白芥X芥蓝杂种F1及芥蓝回交后代细胞遗传学分析

摘要

芸薹属植物是一个种类繁多,用途广泛的物种。是重要的蔬菜,香料,饲料和药用植物。如油菜,芥菜,白菜,甘蓝等。虽然芸薹属有很多亚种和变种,包含了丰富的基因类型和遗传变异,但是由于长期的人工选择和品种间杂交,品种间遗传多样性明显下降,用于选育的资源日益狭窄。所以目前人们运用转基因,远缘有性杂交,体细胞融合等实现属,种间基因的交流。考虑到转基因植物的安全性不能准确评估,目前有性杂交和原生质体体细胞融合的方式是主要的增加芸薹属植物的变异类型和利用异属异种间基因交流的重要手段。
　　本研究就是用有性杂交的方法把具有优良性状的白芥和芸薹属的芥蓝进行杂交,得到属间杂种,并对杂种进行普通细胞学分析,探讨芸薹属基因组与白芥基因组亲缘进化关系及远缘杂种后代中的亲本染色体遗传渗入及消除机制。同时,利用芥蓝作为回交材料进行回交,得到回交后代群体BC3。对杂种F1和BC3 F1进行了普通细胞学研究和GISH分析。
　　结果如下:1、白芥与芥蓝杂种的产生及形态。S.alba×B.oleracea var.alboglabraz的410个子房进行培养后,共获得17粒幼胚,经MS培养基萌发,获得13株杂种苗。杂种通过普通细胞学观察和GISH的方法得到了鉴定。从植株形态特征上看,杂种植株营养生长旺盛,具有明显的杂种优势,形态特征兼具有父母本的性状。叶片形状和叶色似母本白芥,但叶裂数少、叶裂浅;花为白色,12株的花瓣不重叠,1株的花瓣重叠;12株的荚果形态似母本但没有细毛,1株的荚果形态似芥蓝,但比芥蓝短。植株高大,分枝性强,开花期长。叶片和茎干上有蜡粉。
　　2、杂种及后代的细胞学观察。对13株杂种植株染色体GISH-dcFISH检测结果表明,12株具有21条染色体,1株有30条染色体。F1植株分为两类,一类植株不育,GISH-dcFISH鉴定为21条染色体,12条来自白芥,9条来自甘蓝;另一类植株约有30％的花粉育性,GISH-dcFISH鉴定为30条染色体,12条来自白芥,18条来自甘蓝。用秋水仙素对染色体数目为21的植株加倍,在成活的18株植株中,有10株加倍成功,经观察染色体数目为42。对植株花粉母细胞减数分裂行为进行分析,终变期主要以21Ⅱ、20Ⅱ+2Ⅰ方式配对。在中期Ⅰ,一般会有1-2条落后染色体。后期Ⅰ主要以24:18分离,其次有21:21、20:22分离方式,而且也有落后染色体。此外,还观察到染色体以12Ⅱ和9Ⅱ分别聚集的现象,染色体分离不同步现象,以及出现染色体桥等现象。
　　3、用芥蓝做父本进行回交的回交群体的研究。在回交群体BC3 F1的647个单株中,一些植株具有白芥的典型特征,根据表型可以分为以下几个类型:1:高杆类型;2:营养器官肥大的类型;3:无花瓣类型;4:荚果有刺的类型;5:发育缓慢类型;6:顶端发育突变类型。对这类型植株进行观察发现染色体多半为19或18条,经GISH分析,进一步证实其中一条染色体来源于白芥的染色体组。在终变期,会发现有三价体的配对方式出现,同时,在高杆植株中,出现超亲本现象,而在十字花科植物中,植株的高度是由主效基因和微效基因决定的,可以看出白芥和芥蓝的染色体具有同源性。且在中期Ⅰ时发现有大量的落后染色体,但植株育性比较好,均可以达到80％左右。附加系群体为定位白芥的基因提供了很好的平台。
　　4、在白芥X芥蓝的加倍F1中,尽管花粉的育性较好,但在授粉后,子房会逐渐死掉,收获不到种子,说明白芥和芥蓝之间存在生殖隔离。而这种隔离,在细胞遗传学的观察中进一步得到了证实。在杂种染色体分裂过程中,来自同一亲本的染色体分布于同一侧,很难实现亲本间染色体的交流。

目录

摘要

ABSTRACT

缩略语表

第一章 文献综述

1.1 远缘杂交及其应用

1.2 远缘杂交生理屏障及其克服方法

1.3 远缘杂种的鉴定

1.3.1 植物形态学鉴定

1.3.2 细胞学鉴定

1.3.3 基因组原位杂交

1.4 远缘杂种及后代特点

1.4.1 变异范围大

1.4.2 稳定世代长

1.4.3 后代多为偏母本型植株

1.5 远缘杂种及后代细胞遗传学特点

1.5.1 植物的多倍体及其育种意义

1.5.2 假配生殖与半配生殖

1.5.3 异附加系、异代换系、异位系

1.5.4 植物远缘杂交染色体消除及遗传渗入

1.5.5 杂种染色体组分开

1.6 白芥和甘蓝的研究

1.6.1 白芥、芥蓝的生理形及其分布

1.6.2 白芥和甘蓝细胞遗传学研究

1.6.3 白芥与甘蓝的亲和性研究

第二章 材料和方法

2.1 研究的意义和目的

2.2 实验材料

2.3 实验方法

2.3.1 胚挽救方法

2.3.2 花粉育性鉴定

2.3.3 普通细胞学方法

2.3.4 基因组总DNA提取

2.3.5 探针标记与基因组原位杂交

第三章 结果与分析

3.1 白芥X芥蓝杂种一代(F_1)的遗传分析

3.1.1 白芥X芥蓝(F_1)杂种的获得

3.1.2 F_1杂种形态特征

3.1.3 杂种F_1细胞学的观察

3.1.4 加倍的杂种F1代的细胞遗传学的研究

3.2 BC3群体的细胞学遗传

3.2.1 高杆类型的细胞遗传分析

3.2.2 无花瓣的植株的细胞遗传学分析

3.2.3 荚果有微刺的植株的遗传

3.2.4 迟生植株的遗传学研究

第四章 讨论

4.1 白芥属与甘蓝属的生殖屏障

4.2 芥蓝-白芥回交群体的讨论

参考文献

附录

作者简介

致谢