偃麦草属高倍性物种染色体组组成及系统发育研究

摘要

偃麦草属（Elytrigia Desvaux）为禾本科小麦族多年生属，该属的主要形态特征包括:具有强烈的根状茎、小穗单生于穗轴、长花药和常异花授粉。1810年，Desvaux将T.repens从小麦属中划出建立了偃麦草属，由传统冰草属Agropyron Gaertn.中具有根状茎的物种组成，但这种处理没有得到大多数学者的认可。偃麦草属的分类地位一直广受争议，被不同学者处理为不同的分类单位，如冰草属中的一个组(Dumortier)、冰草属的亚属(Nevski)和独立成属(Nevski和耿以礼)。前苏联植物学家Tzvelev将Elytrigia作为独立的属处理，含有约30个物种，由传统冰草属中具有根状茎和丛生的异花授粉植物组成，并划分为section Hyalolepis、section Caespitosae、section Elytrigia和section Juncea四个组。1978年，Melderis认为Tzvelev对偃麦草属分类处理的这些特征分类价值不大，在《欧洲植物志》中将Elytrigia组合到披碱草属(Elymus L.)中，并划分为section Caespitosae和section Elytrigia两个组。形态观察发现，披碱草属与偃麦草属部分物种具有相似的形态特征。Tzvelev在1923年指出，偃麦草属和披碱草属的亲缘关系密切，应该合并成为一个属，将其分开处理的原因一方面由于传统，另一方面希望得到更多的解剖学和生物化学等方面的证据。
　　1984年，A.L(o)ve认为小麦族分类应该反映其系统发育关系，染色体组或染色体组组成相同的物种应该划归在同一属。因此，根据染色体组组成将偃麦草属物种划分到冠麦草属(E)、薄冰草属(J)、拟鹅观草属(St)、偃麦草属(StJE)和披碱草属(StH)，其中偃麦草属包含8种12变种。Dewey将冠麦草属组合入薄冰草属(J/E)，并对偃麦草属物种进行进一步划分，认为该属包含Elytrigia repens、E.lolioides、E.pycnantha、E.pungens和E.elongatiformis五个物种，染色体组组成为StX（X表示未知来源）。随着研究的不断深入，学者们发现偃麦草属的模式种Elytrigia repens的染色体组组成为St1St1St2St2HH。根据染色体组组成E.repens应该划归入披碱草属。颜济和杨俊良认为，偃麦草属为形态分类学家主观臆断的一个属，是一个大杂烩，其模式种已经划归入披碱草属，因此应该对该属其他物种的染色体组组成进行研究，并根据染色体组组成对其进行进一步划分。本研究利用dop-PCR和斑点杂交筛选St基因组特异序列，利用单拷贝核基因Acc1、DMC1、多拷贝核基因ITS、叶绿体基因trnL-F和原位杂交对偃麦草属高倍性物种Elytrigia lolioides、E.pycnantha、E.pungens、E.pontica和E.elongatiformis的亲本供体、母本起源、染色体组组成和起源进行分析，主要结果如下:
　　1.以E基因组为对照，利用dop-PCR、斑点杂交和原位杂交筛选St基因组特异重复序列。荧光原位杂交检测发现其在染色体上的信号位点主要分为以下5种类型:(1)弥散的杂交信号分布于染色体端部;(2)明亮的点状信号分布于部分染色体端部;(3)弥散的杂交信号均匀或不均匀分布在整条染色体上;(4)信号均匀分布于染色体上，部分染色体端部信号较弱;(5)信号仅分布于着丝粒区域。以E（Ee和Eb）基因组为对照，从St基因组中筛选到具有差异的克隆11个，其中一个差异明显（命名为St2-80）。荧光原位杂交结果显示，该序列的信号主要分布于St基因组染色体臂上，而在着丝粒和近着丝粒区域则没有信号;在E、H、P和Y基因组染色体上则仅分布于端部，在D基因组染色体端部有非常弱的信号;而在A和B基因组染色体上则无信号。从二倍体到多倍体，该序列在染色体上的杂交信号非常稳定。因此，该序列可以用于鉴定St染色体组和追踪St基因组染色体的特异FISH探针。
　　2.利用基因组原位杂交、荧光原位杂交、单拷贝Acc1序列，多拷贝ITS序列和叶绿体基因trnL-F研究E.lolioides的染色体组组成和系统地位。结果表明:(1)ITS系统发育分析显示，Pseudoroegneria(St)和Hordeum(H)为E.lolioides的基因组供体。(2)Acc1系统发育分析显示，除Pseudoroegneria，Hordeum外，Lophopyrum bessarabicum(Eb)可能也参与E.lolioides的物种形成。(3)FISH和GISH结果显示E.lolioides含有两组St染色体组和一组H染色体组，E基因组的拷贝可能源于基因渗入。(4)结合系统发育和分子细胞遗传学结果，E.lolioides包含两组来源不同或已分化的St染色体组和一组H染色体组，其染色体组组成为St1St1St2St2HH。根据染色体组分类原则，该物种应该划归入ElymusL.为Elymus lolioidus(Kar.er Kir.)Meld.。
　　3.利用单拷贝核基因DMC1、Accl、多拷贝核基因ITS、叶绿体基因trnL-F和原位杂交（基因组原位杂交和荧光原位杂交）探讨Elytrigia pycnantha和E.pungens的染色体组组成和起源。结果显示:(1)拟鹅观草属、冠麦草属和冰草属为E.pycnantha和E.pungens的主要供体属。(2)DMC1数据显示E.pycnantha和E.pungens存在两种E基因组拷贝类型（E1和E2），表明DMC1基因可能存在非染色体加倍引起的基因加倍，该过程可能由转座子或反转座子介导的。(3)叶绿体基因结果显示拟鹅观草属或冠麦草属为E.pycnantha和E.pungens可能的母本供体。(4)冰草属物种可能没有直接参与Elytrigia pycnantha和E.pungens的物种形成。根据实验结果，它们的染色体组组成分别为StStEEPP和St1St1St2St2EEPP。我们支持颜济和杨俊良对E.pycnantha和E.pungens的分类处理，即将这两个种归入沙滩麦属。
　　4.利用单拷贝核基因Acc1、多拷贝核基因ITS、叶绿体基因trnL-F和原位杂交探讨十倍体长穗偃麦草E.pontica的染色体组组成和可能的起源方式。Acc1和ITS系统发育分析表明，冠麦草属为E.pontica的主要供体。拟鹅观草属和类大麦属也参与了E.pontica的物种形成。St基因组特异标记显示E.pontica中不含有St基因组染色体。双色原位杂交结果显示，除26-28条染色体着丝粒和近着丝粒区域有St基因组杂交信号外，部分染色体臂上具有点状或带状杂交信号，表明E.pontica具有EEEEEEEEEE染色体组组成，但在物种形成过程中St与E基因组发生了广泛的重组。
　　5.利用单拷贝核基因Acc1、多拷贝基因ITS、叶绿体基因trnL-F和基因组原位杂交对E.elongatiformis的染色体组组成和起源进行分析。系统发育和基因组原位杂交结果显示，拟鹅观草属为E.elongatiformis的主要供体属。因此，其染色体组组成应该为St1St1St2St2St3St3St4St4，根据染色体组组成建议将其划归入拟鹅观草属，名为Pseudoroegneria elongatiformia(Dorb.)Y H.Zhou et L.Wang。

目录

声明

摘要

第一章文献综述

1．偃麦草属研究进展

1．1形态特征

1．2分类历史

1．3染色体组组成

1．4偃麦草属物种在小麦育种中的应用

2．物种染色体组组成研究方法

2．1染色体组分析法

2．2染色体原位杂交

2．3基因组或染色体特异分子标记

2．4系统发育分析

3．偃麦草属高倍性物种研究进展

3．1 Elytrigia lolioides(Kar．et Kir．)Nevski

3．2 Elytrigia pycnantha(Godron)(A)．L?ve

3．3 Elytigia pungens(Pers．)Tutin

3．4 Elytrigia pontica(Podp．)Holub

3．5 E[ytrigia elongatiformis(Drob．)Nevski

4本研究的内容、目的及意义

4．1研究内容

4．2研究目的与意义

第二章St基因组特异FISH探针的开发

1引言

2．1实验材料

2．2试验方法

3结果与分析

3．1 St基因组特异序列筛选

3．2 St2-80序列信号的稳定性

4讨论

4．1重复序列在基因组或染色体检测中的应用

4．2 St2-80在St基因组鉴定中的应用

第三章Elytrigia lolioides染色体组组成和系统发育研究

1引言

2材料和方法

2．1实验材料

2．2试验方法

3结果与分析

3．1序列特征分析

3．2系统发育分析

3．3原位杂交

4讨论

4．1 Elytrigia lolioides的亲本供体

4．2 Elytrigia lolioides的母本供体

4．3 Elytrigia lolioides的染色体组组成及分类地位

4．4 Elytrigia lolioides的起源

第四章Elytrigia pycnantha和E．pungens染色体组组成与起源研究

1引言

2材料和方法

2．1实验材料

2．2试验方法

3结果与分析

3．1序列特征分析

3．2系统发育分析

3．3原位杂交

4讨论

4．1 Elytrigia pycnantha和Elytrigia pungens的亲本供体

4．2 Elytrigia pycnantha和Elytrigia pungens的母本供体

4．3 Elytrigia pycnantha和Elytrigia pungens的染色体组组成及分类地位

4．4 Elytrigia pycnantha和Elytrigia pungens的起源

第五章Elytrigia pontica染色体组组成和起源研究

1引言

2材料和方法

2．1实验材料

2．2试验方法

3结果与分析

3．1序列特征分析

3．2系统发育分析

3．3原位杂交

4讨论

4．1 Elytrigia pontica的亲本供体

4．2 Elytrigia pontica的母本供体

4．3 Elytrigia pontica的染色体组组成及分类处理

4．4 Elytrigia pontica的起源

第六章Elytrigia elongatiformis染色体组组成和起源研究

1引言

2．1实验材料

2．2试验方法

3结果与分析

3．1序列特征分析

3．2系统发育分析

3．3原位杂交

4讨论

4．1 Elytrigia elongatiformis的亲本供体与母本供体

4．2 Elytrigia elongatiformis的染色体组组成及分类处理

4．3小麦族中物种的界限

结论

参考文献

博士期间的研究成果

致谢