新疆海岛棉新海16体细胞胚发生体系的优化

Gossypium barbadense, as Xinjiang important economic crop, faces with the challenge of cotton strain improvement. However, how to make an efficient somatic embryogenesis system is one of the bottlenecks in Xinjiang G. barbadense molecular breeding. For the problem of somatic embryogenesis system of Xinjiang G.barbadense XH 16 shown as followings: (1) the transfer process of non-embryonic-cells into embryonic cell is long and difficult, (2) the somatic embryo development is not uniform and malformation rate is high, this project intends to optimize embryogenic callus induction, somatic embryo formation, and cell homogenization from the basic medium compsition, hormone types, cultivating ways, and physical growth conditions as starting points respectively. Meanwhile, we would accurately control the expression of GbWUS/WOX family genes in G.barbadense cells to alter its genotype, further promote embryogenic-cell formation and normal somatic embryogenesis in XH16. The implementation of the project contributes to establishment of G.barbadense somatic embryogenesis system and elucidation of its molecular mechanism, and provides the theoretical and appllicational foundation for molecular breeding of G.barbadense in Xinjiang .

海岛棉是新疆重要的农业经济作物。目前高效体细胞胚体系的建立困难严重地制约着新疆海岛棉分子育种进程。本研究拟围绕新疆海岛棉新海16体细胞胚发生体系的改良为中心，针对该体系存在的非胚性向胚性细胞诱导周期长且效果差、体细胞胚发育不均一且畸形率高等问题，分别以基础培养基成分、激素种类、培养方式、培养条件等为出发点，进行胚性细胞的诱导、体细胞胚的生成和细胞发育均一化方面的改良；同时，借助化学诱导剂型启动子驱动海岛棉WUS/WOX(GbWUS/WOX)基因家族成员的表达或抑制表达的方法在海岛棉中精准控制GbWUS/WOX基因的表达，从而改变海岛棉基因型以提高胚性细胞的生成和正常体细胞胚的发生频率。本研究的实施有助于新疆海岛棉高效体细胞胚发生体系的建立和分子机制的阐明，为海岛棉分子育种提供技术平台和理论基础。

海岛棉是新疆重要的农业经济作物。目前高效体细胞胚体系的建立困难严重地制约着新疆海岛棉分子育种进程。本研究拟围绕新疆海岛棉新海16体细胞胚发生体系的改良为中心，针对该体系存在的非胚性向胚性细胞诱导周期长且效果差、体细胞胚发育不均一且畸形率高等问题，分别以基础培养基成分、激素种类、培养方式、培养条件、外源基因GbWUS/WOX 导入等为出发点，进行胚性细胞的诱导、体细胞胚的生成、细胞发育均一化和基因型方面的改良；期望提高胚性细胞的生成和正常体细胞胚的发生频率。通过本项目的实施，确定海岛棉XH 16愈伤诱导的外植体选用下胚轴中上部绿色茎段诱导效果较优；愈伤诱导效果最佳的处理为2 000 lux 光照强度、90% MSB 无机盐成分、3 g/L PVP 及 1.2~1.4 g/L Gelrite 或 Phytagel；胚性愈伤诱导体细胞胚的改良体系为：植物凝胶为2.0 g/L；培养基PH值为6.5；天门冬酰胺为0.5 g/L，谷氨酰胺为1 g/L；光照强度为3000 Lux。同时，本项目还揭示GbWOX9作为转录因子 可能通过调控下游的体胚发育相关基因如GbAS2和GbGRP23加速受体细胞的体细胞胚的发育进程，但畸形胚发生率仍较高，进一步研究发现再生畸形植株出现畸形性状的原因是其基因组 DNA 含量和序列变化，这很大程度上是由于在组培过程中较高的激素处理以及长时间的继代培养所导致的。 据此，我们借助超低温玻璃化法保存棉花胚性细胞，建立了海岛棉胚性细胞小滴玻璃化法超低温保存的技术体系，为海岛棉胚性细胞的长期保存提供了参考依据。本研究的实施有助于新疆海岛棉高效体细胞胚发生体系的建立和分子机制的阐明，为海岛棉分子育种提供技术平台和理论基础。