一般而言,越衰老的、远离器官化分生组织生长程度高的或高度特化的组织进行培养,产生变异的机会越大,而幼龄的、存在分生组织或细胞的外植体(如顶芽、腋芽等)则很少发生,这是由于植物正常生长发育过程中常会伴随体细胞分化而使染色体组发生变化,如内多倍性、多线性、扩增或DNA序列的缩减等。培养条件主要是生长调节物质的种类和浓度影响体细胞无性系变异的发生。从衰老的培养物上再生的植株会产生更多的变异,或者说,变异程度随体外培养时间的增加而增加。基因型也影响体细胞无性系变异的发生,因为同一物种的不同品种产生的体细胞无性系变异的数量是不同的。有丝分裂重组(mitotic recombination)可以某个位点杂合的外植体上再生出纯合的植株。
体细胞无性系变异的类型包括染色体数目与结构变异、转位因子激活、DNA甲基化状态改变、点突变及外遗传变异(epigenetic variation)及DNA扩增等。其中,基因突变和染色体数目与结构变异属于可以稳定遗传的变异,外遗传变异是由于培养环境条件引起基因表达的改变,如组织培养中的复幼现象、驯化作用及其它一些短暂的生长习性的改变等属非遗传变异,即不能通过有性繁殖传递给子代,尽管可以在植物生长中持续很长的时间。而一些基因和染色体的突变如扩增和转座,虽然涉及遗传信息的变化,但这种可遗传的变异是不稳定的。DNA甲基化状态改变会改变基因活性,并可通过有性繁殖传递给子代,但在某些特定的环境条件刺激(如组织培养、春化作用或真菌感染等)下可以发生逆转(刘进平,2001;刘进平,2002)。
由上可知,经植物组织培养途径进行转化时可能会伴随体细胞无性系变异的产生,但是情形远比上述情况复杂,因为伴随外源基因表达的目的性状产生外,还会有一些别的性状突变,而且难以鉴定是属于体细胞无性系变异还是因基因转移本身如基因插入引起移码突变或基因失活和染色体易位等带来的变异,或者是因抗生素检测和基因插入加剧了体细胞无性系变异的发生。Veilleux和Johnson(1998)曾对转基因植株上产生的变异现象进行了综述。
为避免产生体细胞无性系变异,应该尽量避免采用长期的培养物作为转化受体。另外,采用整株或种子接种共感染或外源DNA直接导入活体材料的基因转化方法可以避开植物组织培养途径,因而也就不会有体细胞无性系变异产生而使情况复杂化。
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