗能自发地产生三倍体(张静等, 2002).在二倍体看麦娘(Alopecurus bulbosus, 2n=2x=14)自然群体中, 二倍体、三倍体与四倍体并存(Sieber and Murray, 1979).在22个二倍体大麦(Hordeum vulgare, 2n=2x=14)品种中, 三倍体植株的发生率为0.01%-0.29% (Sandfaer, 1975).在黄花茅(Anthoxanthum alpinum, 2n=2x=10)中2n配子的发生率为6.3% (Bretagnolle, 2001).对十字花科24个物种60个群体的研究表明, 尽管2n配子先前被认为相对罕见、但普遍发生(通常个体的雄配子2n发生率<2%), 并且在特定个体中较高, 这些极少数产生高频率2n配子的个体可能在多倍体的形成中发挥关键作用(Kreiner et al., 2017).在同一植物中, 雌雄2n配子的发生率也不一致(Ramsey and Schemske, 1998).鸭茅(Dactylis glomerata, 2n=2x=14) 2n雌配子发生率为0.49%, 而2n雄配子发生率为0.98% (Maceira et al.,1992).鉴于2n配子发生率低, 在2x/2x下通过单向有性多倍化(unilateral sexual polyploidization, 2x+x)形成三倍体的频率远高于通过双向有性多倍化(bilateral sexual polyploidization, 2x+2x)形成四倍体的频率.例如, 在黄花茅中2n配子形成三倍体的发生率为0.2%, 但未见四倍体发生(Bretagnolle, 2001). ...

Registration of 'Verl' eastern gamagrass
2
2006

... Triploidy cultivars in Poaceae
Table 1
母本 父本 品种名 用途 参考文献
狗牙根(Cynodon dactylon)
2n=4x=36
非洲狗牙根(C. transvaalensis)
2n=2x=18
Tifway、TifwayII、Midiron、TifEagle、Tifgreen、Tifdwarf、MS-Supreme、MS-Express、TifSport和Champion (2n=3x=27) 草坪草 Kamps et al., 2011
荻(Miscanthus sacchariflorus)
2n=4x=76
芒(M. sinensis)
2n=2x=38
Illinois和Freedom (2n=3x=57) 能源作物 Perera et al., 2015
玉米(Zea mays)
2n=2x=20
四倍体大刍草(Z. perennis)
2n=4x=40
玉草1号(2n=3x=30) 饲用作物 勇等, 2007
指状摩擦禾(Tripsacum dactyloides)
2n=2x=36
指状摩擦禾(T. dactyloides)
2n=4x=72
Verl (2n=3x=54) 饲用作物 Springer et al., 2006
薏苡(Coix lacryma-jobi)
2n=2x=20
水生薏苡(C. aquatica)
2n=4x=40
丰牧88 (2n=3x=30) 饲用作物 孙福艾, 2017
象草(Pennisetum purpureum)
2n=4x=28
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
热研4号(2n=3x=21) 饲用作物 刘国道等, 2012
美洲狼尾草(P. americana)
2n=2x=14
象草(P. purpureum)
2n=4x=28
闽牧6号和华南1号(2n=3x=21) 饲用作物 陈平等, 2004;
陈钟佃等, 2012
1.3 多精受精 卵细胞融合2个精细胞(n+n+n)形成三倍体合子(图1H), 称多精受精(polyspermy).多精受精发生困难.为了阻止多精融合的风险, 动物通过多精障碍(polyspermy block)确保合子的二倍性: (1) 单精合子在精卵质膜融合阶段通过卵膜周围电位立即触发的正向移位或通过Ca2+依赖性皮质颗粒的胞吐作用在受精卵周围形成1个受精膜以阻止多余的精细胞入卵; (2) 生理多精(physiological polyspermy)在多精卵子中仅选择性融合1个精核, 剩余的精核退化或消失; (3) 多精合子致死或早期胚胎致死, 在动物中源自多个精子的额外中心体可产生多个微管组织中心(microtubule-organizing centers, MOCs), MOCs将引发异常的核分裂和细胞分裂, 导致合子或胚胎早期致死(Nakel et al., 2017).被子植物拟南芥则通过FERONIA受体激酶确保合子的二倍性, 防止多余花粉管到达胚囊; 胚珠通过助细胞中的丝状器分泌诱导蛋白AtLURE1s吸引花粉管进入胚珠, 当1个花粉管穿过胚珠珠孔端的其中1个助细胞时, 丝状器上FERONIA受体激酶表达, 并与丝状器中去甲酯化果胶结合进而诱导产生NO; NO对AtLURE1s进行亚硝基化修饰后抑制AtLURE1s的分泌并造成其失活, 抑制其与受体的相互作用, 使其对后来花粉管的吸引能力急剧下降, 从而避免多管现象(polytubey), 最终阻止多精受精(Duan et al., 2020).由于植物细胞缺乏中心体, 并且不将它们用作核分裂过程中染色体分离的纺锤体; 一旦多余花粉管到达胚珠, 在被子植物中形成的多精合子可能不会死亡.多精受精的鉴定困难, 利用传统的根尖压片技术无法区分三倍体由何种途径(n+n+n或2n+n)产生.因此, 有关兰花(Hagerup, 1947)、玉米(Rhoades, 1936)、高粱(Erichsen and Ross, 1963)和小麦(Suarez et al., 1992)的多精受精现象一直停留在理论推测, 缺乏直接的生物学证据. ...

... 以从水稻双胚苗中筛选获得的特异同源三倍体SAR-3作母本与二倍体杂交, 在F1中得到一定比例的二倍体, 其中一定比例的植株可能通过无融合生殖保持性状的稳定(张静等, 2002).Wang等(2019)利用CRISPR-Cas9在籼粳杂交稻中同时敲除PAIR1REC8OSD1MTL四个内源基因, 获得可无融合生殖的克隆F1种子(发生率为0.19%-0.41%), 固定了杂种优势, 但克隆种子结实率(6.2%)比野生型(81.9%)大幅降低.此前已有报道, 具有无融合生殖特性的三倍体摩擦禾其种子结实率为53%-71% (Dewald et al., 1992), 三倍体摩擦禾品种Verl的种子结实率和产量分别为68%和178 kg·hm-2 (Springer et al., 2006).因此, 研究禾谷类作物三倍体无融合生殖育种以克服在二倍体中有性生殖和无融合生殖共存的弊端, 尝试利用禾本科三倍体优异的营养体基础生产克隆种子具有理论价值和实际意义. ...

Maize endosperm tissue grown in vitro I. Culture requirements
2
1954

... 胚乳发育阶段是胚乳培养的关键因素, 常用授粉后天数(days after pollination, DAP)来表征.通常以未成熟胚乳作外植体, 如多年生黑麦草在9-10 DAP (Norstog, 1956)、玉米在8-11 DAP (Straus and La Rue, 1954; Tamaoki and Ullstrup, 1958)、水稻在4-7 DAP (Nakano et al., 1975)、小麦在10 DAP (赵世绪等, 1984)以及大麦在8 DAP (Sehgal, 1974); 小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织在14 DAP时诱导频率最佳, 在7 DAP时次之, 而在21 DAP时已不能诱导出愈伤组织(王敬驹等, 1982).以毛竹30-40 DAP的成熟胚乳作为外植体获得成功(袁金玲等, 2015).一般情况下, 成熟胚乳启动细胞分裂在于初始时与胚的联动, 而未成熟胚乳启动细胞分裂与胚是否存在无关(Hoshino et al., 2011).需要特别指出的是, 添加赤霉素等外源激素可以代替胚, 而小麦和黑麦的胚乳在无胚和赤霉素的条件下也可产生愈伤组织并分化成苗(赵世绪等, 1984).培养基、生长调节剂和环境因素对于胚乳三倍体的形成也起着重要作用.例如, 培养基中添加8%的蔗糖有利于小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织诱导(王敬驹等, 1982).添加氮源对于未成熟胚乳的增殖至关重要(Hoshino et al., 2011).在小麦和黑麦胚乳培养时, 添加激动素和2,4-D可提高愈伤组织诱导频率(赵世绪等, 1984).玉米胚乳在暗处培养效果更佳(Straus and La Rue, 1954), 而在黑麦中光照对胚乳的增殖无影响(Norstog et al.,1969).胚乳培养以组织培养为技术基础, 并未成为主流的三倍体合成方式. ...

... ).玉米胚乳在暗处培养效果更佳(Straus and La Rue, 1954), 而在黑麦中光照对胚乳的增殖无影响(Norstog et al.,1969).胚乳培养以组织培养为技术基础, 并未成为主流的三倍体合成方式. ...

Polyspermy versus unreduced male gametes as the origin of nonaploids (9x) common wheat plants
1
1992

... 卵细胞融合2个精细胞(n+n+n)形成三倍体合子(图1H), 称多精受精(polyspermy).多精受精发生困难.为了阻止多精融合的风险, 动物通过多精障碍(polyspermy block)确保合子的二倍性: (1) 单精合子在精卵质膜融合阶段通过卵膜周围电位立即触发的正向移位或通过Ca2+依赖性皮质颗粒的胞吐作用在受精卵周围形成1个受精膜以阻止多余的精细胞入卵; (2) 生理多精(physiological polyspermy)在多精卵子中仅选择性融合1个精核, 剩余的精核退化或消失; (3) 多精合子致死或早期胚胎致死, 在动物中源自多个精子的额外中心体可产生多个微管组织中心(microtubule-organizing centers, MOCs), MOCs将引发异常的核分裂和细胞分裂, 导致合子或胚胎早期致死(Nakel et al., 2017).被子植物拟南芥则通过FERONIA受体激酶确保合子的二倍性, 防止多余花粉管到达胚囊; 胚珠通过助细胞中的丝状器分泌诱导蛋白AtLURE1s吸引花粉管进入胚珠, 当1个花粉管穿过胚珠珠孔端的其中1个助细胞时, 丝状器上FERONIA受体激酶表达, 并与丝状器中去甲酯化果胶结合进而诱导产生NO; NO对AtLURE1s进行亚硝基化修饰后抑制AtLURE1s的分泌并造成其失活, 抑制其与受体的相互作用, 使其对后来花粉管的吸引能力急剧下降, 从而避免多管现象(polytubey), 最终阻止多精受精(Duan et al., 2020).由于植物细胞缺乏中心体, 并且不将它们用作核分裂过程中染色体分离的纺锤体; 一旦多余花粉管到达胚珠, 在被子植物中形成的多精合子可能不会死亡.多精受精的鉴定困难, 利用传统的根尖压片技术无法区分三倍体由何种途径(n+n+n或2n+n)产生.因此, 有关兰花(Hagerup, 1947)、玉米(Rhoades, 1936)、高粱(Erichsen and Ross, 1963)和小麦(Suarez et al., 1992)的多精受精现象一直停留在理论推测, 缺乏直接的生物学证据. ...

Hybrid weakness in a rice interspecific hybrid is nitrogen-dependent, and accompanied by changes in gene expression at both total transcript level and parental allele partitioning
1
2017

... 在染色体制备的基础上, 基于特异基因重复序列的荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization, FISH)和基于基因组中同源性重复序列的基因组原位杂交技术(genomic in situ hybridization, GISH)进一步提高了鉴定的分辨率.例如, 野大麦(H. brevisubutum, 2n=4x=28, H1H1H2H2)与加拿大披碱草(Elymus canadensis, 2n=4x=28, SSHcHc)杂交, 通过GISH鉴定某F1为一组Hc染色体组丢失的异源三倍体(2n=3x=21, SH1H2) (于卓等, 2004).利用GISH技术成功鉴定了多年生黑麦草-羊茅(L. perenne-Festuca pratensis, 2n=3x=14Lp+7Fp) (King et al., 1999)、玉米-四倍体多年生大刍草(Z. mays-Z. perennis, 2n=3x=10Zm+20Zp) (Iqbal et al., 2018)及水稻-斑点野生稻(O. sativa-O. punctata, 2n=3x= 12Os+24Op) (Sun et al., 2017)等异源三倍体的基因组构成.同样地, 该法通常用于特异材料倍性鉴定和亲缘关系分析, 鉴定大批量材料过程更显繁琐. ...

Cultivation in vitro of excised endosperm and meristem tissues of corn
1
1958

... 胚乳发育阶段是胚乳培养的关键因素, 常用授粉后天数(days after pollination, DAP)来表征.通常以未成熟胚乳作外植体, 如多年生黑麦草在9-10 DAP (Norstog, 1956)、玉米在8-11 DAP (Straus and La Rue, 1954; Tamaoki and Ullstrup, 1958)、水稻在4-7 DAP (Nakano et al., 1975)、小麦在10 DAP (赵世绪等, 1984)以及大麦在8 DAP (Sehgal, 1974); 小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织在14 DAP时诱导频率最佳, 在7 DAP时次之, 而在21 DAP时已不能诱导出愈伤组织(王敬驹等, 1982).以毛竹30-40 DAP的成熟胚乳作为外植体获得成功(袁金玲等, 2015).一般情况下, 成熟胚乳启动细胞分裂在于初始时与胚的联动, 而未成熟胚乳启动细胞分裂与胚是否存在无关(Hoshino et al., 2011).需要特别指出的是, 添加赤霉素等外源激素可以代替胚, 而小麦和黑麦的胚乳在无胚和赤霉素的条件下也可产生愈伤组织并分化成苗(赵世绪等, 1984).培养基、生长调节剂和环境因素对于胚乳三倍体的形成也起着重要作用.例如, 培养基中添加8%的蔗糖有利于小麦-黑麦杂交胚乳的愈伤组织诱导(王敬驹等, 1982).添加氮源对于未成熟胚乳的增殖至关重要(Hoshino et al., 2011).在小麦和黑麦胚乳培养时, 添加激动素和2,4-D可提高愈伤组织诱导频率(赵世绪等, 1984).玉米胚乳在暗处培养效果更佳(Straus and La Rue, 1954), 而在黑麦中光照对胚乳的增殖无影响(Norstog et al.,1969).胚乳培养以组织培养为技术基础, 并未成为主流的三倍体合成方式. ...

Relationship of stomatal length and frequency and pollen-grain diameter to ploidy level in Bromus inermis Leyss
1
1973

... 在通过形态鉴定体细胞或配子体倍性的实践中, 花粉粒大小(花粉直径)是常用参数.例如, 燕麦属(Arena)花粉粒大小与植株倍性呈极显著正相关(r=0.86, P< 0.01) (Katsiotis and Forsberg, 1995).在大麦(Johansen and Vonbothmer, 1994)、看麦娘属(Alepecurus)和沿沟草属(Catabrosa) (Sheidai et al., 2009)中也有相似的结果.然而, 多年生黑麦草花粉粒大小不受体细胞倍性的影响(Jansen and Dennijs, 1993).垂穗草(Bouteloua curtipendula, 2n=2x=20)在六倍体以内花粉粒大小及其变异系数随着倍性的增加而增加, 当超过六倍体后2个参数不再随倍性变化(Kapadia and Gould, 1964).在4个大麦属(Hordeum)物种中, 已露出小花外的花粉粒, 其花粉直径大于未露出小花的花粉粒; 花粉粒大小随着倍性水平的增加而增加(2x、4x和6x) (Johansen and Von Bothmer, 1994).因此, 通过花粉鉴定植株倍性应当注意物种间差异并统一花粉发育时期.无芒雀麦(Bromus inermis, x=7)的花粉粒大小在各倍性(4x、6x和8x)之间存在重叠, 通过气孔长度鉴定倍性优于气孔频率与花粉粒大小(Tan and Dunn, 1973).与通过花粉粒性状鉴定倍性相似, 通过气孔性状鉴定倍性的效果也因物种而异. ...

The use of a triploid hybrid for introgression in Lolium species
1
1988

... 三倍体也是通往非整倍体的常用桥梁(图3E).对三倍体谷子授以二倍体花粉, 在杂交后代中获得全套三体(王润奇等, 1994).在异源三倍体水稻(AAE)/水稻的杂交后代中, BC1染色体数目变幅为28-31, BC2染色体数目变幅为24-28, 在BC2F2中获得8个附加系(2n=20Os+1Oa) (Multani et al., 1994).在高粱(Hanna and Schertz, 1971)、粳稻(O. sativa subsp. geng) (Iwata and Omura, 1975)和籼稻(O. sativa subsp. xian) (程祝宽等, 1996)等重要禾本科作物中均有通过3x/2x构建的全套初级三体.胚乳组织常表现出有丝分裂不规则, 导致染色体桥和落后染色体进而形成非整倍体(Thomas and Chaturvedi, 2008), 如黑麦草胚乳(Norstog et al., 1969).多花黑麦草4x/2x合成的三倍体与二倍体黑麦草杂交, 后代非整倍体占比为70.89% (56/79); 当以三倍体作父本时, 后代整倍体占比高达87.69% (741/845); 差异源于三倍体作父本时整倍体花粉有选择优势而非整倍体花粉失活(Thomas et al., 1988).随着分子标记和测序技术的发展, 利用非整倍体进行基因定位和构建连锁图谱已无优势.在拟南芥非整倍体自交后代中的整倍体个体, 某些性状的表现与非整倍体母本保持一致(Henry et al., 2010).Gao等(2016)证实了非整倍化在新生多倍体的基因组演化中具有重要作用, 非整倍体小麦的DNA甲基化水平和模式可以稳定地被整倍体后代继承, 这表明非整倍体可以为育种创造表观遗传变异. ...

Endosperm culture: a novel method for triploid plant production
4
2008

... 人工合成三倍体常由4x/2x或2x/4x产生(Thomas and Chaturvedi, 2008) (图1F, G).例如, 通过秋水仙碱加倍假俭草(Eremochloa ophiuroides, 2n=2x=18)种子形成的4x与2x杂交获得同源三倍体(Schwartz et al., 2013).鸭茅2x/4x获得同源三倍体(钟声, 2006).水稻与小粒野生稻(O. minuta, 2n=4x=48)杂交获得异源三倍体(张智奇等, 1994).精细胞正常发育的二倍体常作为父本, 而四倍体(特别是人工合成四倍体)通常育性降低作母本.例如, 水稻4x/2x杂交结实率(0.42%-1.64%)高于其反交组合(0.20%-0.85%), 倍性间杂交同源三倍体成活率(0.07%)极低, 杂交后借助胚拯救可提升三倍体植株的成活率(0.78%) (黄群策和孙敬三, 1999).在谷子(Setaria italica, 2n= 2x=18) 4x/2x的2 100个杂交后代中得到5株三倍体(发生率为0.24%), 反交未能获得三倍体(王润奇等, 1994).特别地, 当前生产中应用的禾本科三倍体几乎全部源自倍性间杂交(表1).此外, 高粱(Sorghum bicolor, 2n=2x=20)单倍体自交产生的三倍体可能源于减数分裂I期和II期中胞质不分裂产生2x配子与减数分裂I期不分裂、减数分裂II期正常分裂的x配子结合(Erichsen and Ross, 1963); 四倍体种间杂交F1代中1个基因组丢失也可形成三倍体(于卓等, 2004). ...

... 近几年, 研究证实多精受精三倍体在水稻(Oryza sativa)和拟南芥中可以发生.Toda等(2016)Toda和Okamoto (2016)使用处在泛素启动子控制下表达组蛋白H2B-GFP的精细胞作为观测对象, 利用水稻体外受精体系, 连续2次电融合, 成功合成了水稻多精合子; 2种多精受精途径(2个精核先后与卵核融合、2个精核融合后再与卵核融合)均被观测到(图1H); 多精合子的双极纺锤体行为正常, 当分化为原胚后经组织培养形成三倍体植株.Nakel等(2017)构建了高通量多精受精检测工具HIPOD, 该工具由mGAL4- VP16/pUAS25构成.花粉亲本1包含RPS5a启动子控制下的异源转录因子mGAL4-VP16, 但不含除草剂抗性的bar基因; 花粉亲本2仅包含bar基因, 无转录激活子, bar基因处于沉默状态.由单一花粉亲本产生的幼苗对除草剂敏感并在除草剂处理后死亡, 仅由花粉亲本1和2共存产生的2种构建体的植株才能避免除草剂的危害.拟南芥胚珠中偶尔会存在2个花粉管进入的现象, 这为多精受精创造了可能(Beale et al., 2012).通过1个卵细胞与2个精细胞完成多精受精, 只需一步即可形成含有3个亲本的异源三倍体(Nakel et al., 2017).多精合子发生的概率极低, 在拟南芥中发生率为0.012% (Nakel et al., 2017), 这导致多精受精鉴定和利用困难.从演化和育种的角度看, 植物多精受精诱导多倍体的意义在于3个遗传上不同基因组的一步融合. ...

... 在二倍体禾本科植物中, 2个极核(n+n)与精细胞(n)融合形成三倍性初级胚乳细胞(primary endosperm cell) (图1B), 随后发育为三倍体胚乳.若胚乳细胞具全能性, 可直接通过组织培养获得三倍体(图1D).据报道, Lampe和Mills于1933年将玉米未成熟胚乳置于含有马铃薯和玉米提取物的培养基中, 观测到胚周围有少量胚乳细胞增殖(Thomas and Chaturvedi, 2008).随后, 在玉米(La Rue, 1949)、多年生黑麦草(Lolium perenne) (Norstog, 1956)和多花黑麦草(L. multiflorum, 2n=2x=14) (Norstog et al., 1969)未成熟胚乳的离体培养中, 获得了可连续增殖的愈伤组织.Johri和Bhojwani (1965)将檀香科植物Exocarpus cupressiformis由成熟胚乳直接分化出三倍体茎芽.Nakano等(1975)从水稻未成熟胚乳中分化出植株, 证实了水稻胚乳细胞的全能性.之后, 在水稻中又重现了这一结果(Bajaj et al., 1980).截至目前, 大麦(孙敬三和朱至清, 1981)、小麦(赵世绪等, 1984)、黑麦(Secale cereale, 2n=2x=14) (赵世绪等, 1984)、小麦-黑麦杂种(王敬驹等, 1982)、高粱(田立忠和徐爱菊, 2000)和毛竹(Phllostachys edulis, 2n=4x=48) (袁金玲等, 2015)等禾本科植物均通过胚乳培养分化出植株. ...

... 三倍体也是通往非整倍体的常用桥梁(图3E).对三倍体谷子授以二倍体花粉, 在杂交后代中获得全套三体(王润奇等, 1994).在异源三倍体水稻(AAE)/水稻的杂交后代中, BC1染色体数目变幅为28-31, BC2染色体数目变幅为24-28, 在BC2F2中获得8个附加系(2n=20Os+1Oa) (Multani et al., 1994).在高粱(Hanna and Schertz, 1971)、粳稻(O. sativa subsp. geng) (Iwata and Omura, 1975)和籼稻(O. sativa subsp. xian) (程祝宽等, 1996)等重要禾本科作物中均有通过3x/2x构建的全套初级三体.胚乳组织常表现出有丝分裂不规则, 导致染色体桥和落后染色体进而形成非整倍体(Thomas and Chaturvedi, 2008), 如黑麦草胚乳(Norstog et al., 1969).多花黑麦草4x/2x合成的三倍体与二倍体黑麦草杂交, 后代非整倍体占比为70.89% (56/79); 当以三倍体作父本时, 后代整倍体占比高达87.69% (741/845); 差异源于三倍体作父本时整倍体花粉有选择优势而非整倍体花粉失活(Thomas et al., 1988).随着分子标记和测序技术的发展, 利用非整倍体进行基因定位和构建连锁图谱已无优势.在拟南芥非整倍体自交后代中的整倍体个体, 某些性状的表现与非整倍体母本保持一致(Henry et al., 2010).Gao等(2016)证实了非整倍化在新生多倍体的基因组演化中具有重要作用, 非整倍体小麦的DNA甲基化水平和模式可以稳定地被整倍体后代继承, 这表明非整倍体可以为育种创造表观遗传变异. ...

Development of polyspermic rice zygotes
2
2016

... 近几年, 研究证实多精受精三倍体在水稻(Oryza sativa)和拟南芥中可以发生.Toda等(2016)Toda和Okamoto (2016)使用处在泛素启动子控制下表达组蛋白H2B-GFP的精细胞作为观测对象, 利用水稻体外受精体系, 连续2次电融合, 成功合成了水稻多精合子; 2种多精受精途径(2个精核先后与卵核融合、2个精核融合后再与卵核融合)均被观测到(图1H); 多精合子的双极纺锤体行为正常, 当分化为原胚后经组织培养形成三倍体植株.Nakel等(2017)构建了高通量多精受精检测工具HIPOD, 该工具由mGAL4- VP16/pUAS25构成.花粉亲本1包含RPS5a启动子控制下的异源转录因子mGAL4-VP16, 但不含除草剂抗性的bar基因; 花粉亲本2仅包含bar基因, 无转录激活子, bar基因处于沉默状态.由单一花粉亲本产生的幼苗对除草剂敏感并在除草剂处理后死亡, 仅由花粉亲本1和2共存产生的2种构建体的植株才能避免除草剂的危害.拟南芥胚珠中偶尔会存在2个花粉管进入的现象, 这为多精受精创造了可能(Beale et al., 2012).通过1个卵细胞与2个精细胞完成多精受精, 只需一步即可形成含有3个亲本的异源三倍体(Nakel et al., 2017).多精合子发生的概率极低, 在拟南芥中发生率为0.012% (Nakel et al., 2017), 这导致多精受精鉴定和利用困难.从演化和育种的角度看, 植物多精受精诱导多倍体的意义在于3个遗传上不同基因组的一步融合. ...

... 若3个亲本的基因型分别为AA (母本)、BB和CC, 通过多精受精可合成同源三倍体(AAA)、二亲三倍体(AAB、ABB、AAC和ACC)和三亲三倍体(ABC); 通过胚乳培养可获得同源三倍体(AAA)和二亲三倍体(AAB和AAC).倍性间杂交由于多倍体减数分裂异常, 构建上述亚基因组完整的三倍体非常困难.此领域尚存诸多问题值得探究.例如, 对于某些远缘杂交困难的物种, 通过构建类似于水稻的体外受精系统(Toda et al., 2016), 利用多精受精依次融合近缘物种和远缘物种的基因组, 能否实现遗传距离较远基因组的渐进融合? 与组织培养类似, 胚乳培养所需的胚乳发育状态、光、温度、pH值、激素种类和浓度在各物种间往往不同, 一种一策增加了胚乳培养难度.甚至在同一物种不同基因型间胚乳培养的条件也可能大相径庭, 寻找超级基因提升胚乳培养的成功率是否可行? 胚乳培养是否具有母本效应或剂量效应(AAB vs BBA)? 先前聚焦胚乳愈伤组织的再生, 对胚乳衍生植株的田间表现关注较少, 胚乳培养可否培育出生产中直接可用的三倍体? ...

Formation of triploid plants via possible polyspermy
0
2016

Identification and frequency of tetraploid progeny from 2 x-4x and 4x-2x crosses in Dactylis
1
1991

... 实践中, 2n配子可通过环境调控、化学诱导、种间杂种和减数分裂突变体获得.2n配子的发生主要受遗传控制, 但暴露于低温或高温、热冲击和高辐射下可诱导或刺激2n配子形成(Younis et al., 2014).例如, 蔷薇属(Rosa)植物花芽暴露于36°C高温下可提高2n雄配子的发生率(Pécrix et al., 2011).在禾本科中采用环境调控诱导2n配子发生尚未见报道.N2O在诱导鸭茅(Van Santen et al., 1991)、玉米(Zea mays, 2n=2x=20) (Kato and Birchler, 2006)、小麦(Triticum aestivum, 2n=6x=42)及大麦(Dvorak et al., 1973)的2n配子上取得成功.向玉米雄穗喷洒氟乐灵可诱导2n花粉并获得同源三倍体(Kato, 1999).种间或属间杂种是产生2n配子的重要途径, 其频率高于祖先物种(Ramsey and Schemske, 1998).Mason等(2011)分析了3种芸薹属(Brassica)物种及其F1杂种的2n雄配子发生率, 发现5个甘蓝型油菜(B. napus, 2n=4x=38)品系的发生率(0%-0.11%, 平均值为0.03%)较低, 而甘蓝型油菜的11种F1杂种的发生率(0.17%-3.29%, 平均值为1.55%)较高.可见, 种间杂种较亲本基因组2n配子的发生率提高.Zeng等(2020)发现在兰花(Cymbidium ssp.)传统品种中2n雄配子发生率为0.15%-1.0%, 而种间杂种为2.5%-4.03%; 同时作者认为可能由于无性繁殖植物存在可替代的繁殖途径, 2n配子的形成频率相对更高.减数分裂活跃基因的突变可能导致纺锤体形成异常或胞质分裂受阻而形成2n配子, 如拟南芥(Arabidopsis thaliana, 2n= 2x=10)中的cyca1;2/tam (SDR型)、osd1 (SDR型)和Atps1 (FDR型)突变体(Brownfield and K?hler, 2011). ...

Clonal seeds from hybrid rice by simultaneous genome engineering of meiosis and fertilization genes
1
2019

... 以从水稻双胚苗中筛选获得的特异同源三倍体SAR-3作母本与二倍体杂交, 在F1中得到一定比例的二倍体, 其中一定比例的植株可能通过无融合生殖保持性状的稳定(张静等, 2002).Wang等(2019)利用CRISPR-Cas9在籼粳杂交稻中同时敲除PAIR1REC8OSD1MTL四个内源基因, 获得可无融合生殖的克隆F1种子(发生率为0.19%-0.41%), 固定了杂种优势, 但克隆种子结实率(6.2%)比野生型(81.9%)大幅降低.此前已有报道, 具有无融合生殖特性的三倍体摩擦禾其种子结实率为53%-71% (Dewald et al., 1992), 三倍体摩擦禾品种Verl的种子结实率和产量分别为68%和178 kg·hm-2 (Springer et al., 2006).因此, 研究禾谷类作物三倍体无融合生殖育种以克服在二倍体中有性生殖和无融合生殖共存的弊端, 尝试利用禾本科三倍体优异的营养体基础生产克隆种子具有理论价值和实际意义. ...

Establishment of an efficient in vitro culture and particle bombardment-mediated transformation systems in Miscanthus sinensis Anderss, a potential bioenergy crop
1
2011

... 对于有直接利用价值的三倍体, 可通过组培、诱变和转基因等技术进一步改良(图3B).MS-Supreme源于Tifgreen的自然突变, 与Tifgreen相比其叶片和茎节节间缩小、变短(Krans et al., 1999).在Tifgreen的自然突变中还选育出Tifdwarf和FloraDwarf等矮生品种; TifwayII、TifSport和TifEagle则由相应三倍体亲本经γ辐射诱变而成(Kamps et al., 2011).利用体细胞无性系变异育种技术在TifEagle的愈伤组织中长时间连续继代培养能有效诱导体细胞变异(如矮化突变体); 以0.3 mol·L-1 NaCl为选择压筛选出耐盐细胞系(Lu et al., 2007).以美洲狼尾草(Pennisetum americana)/ 四倍体象草合成的三倍体F1种子为诱变材料, 经γ辐射获得优异变异株闽牧6号(陈钟佃等, 2012).华南1号杂交狼尾草由三倍体杂交狼尾草芽变而来(陈平等, 2004).三倍体也可以直接作为亲本利用.在偏序钝叶草(Stenotaphrum secundatum, 2n=2x=18)的3x/ 2x杂交后代中经胚拯救选育出抗灰斑病(由稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)引起)和耐旱草坪草新品种(Chandra et al., 2015).奇岗天然后代群体中16个数量性状出现了丰富的变异(变异系数为14.41%- 151.85%), 在后代中筛选出3份材料, 其生物量优于奇岗(潘志军等, 2017).通过三倍体狼尾草与摩特矮象草杂交选育出中国南方地区广泛种植的三倍体多年生牧草桂牧1号(罗宗志等, 2016).宁牧26-2狼尾草也是由三倍体后代衍生而来(顾洪如等, 1992).三倍体转基因品系可通过2种策略获得.(1) 直接以三倍体为受体, 导入目的基因构建转基因品系, 如三倍体狗牙根Tifeagle (Hu et al., 2005).(2) 对于愈伤组织形成与再分化率低的三倍体, 首先需要寻找愈伤组织再分化优良的二倍体或四倍体作为转基因桥梁, 然后通过基因枪或农杆菌转化等方法导入目的基因, 最后通过倍性间杂交构建转基因三倍体, 如芒(2n=2x=38) (Wang et al., 2011).近年来, 基因编辑技术的发展为定向改良三倍体提供了新的育种方案. ...

Exploitation of induced 2 n-gametes for plant breeding
2
2014

... 目前, 通过观测小孢子发生在植物中已发现5种2n配子形成机制(Loginova and Silkova, 2017) (图2).减数分裂II期姐妹染色单体分离形成的FDR (first division restitution)型2n配子(图2C)在很大程度上保留了亲本的杂合性, 而减数分裂II期姐妹染色单体不分离形成的SDR (second division restitution)型2n配子(图2D)高度纯合.因此, 在转移亲本杂合性方面FDR型比SDR型更为有利(Younis et al., 2014).Harlan和De Wet (1975)认为所有植物都以某种频率产生2n配子, 但物种间发生频率不同.二倍体水稻(Oryza sativa, 2n=2x=24)多胚苗能自发地产生三倍体(张静等, 2002).在二倍体看麦娘(Alopecurus bulbosus, 2n=2x=14)自然群体中, 二倍体、三倍体与四倍体并存(Sieber and Murray, 1979).在22个二倍体大麦(Hordeum vulgare, 2n=2x=14)品种中, 三倍体植株的发生率为0.01%-0.29% (Sandfaer, 1975).在黄花茅(Anthoxanthum alpinum, 2n=2x=10)中2n配子的发生率为6.3% (Bretagnolle, 2001).对十字花科24个物种60个群体的研究表明, 尽管2n配子先前被认为相对罕见、但普遍发生(通常个体的雄配子2n发生率<2%), 并且在特定个体中较高, 这些极少数产生高频率2n配子的个体可能在多倍体的形成中发挥关键作用(Kreiner et al., 2017).在同一植物中, 雌雄2n配子的发生率也不一致(Ramsey and Schemske, 1998).鸭茅(Dactylis glomerata, 2n=2x=14) 2n雌配子发生率为0.49%, 而2n雄配子发生率为0.98% (Maceira et al.,1992).鉴于2n配子发生率低, 在2x/2x下通过单向有性多倍化(unilateral sexual polyploidization, 2x+x)形成三倍体的频率远高于通过双向有性多倍化(bilateral sexual polyploidization, 2x+2x)形成四倍体的频率.例如, 在黄花茅中2n配子形成三倍体的发生率为0.2%, 但未见四倍体发生(Bretagnolle, 2001). ...

... 实践中, 2n配子可通过环境调控、化学诱导、种间杂种和减数分裂突变体获得.2n配子的发生主要受遗传控制, 但暴露于低温或高温、热冲击和高辐射下可诱导或刺激2n配子形成(Younis et al., 2014).例如, 蔷薇属(Rosa)植物花芽暴露于36°C高温下可提高2n雄配子的发生率(Pécrix et al., 2011).在禾本科中采用环境调控诱导2n配子发生尚未见报道.N2O在诱导鸭茅(Van Santen et al., 1991)、玉米(Zea mays, 2n=2x=20) (Kato and Birchler, 2006)、小麦(Triticum aestivum, 2n=6x=42)及大麦(Dvorak et al., 1973)的2n配子上取得成功.向玉米雄穗喷洒氟乐灵可诱导2n花粉并获得同源三倍体(Kato, 1999).种间或属间杂种是产生2n配子的重要途径, 其频率高于祖先物种(Ramsey and Schemske, 1998).Mason等(2011)分析了3种芸薹属(Brassica)物种及其F1杂种的2n雄配子发生率, 发现5个甘蓝型油菜(B. napus, 2n=4x=38)品系的发生率(0%-0.11%, 平均值为0.03%)较低, 而甘蓝型油菜的11种F1杂种的发生率(0.17%-3.29%, 平均值为1.55%)较高.可见, 种间杂种较亲本基因组2n配子的发生率提高.Zeng等(2020)发现在兰花(Cymbidium ssp.)传统品种中2n雄配子发生率为0.15%-1.0%, 而种间杂种为2.5%-4.03%; 同时作者认为可能由于无性繁殖植物存在可替代的繁殖途径, 2n配子的形成频率相对更高.减数分裂活跃基因的突变可能导致纺锤体形成异常或胞质分裂受阻而形成2n配子, 如拟南芥(Arabidopsis thaliana, 2n= 2x=10)中的cyca1;2/tam (SDR型)、osd1 (SDR型)和Atps1 (FDR型)突变体(Brownfield and K?hler, 2011). ...

Chromosome doubling of the bioenergy crop, Miscanthus × giganteus
1
2009

... 三倍体可作为通往其它倍性水平的桥梁, 即三倍体桥(triploid-bridge) (图3C).在鸭茅三倍体后代中发现了四倍体、五倍体以及混倍体植株(钟声, 2006).三倍体摩擦禾可产生2n雌配子, 通过3x/2x合成了四倍体(Kindiger and Dewald, 1994).以三倍体杂交狼尾草(美洲狼尾草/象草, 2n=3x=21)的幼穗离体培养获得的胚性愈伤组织为材料, 通过秋水仙碱诱导获得六倍体(钟小仙等, 2014).利用秋水仙碱处理象草(2n=4x=28)/珍珠粟(P. glaucum, 2n=2x=14)杂交三倍体幼苗, 体细胞加倍后形成异源六倍体(Campos et al., 2009).用类似的方法获得M. × miscanthus六倍体(Yu et al., 2009; Ghimire et al., 2016).水稻(AA)和高秆野生稻(O. alta, CCDD)杂交形成异源三倍体, 加倍后形成三基异源六倍体(AACCDD) (祝剑峰等, 2008). ...

Unreduced male gamete formation in Cymbidium and its use for developing sexual polyploid cultivars
1
2020

... 实践中, 2n配子可通过环境调控、化学诱导、种间杂种和减数分裂突变体获得.2n配子的发生主要受遗传控制, 但暴露于低温或高温、热冲击和高辐射下可诱导或刺激2n配子形成(Younis et al., 2014).例如, 蔷薇属(Rosa)植物花芽暴露于36°C高温下可提高2n雄配子的发生率(Pécrix et al., 2011).在禾本科中采用环境调控诱导2n配子发生尚未见报道.N2O在诱导鸭茅(Van Santen et al., 1991)、玉米(Zea mays, 2n=2x=20) (Kato and Birchler, 2006)、小麦(Triticum aestivum, 2n=6x=42)及大麦(Dvorak et al., 1973)的2n配子上取得成功.向玉米雄穗喷洒氟乐灵可诱导2n花粉并获得同源三倍体(Kato, 1999).种间或属间杂种是产生2n配子的重要途径, 其频率高于祖先物种(Ramsey and Schemske, 1998).Mason等(2011)分析了3种芸薹属(Brassica)物种及其F1杂种的2n雄配子发生率, 发现5个甘蓝型油菜(B. napus, 2n=4x=38)品系的发生率(0%-0.11%, 平均值为0.03%)较低, 而甘蓝型油菜的11种F1杂种的发生率(0.17%-3.29%, 平均值为1.55%)较高.可见, 种间杂种较亲本基因组2n配子的发生率提高.Zeng等(2020)发现在兰花(Cymbidium ssp.)传统品种中2n雄配子发生率为0.15%-1.0%, 而种间杂种为2.5%-4.03%; 同时作者认为可能由于无性繁殖植物存在可替代的繁殖途径, 2n配子的形成频率相对更高.减数分裂活跃基因的突变可能导致纺锤体形成异常或胞质分裂受阻而形成2n配子, 如拟南芥(Arabidopsis thaliana, 2n= 2x=10)中的cyca1;2/tam (SDR型)、osd1 (SDR型)和Atps1 (FDR型)突变体(Brownfield and K?hler, 2011). ...




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