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猬草属三个物种的细胞学和DNA分子标记研究

张海琴  
【摘要】: 猬草属Hystrix Moench是禾本科Poaceae小麦族Triticeae Dumortier中一个多年生小属。该属约有6种,中国有3种。Moench(1794)依据Linneus(1753)描述的ElymusHystrix L.具有强烈退化的颖或无颖的特点而独立为一个属,即:Hystrix Moench,其模式种为Hystrix patula。Dewey(1984)报道了H.patula具有StH染色体组,并根据染色体组分析方法,将Hystrix放在Elymus中,但他仅对Hystrix的模式种——H.patula进行了染色体组组成分析。Jensene et al.(1997)报道Elymus coreanus(H.coreana)和E.californicus(H.californica)具有与赖草属Leymus相同的NsXm染色体组,并把这两个物种组合到Leymus中,使得Hystrix的分类更为复杂。关于Hystrix属的界限和物种划分一直处在争议中,主要分歧是:将这些物种置于Hystrix,还是作为Elymus的一部分以及还是放在Leymus中。本研究(1)通过形态学特征比较、细胞学和繁育学资料,探讨三个Hystrix物种的染色体组组成及亲缘关系;(2)通过RAPD分析和ISSR分析,探讨Hystrix与Leymus、新麦草属Psathyrostachys的属间亲缘关系;(3)比较RAPD和ISSR两种DNA分子标记在Hystrix及近缘属系统分类研究中的应用。主要结果如下: 1.华山新麦草(P.huashanica Keng,2n=2x=14,Ns~h)与三个猬草属物种间的杂交结实率平均为15.66%,变幅为4.59%-34.62%:竖立鹅观草(R.ciliari svar.Japonensis(Honda)B.R.Lu,Yen et J.L.Yang,2n=4x=28,StY)与H.patula间的杂交结实率为5.00%。杂种种子发育良好,不需通过幼胚拯救技术即可萌发,获得杂种植株。杂种F_1完全不育,自交不结实,而亲本育性和结实正常。表明彼此之间存在不同程度的生殖隔离,是独立的生物学物种。 2.H.duthiei ssp.longearistata×P.huashanica的杂种F_1花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体配对数为:9.46Ⅰ+5.65Ⅱ+0.07Ⅲ;平均每细胞交叉数为7.08,C-值为0.51。在形态性状上,杂种F_1的许多性状介于两亲本之间。表明H.duthiei ssp.longearistata与P.huashanica之间有一个染色体组具有较高的同源性,即H.duthiei ssp.longearistata具有Psathyrostachys的Ns染色体组。 3.H.duthiei×P.huashanica的杂种F_1花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体配对为7.44个单价体,6.55个二价体,0.12个三价体和0.02个四价体。64%的细胞在中期Ⅰ形成7个二价体和7个单价体;平均每细胞交叉数为9.76,C-值为0.70。说明双亲有一组染色体具有较高的同源性,即H.duthiei含有Ns染色体组。 4.H.patula×P.huashanica的杂种F_1花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ,染色体配对构型 为:20.43+0.29 11。平均每细胞交叉数为 0;29,C-值为 0刀2。R.ciliaris var.jponensis X H Patula杂种 F;花粉母细胞减数分裂中期 1染色体配对构型为:4.48+11DZ 11+0.27 Ill+0.23IV。平均每细胞交叉数为 17.83,C-值为 0石4。表明 H patula含有 St染色体 组,而不含NS染色体组。 5.Hystrix、L聊us及 PsathytostachyS三个属 11个种 1变种共 13份材料的 l;oyD 和 ISSR分析表明:属间存在较大的遗传多样性;L聊us和 PsathyffistachyS属内种间 的遗传变异较小。4份 Hystrir材料的遗传多样性最丰富:()H duthiei与 H duthiei SsP. long6aristata的相似系数较高,聚为一支,这与周永红等门 999)通过形态学比较和细 胞学研究的结果相一致,支持将H long6aristata处理为H duthiei的一个变种。*)H core。a与 L.cinereus聚为一支,表明 H coreana与 Lrym。具有较近的亲缘关系。臼) H pQtula与所有供试材料的遗传相似系数都较低,聚类图中位于最顶端,单独聚为一 支。表明 H patula与 L啊us和 PsathyffistachyS的亲缘关系较远,与其它三份 Hystrix 材料也存在着较大的遗传差异。 6.RAPD标记和ISSR标记的比较 门)多态性比较:KAPD标记选用 40个上海生工公司十聚体核酸随机引物进行 PCR 扩增,20个引物扩增出142条带谱,其中135条为多态性带纹,平均每个引物扩增7.10 条带谱。而ISSR标记选用35个ISSR引物进行PCR扩增,12个引物能扩增215条清 晰并呈现多态性带,平均每个引物扩增17.92条多态性带。表明ISSR标记的多态性高 于RAPD标记,这是与两者在进行基因组扩增时引物结合的位置不同有关。 (2)结果分析的比较:通过两种不同 DNA分于标记得出的伽tris、Lcymus和 PsathmptachyS三个属间的 Jaccard遗传相似系数及遗传聚类图具有极显著的相关性, 表明研究中所用的RAPD和ISSR标记数量可以检测到这些遗传变异。因此,RAPD和 ISSR这两种 DNA分子标记可作为评价 Hytrix、L洲us和 PsathytostachyS的系统亲缘 关系研究的可靠而有效的补充研究方法。


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