柑橘体细胞胞质遗传及叶绿体SSR引物开发研究

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本研究以38个组合的柑橘体细胞杂种(或胞质杂种)为实验材料,综合应用RFLP、CAPS和cpSSR分子标记技术,对这些杂种的线粒体和叶绿体遗传组成进行了分析;同时对实验技术体系进行了完善与拓展,开发了柑橘叶绿体SSR标记;并对柑橘愈伤组织长期继代保存过程中胞质基因组遗传变异进行了分析,主要结果如下: 1、完善了柑橘类作物的DNA提取方法。发现在DNA提取过程中高浓度NaCl结合水饱和乙醚处理能有效去除多糖,获得高纯度的DNA样品。用此方法能获得衰老、萎蔫或霜冻柑橘叶片的高质量DNA样品。在其它30余种热带、亚热带果树作物中试验也同样有效,证明该方法对这些富含蜡质层和多糖的作物普遍适用。 2、对4个属间组合的体细胞杂种和3个种间组合的胞质杂种(或体细胞杂种)的5个叶绿体区域和3个线粒体区域进行了CAPS分析。4个属间体细胞杂种组合检测到了线粒体多态性位点;而在3个属间组合和2个种间组合中检测到了叶绿体多态性位点。所有杂种的线粒体多态性位点与悬浮系亲本一致,叶绿体与叶肉亲本或悬浮系亲本一致。 3、用5种限制性内切酶对38个组合的杂种DNA进行酶切,并与12个线粒体探针随机组合进行RFLP分析。结果表明:柑橘体细胞杂种线粒体的来源偏向于悬浮系亲本,且普遍发生遗传重组;杂种线粒体的遗传组成受核背景的影响,异源四倍体体细胞杂种较二倍体胞质杂种的线粒体的遗传组成更为复杂;双亲共有的线粒体区域很容易传递给杂种后代。另外,线粒体的传递能力与亲本的基因型有关,在起源与进化中越古老的品种,将其线粒体传递给后代的能力越强。 4、对伏令夏橙+宁波金柑的体细胞杂种在1年中按月连续采样,进行RFLP分析结合田间观察,发现线粒体DNA的丢失会导致植株的枯死,表明体细胞杂种的生长异常与线粒体遗传不稳定性有关。 5、综合RFLP和CAPS分析结果,38个组合中仅有14个组合检测到了叶绿体多态性,整体上呈现随机分离的趋势。现有的标记无法完成对其余组合叶绿体来源的分析,必须寻求新的叶绿体标记方法。 6、开展了体细胞杂种及胞质杂种的线粒体和叶绿体基因组的RT-PCR分析。并对线粒体基因组进行了Northern杂交分析,发现体细胞杂种线粒体表达量高于融合亲本,而胞质杂种与亲本之间无明显差异。 7、根据黑松(Pinus thunbergii)、水稻(Oryza sativa)、烟草(Nicotiana tabacum)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)叶绿体基因组序列设计的33引物,对柑橘类作物的总DNA进行扩增,经过筛选得到了14对能特异扩增的引物,分别命名为SPCCI一SPCC14。随即开展了以下研究: 1)选用34份柑橘及近缘属材料进行扩增,检测到等位位点的数目为1一8个,平均位点数为3.54个,平均多态性信息量(PIC)值为0.356。聚类分析结果显示,34份材料聚为7类:构椽类、来檬类、柏类、宜昌橙类、金柑类、积类和宽皮柑橘类。 2)对SPCCI的17个片段和SPCCn的21个片段进行克隆、测序,并与烟草和拟南芥中引物原始模体序列进行比对,结果表明所有特异性扩增片段均来源于叶绿体基因组,SSR是多态性产生的直接原因。 3)根据引物归类结果选择合适引物,对柑橘体细胞杂种的叶绿体基因组进行了分析,所有组合都检测到多态性,进一步证实了柑橘原生质体融合过程中叶绿体的随机分离,并且在金诺橘+锦橙,朋娜脐橙+构头橙等组合中检测到叶绿体呈1:1的分离。 4)应用这些引物对31种热带、亚热带果树的64份样品进行了初步筛选,得到了一批通用性很强的叶绿体SSR引物,能在柑橘类、柿类,香蕉类、番石榴类、番木瓜类、葡萄类等作物的近缘属或种间检测到多态性,为这些作物开展叶绿体SSR标记研究提供了新方法。 8选取23份愈伤组织材料,以对应的田间叶片作对照,对它们在长期继代保存过程中线粒体和叶绿体(质体)基因组进行了遗传稳定性的RFLP分析、组织切片观察、cPssR分析及线粒体向核基因组转移等研究。结果如下: 1)愈伤组织在保存过程中线粒体变异的几率很小,但线粒体DNA含量普遍增加,而叶绿体(质体)基因组DNA含量无明显变化。 2) cPSSR分析发现,引物对SPCC4在愈伤组织中检测到比叶片多了一条谱带,Southem杂交和序列测定均表明,该谱带为特异扩增产物,说明愈伤组中质体基因组普遍存在短核普酸序列插入现象。 3)用线粒体探针与核基因组DNA进行斑点杂交,结果表明愈伤组织中线粒体基因存在向核基因组转移的现象。 最后,综合以上所有研究结果,对柑橘原生质体融合过程中胞质基因组遗传与分离的可能机理进行了讨论。
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