小麦族物种叶绿体infA-rp136区域基因序列的遗传多样性分析

摘要

随着人类社会活动的扩大,科学技术的发展以及自然环境的变迁,作物遗传资源的数量和丰富性受到了严重的威胁。遗传资源是作物遗传改良的基础,对遗传资源的搜集、保存、研究、创新和利用是人类实现可持续发展的基础。物种多样性来自于进化过程中的遗传多样性。遗传多样性的研究,对揭示生物进化和物种形成提供了强有力的证据和方法。对于小麦这种自交作物,由于人们一贯重视品质、农艺性状的表现,导致育种工作者通常采用品种间杂交的方式,侧重于筛选品质、产量、抗性等符合育种目标的品种,但是在提高小麦产量及品质的同时,往往导致遗传多样性的下降。要继续提高小麦的育种水平,必须提高育种基础材料遗传多样性。对遗传基础狭窄的主要育种材料间的遗传多样性进行研究,可直接聚合目标农艺性状,减少研究材料的数量,提高育种效率,从而加快育种进程。
　　本研究综合利用细胞学观察、荧光原位杂交(FISH)的方法、单核苷酸多态性(SNP)分子标记,根据小麦叶绿体基因组中infA-rpl36区域的序列设计引物,首次对多个小麦族植物,包括在栽培小麦远缘杂交与染色体工程育种中广泛选用的黑麦(Secale)、簇毛麦(Dasypyrum)、偃麦草(Thinopyrum)、披碱草(Elymus)等属物种的DNA进行了扩增、测序和系统分析。通过分析供试的不同染色体数目的材料的进化关系和地位,对其遗传多样性进行研究,以期提供更多育种取材的思路,为小麦族物种的遗传多样性与小麦育种提供指导。
　　本研究主要结果如下:1.对引自多个基因库的小麦族物种材料进行了细胞学分析。通过染色体的鉴定可知,39个供试材料中包含10个二倍体物种、11个四倍体物种和18个六倍体物种。并以St基因组总DNA为探针,对中间偃麦草(Thinopyrumintermedium)中期细胞染色体进行原位杂交。发现杂交信号覆盖在14条整条染色体上,其余染色体均未被探针标记上。这表明中间偃麦草染色体组中有一组染色体为St染色体。通过细胞学分析与原位杂交完成的鉴定,保证了用于本研究不同染色体倍性材料的多样性和材料的准确性。2.本研究利用小麦叶绿体基因组中infA-rpl36区域的序列设计引物,对多个二倍体和多倍体的小麦族物种进行序列测定。结果表明:infA-rpl36区域的序列在核苷酸水平上高度保守,基因编码区核苷酸序列同源性高达97％,且基因间隔区的核苷酸变异明显高于基因编码区,说明叶绿体基因组具有高度的保守性,可以为物种系统学与遗传多样性的研究提供有用的信息。3.通过序列比对,发现个别物种的基因编码区出现了较大的插入、缺失突变,导致推导的氨基酸序列也发生了很大的变化,证实了infA基因是叶绿体基因组中最活跃的基因之一;而rpl36基因的变异较小,说明不同叶绿体基因的进化速度是不同的。4.基于测定序列建立的种系树分析发现,多倍体物种中间偃麦草(Thinopyrumintermedium)具有多种不同的细胞质起源,与核基因组一样在进化上较为复杂。本研究认为在多倍体形成过程中,传递了不同的核染色体组供体的细胞质,使得小麦族的多倍体物种细胞质基因中存在较大的遗传多样性。同时,多倍体物种细胞质基因的遗传多样性以及细胞质与细胞核之间的遗传物质的交流,可进一步推动核基因的遗传分化,从而加剧了多倍体植物核基因组的复杂性。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 遗传多样性的研究

1.1.1 遗传多样性的含义

1.1.2 遗传多样性的研究意义

1.1.3 遗传多样性的研究方法

1.1.4 遗传多样性的影响因素

1.2 小麦族植物的研究

1.2.1 小麦族植物物种及生态多样性

1.2.2 小麦族植物的遗传多样性

1.2.3 小麦族遗传资源的保护及存在问题

1.3 核外遗传的研究

1.3.1 细胞质遗传与细胞核遗传的关系

1.3.2 叶绿体DNA的研究进展

1.4 立题依据和主要内容

第二章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法与步骤

2.2.1 基因组总DNA提取及浓度测定

2.2.2 引物合成

2.2.3 PCR扩增

2.2.4 克隆片段检测

2.2.5 基因组荧光原位杂交

第三章 结果与分析

3.1 供试材料的染色体鉴定

3.1.1 根尖染色体计数分析

3.1.2 基因组原位杂交

3.2 PCR产物电泳结果

3.3 测序得到核苷酸序列

3.3.1 普通型

3.3.2 起始位点转移型

3.3.3 提前终止型

3.4 扩增产物 INFA—RPL36区域核苷酸和氨基酸的序列分析

3.5 聚类分析

3.5.1 二倍体的聚类分析

3.5.2 二倍体和多倍体的聚类分析

3.5.3 含ST的多倍体物种的聚类分析

第四章 讨论

4.1 小麦族种属间可杂交性导致核基因系统与进化研究的复杂性

4.2 细胞质基因变异分析为小麦族遗传多样性研究提供新思路

4.3 小麦染色体工程育种应用的中间偃麦草的细胞质来源新观点

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果