人工合成小麦群体的微卫星分子标记研究

摘要

在自然界，由不同物种杂交后经染色体组加倍产生的异源多倍体植物非常普遍。普通小麦(TriticumaestivumL.，染色体组为AABBDD，2n=6x=42)是异源多倍体物种的一个典型代表，它是由栽培四倍体小麦为母本与节节麦(Aegilopstauschii)为父本天然杂交，然后通过染色体自然加倍形成的新兴异源六倍体物种。模拟小麦起源过程可以合成新六倍体小麦(人工合成小麦)。近年围绕人工合成小麦进行的相关研究，已为异源多倍化起源机制探讨和异源多倍体作物种质资源开发及遗传育种研究提供了十分重要的参考信息。本研究以新合成的人工小麦群体为材料，对微卫星(SSR)产物进行了详细的比较研究，主要研究结果如下： 利用四倍体硬粒小麦(T.turgidumL.ssp.durum)Langdon(LDN)与节节麦AS60远缘杂交，不使用幼胚培养处理获得的4个F1杂种自交分别自发产生了20，19，23，19株具有42条染色体的F2植株，构建了遗传研究群体。运用108对核基因组SSR引物，对4个F1杂种、81个F2株系及其亲本的SSR产物进行比较研究发现：(1)有105对引物得到可以辨别的扩增产物。其中，55引物对来自普通小麦或节节麦的D-基因组，46对分别来自普通小麦的A或B基因组，1对来自普通小麦的A/B/D基因组，1对来自普通小麦的A/D基因组，2对来自普通小麦的B/D基因组。在55对D-基因组引物中，18对从LDN扩增出SSR产物，表现出可转移性或非D基因组特异性，占18/55=32.7％；但是，在46对A/B基因组引物中，仅6对从Ae.tauschiiAS60的D基因组扩增出SSR产物，表现出A/B基因组非特异性的占6/46=13.04％，大大低于前者；(2)105对SSR引物中，9对引物的SSR产物在合成小麦群体中发生了变异，占9/105=8.57％。其中，在55对D-基因组引物中，5对揭示了变异(5/55=9.09％)，包括2对引物在四倍体小麦LDN的SSR片段在合成小麦中丢失，2对引物在合成小麦中产生新片段(2/55=3.64％)，1对引物在部分F1植株中的SSR产物消失，但在其F2群体中又出现；在46对A/B基因组引物中，3对揭示了变异(3/46=6.52％)，包括2对引物在合成小麦中产生新片段，1对引物在合成F2群体中的一些植株带纹变小。D基因组SSR的变异高于A/B基因组的SSR变异。此外，1对A/D基因组引物从Ae.tauschii扩增的产物在部分合成的F2植株中消失；(3)杂交世代和加倍世代都可能引起SSR变异，这样的变异可能导致新六倍体小麦群体的SSR遗传多样性增加。但是从本研究结果看，杂交世代和加倍世代引起SSR变异的频率并不高。相反，现存普通小麦存在非常高的SSR遗传多样性。根据本研究结果，讨论了现存普通小麦大量SSR遗传变异的产生等问题。 运用24对叶绿体基因组SSR引物，对上述杂种4个F1、81个F2及其亲本的SSR产物进行的比较，未观察到SSR大小上的差异、新带出现或亲本带纹丢失等变异。我们对其中的4对SSR引物的扩增产物进行测序，却发现有2对引物在F1代的部分植株发生了碱基突变，而且该突变传递到其F2代植株。这表明，细胞质基因组在合成小麦后代出现了变异。 因为人工合成六倍体小麦与栽培普通小麦之间存在高的多态性，所以人工合成六倍体小麦已被广泛用于遗传研究分离群体的构建。许多从普通小麦开发的特异SSR分子标记可以从供体四倍体小麦和节节麦及它们的人工合成小麦中扩增出SSR产物，表现出可转移性，这暗示对普通小麦来说是单一位点的SSR产物，在人工合成六倍体小麦可能在两个或两个以上位点存在SSR产物，表现出非特异性。在用人工合成小麦群体和SSR进行遗传分析时，这是一个容易被忽略的重要问题。但是，目前还缺乏更为有效的遗传学证据证明这种“非特异性”。本研究利用SSR标记GWM261作为一个例子，详细探讨了该问题。GWM261在普通小麦中国春扩增出了一个192bp片段，该片段只存在于中国春的2D染色体上。该标记在具有D基因组的节节麦AS60上扩增出了一个176bp片段。但是，染色体定位和DNA测序表明一个完全相同的176bp片段也存在于四倍体硬粒小麦Langdon2B染色体上。用Langdon和AS60合成的人工小麦Syn-SAU-5也出现176bp片段。推测Syn-SAU-5的176bp片段包含两个不同的位点，其中一个来自AS60的2D染色体，另一个来自Langdon2B染色体上，这一推测通过Syn-SAU-5和中国春杂交产生的185个F2分离群体得到证实。根据上述结果，如果遗传分析中把Syn-SAU-5上的Xgwm261看成一个基因位点，结果就会产生偏分离或得出不正确的结论。为避免该问题，在用人工合成小麦进行SSR多态性检测时，应将其供体四倍体小麦和节节麦也包括进来，如果四倍体小麦和节节麦不存在多态性，则这样的标记不要被采用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.异源多倍化及遗传学效应

2.普通小麦的异源六倍化起源过程

3.模拟普通小麦起源，创制人工合成小麦

3.1在育种上，人工合成小麦可解决“进化瓶颈”

3.2人工合成小麦在基础理论研究中的价值

4.SSR分子标记及在小麦研究中的应用

第二章利用人工合成小麦群体研究异源多倍化过程对SSR分子标记的影响

前言

1.材料与方法

1.1材料

1.2单株DNA的微量提取

1.3 SSR分析

1.4 SSR克隆测序

2.结果与分析

2.1核基因组SSR鉴定

2.2叶绿体基因组SSR鉴定

3.讨论

第三章小麦基因组特异SSR引物在人工合成小麦中扩增出异质DNA片段的细胞及分子遗传学证据

前言

1材料与方法

1.1材料

1.2合成小麦的产生及细胞学观察

1.3 SSR分析

1.4克隆测序分析

1.5 F2代遗传分析

2.结果

2.1人工合成小麦及nullisomic 2B-tetrasomic 2D(Syn-SAU N2BT2D)的创制

2.2人工合成小麦与其供体物种的SSR分析

2.3 Syn-SAU-5与CS所构建的F2群体中的GWM261分析

3讨论

参考文献

致谢

在读期间发表及待发表论著情况