体细胞无性系水平的变异

实践表明，体细胞无性系在DNA分子水平上可发生转座子的激活、DNA甲基化、点突变、细胞器DNA的修饰等。

1）转座子的激活

20世纪50年代初，Mcclintock（1951）通过遗传现象的研究，首先发现能在基因组不同区域之间转移的控制成分，这些可转移成分现在一般称作转座单元，也叫转座子。转座作用涉及转座子的复制，当一个拷贝插入基因组的新位置（受点或靶点）后，原来位置（供点）上仍保留一个拷贝。转座子插入后，使靶点处的基因失活，而且转座子的存在和复制转座会加重细胞的生理负担，因此具有一定的选择劣势。但是转座作用也可以造成染色体的断裂，染色体区域的缺失、重复、倒位、易位，从而引起性状变异，因此转座作用也有重要的进化意义。

植物体内的转位因子包括玉米的Ac因子、Ds因子、Spm因子、Mu因子及金鱼草的Tam因子。研究已证明许多不稳定遗传现象就是这类转座子的作用引起的。一些研究者指出，转座子的激活可能是导致体细胞无性系高频率变异的原因之一。这种现象的发生机制是：在组织培养过程中，由于细胞处于高速分裂的状态，所以染色质复制滞后，结果引起细胞分裂后期形成染色体桥和染色体断裂。在断裂部位的DNA修复过程中属于异染色质的转座子发生去甲基化而被激活，并发生转座作用，从而引起一系列的结构基因活化、失活和位置变化，导致无性系变异。玉米Ac因子是研究最早的转座子之一。Peschke等（1991）用无Ac活性的玉米为材料，发现经组织培养的再生植株中，有3%的再生植株Ac被活化，另一转座子Spm的转座活性也达到31%。而小麦中，与转位因子有关的小穗性状变异在继后的有性繁殖中性状不能稳定地传递。

朱至清（2003）认为，用转座子激活的理论可以解释体细胞无性系中出现的许多现象：首先，植物内多种遗传转座子的作用会引起广泛的变异，这可以解释无性系的高频率变异的发生；其次，转座子可以使没有活化的结构基因活化，这就解释了无性系中较高频率出现的显性突变；第三，转座子还可以使多拷贝的基因中那些不表达的拷贝活化，提高基因的表达强度，进而导致表型变异。

2）DNA甲基化状态的改变

真核生物DNA中2%～7%的胞嘧啶（C）存在着甲基化修饰，广泛分布于各序列中，绝大多数甲基化发生在CG二核苷酸对上。研究发现，一些基因中的某些位置甲基化后其基因表现为不活跃的非表达基因，而当这些位置去甲基化后，则活跃表达。因此，人们把活跃表达的基因状态称为甲基化不足。Messeguer等（1991）认为，在植物体内，DNA甲基化多态性以孟德尔方式遗传，但是在群体中等位基因的甲基化/脱甲基化则是一个高频率发生的动态过程。Finnegan等（1993）研究表明，DNA甲基化也会对真菌感染、春化作用和组织培养等环境因素刺激而作出反应。

Brown等（1990）在玉米无性系再生植株中发现，有些再生植株超甲基化，有些似乎是脱甲基化。他们对此深入研究后发现，甲基化的变化在基因组中分布不是随机的，甲基化对无性系变异起作用。Devaux等（1993）对大麦体细胞无性系再生植株，用RFLP技术确证组织培养过程中的确发生了DNA甲基化状态的变化。但有时候DNA甲基化状态的改变并没有引起无性系表型的改变，这种现象已在马铃薯、亚麻等植物的无性系再生植株中发生（Brown等，1990）。这种现象表明发生甲基化状态的基因很有可能是隐性基因，或是其他不足以引起表型有明显改变的性状控制基因，甚至是发生甲基化状态的位置本来就是不活跃的区域，因而无论甲基化改变与否都不会引起表达活性的改变。这种现象尚待进一步研究。

3）点突变

点突变是指DNA碱基序列中由单个或多个碱基对发生的变化，可以是碱基序列替换、插入、缺失等。碱基序列替换的一个很重要的特点就是具有很高的恢复突变率，而碱基插入或缺失效率则特别低。有些点突变严重影响蛋白质活性甚至完全失活，从而影响植物体的表型；有些突变虽然碱基发生了变化，却是同义变化，即翻译的氨基酸序列没有发生变化，不影响蛋白质的活性，因此性状上无明显的变化。

植物体细胞无性系可以高频率发生点突变。人们已在番茄无性系的230个再生植株中发现了13个变异是由于单基因的点突变造成的，突变频率高达5.7%（Evans等，1983）。基因点突变在无性系中广泛存在。点突变与以上其他几种变异方式比较，其对再生植株的损伤小一些，因此得到的变异很快保持遗传上的稳定。在人工诱发突变中会高频率地发生基因点突变，这一点应当引起高度重视，深入进行研究。

4）细胞器DNA的变化

除以上几种体细胞无性系变异类型以外，还有一类变异也不容忽视，那就是植物细胞器DNA的变化。高等植物中，细胞质中的叶绿体和线粒体基因组是相对独立于核基因组遗传的物质，在进化上保持相对稳定。在遗传上表现为非孟德尔方式，主要表现为母性遗传和体细胞中的分离现象。细胞器DNA是真核生物不可缺少的组成部分。组织培养中的体细胞无性系，其再生植株常会发生细胞器基因组DNA的变异，从而导致再生植株的表型出现变异。另外，在小麦花粉培养中经常出现大量的白化苗，分析发现，这种白化苗的叶绿体基因丢失率达80%；无性系再生植株的线粒体DNA也经常发生变异（Schmidt等，1996）。总之，无性系细胞器基因变异也应当引起重视。