新型甘蓝型油菜AACC基因库的创建与评估

摘要

由于不同物种之间巨大的遗传差距,种间杂交往往能产生很强的杂种优势,但是由于种间杂交后代一般为非整倍体,因而不育或者育性极差。为了将种间杂种优势应用油菜种子产量的提高上,一些新型甘蓝型油菜被创建,如:利用白菜型油菜的Ar基因组部分替换甘蓝油菜的An基因组,或者分别用白菜型油菜Ar亚基因组和埃塞俄比亚芥的Cc亚基因组部分替换甘蓝型油菜的An/Cc亚基因组。新型甘蓝型油菜与常规甘蓝型油菜杂交所产生的亚基因组杂种,在种子产量方面表现出很强的杂种优势。但是由于先前培育新型甘蓝型油菜外源含量偏低,变异偏窄,致使培育的亚基因组杂种在适应性或者某些农艺性状存在一定的缺陷,也阻碍了亚基因组杂种的推广应用。
　　 为了克服先前培育的亚基因组杂种存在的不足,本研究致力于构建一个新型甘蓝型油菜种质资源库,该资源库包含几百份埃塞俄比亚芥和白菜型油菜品种的遗传变异,并且其基因组基本上由白菜型油菜的At亚基因组和埃塞俄比亚芥的Cc亚基因组组成(不含或者少量含有甘蓝型油菜的An/Cc基因组成分)。我们通过两步来完成这个新型甘蓝型油菜ArArCcCc基因库的构建,首先是以少量的白菜型油菜和大量的埃塞俄比亚芥品种为亲本(29份白菜型油菜和110份埃塞俄比亚芥品种亲本)构建一个Cc亚基因组多样性群体(Cc Polymorphic population,Ccp群体),在创建Ccp群体的过程中,一共获得了562份5倍体中间型单株(这部分工作由江莹芬,田恩堂和陈伦林完成),组成Ccp群体F1世代。
　　 对49个5倍体单株细胞学分析显示:84％的花粉母细胞在减数分裂过程中,都会发生染色体丢失现象。原位杂交结果表明,在减数分裂中期先行以及后期落后的染色体大部分为Bc基因组染色体。考察五倍体的分枝数,每角果粒数,育性以及一些品质性状。结果显示,CcP-F1群体育性差,分枝多,营养优势强；此外其品质性状类似于埃塞俄比亚芥亲本(硫甙和芥酸含量高而含油量低等特点)。
　　 五倍体后代染色体数目复杂,为了从F2群体中筛选染色体数目为38条的单株,调查大约6,000个F2单株的形态学,大约有1,137个F2单株形态学类似于常规甘蓝型油菜,对这些单株进行了染色体数目的检测,结果显示:染色体数目从27条到46条呈连续分布,其中有641个F2单株染色体数目为38条。我们也考察了F2群体的农艺和品质性状,结果显示:对比五倍体单株,F2群体的分枝数减少,但育性得到了很大的改善,硫甙和芥酸含量显著降低而含油量有所提高。
　　 从F2群体中,选择了981个单株,收获这些单株自交结实的种子,构成了大约包含10,000个单株的F3群体。从F3世代每个株系选择一个育性最好的单株套袋自交,组建F4群体。
　　 我们从细胞学、遗传变异、农艺性状以及杂种优势的表现对T4群体进行了评估:
　　 细胞学结果显示:F4单株花粉育性正常,大部分单株可育花粉粒所占的比例在90％以上；此外其花粉母细胞减数分裂正常,几乎没有染色体丢失现象发生；我们对100个F4单株进行染色体数目的检测,发现其染色体数目都为38条,对其中的10个单株进行GISH(Genome in situ hybridization)分析,并未发现B基因染色体的存在,但是在两个新型甘蓝型油菜单株中,其花粉母细胞的某个染色体上存在较小的杂交信号,推测可能由于B基因组染色体片段整合到A/C基因组上所致。
　　 应用48对SSR引物分析了F4群体、自然甘蓝型油菜,以及埃塞俄比亚芥和白菜型油菜亲本的遗传多样性。结果显示,创建的F4群体的遗传多样性丰富于自然甘蓝型油菜以及埃塞俄比亚芥和白菜型油菜亲本。主成分分析显示:F4单株的遗传基础与常规甘蓝型油菜有所不同,被聚为不同的两类。
　　 考察了F4群体的农艺性状,如:每角果粒数,千粒重,分枝数,硫甙,芥酸,含油量等。结果显示:农艺性状变异广泛,含油量最低为19.91％,而最高可以达到51.2％；千粒重最轻只有1.94 g,而最重可达到7.12 g；油酸含量最低为2.6％,最高可达到76.8％,等。
　　 利用100份F4单株配置亚基因组杂种。结果显示:无论在生物学产量和种子产量上都表现了很强的杂种优势。此外,我们尝试性地分析了遗传距离与杂种优势之间的关系。
　　 另外,以大量的白菜型油菜品种和少量的埃塞俄比亚芥品种为亲本(235份白菜型油菜和7份埃塞俄比亚芥品种亲本)构建一个Ar亚基因组多样性群体(ArPolymorphic population,Arp群体),其过程与Ccp群体的构建类似。
　　 2008年,我们将Ccp-F5群体与Arp-F3群体混合种植在一块组建成新型甘蓝型油菜ArArCcCc种质资源库,并与带有显性核不育的新型甘蓝型油菜按照9:1的比例相隔种植,进行首轮的轮回选择；在2009年,我们从这个种质资源库中选择650个具有优异农艺性状的新型甘蓝型油菜单株,与带有显性核不育的新型甘蓝型油菜按照1:1的比率种植；经过两轮的轮回选择某些新型甘蓝型油菜的综合性状得到了一定的改良。

目录

文摘

英文文摘

1 文献综述

1.1 远缘杂交研究进展

1.1.1 外源遗传变异改良栽培种基因库

1.1.2 远缘杂交诱导新的遗传和表型变异

1.2 芸薹属的细胞遗传学研究进展

1.2.1 禹氏三角

1.2.2 A,B,C基因组的进化关系与染色体配对

1.3 亚基因组之间的杂种优势研究进展

2 实验的意义和目的,技术路线以及试验内容

2.1 目的与意义

2.2 技术路线

2.3 实验内容

3 材料与方法

3.1 试验材料

3.2试验方法

3.2.1 田间试验设计

3.2.2 细胞学分析方法

3.2.3 分子标记分析方法

3.2.4 数据分析

4 结果与分析

4.1新型甘蓝型油菜种质资源的建

4.2 CcP多样性群体的创建与评估

4.2.1 五倍体细胞学和性状分析

4.2.2 CcPF2群体的创建

4.2.3 CcPF3和CcPF4群体的创建

4.3 Arp多样性群体的构建

5 讨论

5.1 新型甘蓝型油菜种质资源库的遗传变异来源

5.2 轮回选择改良基因库

5.3轮回选择改良基因库

参考文献

作者简介

致谢