天然異源四倍體甘藍(lán)型油菜中亞基因組的分離及互作.pdf

1、由種間雜交進(jìn)化產(chǎn)生異源多倍體是自然界物種形成的一條重要途徑，其適應(yīng)性要顯著優(yōu)于其二倍體祖先種。長(zhǎng)期以來(lái)，揭示異源多倍體中祖先種基因組的起源及結(jié)構(gòu)變化一直是眾多研究者所關(guān)注的問(wèn)題。從一個(gè)擁有較長(zhǎng)進(jìn)化史的天然異源多倍體中抽離出其亞基因組并使祖先種得以出現(xiàn)，為研究異源多倍體的基因組進(jìn)化及互作提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)。異源四倍體甘藍(lán)型油菜（Brassica napusL.，AACC）是異源多倍體多倍化進(jìn)程研究的模式植物。本研究中，通過(guò)遠(yuǎn)緣雜交誘導(dǎo)甘藍(lán)型

2、油菜中C亞基因組染色體的優(yōu)先消除，抽離出了整個(gè)A亞基因組，進(jìn)而重建了祖先種白菜型油菜(restituted B.rapaL.，RBR)。同時(shí)，以本實(shí)驗(yàn)室先前獲得的一個(gè)RBR Oro做父本，與親本甘藍(lán)型油菜“Oro”進(jìn)行雜交及連續(xù)回交，將C亞基因組的單條染色體附加到剝離的A亞基因組上，在同一背景下對(duì)C亞基因組進(jìn)行解析。最終，通過(guò)C基因組染色體特異基因引物的PCR擴(kuò)增及FISH方法鑒定出了全套的單體異附加系(MAALs)。RBR及MAALs

3、的獲得為甘藍(lán)型油菜的基因組進(jìn)化及基因組互作研究提供了新的思路及材料。本研究的主要結(jié)果如下:
　　1.遠(yuǎn)緣雜交誘導(dǎo)RBR ZS11的建立
　　以國(guó)內(nèi)進(jìn)行測(cè)序的甘藍(lán)型油菜品種“中雙11”與海甘藍(lán)（Crambe abyssinica）進(jìn)行大量的屬間雜交，獲得了4株染色體數(shù)為2n=29的F1雜種。C基因組的特異BAC為探針的FISH及染色體特異基因引物的PCR擴(kuò)增證實(shí)了這些F1雜種(2n=29)中消除了一個(gè)完整的C亞基因組，而保留了

4、全部的A亞基因組染色體，同時(shí)經(jīng)海甘藍(lán)基因組為探針的GISH分析，未檢測(cè)到海甘藍(lán)的染色體片段。隨后在F1雜種與海甘藍(lán)的回交后代中篩選到染色體數(shù)目為2n=22的單株，該單株經(jīng)人工輔助自交后獲得了染色體為2n=20的植株。這些植株的染色體配對(duì)方式與天然白菜的10個(gè)二價(jià)體及減數(shù)分裂后期I染色體以10∶10分離一致，且經(jīng)FISH檢測(cè)并未發(fā)現(xiàn)C基因組染色體及片段，證實(shí)了這些材料為“中雙11”的剝離白菜(RBR ZS11)。
　　與天然白菜相比

5、，RBRZS11表現(xiàn)出一些特有的形態(tài)特征，例如生活力弱、易感病、葉片有毛，花型較小且花瓣皺縮，自交結(jié)實(shí)不正常，特別是冬天葉片貼地生長(zhǎng)等。隨機(jī)選取57對(duì)AFLP引物對(duì)4個(gè)F1植株、RBRZS11及雙親進(jìn)行遺傳分析，各世代植株中均檢測(cè)到一定數(shù)目的相對(duì)于甘藍(lán)型油菜的缺失帶、新增帶及少量的海甘藍(lán)特異帶。以隨機(jī)選取的32對(duì)AFLP引物對(duì)RBR ZS11及其它17份材料進(jìn)行聚類分析，結(jié)果顯示RBRZS11與白菜型油菜“白油一號(hào)”聚為一類。
　

6、　2.甘藍(lán)型油菜C亞基因組的解析
　　為解析天然甘藍(lán)型油菜的C亞基因組，以實(shí)驗(yàn)室先前獲得的剝離白菜RBR Oro為父本，與供體甘藍(lán)型油菜“Oro”進(jìn)行雜交及連續(xù)回交。通過(guò)細(xì)胞學(xué)方法，共確定了646株BC1和BC2群體植株的染色體數(shù)目，其中有129(20.0％)株(2n=21)為可能的MAALs。利用已測(cè)序甘藍(lán)型油菜“Darmor”的基因組信息設(shè)計(jì)、篩選了49對(duì)C基因組染色體特異的基因引物。經(jīng)特異基因引物的PCR擴(kuò)增，鑒定到全套的R

7、BR Oro附加單條C亞基因組染色體的9個(gè)MAALs。隨后以多個(gè)重復(fù)序列探針的BAC-FISH對(duì)MAALs植株進(jìn)行分析，證實(shí)了染色體特異基因引物的可靠性。相比于親本RBROro，MAALs表現(xiàn)了一些可能由附加C染色體決定的特異性狀，例如AAC2的葉片蠟質(zhì)。MAALs終變期的染色體配對(duì)以及雌、雄配子的傳遞率均有較大的差異，可能與附加的C基因組染色體與A基因組的同源性及甘藍(lán)型油菜中調(diào)節(jié)染色體配對(duì)的機(jī)制有關(guān)。其中，AAC1、AAC2表現(xiàn)較高的