论文部分内容阅读
远缘杂交和异源多倍化过程可诱导遗传学改变。普通小麦是由栽培四倍体小麦和二倍体节节麦天然杂交,杂种F1通过基因组自动加倍形成的异源六倍体物种。小麦有众多的外源物种,其中许多物种都为多倍体。小麦与外源物种的亲缘关系远近不同,为研究远缘杂交和异源多倍化过程提供了重要基础。本文研究了两个远缘杂交模式; “四倍体小麦×节节麦”和“六倍体小麦×黑麦”。前者的两个物种间的遗传关系近,普通小麦是二者的杂交产物,可模拟普通小麦起源过程；后者的两个物种的的天然杂交普遍存在,但自然界未形成杂交物种,可是人工创制了小黑麦作物。本实验运用基因组原位杂交(GISH)和荧光原位杂交技术(FISH)分析了杂种后代的染色体数目及结构变化；运用SSR分子标记和高通量DArT标记,分析了远缘杂交和多倍化过程对基因组DNA的影响。主要研究结果如下：比较分析六倍体小麦-黑麦和四倍体小麦-节节麦杂种后代的染色体组成,发现：(1)四倍体小麦-节节麦杂种后代染色体数目变异普遍存在,其变异频率受遗传背景影响,但是染色体结构变异少；(2)六倍体小麦-黑麦杂种后代中,存在丰富的染色体结构变异；(3)六倍体小麦-黑麦杂种形成两种细胞学稳定的倍性类型：六倍体(恢复成小麦类型)和八倍体(AABBDDRR)。用160个SSR分子标记位点分析3个四倍体小麦-节节麦杂种群体,这3个群体来自于241个独立的杂种,代表了1205个自发的染色体加倍事件。在两个世代(杂交F.和加倍后的S。)中估计160386个可能突变的等位位点,仅发现一个突变,估算其突变率为6.13 × 10-6。这个由于重复数的改变导致的突变很可能发生在F1杂种植株,导致了1.06×10-4的突变率。这个突变率低于先前在小麦自然群体中估算的变异率,表明在小麦异源六倍化过程中,SSR重复序列高度保守。用24对SSR引物分析28个D-2-3-4/秦岭黑麦F1o株系及13个中国春/秦岭黑麦F1o株系,发现存在SSR变异,其变异主要源于重复区序列大小变化,突变频率为32.72%,远高于上述的四倍体-节节麦杂种。用DarT芯片获得1173个高质量的分子标记,准确的识别出D-2-3-4/黑麦杂种后代中的6R/6A代换系、单体代换或附加系。进一步,利用DarTseq获得13061个覆盖小麦全基因组的分子标记,基于这些标记估算D-2-3-4和中国春之间的遗传距离为0.05,表明两者遗传关系很近。但是,D-2-3-4/黑麦和中国春/黑麦杂种株系之间的遗传距离平均为0.09,表明杂种导致了遗传多样性增加。虽然中国春和D-2-3-4之间的遗传距离很近。但是,利用DArT芯片标记和SNP标记聚类,均能够将D-2-3-4/黑麦和中国春/黑麦两个群体分成三个大支,一支为中国春/黑麦杂种后代；一支为含有黑麦遗传物质的D-2-3-4/黑麦杂种后代；一支为不含有黑麦遗传物质的D-2-3-4/黑麦杂种后代。其余可能含有小片段黑麦染色体渗入的材料各自单独成支。根据SNP标记的染色体位置信息,我们在全基因组分析了两个群体杂种后代的小麦染色体SNP标记变化,结果表明：中国春/黑麦杂种株系的整体SNP变异频率(25.00%)高于D-2-3-4/黑麦杂种株系(21.30%)；两个群体均表明A基因组SNP变异频率显著高于B和D基因组；两个群体的第2同源群的平均SNP变异频率最高；由于两个群体存在高频率的SNP缺失,考虑到DART技术所使用的限制性内切酶对甲基化敏感,我们推测SNP标记缺失可能来源于酶切区域的甲基化修饰而非DNA片段的缺失。