甘蓝型油菜及白菜与荠菜杂种及后代的遗传学研究

论文摘要

油菜是我国的主要食用油来源和重要的饲用蛋白质来源，同时也是重要的能源作物，在国民经济中起着重要的作用。但是我国的低芥酸和低硫甙资源均是从国外引进的，并且低芥酸资源均是来自德国的地方品种Liho，低硫甙资源是来自波兰的地方品种Bronowsk，遗传基础十分单一。并且油菜菌核病是我国油菜等油料作物生产的主要限制因子之一，尤以长江流域和东南沿海的冬油菜区发生最重，目前世界上还未找到抗菌核病的抗原材料。而荠菜（Capsella bursa-pastoris（L）Medic）为十字花科独行菜族荠菜属，一、二年生植物，是一种常见的中药，其种子为天然的双低资源（芥酸0.68％，硫甙15.68％），并且还是一种抗菌核病资源。因此，本研究主要是通过甘蓝型油菜及白菜与荠菜的远缘杂交途径创建具有双低（低芥酸、低硫甙）、抗菌核病的新材料或中间材料，并对创建的甘蓝型油菜及白菜与荠菜族间杂种一代及其后代进行普通细胞学、扩增片断长度多态性（Amplified fragment lengthpolymorphism，AFLP）及基因组原位杂交分析（Genomic in situ hybridization，GISH）。主要结果如下：1．杂种的获得及形态特征。以甘蓝型油菜品种中油821和华双三号及白菜品种矮脚黄为母本，以荠菜为父本，配制杂交组合，一部分通过幼胚进行胚挽救，获得32株中油821与荠菜杂种一代再生植株、30株华双三号与荠菜杂种一代再生植株和63株矮脚黄与荠菜F1再生植株，另外一部分通过直接收种子获得1株华双三号与荠菜F1再生植株。从总体上看，其F1植株在形态上与母本相似，但甘蓝型油菜与荠菜杂种植株其中有三株表现出叶片颜色变深，基部叶片缺刻变深，形似荠菜；茎杆木质化；在发育过程中出现紫色茎杆和角果，但在发育后期转为绿色。而白菜与荠菜的杂种植株中有三株植株表现出基生叶丛生，莲座状；基部分枝；叶片比矮脚黄颜色变深，变小。2．杂种的普通细胞学及基因组原位杂交分析。甘蓝型油菜与荠菜的杂种一代根据子房染色体数目和花粉母细胞（PMCs）减数分裂染色体的配对分离情况将其分为两类：第一类植株染色体数2n=25—29，以29条为主，而2n=29在终变期和中期Ⅰ的配对方式主要是12Ⅱ+5Ⅰ、13Ⅱ+3Ⅰ和14Ⅱ+Ⅰ，在后期Ⅰ主要以15：14、16：13、17：12的方式分离。在后期Ⅰ及后期Ⅱ的细胞中落后的染色体和染色体桥较为普遍。第二类植株染色体数2n=38，其配对方式为19Ⅱ，分离方式为19：19。白菜与荠菜杂种一代植株染色体数均为20条，花粉母细胞在终变期和中期Ⅰ主要是以10Ⅱ的方式配对，在后期Ⅰ中以10：10分离为主，但是少数以11：9的分离方式。以荠菜DNA为探针的GISH方法分析了甘蓝型油菜与荠菜杂种F1植株花粉母细胞的染色体组成，没有发现荠菜完整的染色体或染色体片断。3．AFLP指纹分析。随机选取14对引物对甘蓝型油菜与荠菜杂种一代的基因组DNA进行扩增，所有的F1植株能够扩出绝大多数的母本带，荠菜特异带占该单株的总带数的百分比在0.22—8.37％之间，双亲没有的新增带占该单株的总带数的百分比在1.17—4.67％之间，而母本缺失带在1.17—3.50％之间。4．杂种后代的细胞学分析。对甘蓝型油菜与荠菜杂种一代的回交后代中发现染色体以2n=29—34居多，而在杂种一代与白菜的杂交后代中发现2n=22植株的花粉母细胞中染色体形成10个二价体和2个单价体及11个二价体，所以在2n=22的植株细胞中A基因组是完整的，说明甘蓝型油菜与荠菜的混倍体杂种（2n=25—29）植株中被丢失的染色体大多可能来自C基因组。而在白菜与荠菜杂种自交一代（F2）的染色体数以18、19和20为主，其配对方式以9Ⅱ、9Ⅱ+Ⅰ和10Ⅱ方式为主，也说明白菜与荠菜杂种（2n=20）植株中A基因组相对稳定，没有被丢失的倾向。最后，我们推测合子细胞在发育过程中经历了染色体加倍与双亲染色体组的部分或完全分开及父本染色体的倾向性消除。荠菜染色体在消除的过程中亦可能与其他基因组的染色体发生交换和重组导致其遗传物质渗入。外源遗传物质的进入导致受体基因组结构及基因表达的改变，例如AFLP分析时有新带型的出现等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略语表
• 1 文献综述
• 1.1 芸薹属远缘杂交的研究进展
• 1.1.1 植物远缘杂交的研究概况
• 1.1.2 远缘杂种的鉴定
• 1.1.2.1 形态学及解剖学鉴定
• 1.1.2.2 细胞学鉴定
• 1.1.2.3 分子标记技术
• 1.1.2.4 基因组原位杂交（GISH）技术
• 1.1.3 油菜远缘杂交中的生殖隔离
• 1.1.3.1 油菜远缘杂交受精前不亲和
• 1.1.3.2 油菜远缘杂交受精后不亲和
• 1.1.3.3 油菜远缘杂种不育
• 1.1.3.4 克服油菜远缘杂交中生殖隔离的方法
• 1.1.4 芸薹属远缘杂交在油菜育种中的应用
• 1.1.4.1 细胞质雄性不育基因的转移
• 1.1.4.2 脂肪酸的改造
• 1.1.4.3 抗性基因的转移
• 1.1.4.4 其他基因的转移
• 1.1.4.5 附加系的产生
• 1.2 芸薹属远缘杂交中的染色体行为
• 1.2.1 假配生殖
• 1.2.2 体细胞染色体加倍
• 1.2.3 染色体消除或染色体消减
• 1.2.3.1 染色体消除的特点
• 1.2.3.2 染色体消除和外源染色质的渗入
• 1.2.3.3 染色体消除机理的研究进展
• 1.2.4 油菜远缘杂交中的染色体组分开现象的研究进展
• 1.2.5 亲本染色体的空间分布
• 1.2.6 不减数配子的产生
• 1.3 芸薹属远缘杂交中的表观遗传学研究进展
• 1.3.1 基因沉默
• 1.3.2 DNA甲基化
• 1.3.3 核仁显性
• 1.3.3.1 核仁显性现象的发现
• 1.3.3.2 核仁显性的作用机制
• 1.3.4 转座子激活
• 1.4 本研究的目的和意义
• 2. 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.2 方法
• 2.2.1 胚挽救及扩繁
• 2.2.2 花粉的可染性
• 2.2.3 普通细胞学方法
• 2.2.4 基因组原位杂交分析
• 2.2.4.1 基因组DNA的提取和探针的标记
• 2.2.4.2 原位杂交制片
• 2.2.4.3 原位杂交
• 2.2.5 AFLP指纹分析
• 2.2.5.1 总DNA的酶切与连接
• 2.2.5.2 预扩增
• 2.2.5.3 选择性扩增
• 2.2.5.4 扩增产物的电泳检测
• 3. 结果与分析
• 1）的遗传分析'>3.1 甘蓝型油菜与荠菜杂种一代（F₁）的遗传分析
• 1）形态学特征'>3.1.1 甘蓝型油菜与荠菜杂种一代（F₁）形态学特征
• 3.1.2 中油821与荠菜杂种一代的细胞遗传学
• 1植株体细胞染色体数'>3.1.2.1 F₁植株体细胞染色体数
• 1植株中的染色体配对及分离'>3.1.2.2 F₁植株中的染色体配对及分离
• 3.1.3 杂种一代的AFLP分析
• 3.1.4 中油821与荠菜杂种一代的原位杂交分析
• 3.2 中油821与荠菜杂种后代的细胞遗传学分析
• 1F₁）的细胞遗传学分析'>3.2.1 杂种一代与中油821回交后代（BC₁F₁）的细胞遗传学分析
• 1F₁的子房染色体数'>3.2.1.1 BC₁F₁的子房染色体数
• 1F₁减数分裂中的染色体分离'>3.2.1.2 BC₁F₁减数分裂中的染色体分离
• 3.2.2 杂种一代与白菜杂交后代的细胞遗传学分析
• 3.2.2.1 杂种一代与白菜杂交后代的子房染色体数目
• 3.2.2.2 杂种一代与白菜杂交后代减数分裂的配对
• 3.3 白菜与荠菜杂种及其后代的遗传分析
• 3.3.1 白菜与荠菜杂种一代的形态学特征
• 3.3.2 白菜与荠菜杂种后代的细胞遗传学分析
• 2代的子房染色体数'>3.3.2.1 白菜与荠菜杂种F₂代的子房染色体数
• 2代的减数分裂的配对及分离'>3.3.2.2 白菜与荠菜杂种F₂代的减数分裂的配对及分离
• 4. 讨论
• 4.1 杂种形成的机制
• 4.1.1 杂种染色体的组成
• 4.1.2 杂种染色体组形成的可能机制
• 4.2 染色体消除的机制及遗传物质的渗入
• 参考文献
• 附录
• 作者简介
• 致谢