在自然界中,植物会遭受各种环境或内源因素导致的DNA损伤,其中DNA双链断裂(double strand breaks,DSBs)的影响最为严重,如果修复不当,将导致基因组不稳定、基因突变甚至细胞死亡.一方面,植物进化出了强大且有序的损伤修复机制,以确保其存活及正常繁衍;另一方面,基于修复过程的容错性及致突变性,T-DNA插入、基因编辑、物理诱变等技术广泛应用于动植物品种改良.相较于哺乳动物,植物DSBs修复通路及其分子机制报道较为有限.本文综述了植物对DSBs损伤的响应、主要修复途径及关键因子,介绍了通路机制尚未完全解析的替代末端连接(alternative end joining,Alt-EJ)的最新研究进展;此外,探讨了重离子束引起的植物DSBs修复特征和多途径选择,以及基于不同DSBs修复途径的基因编辑技术的研究进展,旨在为深入了解植物DSBs损伤响应及修复的分子机制和研发高效生物育种技术提供参考.

辐射诱变育种是利用物理方法加速生物体自然变异、从而快速获得性状优异的新种质、并通过严格选育形成性状稳定新品种的现代育种技术之一,其不涉及外源基因导入,并可大幅缩短育种周期.通过对60Co-y辐射、重离子辐射、常温常压等离子体、中波红斑效应紫外线、激光辐射和空间诱变6种主要辐射诱变育种方法的基本原理、特点、生物学效应及在中药材育种中的应用进行综述,并探讨了相关辐射诱变技术在中药材领域的安全性和应用前景,为中药材辐射诱变育种相关研究与应用提供借鉴和参考.

该研究对从甲基磺酸乙酯(EMS)诱变的水稻突变体库中筛选到的一个短根突变体Osksr6(Oryza sativa kasalath short root6)进行了表型鉴定、遗传分析与基因定位.结果表明:(1)生长7d的突变体Osksr6与野生型相比,株高与不定根数量差异不明显,但主根变短61.98％、不定根变短46.42％,侧根的发生与根毛的伸长也受不同程度抑制;成熟期的Osksr6分蘖数明显减少,总穗长与结实率均较野生型差.(2)遗传分析结果显示,突变体Osksr6的短根性状受1对隐性基因控制.(3)利用图位克隆技术,将突变基因OsKSR6定位于3号染色体InDel标记28420k和28880k之间,物理距离约460 kb,该区间没有已报道的与根系发育相关的基因.该研究为进一步研究水稻根系生长的分子机理奠定了基础.

藻类诱变育种技术是指利用物理和化学因素诱发藻体产生遗传变异,在短时期内获得有价值的突变体的育种方法.藻类是水生生态系统中主要的初级生产者,与人类生活及经济发展有着密切的关系,是发展"蓝色农业"的基础.诱变育种已经成为提高藻类育种效率,获得新种质的一个重要手段,广泛应用在生物活性物质含量高的微藻、生物能源微藻及一些大型的经济海藻中.在藻类育种中常用的诱变技术主要包括物理和化学诱变技术.物理诱变辐射源包括紫外线、γ射线、重离子束及常压室温等离子体等,化学诱变剂主要包括甲基磺酸乙酯和亚硝基胍等.主要介绍了上述诱变技术的诱变机理和生物学效应,总结了诱变技术在藻类育种中的研究进展及应用前景,以期推动藻类诱变育种的发展.

该研究以甲基磺酸乙酯(EMS)诱变得到的1个水稻高温敏感侧根缺失突变体k209及其野生型Kasalath为材料,在常温(白天32℃/夜晚22℃)和高温(34℃恒温)培养条件下,对其7d龄幼苗进行表型比较鉴定,并采用亚甲基蓝染色观察侧根原基形成;以突变体k209为母本,分别与野生型Kasalath和粳稻品种日本晴杂交构建2个F2群体进行遗传分析和基因定位,确定基因所属染色体以及在该染色体上的位置.结果表明:(1)在正常温度培养下,突变体k209的7d龄幼苗株高、主根长和不定根长均与野生型Kasalath相似,但侧根长度变短,数量也减少;在高温条件下,k209幼苗株高变矮,主根和不定根的长度变短,表现出无侧根表型.(2)亚甲基蓝染色发现,野生型和k209幼苗主根在正常温度和高温条件下均可以观察到侧根原基,但在高温下k209的侧根原基数目明显少于Kasalath,约为Kasalath的58.03％,且不能突破表皮长出侧根.(3)遗传分析表明,k209的突变表型受隐性单基因控制,利用图位克隆技术将K209基因定位于4号染色体的InDel标记7522K和11524K之间,物理距离约4 002kb.该研究结果为K209基因的克隆和解析水稻侧根的发生机制奠定了基础.

目的 利用物理诱变结合链霉素抗性筛选维吉尼亚霉素(VGM)高产菌株维吉尼亚链霉菌,并考察外源添加稀土元素氯化镧对维吉尼亚链霉菌发酵的影响.方法 一方面,以链霉素为筛选剂建立孢子致死突变标志的微波及紫外诱变两种筛选模型,采用管碟法获得抑菌圈直径较大的作为初筛菌株,再通过摇瓶复筛进一步确定高产菌株.另一方面,在发酵培养基中外源添加3～30mg/L的氯化镧,考查其对链霉菌合成VGM的影响.结果 比较两种筛选模型,基于链霉素的微波诱变效果较好,正突变率高达32.83％;并获得一株高产菌株MW 178(146.72± 11.80)μg/mL,较出发菌株(21.24± 1.34)μg/mL提高了约6倍.在发酵初始时,外源添加10mg/L氯化镧,VGM的产量由146.72μg/mL提高到180.01μg/mL,提高了约22.69％.结论 采用微波诱变结合链霉素抗性筛选的方法可以获得VGM高产突变株;在发酵初始时,外源添加适量氯化镧可以显著提高VGM产量.

微藻因生长迅速、光合作用效率高、分布范围广和油脂积累能力强等优势,已被认为是生产生物柴油的理想原料.诱变育种可改善野生型微藻生长缓慢、油脂含量低和环境适应能力弱等缺陷,提高了以微藻生产生物柴油的可行性.概述了物理、化学和基因工程三类诱变育种方法的研究现状,介绍了低场核磁共振和荧光激活细胞分选两种富油脂微藻筛选技术以及一种测定诱变藻株致死率的方法,讨论了三种诱变方法的应用前景,供相关研究人员参考.

睡莲在水景园、水体净化和生态文明建设中发挥着越来越重要的作用.该文从种质资源、育种目标、育种技术及育种成果等方面综述了中国睡莲育种研究的进展.(1)中国睡莲的物种多样性日渐丰富.中国原产5个原生种,仅占全球资源(50余种)的10％,花色单一且产地偏远;1950年前仅有2个品种.通过半个世纪来的引种驯化,目前已保存原生种30个、园艺品种400余个;并摸清了睡莲属各亚属的开花生物学习性,为杂交育种奠定了很好的基础.(2)育种目标以特异花色为主.中国睡莲育种研究始于1998年,前10年以特异花色为育种目标,近10年紧跟国际睡莲育种趋势,以蓝紫色耐寒睡莲和亚属间杂交为主;但与中国的市场需求结合不好,缺乏独特的育种目标.(3)育种手段多样化.杂交组合已从种内、种间发展到亚属间,发明了免去雄的睡莲杂交技术,提高了杂交育种效率;初步分析了部分睡莲的遗传规律,物理和化学诱变、倍性育种和转基因等新技术已经应用到睡莲育种中,并取得成效.(4)育种成果显著.在过去的近20年间,中国已育成新品种205个,其中中国鉴定18个、国际登录187个;红焰焰、蓝剑、天赐和侦探艾力卡4个新品种在国际睡莲新品种竞赛中荣获6个奖项.

二十二碳六烯酸(DHA)对维持人体正常的生理功能至关重要,具有极高的生物医学价值.产油微生物是指具有很强的脂肪酸合成能力,DHA占总脂肪酸含量相对较高的一类微生物,是获取DHA的新途径.诱变育种作为一种有效的变异手段在产油微生物选育与改良中显示了极为重要的作用和十分诱人的前景.综述了通过物理和化学诱变选育高产DHA菌株的机理及方法,其中物理诱变包括 γ 射线、紫外线、离子束和常压室温等离子体等;化学诱变包括甲基磺酸乙酯、亚硝基胍和硫酸二乙酯等;主要介绍了不同诱变育种方式在产油微生物生产DHA研究方面取得的成就,探讨了诱变育种的发展方向,提出了不同诱变育种方式相结合的复合育种的思路,以期对今后产油微生物生产DHA的研究有所启发.

我国是世界产蕉大国,香蕉总产量已居世界第2位,香蕉产业已成为我国南亚热带地区农民脱贫致富的重要支柱产业.但目前我国香蕉品种更新缓慢,现有品种的高产性、抗寒性、抗病性均存在一定程度的缺陷,而物理诱变技术在培育改良品种特性上具有独特的优势.本文综述了物理诱变技术及其在香蕉育种中的研究进展,包括物理诱变定义、种类及应用等方面,以期对香蕉诱变研究及新品种选育实践提供参考.