青藏高原地区小麦族野生近缘植物天然杂种的遗传鉴定

摘要

小麦族（Triticeae）野生近缘植物天然杂种是研究近缘种属间可杂交性、种间演化关系、染色体组间同源性及系统生物学的宝贵材料。小麦族中的St基因组来源于假鹅观草属（Pseudoroegneria），而Y基因组的起源尚无定论，且St与Y基因组的同源关系极为相近。目前，能区别小麦族St与Y基因组的方法还未见报道。本研究对青藏高原地区小麦族8个物种垂穗披碱草（E.nutans）、披碱草（E.dahuricus）、大颖草（R.grandiglumis）、麦宾草（E.tangutorum）、短颖鹅观草（R.breviglumis）、扁穗冰草（A.cristatum）、糙毛以礼草（K.hirsuta）、短芒披碱草（E.breviaristatus）的12个天然杂种进行了遗传鉴定。
　　 首先，我们以垂穗披碱草（StYH）为模式种、老芒麦（E.sibiricus）（StH）为对照，建立了鉴别小麦族St与Y染色体组的GISH最佳体系。提取假鹅观草（P.spicata）的基因组DNA标记探针，用等比例混合的中国春（T.aestivum L.）和短柄草（B.sylvaticum）基因组DNA做封阻，探针与封阻DNA比值为1:50：50做GISH杂交时，可明确鉴别出老芒麦、垂穗披碱草、鹅观草（R.kamoji）、麦宾草和大颖草中的St与Y染色体组，且能辩明不同染色体间的易位。
　　 以上述建立的GISH体系，结合形态学、细胞学及分子标记等手段，对12个天然杂种YNP1～12的亲本、基因组组成及染色体结构变异进行了分析，并取得了以下结果。YNP1为垂穗披碱草和大颖草的属间杂种，六倍体（2n＝6×＝42），基因组组成为StStYYHP，其中1条St与1条Y染色体发生了端部相互易位。YNP2为麦宾草和大颖草的属间杂种（2n＝6×＝42，StStYYHP），其中1条St染色体的端部与Y发生了易位；1条Y染色体的端部与H发生了易位。YNP3、4为垂穗披碱草和披碱草的种间杂种（2n＝6×＝42，StStYYHH），YNP3中1条Y染色体的整臂与H发生了易位；YNP4中3条染色体为Y与H的整臂易位，其中的2条为相互易位，另1条Y染色体的整臂与H发生了易位。YNP5为垂穗披碱草和短颖鹅观草的属间杂种（2n＝5×＝35，StStYYH），其中1条St与1条Y染色体发生了端部相互易位；1条Y与1条H染色体发生了整臂相互易位。YNP6、7为大颖草和扁穗冰草的属间杂种（2n＝5×＝35），其中YNP6的基因组组成为StYPPP；YNP7的基因组组成为StStPPP。YNP8为糙毛以礼草和扁穗冰草的属间杂种（2n＝5×＝35，StYPPP）。YNP9～12为大颖草和短芒披碱草的属间杂种（2n＝6×＝42，StStYYHP），其中YNP9中1条Y与1条P染色体发生了整臂相互易位；YNP10中1条St与1条Y染色体发生了整臂相互易位。
　　 通过分析12个天然杂种的基因组组成，发现它们涉及了小麦族4种基因组St、Y、H和P，出现了4种不同组合StStYYHH、StStYYHP、StYPPP和StStPPP，且基因组间出现易位染色体的类型和数目不同。St与Y易位的染色体有7条，其中5条是端部易位，2条是整臂易位；Y与H易位的染色体有7条，其中1条是端部易位，6条是整臂易位；Y与P易位的染色体有2条，都是整臂易位；其它基因组染色体间没有发现易位。
　　 在12个天然杂种涉及的8个物种中，大颖草表现最为活跃，是8个天然杂种的亲本；垂穗披碱草和短芒披碱草、扁穗冰草、披碱草分别是4、3、2个天然杂种的亲本；麦宾草、短颖鹅观草和糙毛以礼草分别是1个天然杂种的亲本。在原生境条件下，这8个物种间发生自然杂交的几率不同。其中，大颖草和短芒披碱草相互间的杂交最易发生（产生了4个天然杂种），而其它物种间杂交分别只产生了1～2个天然杂种。并且，这些相同亲本产生的杂种存在基因型水平上的差异（染色体结构变异不同）。