甘蓝型油菜与诸葛菜属间杂种后代的遗传学研究

论文摘要

通过远缘杂交可以研究植物间亲缘及进化关系,同时还可以创建大量的异染色体系,其中异附加系在遗传和育种研究中具有广泛的用途。甘蓝型油菜（Brassicanapus,2n=38,AACC）和诸葛菜（Orychophragmus violaceus（L.）O.E.Schulz,2n=24）属间杂种及其后代的遗传学研究已经较为深入,在其有性杂种中发现的亲本基因组分开现象是继假配生殖（Pseudogamy）、半配生殖（Semigamy）和染色体消除（Chromosome elimination）之后,植物远缘杂交中观察到的新细胞学现象。尽管如此,在甘蓝型油菜和诸葛菜有性杂种后代并没有选择到稳定的附加系材料。本文对甘蓝型油菜和诸葛菜有性杂种高世代(F8-F10)材料进行形态学、细胞学、分子生物学多个方面的研究,进一步揭示有性远缘杂种后代的遗传规律;对甘蓝型油菜和诸葛菜属间体细胞杂种及与甘蓝型油菜回交后代进行了分子细胞遗传学研究并培育出附加系。主要结果如下:1.在甘蓝型油菜和诸葛菜属间杂种F5群体中出现一株淡黄花的植株,其花粉母细胞具有31条染色体,在减数分裂后期Ⅰ呈15:16和12:19两种分离。该植株自交产生的18个植株具有广泛的形态学、染色体数目和育性的变化。在其产生的18株F6植株中,第1-3株表型偏白菜型油菜,在第2株的F7后代选择两株表型最偏白菜型油菜的植株分别连续自交到F10形成Ⅰ、Ⅱ两个家系。1.1.形态学上这两个家系间、家系内世代间差异不大。在叶型、花期等性状上更接近白菜型油菜,而角果长度和千粒重等性状则更接近于甘蓝型油菜。1.2.两个家系都普遍具有自交不亲和性,其中Ⅱ类家系表现更为明显。1.3.两个家系随着世代的增加,体细胞染色体数目都有向甘蓝型油菜的2n=38升高和回归的趋势。与白菜型油菜杂种的减数分裂配对结果显示,这些偏白菜型油菜后代中丢失的可能是来自甘蓝的染色体。基因组原位杂交（GISH）分析未能在后代植株中检测出整条诸葛菜染色体或其片段。1.4.对两个F10家系进行了AFLP分析,用16对引物只扩增出少量诸葛菜特异带,而新增带和缺失带所占比例较高。AFLP聚类分析将家系Ⅰ的大部分植株和家系Ⅱ的所有植株在相关系数约为0.92时分为明显的两组,体现出两者较近的遗传背景,又反映出两者不同的变化方向。两个家系和白菜型油菜、甘蓝各自的混合样都具有较小的相关系数,和白菜型油菜的相关系数大约0.68,小于和甘蓝的0.72。2.甘蓝型油菜华双三号和诸葛菜属间体细胞杂种及其后代的遗传学研究2.1.来自不同愈伤组织的三个体细胞杂种植株（Nos.98,100,101）均雄性不育,个别雌性部分可育。杂种98和101具有相似的植株形态,表现诸葛菜的花叶、多分枝和基部分枝特性,黄色花瓣间红色条纹。杂种100表型偏甘蓝型油菜,花瓣红条纹稀少。杂种的叶绿体DNA与甘蓝型油菜相同。AFLP分析表明所有体细胞杂种和诸葛菜有更近的遗传组成,101在苗期和花期具有不完全相同的DNA带型,田间腋芽培养植株和培养基上保存的芽长成的植株间也具有一定的DNA带型差异。三个杂种都是混倍体（2n=51-67）,包含19-28条诸葛菜染色体。减数分裂终变期诸葛菜染色体主要形成二价体,后期Ⅰ表现二极与多极分离。2.2.用华双三号为101授粉后获得20个BC1后代,其中11株叶型偏甘蓝型油菜,9株偏花叶。这些BC1后代都是雄性部分可育,雌性完全败育,胚珠畸形。所有BC1植株都是混倍体（2n=41-54）,包含9-16条诸葛菜染色体。减数分裂终变期有大约一半的诸葛菜染色体参与了部分同源配对,有大量花粉母细胞发生了多极分现象,但所占比例明显低于杂种一代。2.3.用花粉育性较好的几个BC1植株为华双三号授粉,获得大量的BC2种子,BC2种子具有较低的发芽率和较慢的发芽速度。花叶、雌不育和开花期等几个性状在不同组合的BC2群体中发生了分离。细胞学检测的8株BC2植株具有39-43条染色体,其中包含2-5条诸葛菜染色体。有接近一半的诸葛菜染色体进行了部分同源配对。后期Ⅰ诸葛菜染色体落后较为明显,但依然有相当多的后期Ⅱ、末期Ⅱ子核包含诸葛菜染色体。在大部分花药壁细胞有丝分裂过程中诸葛菜染色体均等分裂,而少部分不等分裂。2.4.在几个BC2群体及自交后代中,选择到5个含一条诸葛菜染色体的甘蓝型油菜-诸葛菜单体附加系,分别表现花叶（O1）、甘蓝型油菜（O2）、花瓣褪色（O3）、多分枝（O4）和雌性不育（O5）等形态特征。前4个附加系自交与自由授粉后均结实很好。2.5.在杂种及后代的体细胞及PMCs中,诸葛菜染色体的体积较大、染色较深,易与甘蓝型油菜的区分。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 文献综述
• 1.1 芸薹属种质创新
• 1.1.1 芸薹属种质资源概况
• 1.1.1.1 芸薹属栽培种的进化关系
• 1.1.1.2 芸薹属栽培种的多样性
• 1.1.1.3 十字花科野生资源的类型和分布
• 1.1.2 芸薹属种质资源遗传多样性的研究方法
• 1.1.2.1 形态学方法
• 1.1.2.2 细胞学方法
• 1.1.2.3 同工酶方法
• 1.1.2.4 分子标记方法
• 1.1.3 芸薹属种质创新的意义
• 1.1.4 芸薹属种质创新的途径
• 1.1.4.1 自然变异
• 1.1.4.2 诱变创新
• 1.1.4.3 杂交转育
• 1.1.4.4 外源 DNA导入技术
• 1.1.4.5 基因工程技术
• 1.2 植物远缘杂交的细胞遗传学
• 1.2.1 植物远缘杂种的有丝分裂异常
• 1.2.1.1 混倍体
• 1.2.1.2 染色体消除
• 1.2.1.3 染色体加倍
• 1.2.1.4 亲本染色体的空间分开
• 1.2.2 植物远缘杂种的减数分裂异常
• 1.2.2.1 减数分裂不同步
• 1.2.2.2 部分同源配对
• 1.2.2.3 不减数配子的产生
• 1.2.2.4 微核和多分孢子
• 1.3 植物异染色体系的研究进展
• 1.3.1 异染色体系的种类和产生方式
• 1.3.1.1 异附加系
• 1.3.1.2 异代换系
• 1.3.1.3 易位系
• 1.3.2 异染色体系的应用
• 1.3.2.1 创造新的种质资源
• 1.3.2.2 确定显性基因和标记的染色体归属
• 1.3.2.3 染色体微切割和基因克隆
• 1.3.2.4 物理图谱的构建
• 1.3.3 异染色体系的鉴定方法
• 1.3.3.1 形态学标记
• 1.3.3.2 细胞学标记
• 1.3.3.3 生化标记
• 1.3.3.4 分子标记
• 1.4 减数分裂前期Ⅰ的分子机制研究进展
• 1.4.1 同源染色体配对
• 1.4.1.1 同源配对的时空过程
• 1.4.1.2 与同源配对有关的蛋白组分和作用机理
• 1.4.1.3 在植物中发现的控制同源配对的基因
• 1.4.2 同源染色体联会
• 1.4.2.1 联会复合体的结构
• 1.4.2.2 联会复合体的功能
• 1.4.2.3 联会复合体的组成成分
• 1.4.3 同源染色体重组
• 1.4.3.1 DNA双链的断裂（DSBs）
• 1.4.3.2 重组热点
• 1.4.3.3 重组结
• 1.4.4 交换和交叉
• 1.4.5 结束语
• 2 甘蓝型油菜和诸葛菜有性杂种后代表型偏白菜型油菜材料的形态学、细胞学及AFLP分析
• 2.1 引言
• 2.2 材料和方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 方法
• 2.2.2.1 田间实验
• 2.2.2.2 花粉的可染性
• 2.2.2.3 形态学考种
• 2.2.2.4 自交亲和力测验
• 2.2.2.5 细胞学观察
• 2.2.2.6 AFLP指纹分析
• 2.2.2.7 基因组原位杂交
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 偏白菜型油菜后代的形态学分析
• 2.3.2 花粉可染性分析
• 2.3.3 自交亲和力调查
• 2.3.4 细胞学研究
• 2.3.4.1 体细胞染色体数目
• 2.3.4.2 减数分裂研究
• 1的减数分裂研究'>2.3.4.3 与白菜型油菜杂种F₁的减数分裂研究
• 2.3.5 AFLP指纹分析
• 2.3.6 GISH分析
• 2.4 讨论
• 2.4.1 外源染色体丢失的瓶颈效应
• 2.4.2 甘蓝型油菜和诸葛菜远缘杂种后代的稳定方向是2n=38
• 2.4.3 偏白菜型油菜后代形态学、细胞学、分子标记之间的联系
• 2.4.4 新材料在遗传育种研究中的意义
• 2.5 图版和图版说明
• 3 甘蓝型油菜和诸葛菜属间体细胞杂种及其后代的遗传学研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 胚抢救、腋芽培养和继代培养
• 3.2.3 细胞质特异引物的SSR分析
• 3.2.4 花粉管萌发实验
• 3.2.5 原位杂交后的普通细胞学染色
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 体细胞杂种一代
• 3.3.1.1 形态学研究
• 3.3.1.2 细胞质研究
• 3.3.1.3 分子标记AFLP分析
• 3.3.1.4 普通细胞学研究
• 3.3.1.5 基因组原位杂交研究
• 3.3.1.6 两种不同回交方式的花粉萌发
• 3.3.2 回交一代
• 3.3.2.1 形态学研究
• 3.3.2.2 花粉可染性研究
• 3.3.2.3 普通细胞学研究
• 3.3.2.4 基因组原位杂交研究
• 1植株和甘蓝型油菜正反交亲和性比较'>3.3.2.5 BC₁植株和甘蓝型油菜正反交亲和性比较
• 3.3.3 回交二代
• 3.3.3.1 形态学
• 3.3.3.2 细胞遗传学研究
• 2F₁及几个单体附加系的产生'>3.3.4 BC₂F₁及几个单体附加系的产生
• 3.3.4.1 花叶特异单体附加系的产生及其细胞遗传学
• 3.3.4.2 其他几个附加系的建立及其形态学
• 3.4 讨论
• 3.4.1 混倍体形成的可能机制
• 3.4.2 杂种及其后代减数分裂终变期亲本基因组的空间分隔
• 3.4.3 诸葛菜基因组内部分同源性及其与油菜A、C基因组之间的亲缘关系
• 1和BC₁植株多极分后期Ⅰ的可能机制'>3.4.4 F₁和BC₁植株多极分后期Ⅰ的可能机制
• 3.4.5 不同世代后期Ⅰ染色体落后趋势
• 3.4.6 花叶和雌不育两个附加系的遗传分析
• 3.5 图版和图版说明
• 参考文献
• 个人简介
• 研究论文
• 致谢