前言：中文期刊網精心挑選了回交的遺傳學效應范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。
回交的遺傳學效應范文1
關鍵詞 玉米新組合；恩試L101；先玉1299；性狀表現；改良；可行性；途徑
中圖分類號 S513；S503.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2013）17-0069-02
恩施州地處武陵山區北部，屬中亞熱帶季風型山地濕潤性氣候，局部氣候復雜多變，秋季陰雨頻繁。據恩施州農業局統計，2012年玉米種植面積13.07萬hm2，玉米產量4 800 kg/hm2，而全國玉米產量達到5 955 kg/hm2。玉米作為重要的糧食作物、飼料之王、重要工業原料，在恩施州的“三農”工作中，起到重要的支撐作用。面對恩施州玉米的種植現狀，提高產量是玉米在“三農”工作中重要支撐作用的關鍵因素。因此，在恩施州特殊的氣候條件下，對能夠推廣的玉米新組合要求具有高產、多抗的特性。
1 恩試L101和先玉1299的經濟性狀表現
對恩試L101和先玉1299等2個參試組合的產量和抗性與對照鄂玉25進行比較發現，恩試L101、先玉1299、鄂玉25的理論產量（有效穗數×穗行數×行粒數×百粒重/100 000）分別為9 556.35、10 948.65、8 878.95 kg/hm2。理論產量恩試L101和先玉1299分別比對照增產7.63%和23.31%，而其匯總產量分別比對照減產5.18%和增產5.92%。理論增減幅度比實際增減幅度分別大12.81、17.39個百分點，恩試L101減產達到顯著，先玉1299增產達到極顯著。在抗性方面，恩試L101倒伏倒折率29.4%，對照為0；而先玉1299穗腐發病率及穗芽發生率為100.0%，對照為0，其他抗性基本上一致。通過其穗部性狀和其他農藝性狀的比較分析得出，恩試L101是一個長大穗、禿尖小、百粒重偏低、穗位偏高、生育期中、抗病蟲害中等偏上、抗倒伏倒折差的組合；而先玉1299是一個中長大穗型、生育期偏晚、抗倒伏倒折較好、禿尖較長、不抗穗腐穗芽的組合。恩試L101、先玉1299和鄂玉25的實際產量與相應理論產量的比值分別為0.88、0.85、0.99，說明組合抗性越好，其實際產量與理論產量的比值越大，實際產量就越接近理論產量，穩產性越好。
根據以上2個品種的相關表現分析得出，一是2個品種的理論產量性狀SCA比較高；二是2個品種都有一個致命的缺點。恩試L101不抗倒伏倒折，在武陵山區的季風性濕潤氣候特點下，對于在其生育早期遇到大風甚至局部暴風情況，會嚴重影響產量甚至絕收；在其生育晚期遇到災害天氣對產量的影響會稍小，因此該組合不具有穩產性。而先玉1299的嚴重穗腐和穗發芽發生率，以及偏長的生育期，使得其在武陵山區這種季風性濕潤氣候秋季多陰雨的環境條件下，嚴重影響產量和品質，因此該組合不具有適應性。因此，該2個參試組合不具有在該地區的推廣應用價值，應該淘汰。
2 恩試L101和先玉1299目標性狀的改良可行性分析
從育種的角度來說，在大量的測交組合中篩選出較高SCA的組合是需要經過幾年甚至幾十年的基礎工作才能夠得到的[1-3]。如果僅僅因為一個缺點就這樣輕易丟掉，實則可惜。如果能夠對其不良性狀進行改良，使之既具有原來的高SCA效應同時又增加了原來不具有的抗性，這樣就會增加優良新雜交組合出現的效率。對恩試L101來說，嚴重缺點是易倒伏倒折，說明此組合莖稈脆弱，不堅韌，或者根系不發達等。另外，穗位越高，棒子越大，鮮穗越重，整個植株的重心就越高，一旦遇上大風就越容易出現不同程度的倒伏和折斷。豐 光等[4]對玉米莖稈耐穿刺強度的倒伏遺傳研究發現玉米莖稈耐穿刺性遺傳為多基因數量性狀控制，且符合1對加-顯主基因-加-顯-上位性多基因遺傳模型，主基因遺傳力為34.5%～45.7%，多基因遺傳力為41.6%～56.3%；向振凡等[5]提出玉米莖稈抗折斷力、莖抗壓力主要表現為加性效應；王秀全等[6]提出玉米根總長、根總條數、氣生根條數的遺傳以加性效應為主；朱軍[2]、王鐵固等[7]和趙延明[8]分別提出玉米穗位高符合加性-顯性-母體以及與環境互作效應遺傳。張凡[9]提出玉米穗粒腐病抗性是數量性狀，受到至少5對以上的基因控制；抗性遺傳關系以加性效應為主，同時存在顯性和加性×顯性上位性效應。根據這些對莖稈強度、根系發達程度和莖稈的抗折、抗壓以及穗位高遺傳機理分析得出，雜交種的特征特性可以反映出其2個親本或者親本之一也具有相應的特征特性。對于2個不同品種的不同缺陷的遺傳機理分析，發現基因加性效應、顯性效應和母體效應以及其分別與環境互作效應的遺傳起主要作用[10]。因此，對其親本進行特定目標性狀的改良是有效而且可行的。
3 恩試L101和先玉1299的改良途徑
根據相關遺傳機理結合田間親本的表現性狀，可通過以下2種方式進行改良。一是通過輪回選育法引入目標性狀基因并進行多次回交，一般回交2～3次，形成BC2F1或者BC3F1時利用系譜法進行有目標的多代選擇得到具有相應抗性的自交系。也可以在BC2F1或者BC3F1時利用單倍體技術進行快速選擇獲得具有抗性的自交系。但是該種方法可能會改變其2個親本的SCA效應，也有可能從中選出比原親本更具高SCA和高抗性的新自交系；二是根據玉米的穗位高以及莖稈強度、根系發達程度以及穗腐病穗發芽都是由主基因+多效微基因控制的數量性狀遺傳原理，因此認為通過系譜法選擇的玉米自交系在控制同一性狀的等位基因不是絕對純合的。因此，可以通過擴大原自交系群體，增加選擇壓繼續選擇穗位低、莖稈強度大、莖稈抗倒伏倒折、根系發達以及抗穗腐和穗發芽的自交系。也可以采用單倍體技術對有缺陷的親本進行快速提純后加以選擇。雖然該種方法可以保持2個親本原有的SCA效應，但是選擇的范圍有限，不能超越原有自交系的GCA和SCA，只能改良部分農藝性狀。
2種方法相比，第1種方法選擇速度要慢，但選擇效果更好；第2種方法速度要快，但選擇范圍有限。根據不同的要求進行不同的選擇才能夠快速地獲得理想的品種。筆者認為，針對恩試L101，用第2種方法擴大群體密度以及1穴雙株模式，即可選擇出穗位低、根系發達以及莖稈抗倒伏倒折能力強的改良自交系；而對于先玉1299來說，需要引入1個高抗穗腐和穗發芽的目標性狀基因然后進行選擇獲取新的改良自交系。從而通過改良后的自交系組配新的具有高產、高抗的玉米新組合。
4 結語
一個新玉米品種在生產得到大面積的推廣必須適應當地的氣候環境。恩施州乃至武陵山區玉米種植區多為土壤瘠薄的山區，屬于特殊的季風性濕潤氣候以及存在局部復雜多變的小氣候特點。在玉米生長季節，氣候復雜多變，或局部暴風雨，或長期少雨干旱，玉米生育后期空氣濕度大，各種葉斑病容易發生，而收獲期間易出現長期陰雨天氣。這就要求能夠在恩施州乃至武陵山區推廣的玉米新品種具有高產、抗倒伏倒折、抗各種病害，特別是對產量和品質影響較大的倒伏倒折、玉米灰斑病、穗粒腐病、穗發芽等的抗性要求較高。本文指出通過對親本目標性狀的改良來獲得適應恩施州乃至武陵山區種植的高產、高抗玉米新品種，為玉米育種在技術和思路上提供一個理論依據和參考。
5 參考文獻
[1] 高之仁.數量遺傳學[M].成都：四川大學出版社，1986.
[2] 朱軍.遺傳模型分析方法[M].北京：中國農業出版社，1997
[3] 姚啟倫.玉米抗莖倒折性狀遺傳的研究[J].西南農業大學學報，2003， 25（2）：123-126，137.
[4] 豐光，劉志芳，李妍妍，等.玉米莖稈耐穿刺強度的倒伏遺傳研究[J].作物學報，2009，35（11）：2133-2138.
[5] 向振凡，霍仕平，張興端，等.玉米莖稈質量性狀的配合力及遺傳分析[J].玉米科學，2007，15（1）：44-47.
[6] 王秀全，陳光明.玉米根系性狀的遺傳及相關分析[J].西南農業學報，2002，15（3）：25-27.
[7] 王鐵固，馬娟，張懷勝，等.玉米穗位高的主基因+多基因的遺傳模型分析[J].貴州農業科學，2010，40（4）：10-13.
[8] 趙延明.玉米穗位高遺傳效應及其與環境互作效應分析[J].玉米科學，2009，17（2）：12-14.
回交的遺傳學效應范文2
關鍵詞：穗粒數；QTL；遺傳基礎
中圖分類號：S511 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.07.025
Basal Research Progresses on the Genetics of Grains Number Per Panicle in Rice
GUO Zexi， MA Haiyan， MA Yafei， YUAN Xue
（College of Agriculture， Guangxi University， Nanning， Guangxi 530005， China）
Abstract： To breed rice variety with large panicle is one of objectives in rice breeding program. Basal research progresses on the genetics of the grains number per panicle and its related character in rice were introduced， QTL of grains number per panicle and functional analysis were reviewed. Finally， the problem about the genetics of the grains number per panicle were pointed out， the research direction of the grains number per panicle was also forecasted.
Key words： grains number per panicle； QTL； basal research on the genetics
我國水稻種植面積0.3×108 hm2，是我國種植面積最大的糧食作物，總產量為2.04×108 t，位居世界第一位，水稻產量和安全品質是必須考慮的問題。雖然水稻產量6 300 kg?hm-2高于世界平均水平，但是我國水稻單產的增長越來越緩慢，提高的難度越來越大，如何提高單產是當務之急[1]。凌啟鴻等[2]認為在眾多水稻產量性狀中，單位面積適宜的穗粒數起主要作用，穩定穗數，主攻大穗，有利于數量和質量的統一。許多學者提出了理想株型模式[3-6]，這些理想株型均以提高穗粒數為主要目標，它是增加單產的關鍵。當水稻產量達到一定水平時，穗數的增加已經不能有力地提高產量，而增加每穗穗粒數就為高產水稻品種的選育提供了指導方向[1，7]。
1 水稻穗粒數及其相關性狀
稻穗由穗長、一次枝梗、二次枝梗和小穗構成。水稻穗粒數是指單個稻穗上著生在枝梗上的籽粒（穎花）數。每穗粒數較其他與產量相關的性狀相比，具有較大的變異范圍， 這取決于穗部發育時形成的穎花數[8]。穗粒（穎花）直接著生在二次枝梗上，二次枝梗又分布在一次枝梗上，一次枝梗呈圓錐狀分布在稻穗上，因此，水稻穗軸長度（穗長）、一次枝梗、二次枝梗數等均與稻穗粒數多少有關。
張玉屏等[9]通過對5個穗型不同的雜交稻穗部性狀之間的相互關系的研究發現，在水稻穗粒數相關性狀中穗長與穗粒數呈極顯著正相關，較長穗長的稻穗穗粒數明顯大于較短的稻穗，認為穗長是影響每穗粒數的一個關鍵因子。每穗粒數主要取決于植物的第一、第二枝梗的個數[10]。多數研究認為，二次枝梗與穗粒數有極顯著的相關性，往往穗粒數越多的品種，二次枝梗數量也較大，一次枝梗次之，但也有較大相關性。Mei等[11]在對穗粒數相關性狀進行定位分析時發現，二次枝梗不僅與穗粒數呈極顯著正相關，而且還將控制穗粒數和二次枝梗的QTLs定位在相同的位點。
2 水稻穗粒數相關性狀的遺傳
經典遺傳學研究表明，水稻穗粒數相關性狀的性狀均為數量性狀，群體內的各個體間表現為連續變異的性狀，比如穗長、一次枝梗、二次枝梗和穗粒數等。一般認為，穗長和一次枝梗有較高的遺傳力，這表明穗長和一次枝梗的群體表型差異中由遺傳因素造成的差異比例較大，穗粒數遺傳力次之，二次枝梗的遺傳力較低[12-13]。
目前，通過不同的遺傳群體如BC1群體、F2群體、近等基因系和單片段代換系等群體對水稻穗部性狀進行的研究認為，穗部性狀在分離后代中表現為連續的表型變異，受環境和遺傳背景的影響較大。這些性狀受若干基因控制，各個基因對性狀的貢獻率較小，這些基因位點稱作數量性狀基因位點――QTL[14]。
QTL受環境的影響，一個原因可能是QTL針對不同環境主動做出的表達水平的不同，另一個原因可能是被外界干擾被動做出的表達差異。遺傳背景影響的主要表現與QTL互作的位點發生改變引起的，稱之為上位性。同過不同群體和方法對水稻進行QTL定位，結果顯示在水稻中有大量的上位性互作[15-18]。上位性互作是指不同座位上的非等位基因之間的非加性作用，對上位性的檢測只涉及到兩個基因之間的相互作用。楊蓋宇等[19]通過構建Ghd7和Qph1兩個同時分離的近等基因系群體，發現Ghd7和Qph1位點均攜帶增效等位基因，Ghd7和Qph1的上位性影響了株高，能夠較好地調控株高、抽穗期和每穗穎花數三者間的關系，使之達到合理水平。Xing等[20]通過構建重組自交系對水稻穗粒數相關性狀進行QTL定位和研究發現，控制水稻穗粒數的有18對雙基因的互作位點，表明遺傳背景對穗粒數遺傳影響較大。
水稻穗粒數在不同的發育時期基因表_的數量和順序是變化的，存在基因表達的發育階段性。通過對不同發育時期的性狀進行QTL定位，并將結果進行比對，這種QTL定位方法稱為動態定位[21]。動態定位揭示了性狀發育過程中的QTL變化，還能用于分析相關性狀間不同發育時期的關系。
3 水稻穗粒數QTL的定位和功能分析
近年來，隨著基因組測序方法的飛速發展，越來越多的分子標記（如SNP、InDel）被開發出來，極大地推動了水稻穗粒數性狀的遺傳分析和遺傳因子的剖析。通過高密度的遺傳圖譜將這些穗型相關性狀的基因較精細地定位于基因組上，并實現了部分基因的分離克隆。這為結合傳統育種、轉基因和分子標記輔助選擇技術等手段培育滿足對水稻新目標的需求提供了技術指導。
3.1 水稻穗粒數QTL定位
自Paterson[22]第一次運用分子標記進行番茄的QTL定位以來，已有大量關于各種控制重要農藝性狀的QTL報道。在利用不同群體進水稻產量相關QTL定位時，將許多相關性狀的QTL定位在距離很近的區域。樊葉楊等[23]通過構建在前期定位的第6染色體RM587-RM19784區域內的3個剩余雜合體，將控制每穗實粒數、每穗穎花數和單株產量的QTL定位于RM3414和RM19417之間約96.4 kb，且3個性狀QTL的遺傳作用模式為加性作用。Xiao等[24]通過遺傳分析和精細定位，在染色體的同一區域內定位到了控制水稻千粒重和穗粒數的QTL。趙建國等[25]利用秈粳稻雜交，通過單粒傳法獲得重組自交系，在第1染色體上檢測到一個與每穗粒數相關的QTL-qSNP1，定位在標記RM1-RM259。在RM1附近檢測到控制每穗實粒數QTL1個。劉丹等[26]通過秈粳交的148個重組自交系株系對水稻穗部性狀QTL進行定位分析，在第一染色體區間RM259-RM572定位到了3個可能緊密連鎖的控制不同穗部性狀的QTL。
通過大量QTL初步定位和精細定位，在相同或相近的區域千粒質量和穗粒數QTL被識別 [27]。qTNSP6-1和qTGWT6-1這兩個QTL被共同限定在第6染色體上一個125 kb的區域內，分別控制千粒質量和穗粒數[28]。Sn9.1和gw9.1被共同限定在第9染色體的37.4 kb區域內，分別控制千粒質量和穗粒數[29]。Zhang等[30]在近等基因系下將穗粒數QTL-qGpp8和qHd8定位在同一座位，很可能是同一個QTL共同控制穗粒數和抽穗期。
Li等[31]通過對219個水稻重組自交系和重組自交系與母本的回交后代構建SNP連鎖圖譜，25個相關性狀的QTL被定位，關于5穗粒數的QTLs被定位出來，其中3個超顯性的QTLs被定位在1、2、8染色體上，一個部分顯性的QTL定位在第2染色體，另外一個完全顯性的QTL被定為在第8染色體上，在回交后代中有一個基因簇，qhHD8/qhPH8/qhSPP8/qhEP8。將這個基因簇命名為RH8，它可以解釋40%的抽穗期的變幅和關于穎花數、株高的QTLs重合。
3.2 水稻穗粒數QTL的功能分析
在水稻穗粒數QTL中，LAX、LAX2、APO1、LOG、SP1、DEP1、EP3、Gnp4和DEP3的定位群體是先通過F2群體定位，然后再通過圖位克隆得到的，Gnla、Ghd7、DTH /Ghd8和SPL14是以近等基因系為定位群體然后通過圖位克隆得到的，RCN、RCN2和LRK1是根據已知的信息進行超量表達來定位的，FZP基因是根據轉座子標簽法來研究的，RFL基因是根據其已知信息對其進行抑制和過量表達進行研究的[32]。
這些基因可以分為兩類，一類是多效性基因，同時控制穗粒數和抽穗期兩個性狀，另一類基因純粹地只控制每穗粒數性狀。
Ghd7屬于第一種類型。Xing等[33]等對其進行了精細定位，將該基因定位在第7染色體著絲粒附近。 Xue等[34]分x了該基因，華中農業大學成功克隆Ghd7基因，Ghd7基因編碼CCT結構蛋白域，對光周期敏感，能夠控制水稻穗粒數、株高和抽穗期3個性狀。該基因在長日照下表達增強，通過延遲開花使株高和穗粒數增加。在第1染色體上半矮生基因sd-1附近的Qph1為主效株高基因，同時對每穗粒數也有較大效應。RCN1和RCN2是TERMINALFLOWER1 （TFL1）/CENTRORADIALIS（CEN）-like基因，過量表達后延長營養生長，導致抽穗期變晚，穗粒數增加。
只控制穎花數性狀的基因是第二種類型，大多是通過調控一次枝梗和二次枝梗的表達來實現的。Ashikaird等[35]用秈粳交把Gnla定位在第1染色體短臂。Gnla是一個負向調控因子，編碼細胞分裂素氧化脫氫酶，能降解細胞分裂素含量，表達量的降低可引起花序分生組織中細胞分裂素的積累，促進二次枝梗的發育，從而增加穎花數量，最終提高產量。育種家通過人工選擇已使大部分高產秈稻含有Gnla的突變型，如9311、特青等[35]。
DEP1是直立穗高產基因[36]，其編碼產物為PEBP結構域類蛋白。DEP1是穗型和穗粒數的顯性負調控因子，其理想基因型為該基因缺失或者低量表達，主要通過增加二次枝梗來增加穗粒數。Gnla和DEP1可能在同一個代謝途徑上[37]。
LAX1是控制穗分枝的基因，進入生殖生長后，編碼一個bHLH類型的轉錄因子，調控側芽組織的形成，導致一次枝梗數和二次枝梗的增加，進而改變穗粒數[38]。
SP1基因的編碼產物是PTR家族轉運子，可能參與硝酸根的運輸。誘變的SP變體穗長、一次枝梗降低而使穗粒數降低，因此該基因的理想型為正常表達。對該基因的研究利于揭示水稻對營養物質的利用方式和生長發育的關系[39]。
FZP基因是通過轉座子標簽法定位到的，是通過對野生型水稻單堿基的突變來定位到的，因此，該基因的突變型為野生型。編碼產物是水稻BD1同源物，是負調控因子，它雖然不影響小穗的形成，但是會阻止腋下分生組織的形成，而其突變體有促進組織形成的作用[40]。
劉頭明等[41]利用2 200個單株近等基因系分離群體在第1染色體的Gnla 基因附近精細定位了一個影響穗粒數的QTL-SPPl，物理距離為107 kb，與Gnla的物理距離為1.2 Mb，它可能編碼一個IAA的合成酶，在植物花序發育中能夠調控每穗穎花數。
[19]楊蓋宇，張玉山，邢永忠，等.利用水稻近等基因系群體進行Ghd7和Qph1上位性分析[J].華中農業大學學報，2011，30（1）：1105-1109.
[20]XING Z，TAN F，HUA P， et al. Characterization of the main effects， epistatic effects and their environmental interactions of QTLs on the genetic basis of yield traits in rice[J]. Theoretical and applied genetics，2002，105（2/3）：248-257.
[21]XU Y. Quantitative trait loci： separating， pyramiding and cloning[J].Plant breeding reviews，1997， 15：85-139.
[22]PATERSON A H，LANDER E S，HEWITT J D， et al. Resolution of quantitative traits into Mendelian factors by using a complete linkage map of restriction fragment length polymorphisms[J].Nature，1988，335（6192）：721-726.
[23]樊葉楊，程式華，范方軍，等.水稻第6染色體短臂每穗實粒數和每穗穎花數QTL的精細定位[J].核農學報，2010，24（6）：1105-1109.
[24]XIAO J，LI J，YUAN L， et al. Identification of QTLs affecting traits of agronomic importance in a recombinant inbred population derived from a subspecific rice cross[J]. Theoretical and applied genetics，1996，92（2）：230-244.
[25]趙建國，蔣開鋒，楊莉，等.水稻產量相關性狀QTL定位[J].中國水稻科學，2013，27（4）：344-352.
[26]劉丹，劉進，王嘉宇，等.利用秈粳交RIL群體對水稻穗部性狀的QTL分析[J].沈陽農業大學學報，2013，44（6）：727-732.
[27]SEPTININGSITH E M， PRASETIYONO J. Identification of quantitative trait loci for yield and components in an advanced back cross population derived from the Oryzasativavariety IR64 and the wild relative O. rufipoogon[J]. Theo rappl genet， 2003 （107）：1419-1432.
[28]CHENG S H，ZHUANG J Y，FAN Y Y， et al. Progress in research and development on hybrid rice： A super-domesticate in China[J].Annals of botany，2007，100（5）：959-966.
[29]XIE J， LI J. Fine mapping of a yield-enhancing QTL cluster associated with transgressive variation in an Oryzasative×rufipog on cross[J]. Theor appl genet， 2008， 116：613-22.
[30]ZHANG Y，LUO L，XU C， et al. Quantitative trait loci for panicle size， heading date and plant height co-segregating in trait-performance derived near-isogenic lines of rice （Oryza sativa）[J]. Theoretical and applied genetics，2006，113（2）：361-368.
[31]LI D，HUANG Z，SONG S， et al. Integrated analysis of phenome， genome， and transcriptome of hybrid rice uncovered multiple heterosis-related loci for yield increase[J].Proceedings of the national academy of sciences of the United States of America，2016，113（41）：6026-6035.
[32]R忠誠，戴超浩，張玉川，等.水稻產量性狀相關基因的克隆及其機理研究進展[J].核農學報，2013，27（10）：1479-1489.
[33]XING Z，TAN F，HUA P， et al. Characterization of the main effects， epistatic effects and their environmental interactions of QTLs on the genetic basis of yield traits in rice[J]. Theoretical and applied genetics，2002，105（2/3）：248-257.
[34]XUE W，XING Y，WENG X， et al. Natural variation in Ghd7 is an important regulator of heading date and yield potential in rice[J].Nature genetics，2008，40（6）：761-767.
[35]ASHIKARI M，SAKAKIBARA H，LIN S， et al. Cytokinin oxidase regulates rice grain production[J].Science，2005，309（5735）：741-745.
[36]HUANG X Z，QIAN Q，LIU Z B， et al. Natural variation at the DEP1 locus enhances grain yield in rice[J].Nature genetics，2009，41（4）：494-497.
[37]WANG Y H， LI J Y. Branching in rice[J].Current opinion in plant biology，2011，14（1）：94-99.
[38]KOMATSU K， MAKEKAWA M.LAX and SPA： major regulartors of shoot branching in rice[J]. Proc nat acad sci USA， 2003（100）：11765-11770.
[39]LI S，QIAN Q，FU Z， et al. Short panicle1 encodes a putative PTR family transporter and determines rice panicle size[J].The plant journal ： for cell and molecular biology，2009，58（4）：592-605.
[40]KOMATSU M，CHUJO A，NAGATO Y， et al. FRIZZY PANICLE is required to prevent the formation of axillary meristems and to establish floral meristem identity in rice spikelets[J].Development，2003，130（16）：3841-3850.
[41]劉頭明.水稻每穗f花數的遺傳基礎剖析及其主效QTLs精細定位[D].武漢：華中農業大學，2009：119.
[42]JIAO Y， WANG Y，XUE D， et al. Regulation of OsSPL14 by OsmiR156 defines ideal plant architecture in rice[J].Nature genetics，2010，42（6）：541-544.
[43]MIURA K，IKEDA M，MATSUBARA A， et al.OsSPL14 promotes panicle branching and higher grain productivity in rice[J].Nature genetics，2010，42（6）：545-549.
[44]IKEDA K，ITO M，NAGASAWA N， et al. Rice ABERRANT PANICLE ORGANIZATION 1， encoding an F-box protein， regulates meristem fate[J].The plant journal ： for cell and molecular biology，2007，51（6）：1030-1040.
回交的遺傳學效應范文3
【關鍵詞】 免疫缺陷小鼠，模型；白血病
免疫缺陷動物（immunodeficient animal）是指由于先天性遺傳缺陷或用人工方法造成一種或多種免疫系統組成成分缺陷的動物。它源于1962年蘇格蘭醫師Issacson等首先發現的無胸腺裸小鼠。1969年，丹麥學者Rygaard首次成功的將人類惡性腫瘤移植于裸小鼠體內，在裸小鼠體內存活并生長，開創了免疫缺陷動物研究和應用的新里程碑。近三十多年來對免疫缺陷小鼠有了深入的研究，相關品系因此建立，并廣泛應用于醫學生物學研究，尤其在腫瘤學、免疫學中的應用。筆者綜述了免疫缺陷動物的發展現狀以及其在白血病研究中的應用新進展。
1 免疫缺陷小鼠的概況
1.1 SCID 小鼠(嚴重聯合免疫缺陷小鼠) 1983年Bosma 等［1］發現C.B217 純系小鼠16 號染色體上的重癥聯合免疫缺陷(SCID) 基因發生隱性突變后，小鼠缺乏功能成熟的T和B淋巴細胞而稱為SCID小鼠。該小鼠胸腺、脾、淋巴結的重量不及正常的30% ，體內T和B淋巴細胞聯合缺陷， 是建立急性淋巴細胞白血?。ˋLL） 的有效模型，應用廣泛。另外，Ohsugi等［2］使用5、7、9、11 周的B17 scid/scid (SCID) 小鼠來建立模型， 結果5周齡的小鼠100% 有腫瘤形成，7周齡小鼠腫瘤形成率為50%，9周齡小鼠為20%，11周齡的小鼠沒有大體腫瘤形成。說明小鼠周齡對模型的建立也有重要影響。
1.2 NOD/ SCID 小鼠(非肥胖糖尿病型重癥聯合免疫缺陷小鼠) SCID小鼠NK細胞及巨噬細胞功能正常。有2%～23%的小鼠出現淋巴細胞免疫功能恢復(滲漏現象)，這明顯影響了SCID 小鼠的更廣泛應用。為提高人類腫瘤異種移植的成功率，人們將SCID小鼠與不同遺傳背景品系小鼠雜交，NOD/ SCID由此產生。這種小鼠是SCID小鼠與糖尿病小鼠的雜交產物，它不僅有SCID小鼠的V(D)J重排缺陷，還缺乏功能性NK細胞及循環補體， 抗原呈遞細胞分化及功能不良，并且不發生自身免疫性糖尿病，由于SCID基因抑制了淋巴細胞的成熟，NOD特異性基因抑制了先天免疫，因而是一種免疫缺陷更嚴重、更易于異種移植成功并可穩定應用的動物模型。NOD/SCID是最易于建立AML模型的免疫缺陷小鼠，如Ninomiya等［3］使用該種小鼠研究維A酸綜合征(RAS)的病理生理機制。
1.3 NODscid IL2rgamma(null)鼠 2002—2005年又有不同學者分別獨立研究了一種更為有效的小鼠模型，此研究是在 NODSCID小鼠模型的基礎上導入一個靶向突變，即IL2受體γ鏈缺失突變。已有報道NODscid IL2rgamma(null)鼠在人類淋巴造血系統移植物植入和功能方面明顯優于NODSCID小鼠［4］。這種免疫缺陷小鼠缺乏適應性免疫功能，在固有免疫中表現多種缺陷，并且有助于提高人類淋巴造血系統移植物植入水平［5］。
1.4 其他免疫缺陷小鼠 2000年，帶有IL2rg null基因的NOD/Shiscid IL2rgamma null (NOG)小鼠品系終于建立并能維持高繁殖效率。隨后，有學者將人類造血干細胞( HSC)移植入這些小鼠中后，證明它們是非常有效的人源小鼠，是研究人類疾病的更為有效的工具。此品系小鼠是由IL2rgamma null鼠和NOD/Shiscid小鼠回交后的第十代。將NODSCID小鼠的骨髓細胞通過尾靜脈輸注給經半致死量射線照射的BALB/C后，成為嵌合小鼠［6］，該小鼠容易植入人的組織細胞，包括造血系統腫瘤細胞。另外，NorénNystrm等［7］用T 淋巴細胞白血病(TLL) 動物模型來評價血管形成抑制因子TN P2470的抗腫瘤效應時使用的是C57BL /6小鼠。
2 免疫缺陷小鼠人白血病模型的建立
在免疫缺陷動物體內移植人類腫瘤是研究惡性腫瘤的重要手段，特別是對人類白血病模型的研究較為成熟。但是人急/慢性白血病（A/CL）模型建立的條件不一樣。一般情況下，AL細胞比CL細胞易于在SCID鼠體內移植成功。與CL細胞不同的是，移植AL細胞不用預先給予促進白細胞生長的細胞因子，移植時一般輸入1×107～2×107的單個核細胞，最少時僅100個白血病細胞就足以引起SCID鼠發生白血病，而移植CL細胞時則需要約5×107～10×107的單個核細胞才可引起白血病的發生。
國內外研究者們相繼報道了急性淋巴性白血病(ALL)、急性髓性白血病(AML)、慢性髓性白血病(CML)和慢性淋巴性白血病(CLL)的SCID小鼠模型的建立。如FeuringBuske等［8］將原始的人AML細胞移植到β2微球蛋白缺陷的NOD/ SCID 小鼠及轉人類生長因子基因的轉基因NOD/ SCID小鼠體內，成功建立了白血病模型。Ramshaw 等［9］發現在體外半固體培養基上用人粒細胞巨噬細胞集落刺激因子（GMCSF）拮抗劑E1R可抑制全部CML患者CML 細胞的克隆形成，繼而他們將人CML細胞(1×108細胞/只)分別輸入SCID鼠和人GMCSF轉基因SCID鼠體內，發現人CML細胞在SCID小鼠體內難以定植，而在轉人GMCSF基因的SCID小鼠體內6周后CML細胞數量可達到高峰，證明人CML細胞在體內、體外生長均依賴人GMCSF。Nicolini等［10］用表達人特異性造血生長因子IL3、GMCSF的逆轉錄病毒載體轉染小鼠，然后用此小鼠骨髓細胞接種NOD/SCID小鼠，3～4周后小鼠血清IL3、GMCSF可達ng/ml水平，將人HSC或胎肝細胞移植到這些NOD/SCID小鼠體內，和未轉染造血生長因子的NOD/SCID小鼠相比，人髓系白細胞數明顯增加，人HSC明顯向髓系方向分化，而紅系細胞和淋巴系細胞明顯減少。以上兩個實驗說明CL模型的建立需要一定的細胞因子。
另有研究報道一種增強表達綠色熒光蛋白(eGFP)的NOD/Scid鼠模型建立起來，在這種小鼠體內標記紅色熒光蛋白的人類和鼠腫瘤能在體內皮下或正常位點建立起來［11］?；旌舷蛋籽?MLL)基因重組在成人和兒童AML中很常見，因而研究比較深入，特別是兒童病例中，但對于MLL基因的部分串聯序列(PTD)的分子機制研究少有報道。Hayashi等［12］利用取自11歲AML患兒的MLLPTD建立了一種新的細胞系，并命名為KOPM88。他們將KOPM88細胞接種于NODSCID小鼠，發現小鼠骨髓出現白血病浸潤，而且由于壓迫性脊髓病導致小鼠癱瘓。這是首次報道在動物活體內展示全身性的帶有MLLPTD的AML。
3 免疫缺陷小鼠在白血病中的應用
3.1 在骨髓新生血管方面的應用研究 研究證實多種血液系統腫瘤存在明顯骨髓血管新生現象［13］，血管生成在白血病發病機制中起重要作用?；诖?，有學者嘗試建立NOD /SCID小鼠白血病微血管生成模型。注射白血病細胞組在3周左右才建立白血病模型［14］。郭海霞等［15］靜脈注射HL60細胞和內皮細胞（EC）組NOD /SCID小鼠在14 d時出現白血病癥狀，表現為全身白血病，可如實反映臨床AML發病快、全身彌散性擴散的特點。實驗中小鼠經靜脈注入人EC， 在HL60模型鼠中骨髓微血管密度明顯大于非模型鼠，證明人EC可被HL60趨化至骨髓，參與局部腫瘤血管生成，可能與HL60細胞分泌的血管內皮生長因子（VEGF）等因子有關，再次驗證了白血病血管生成與白血病細胞增殖之間的相互作用。此模型可用于抗白血病血管生成及實驗研究。另外，有實驗證實人EC可歸巢到白血病模型鼠骨髓血管局部參與血管生成卻不增加總血管密度［16］。
3.2 在干細胞中的應用研究 有學者用NOD/SCID小鼠研究間充質干細胞（MSCs）在移植人臍帶血CD34+（UCB CD34+）細胞和AML細胞移植中的作用。42只NOD/SCID小鼠給予亞致死量放射，隨后靜脈給予各種細胞劑量的有或無MSCs的UCB CD34+細胞。另外12只小鼠同樣給予亞致死量照射，接著靜脈注射有或無MSCs的AML細胞。這些小鼠中的10只，其MSCs用編碼eGFP基因的腺病毒載體修飾以示蹤。結果表明MSCs促進UCB CD34+細胞在骨髓的移植成功，但對于AML細胞的移植沒有發揮作用，且在靜脈注入后能夠進入包括骨髓的主要淋巴器［17］。而關于HSC，Ishikawa等［18］進行了這樣的研究：將純化的人CD34+或hCD34+hCD38-臍帶血通過面靜脈移植入NODscid IL2rgamma(null)鼠。注射105 hCD34+或2×104 hCD34+ hCD 38-臍帶血細胞于所有實驗小鼠，結果人造血細胞以大約70%的嵌合現象再生，這種造血細胞高百分率的嵌合現象移植后一直持續了24周之多。且hCD34+原代實驗小鼠骨髓移植入第二代NODscid IL2 rgamma (null) 鼠中也能重新形成造血作用，表明NODscid IL2 rgamma(null)新生小鼠可支持人HSC的自我更新。CD34+hCD38-臍帶血細胞能分化成成熟血細胞。既然對人白血病發生機制的主要研究依賴于NOD/SCID成年體系，那么NOD/SCID/IL2 rgamma（null）新生鼠體系也許是研究惡性造血作用的有效工具［19］。
將人類干細胞或祖細胞移植入NOD/SCID小鼠的實驗性研究常導致低T淋巴細胞重建。這是臨床HSC移植后的一個主要問題。既然腫瘤壞死因子α(TNFα)在體外T細胞定型和分化中發揮重要作用，Samira等［20］研究了TNF在小鼠體內增強人T細胞發展中的潛在作用。他們在移植人類單核細胞前將TNFα投給照射過的NOD/SCID小鼠誘導23周，結果發現TNFα在體內能快速提高人T淋巴細胞數量。
3.3 在白血病實驗性治療方面的應用
3.3.1 對NOD/SCID鼠移植瘤模型的藥敏實驗研究：近年來一些國外學者對NOD/SCID鼠移植瘤模型進行了化療藥物藥敏實驗的研究。Liem等［21］探討了兒童ALL體內模型的藥物敏感性評價， 發現移植瘤模型的生物、遺傳學特點及化療敏感性可準確反映腫瘤的臨床特點，而藥敏結果與患者的臨床療效和生存期存在一定的相關性。此外，新型抗瘤藥物的體內實驗結果常不能獲得體外培養系統中的抗癌作用［22］。因此，NOD/ SCID 鼠移植瘤模型的體內藥敏實驗變得更加重要，它可對腫瘤的治療方案進行篩查，并在體內評價其療效，用以預測并指導臨床治療方案的選擇和設計。同時體內藥敏實驗的研究平臺也有可能對放療、內分泌治療、免疫治療、基因治療及分子靶向治療等治療進行深入研究。
3.3.2 對免疫缺陷小鼠白血病模型的實驗性治療研究：林祥華等［23］分析了Bcl2反義硫代磷酸寡脫氧核苷酸（ASPO）抑制HL60細胞在SCID小鼠體內致白血病作用，探討應用Bcl2 ASPO體外凈化白血病可行性。結果ASPO處理組HL60細胞Bcl2表達下降，體外增殖抑制凋亡，在SCID小鼠中不會產生白血病，且未有殘留；SPO組HL60細胞不受影響，仍可在SCID小鼠體內廣泛增殖浸潤，產生白血病。
甲狀旁腺激素相關蛋白(PTHrP)和巨噬細胞炎性蛋白1α(MIP1α)在成人T淋巴細胞白血病（ATLL）的體液惡性高鈣血癥（HHM）的發病機制中有重要作用，PTHrP的表達能被核因子kappaB (NFkappaB)激活。Shu等［24］使用生物熒光鼠模型來評估通過 PS341阻斷NFkappaB和通過Zol抑制破骨作用在ATLL和HHM的發展過程中的效果。發現PS341降低細胞的活力，促進凋亡并且體外下調PTHrP在ATLL細胞中的表達。為證明在活體內的情況，將ATLL細胞移植入NOD/SCID鼠體內并用PS341或Zol或PS341和Zol聯合治療，另有一組用賦形劑治療作為對照組。生物熒光成像和腫瘤細胞計數顯示所有治療組的小鼠其腫瘤明顯縮小，而且血漿鈣離子濃度顯著降低。用Zol治療后骨小梁體積增加，破骨參數降低。PS341可在體內降低PTHrP 和MIP1α在腫瘤細胞內的表達。結果顯示PS341和Zol能有效治療對常規療法反應很差的ATLL和HHM。細胞毒藥物CPEC是胞苷三磷酸酶合成酶的非競爭性抑制劑，Schimmel等［25］研究了CPEC及對于NOD/SCID小鼠體內的ALL的抗腫瘤活性，結果只觀察到較弱的抗白血病活性（1.5 mg/kg，每周5 d和5 mg/kg，每周2 d），然而這種抗白血病活性和嚴重的全身毒性相關，這種毒性并非對NOD/SCID小鼠白血病模型特異，相同的情況也在Balb/c小鼠模型中發現?？傊?，盡管CPEC在體外抗腫瘤活性較好，但在人白血病模型小鼠體內的抗瘤活性較差并伴有嚴重的毒性。
3.3.3 針對白血病干細胞的實驗性治療研究：研究證明，白血病也有自己的干細胞。而啟動白血病發生的白血病干細胞(LSC) 可能是研究治療的理想靶細胞，因此特定的腫瘤干細胞群體及其所表達的特殊標志對于確定靶細胞或靶分子具有重要的意義。最近Cheung等［26］發現表達乙醛脫氫酶(ALDH) 的AML可能含有原始的LSC，并提示此類患者預后較差。由此可見，在NOD/ SCID鼠模型上開展腫瘤干細胞的篩選并研究其特性具有重要的治療意義。一項對CD33+ AML的研究顯示，CD34+ / CD38- /CD123+ AML干細胞也表達CD33，因此針對CD33的抗體有可能治療AML［27］。Yilmaz等［28］發現抑癌基因PTEN 通過抑制mTOR與PI3 K/ Akt 信號通道來抑制LSC的增殖，并維持正常HSC的增殖，mTOR的抑制劑雷帕霉素能起到殺死LSC和保護HSC的作用。
轉貼于 4 免疫缺陷小鼠人白血病模型的應用前景
在過去的10年中，NOD/SCID小鼠被認為是小動物模型中用來研究淋巴造血系統移植的“金標準”［4］，多數研究都是基于NOD/SCID小鼠而完成。由于在免疫缺陷小鼠人類白血病模型中白血病細胞的增殖和分化受到如同骨髓微環境一樣的調控，因此為研究白血病增殖、分化及其調控機制提供了獨特的條件。免疫缺陷小鼠模型還可以直接檢測白血病細胞生長和播散的能力，評價某些已知在體外能殺傷或致白血病細胞凋亡的藥物，成為判斷患者預后以及探索新的白血病治療手段的重要方法之一。同時，我們應該考慮到小鼠與人類的細胞因子、粘附分子和細胞外基質的不同，在今后的研究中，可開發應用轉基因小鼠來模擬人體微環境的一些條件，克服現有免疫缺陷小鼠的不足，更好地應用這些模型深入研究白血病發生發展、調控機制及治療。另外，新近建立起來的NODscid IL2rgamma(null)鼠可用于造血作用，固有和獲得性免疫，自身免疫性疾病，感染性疾病，腫瘤生物學，再生醫學等，其應用比NOD/SCID更為廣泛。將這種模型推廣必將帶動多個領域的進一步發展。
【參考文獻】
［1］ Bosma GC， Custer RP， Bosma MJ. A severe combined immunodeficiency mutation in the mouse［J］.Nature， 1983， 301 (5900): 527530. ［2］ Ohsugi T ， Yamaguchi K， Kumasaka T ，et al. Rapid tumor death model for evaluation of new therapeutic agents for adult Tcell leukemia ［J］.Lab Invest， 2004， 84 (2): 263 266.
［3］ Ninomiya M， Kiyoi H， Ito M，et al. Retinoic acid syndrome in NOD/ scid mice induced by injecting an acute promyelocytic leukemia cell line［J］. Leukemia， 2004， 18 (3): 442 448.
［4］ Pearson T， Greiner DL， Shultz LD. Humanized SCID mouse models for biomedical research［J］.Curr Top Microbiol Immunol，2008， 324: 2551.
［5］ Pearson T， Greiner DL， Shultz LD. Creation of “humanized” mice to study human immunity ［J］.Curr Protoc Immunol，2008，Chapter 15: Unit 15.21.
［6］ Arditti FD， Rabinkov A， Miron T，et al. Apoptotic killing of Bchronic lymphocytic leukemia tumor cells by allicin generated in situ using a rituximaballiinase conjugates［J］.Mol Cancer Ther， 2005， 4 (2): 325331.
［7］ NorénNystrm U， Eriksson M， Eriksson B，et al. Antitumor activity of the angiogenesis inhibitor TNP470 on murine lymphoma leukemia cells in vivo and in vitro［J］. Exp Hematol， 2003， 31 (2): 143149.
［8］ FeuringBuske M， Gerhard B， Cashman J，et al.Improved engraftment of human acute myeloid leukemia progenitor cells in beta2 microglobulin deficient NOD/ SCID mice transgenic for human growth factors［J］.Leukemia， 2003， 17 (4):760763.
［9］ Ramshaw HS， Bardy PG， Lee MA， et al.Chronic myelomonocytic leukemia require granulocytemacrophage colonystimulating factor for growth in vitro and in vivo［J］.Exp Hematol， 2002， 30(10):11241131.
［10］ Nicolini FE， Cashman JD， Hogge DE，et al.NOD/SCID mice engineered to express human IL3， GMCSF and Steel factor constitutively mobilize engrafted human progenitors and compromise human stem cell regeneration［J］.Leukemia， 2004， 18(2):341347.
［11］ Niclou SP， Danzeisen C， Eikesdal HP，et al.A novel eGFPexpressing immunodeficient mouse model to study tumorhost interactions ［J］.FASEB J. 2008［Epub ahead of print］.
［12］ Hayashi M， Kondoh K， Nakata Y，et al.Establishment of a novel childhood acute myeloid leukaemia cell line， KOPM88， containing partial tandem duplication of the MLL gene and an in vivo model for childhood acute myeloid leukaemia using NOD/SCID mice［J］. Br J Haematol，2007， 137(3): 221232.
［13］ Fragoso R， Pereira T， Wu Y，et al. VEGFR1(FLT1)activation modulates acute lymphoblastic leukemia localization and survival within the bone marrow， determining the onset of extramedullary disease［J］.Blood， 2006， 107 (4) : 16081616.
［14］ 陳地龍， 李靜， 劉永剛， 等. 移植性人白血病小鼠模型的建立［J］. 重慶醫科大學學報， 2006， 31 (2) : 204 207.
［15］ 郭海霞， 黎陽， 鄒燕琴， 等. 非肥胖糖尿病/重癥聯合免疫缺陷小鼠白血病微血管生成模型的建立［J］. 實用兒科臨床雜志， 2007， 22 (15) : 11721173.
［16］ Le RicousseRoussanne S， Barateau V， Contreres JO，et al. Ex vivo differentiated endothelial and smooth muscle cells from human cord blood progenitors home to the angiogenic tumor vasculature ［J］. Cardiovasc Res， 2004， 62 (1): 176184.
［17］ Lee ST， Ma Steel factor eng H， Chwae YJ，et al. Effect of mesenchymal stem cell transplantation on the engraftment of human hematopoietic stem cells and leukemic cells in mice model ［J］. Int J Hematol，2008， 87(3):327337.
［18］ Ishikawa F， Yasukawa M， Lyons B，et al. Development of functional human blood and immune systems in NOD/SCID/IL2 receptor {gamma} chain (null) mice［J］.Blood，2005，106(5):15651573.
［19］ Hope KJ， Jin L， Dick JE. Acute myeloid leukemia originates from a hierarchy of leukemic stem cell classes that differ in selfrenewal capacity［J］.Nat Immunol，2004， 5(7):738743.
［20］ Samira S， Ferrand C， Peled A，et al.Tumor Necrosis Factor Promotes Human TCell Development in Nonobese Diabetic/Severe Combined Immunodeficient Mice［J］. Stem Cells，2004， 22(6): 10851100.
［21］ Liem NL， Papa RA， Milross CG，et al.Characterization of childhood acute lymphoblastic leukemia xenograft models for the preclinical evaluation of new therapies ［J］. Blood， 2004， 103 (10): 39053914.
［22］ Schimmel KJ， Nijmeijer BA， vanSchie ML，et al.Limited antitumor effect associated with toxicity of the experimental cytotoxic drug cyclopentenyl cytosine in NOD/ scid mice with acute lymphoblastic leukemia［J］. Leuk Res， 2007， 31 (11): 15451551.
［23］ 林祥華， 陳志哲， 林景娟， 等. Bcl2反義硫代磷酸寡脫氧核苷酸抑制HL60細胞在重度聯合免疫缺陷鼠中生長的研究［J］. 中華病理學雜志， 2003， 32(3): 251254.
［24］ Shu ST， Nadella MV， Dirksen WP，et al.A novel bioluminescent mouse model and effective therapy for adult Tcell leukemia/lymphoma［J］.Cancer Res，2007， 67(24):1185911866.
［25］ Schimmel KJ， Nijmeijer BA， van Schie ML，et al. Limited antitumoreffect associated with toxicity of the experimental cytotoxic drug cyclopentenyl cytosine in NOD/scid mice with acute lymphoblastic leukemia［J］.Leuk Res，2007， 31(11):15451551.
［26］ Cheung AM， Wan TS， Leung JC，et al.Aldehyde dehydrogenase activity in leukemic blasts defines a subgroup of acute myeloid leukemia with adverse prognosis and superior NOD/ SCID engrafting potential［J］. Leukemia， 2007， 21 (7):14231430.