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文檔簡介
1、棉花是世界上重要的纖維經(jīng)濟(jì)作物,也是細(xì)胞遺傳學(xué)、基因組學(xué)和進(jìn)化研究的模式植物。目前其四倍體供體種尚存在爭議,研究棉屬四倍體及其供體種有利于了解棉屬多樣性和棉花全基因組測序,為在利用野生棉基因庫中有目的地開采更多基因應(yīng)用于棉花育種。染色體鑒別和rDNA定位是棉花基因組學(xué)研究的基礎(chǔ),也為棉屬進(jìn)化和確定四倍體棉供體種提供有力的證據(jù)。本文以兩套陸地棉染色體特異BAC克隆(AhDh)為主體探針,結(jié)合D基因組著絲粒一個特異BAC克隆、45SrDNA
2、和5S兩種rDNA,對四倍體基因組及其二倍體供體的A和D兩個基因組共18個棉種的單染色體進(jìn)行FISH鑒別,將兩個rDNA定位在特定的染色體和染色體臂上,并整合了遺傳連鎖圖和物理圖。
本研究取得的主要結(jié)果如下:
1、采用篩選自陸地棉A亞組單染色體所對應(yīng)BAC克隆的13對特異SSR引物,分別對四倍體海島棉和達(dá)爾文氏棉A亞組,以及二倍體A基因組草棉和阿非利加棉等4個基因組(亞組)進(jìn)行PCR擴(kuò)增;采用篩選自陸地棉D(zhuǎn)亞
3、組單染色體所對應(yīng)BAC克隆的13對特異SSR引物,分別對四倍體這兩個棉種D亞組以及二倍體D基因組瑟伯氏棉、三裂棉、克勞茨基棉、戴維遜氏棉、辣根棉、旱地棉和雷蒙德氏棉等9個基因組(亞組)進(jìn)行PCR擴(kuò)增,以檢測這兩套SSR標(biāo)記對于這13個基因組(亞組)的有效性。盡管PCR擴(kuò)增產(chǎn)物出現(xiàn)了一些大小不一致的片段和非特異性片段,但總的結(jié)果證實了這些標(biāo)記在相應(yīng)的棉種基因組(亞組)中的存在,大部分標(biāo)記能擴(kuò)增出與預(yù)期對應(yīng)的目的片段。這也說明了陸地棉A和D
4、亞組兩套BAC克隆(Ah01—Ah13和Dh01-Dh13)可以用作FISH標(biāo)記,用來探討四倍體海島棉和達(dá)爾文氏棉A與D兩個亞組,以及二倍體A與D兩個基因組的單染色體鑒別。
2、在有絲分裂中期,采用BAC-FISH(BAC克隆做探針的熒光原位雜交)分別鑒別了海島棉和達(dá)爾文氏棉,以及瑟伯氏棉、三裂棉、克勞茨基棉、戴維遜氏棉、辣根棉、旱地棉和雷蒙德氏棉、草棉和阿非利加棉等11個棉種的全套單染色體。結(jié)果顯示,Ah的13個特異BA
5、C克隆都很好地定位在四倍體棉A亞組或A基因組棉種單染色體上,Dh的13個特異BAC克隆也都很好地定位在四倍體棉D(zhuǎn)亞組或D基因組棉種染色體上。在所鑒別的11個棉種中,雷蒙德氏棉比較特殊,有3個BAC克隆(48F11、78G20和78017)在多對染色體上出現(xiàn)雜交信號。因此,這兩套陸地棉染色體特異BAC克隆作為上述棉種(雷蒙德氏棉除外)的單染色體鑒別標(biāo)記是可靠的。通過四倍體A亞組間及其與A基因組間、D亞組問及其與D基因組間的同源轉(zhuǎn)化關(guān)系,確
6、定了這些棉種單染色體的命名:四倍體棉A(D)亞組At(Dt)染色體為At01-At13(Dt01-Dt13);,海島棉A(D)亞組染色體分別為Ab01-Ab13(Db01-Db13);達(dá)爾文氏棉A(D)亞組染色體分別為Ad01-Ad13(Dd01-Dd13);A基因組(Ag)染色體為Ag01-Ag13;草棉(A1)染色體為A101-A113;阿非利加棉(A1a)染色體為Ala01-A1a13;D基因組(Dg)染色體為Dg01-Dg13;
7、瑟伯氏棉(D1)染色體為D101-D113;三裂棉(D8)染色體為D801-D813;克勞茨基棉(D3k)染色體為D3k01-D3k13;戴維遜氏棉(D3d)染色體為Dad01-D3d13;辣根棉(D2-1)染色體為D2-101-D2-113;旱地棉(D4)染色體為D401-D413和雷蒙德氏棉(D5)染色體為D501-D513。
3、在有絲分裂中期,采用BAC-FISH以染色體Ah07、Ah09、Dh07和Dh09特異。
8、BAC克隆鑒別了毛棉的部分單染色體,以及以染色體Ah05、Ah07、Ah09、Dh03、Dh07、Dh09和Dh12特異BAC鑒別了黃褐棉的部分染色體。結(jié)果顯示這些BAC克隆都很好地定位在毛棉和黃褐棉染色體上。以染色體Ah05、Ah07和Ah09特異BAC克隆鑒別了亞洲棉的部分單染色體。以染色體Dh05、Dh07、Dh09和Dhl2特異BAC克隆分別鑒別了松散棉、施溫迪茫氏棉和擬似棉的部分單染色體。結(jié)果顯示這4個Dh特異BAC克隆都很好
9、地定位在這3個D基因組棉種染色體上。通過四倍體D亞組間及其與D基因組間的同源轉(zhuǎn)化關(guān)系,確定了這些棉種部分單染色體命名:毛棉A和D兩個亞組染色體分別為Ato07、Ato09、Dto07和Dto09;黃褐棉A和D兩個亞組染色體分別為Am05、Am07、Am09、Dm03、Dm07、Dm09和Dm12;亞洲棉(A2)染色體為A205、A207和A209;松散棉(D9)染色體為D905、D907、D909和D912;施溫迪茫氏棉(D11)染色體
10、為D1105、D1107、D1109和D1112;擬似棉(D6)染色體為D605、D607、D609和D612。
4、基于單染色體鑒別,完成了棉屬四倍體及其供體基因組共18個棉種的45S和5S兩種rDNA的染色體及其臂位的鑒別分析。總體上,兩種rDNA在所檢測的棉種的位點(diǎn)數(shù)目、拷貝數(shù)、染色體位置和線性關(guān)系等有很多的一致性,也有多態(tài)性。四倍體棉基因組的45S rDNA都是3對,黃褐棉的都分布在A亞組染色體上(其中兩對在染色體
11、Am07和Am09上),其它4個四倍體棉種的染色體定位相同,都分別A與D兩個亞組染色體上(At09、Dt07和Dt09)。二倍體A基因組3個棉種的45SrDNA,都是3對,在第5、7和9號染色體上(Ag05、Ag07和Ag09)。二倍體D基因組的45S rDNA,除了擬似棉只有2對(分布于染色體D607和D609)外,9個棉種都有3或4對,且大多數(shù)主要分布在第5、7、9和12號染色體上(Dg05、Dg07、Dg09和Dg12)。45S
12、rDNA的拷貝數(shù),在同一棉種的不同染色體上或不同棉種間相同序號的染色體上都存在差異。5S rDNA的拷貝數(shù),除二倍體D基因組(Dg)明顯多于四倍體D亞組(Dt)以外,在所研究棉種中在位點(diǎn)數(shù)目、拷貝數(shù)和染色體位置等高度保守,即都是只有一對位于第9號染色體上(At09/Dt09和Ag09/Dg09)。45S和5S兩種rDNA的線性關(guān)系,在所檢測的二倍體A、D基因組和四倍體A、D亞組上明顯存在,僅黃褐棉D(zhuǎn)亞組特殊,不存在線性關(guān)系(黃褐棉D(zhuǎn)亞組
13、上沒有檢測到45S rDNA)。
5、本文研究了18個棉種rDNA定位,綜合分析的結(jié)果支持四倍體D亞組為多起源的論點(diǎn),認(rèn)為黃褐棉與其它4個四倍體棉種的供體種不同。黃褐棉的供體種可能已經(jīng)滅絕或未發(fā)現(xiàn),而其它4個四倍體棉種的供體種可能是擬似棉、戴維遜氏棉、克勞茨基棉、辣根棉、旱地棉、松散棉和施溫迪茫氏棉,可能不是雷蒙德氏棉、瑟伯氏棉和三裂棉。四倍體A亞組的供體種可能是阿非利加棉。
6、BAC克隆在不同棉種間(雷蒙
14、德氏棉除外)的定位存在保守的共線性關(guān)系,說明了D基因組與四倍體D亞組間、A基因組與四倍體A亞組間分別存在大片段的染色體同源區(qū)段。通過遺傳圖與物理圖的對比分析,調(diào)整了四倍體棉種D亞組的遺傳圖(Dt03、04、06、09、10和12)的排列方向,并發(fā)現(xiàn)盡管染色體Dt04上的SSR標(biāo)記存在于連鎖群的中間,但相應(yīng)的BAC卻由FISH定位到了對應(yīng)染色體的近末端。
7、有3個單染色體特異BAC(48F11、78G20和78017)在雷
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