HZI1诱导玉米单倍体形成过程中染色体行为研究

以HZI1纯系为玉米单倍体诱导系，以甜玉米自交系华24和普通玉米自交系T688为被诱导材料，进行HZI1诱导单倍体形成机理研究。通过对诱导杂交F1发育过程的细胞学研究，诱导机制的遗传研究，明确诱导杂交F1不同细胞的倍性及个体的细胞遗传学属性；分析诱导杂交F1细胞学异常现象，采用细胞遗传学与分子生物学技术相结合的研究策略追踪亲本染色体在F1代的踪迹，获得HZI1活体中诱导单倍体形成机理的细胞学和分子生物学实验证据。通过本研究，明确单倍体个体形成的动态过程，揭示产生单倍体的细胞学原因或分子机理，阐明影响诱导频率的机制；本研究结果将为细胞周期中的染色体组的行为研究提供线索，也将为玉米高频诱导系选育方法的形成提供理论指导。

本研究以来源于STOCK6的活体诱导系HZI1以及甜玉米自交系HZ514、普通玉米自交系248和NA为试验材料，对授粉后单倍体的诱导形成动态过程进行了细胞学分析和SSR标记分析，目的探索单倍体诱导形成的机理及形成过程中染色体行为。通过四份材料的相互正反交和自交试验，证明结实率低的杂交组合和自交果穗都是由于诱导系的花粉引起的，但是诱导系的花粉育性镜检都正常，因此主要原因为受精过程中精子出现异常导致；利用HZ514×HZI1组合为材料，对成熟的F1籽粒进行了调查，发现有甜质胚乳和硬粒胚乳共存的嵌合体籽粒出现，可能为细胞分裂过程中其中一个细胞中的父本染色体完全消除，形成混倍体性状的嵌合体，而杂交受精后胚乳的发育过程中，父本染色体消除的时间不同导致了嵌合体中皱缩胚乳的比例不同。对诱导系的花粉母细胞进行了细胞学分析，发现一定比例的落后染色体，混倍体和非整倍体，染色体桥等异常现象，说明诱导系花粉母细胞自身存在染色体消除现象，这是生产中出现父本单倍体和诱导单倍体形成中染色体消除的主要原因。对授粉后25h-65h的幼胚进行了细胞学分析和分子标记分析，首先对诱导后代籽粒幼胚细胞学压片分析发现同样存在混倍体、非整倍体、染色体桥、落后染色体等异常现象，而且存在2n=10和2n=20共存情况；SSR标记分析2n=10的幼胚发现约7%母本单倍体中携带着父本染色体片段，这些表型证据、细胞学证据和分子标记分析证据充分说明在单倍体形成过程中存在染色体随机消除现象，而这种消除控制着单倍体的形成。但是胚珠整体透明法结果发现存在可能存在异受精的现象，有些卵细胞可能没有经过受精而直接发育成单倍体种子，综合本实验的结果，染色体随机消除肯定是控制单倍体形成的机理之一，对于孤雌生殖是否与其共存起作用，需要后续实验深入分析受精过程的异常是如何发生的，探索新的证据。