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芸薹属栽培四倍体种与诸葛菜属间杂交后代的遗传分析

作　者: 熊亚青
导　师: 李再云
学　校: 华中农业大学
专　业: 作物遗传育种
关键词: 远缘杂交 遗传渗入 序列消除 基因组原位杂交 扩增片段
分类号: S565.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


远缘杂交是创造新物种的重要途径之一，通过远缘杂交的手段可以综合亲本种的适应性，创造出新的适应性，丰富基因库、拓宽生存环境，进而促进基因组进化和新物种形成。至今已有报道远缘杂种在形成的早期发生了迅速的染色体消除及基因组重排，可能早在杂交F1植株的合子中就已经发生。本研究通过基因组原位杂交（Genomic in situ hybridization）和AFLP（Amplified fragment length polymorphism）的多态性分析，研究芸薹属四倍体栽培种甘蓝型油菜（Brassica napus，2n=38，AACC），芥菜型油菜（B．juncea，2n=36，AABB）及埃塞俄比亚芥（B．carinata，2n=36，BBCC）与诸葛菜（Orychophragmus violaceus，2n=24，OO）属间杂种的染色体和基因组组成，为在这些杂种中发现的亲本染色体组分开和遗传渗入及随后的染色体消除现象提供分子生物学和分子细胞遗传学证据，并为该遗传学现象在遗传研究和育种实践中的作用提供理论依据。主要结果如下：1．杂种植株的获得及形态以甘蓝型油菜品种821、芥菜型油菜GJ19及埃塞俄比亚芥G0—7为母本分别与诸葛菜杂交，对杂种幼胚进行胚挽救。获得4株821×诸葛菜F1植株，8株GJ19×诸葛菜F1植株和6株G0—7×诸葛菜F1植株。从总体上看F1植株在形态上与母本很相似，部分植株表现出中间型的性状。其中组合821×诸葛菜中，F1植株在形态上与母本都很相似，部分植株分支较多且粗壮（821—1、821—4）；组合GJ19×诸葛菜中，部分F1植株在形态上与母本很相似（xjo—19、xjo—22、Xjo—64），其中xjo—19和xjo—22长势缓慢，植株矮小，部分F1表现出中间型的性状（xjo—37、xjo—38、Xjo—61、xjo—62、xjo—68），长势较母本GJ19强，叶宽大，叶色深，花瓣着生状态、花瓣大小也出现中间型变异，种皮为褐色，与父本诸葛菜的种皮颜色相近；组合G0—7×诸葛菜中，F1植株在形态上与母本都很相似。2．AFLP多态性分析对三个组合所得的F1杂种进行了分析。随机选取11对引物对组合821×诸葛菜的F1三个时期基因组DNA进行扩增，共获得308条多态性带，其中821带214条，诸葛菜带160条；随机选取20对引物对组合GJ19×诸葛菜的F1植株三个时期基因组DNA进行扩增，共获得613条多态性带，GJ19带389条，诸葛菜带343条；随机选取15对引物对组合G0—7×诸葛菜的F1三个时期基因组DNA进行扩增，共获得465条多态性带，其中G0—7带283条，诸葛菜带271条。消失带、新增带、父本特异带在三个时期的数量上表现出较大的差异，说明在F1植株的生长发育过程中，新形成的基因组由于外源遗传物质的渗入发生了持续的动态变化，最后趋向母本的基因组状态，且三个组合中均发现不同的F1植株趋向于消除同一位点的DNA序列，渗入的DNA序列（表现为新增带及父本特异带）也较多为同一位点的序列。3．F1植株的细胞学对组合GJ19×诸葛菜的F1植株进行了细胞学观察，其中xjo—22的体细胞染色体数目最高只有36条，xjo—64除了出现有少数大于50条染色体的细胞外，没有出现37或38条染色体的细胞，xjo—68的染色体最高只有37条，其他的F1植株均出现有37和38条染色体的细胞，而xjo—38和xjo—62出现的37和38条染色体的细胞数目的比例较大，分别为38.46％和42.22％。在对其花粉母细胞减数分裂的观察中，发现减数分裂的终变期发生了较多的不配对现象，中Ⅰ期有单价体或是二价体没有排列在赤道板上，后Ⅰ期出现了落后染色体及染色体桥现象，小孢子时期出现有三分孢子、多分孢子及微核等异常现象。通过对组合GJ19×诸葛菜的F1植株的花粉母细胞进行了GISH分析，发现在同一植株中，不同的细胞检测到的诸葛菜的染色体片段的多少是不同的，在F1植株发现有覆盖整条染色体的诸葛菜信号。4．F2植株的形态学GJ19×诸葛菜组合所得F1的自交种子经发芽共获得18株后代，其中xjo—19获得6株后代，xjo—22和Xjo—62各获得2株后代，xjo—37和xjo—68各获得3株后代，xjo—38和Xjo—61各获得1株后代。发芽时出现有三片子叶、四片子叶的现象，其中F1表型偏母本的，后代表型仍然偏母本；而F1表型偏中间型的，后代表型仍然偏中间型，其中由同一株F1自交种子发芽得到的不同F2植株在表型上也发生了分离，叶形有较大的分离。另外，植株形态也有较大的不同，xjo—37（1）形态较小，长势很弱，无分枝，xjo—37（3）茎干粗壮，分枝较多，花蕾较其它的大；Xjo—61F2雌蕊粗短扁平，花蕾较大；xjo—62（1）发育正常，而xio—62（2）花蕾发育不正常，开出的花没有雄蕊；xjo—68（3）植株形态很小，几乎不发育，无分支。5．F2植株的AFLP分析所选的引物组合为对GJ19×诸葛菜组合F1植株进行分析的20对引物中扩增效果较好的10对，共获得407条多态性带，其中GJ19带249条，诸葛菜带188条。在所有F2代植株中，表型偏母本的植株与表型为中间型植株相比父本特异带普遍要少一些，只有xjo—22（1）稍多一点，而表型为中间型的植株父本特异带较多，除xjo—37（1）为19条以外，其他都在20条以上；新增带同样是偏母本型植株没有超过10条，而中间型植株都在19条以上；消失带也是偏母本型植株数量较少，而xjo—37（3）、xjo—68（2）和xjo—68（3）数量也很少，不超过10条，而其它的中间型植株消失带数量较多。6．F2植株的细胞学由观察得知，xjo—37（3）的染色体数发生了自然加倍，2n＞60的细胞占统计数目的57.14％，而xjo—37（1）和xjo—37（2）的体细胞染色体数目却没有出现多于36条的细胞；xjo—38F2中大于36条的细胞占68.29％；xjo—61F2没有出现2n=36的细胞，30=2n＜36的细胞却占到84.85％；xjo—62（1）和xjo—62（2）均是2n＞36的细胞占多数，分别为82.51％和84.62％；xjo—68后代单株中，编号为（1）的在统计数据时没有发现2n＜30的细胞，编号（1）和（2）的植株均是2n＞36的细胞占多数，比例分别为64.71％和67.50％，编号为（3）的植株则是2n=36占到了较大的比例，为45.45％。在对其花粉母细胞减数分裂的观察中，发现减数分裂的终变期也发生了较多的配对混乱的现象，中Ⅰ期有单价体或是二价体没有排列在赤道板上，后Ⅰ期出现了落后染色体及染色体桥现象，小孢子时期出现有三分孢子、多分孢子及微核等异常现象。GISH分析结果如在F1中检测到的相似，只是异源的诸葛菜片段有所减少，也发现覆盖整条染色体的诸葛菜信号。最后，对三个芸薹属四倍体栽培种与诸葛菜属间杂种的形成、远缘杂种中的遗传渗入及序列消除的现象进行了讨论。

全文目录


摘要  7-10
Abstract  10-13
1. 文献综述  13-27
  1.1 诸葛菜及其在育种中的应用  13
  1.2 远缘杂交及其在育种中的应用  13-14
  1.3 远缘杂交的障碍及克服途径  14-16
    1.3.1 远缘杂交的不亲和性  14-15
    1.3.2 杂种的夭亡及不育  15-16
  1.4 远缘杂种的种类  16-18
    1.4.1 异源多倍体  16-17
    1.4.2 异附加系、异代换系和易位系  17-18
    1.4.3 DNA片段或基因的渗入形成的杂种  18
  1.5 植物远缘杂交中染色体消除和外源遗传物质的渗入  18-23
    1.5.1 染色体消除机理的研究  19-20
    1.5.2 染色体的消除和外源遗传物质的渗入  20
    1.5.3 遗传渗入片段对受体基因组的影响  20-21
    1.5.4 芸薹属与诸葛菜远缘杂交中的染色体组分开现象的研究  21-23
  1.6 远缘杂种的鉴定  23-26
    1.6.1 形态学及解剖学鉴定  23
    1.6.2 细胞学鉴定  23-25
    1.6.3 分子标记技术鉴定  25
    1.6.4 基因组原位杂交(GISH)技术鉴定  25-26
  1.7 本研究的目的及意义  26-27
2 材料与方法  27-35
  2.1 材料  27
  2.2 方法  27-35
    2.2.1 胚挽救及快繁  27
    2.2.2 花粉育性鉴定  27
    2.2.3 普通细胞学方法  27-28
    2.2.4 AFLP指纹分析  28-31
    2.2.5 基因组原位杂交方法  31-35
3 结果与分析  35-49
  3.1 F_1植株的形态学  35
  3.2 F_1植株基因组DNA的AFLP分析  35-42
    3.2.1 组合821×诸葛菜的AFLP分析  35-37
    3.2.2 组合GJ19×诸葛菜的AFLP分析  37-40
    3.2.3 组合G0─7×诸葛菜的AFLP分析  40-42
  3.3 GJ19×诸葛菜组合F_1植株的细胞遗传学  42-44
    3.3.1 GJ19×诸葛菜组合F_1植株子房染色体数  42-43
    3.3.2 GJ19×诸葛菜组合F_1植株减数分裂中的染色体配对、分离  43-44
  3.4 基因组原位杂交分析  44
  3.5 GJ19×诸葛菜组合F_2植株的形态学  44
  3.6 GJ19×诸葛菜组合F_2植株基因组DNA的AFLP分析  44-46
  3.7 GJ19×诸葛菜组合F_2植株的细胞遗传学  46-48
    3.7.1 GJ19×诸葛菜组合F_2植株子房染色体数  46-47
    3.7.2 GJ19×诸葛菜组合F_2植株减数分裂中的染色体配对、分离  47-48
  3.8 GJ19×诸葛菜组合F_2代基因组原位杂交分析  48-49
4 讨论  49-54
  4.1 亲本染色体组分开  49
  4.2 远缘杂种中AFLP检测到的基因组变化  49-51
    4.2.1 序列消除  49-50
    4.2.2 DNA的甲基化  50-51
  4.3 减数分裂异常情况  51-52
    4.3.1 中I期染色体不配对  51
    4.3.2 后I期的异常现象  51-52
    4.3.3 小孢子时期的微核现象  52
  4.4 染色体组加倍的情况  52-54
5 图版  54-62
参考文献  62-68
附表  68-72
作者简介  72-73
致谢  73

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 经济作物 > 油料作物 > 油菜籽（芸薹）
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