海拔对披碱草属植物遗传特性影响研究

【摘要】：披碱草属(Elymus L.)隶属于禾本科(Poaceae)小麦族(Triticeae),为异源多倍体植物,由拟鹅观草属(Pseudoroegneria,St基因组)、大麦属(Hordeum,H基因组)以及未知祖先种的Y基因组(可能已灭绝或者还未发现),以不同的组合方式,经过天然杂交和染色体加倍而形成。该属含有小麦育种所需的大量的抗病、抗虫害和抗逆基因,可为麦类作物的改良和育种,以及提高牧草品质,提供较好的基因资源。已知披碱草属植物对海拔表现较强的适应性,披碱草属植物遗传变异与环境有很大的关系,在不同海拔梯度是否促进分化事件的发生,这有待于分子系统学证据的支持。本研究选用形态特征相似、基因组构成不同、地理分布区域重叠的披碱草属植物:四倍体昆仑披碱草(Elymus burchan-buddae,StY)和六倍体垂穗披碱草(E.nutans,StHY)进行研究,以得出海拔对披碱草属植物遗传特性的影响。为解决上述问题,本研究选用ITS,Waxy和Adh2序列做为研究对象,对来自九个不同海拔梯度的垂穗披碱草和昆仑披碱草样本的分子系统发育进行研究,主要研究结果如下:1.通过对采集的不同海拔梯度的垂穗披碱草和昆仑披碱草的牧草种子进行种植培养,成功得到了各个海拔梯度的植株,并通过CTAB法成功提取到各个海拔梯度植株样本的基因组,且达到后续试验的要求。2.通过查找文献选择合适引物,进行PCR扩增,克隆测序,成功得到各种群样本的3个核基因序列(昆仑披碱草Adh2基因有个别样本未测全)。通过BlastN对测得序列进行了序列同源性比对,并建立了垂穗披碱草和昆仑披碱草不同核基因的系统发育树。3.对垂穗披碱草核基因ITS的46份材料进行分析时,可明确区分来自St和H基因组的ITS序列,来自St基因组的序列的数据的信息位点为1.1%,来自H基因组的序列的数据的信息位点为6.7%,可知不同海拔梯度的垂穗披碱草的ITS序列信息位点不是很丰富,同时St和H基因组中不同样本间的GC含量相差也很少,可知各样本序列间的差别小。4.对垂穗披碱草核基因Waxy的55份材料进行分析时,可明确区分来自St和H基因组的Waxy序列,来自St基因组的序列的数据的信息位点为3.3%,来自H基因组的序列的数据的信息位点为14.0%,St和H基因组中不同样本间的GC含量相差很少。可知垂穗披碱草来自St基因组的Waxy序列信息位点不是很丰富,但来自H基因组的Waxy序列信息位点相对比较丰富。5.对垂穗披碱草核基因Adh2的47份材料进行分析时,可明确区分来自St和H基因组的Adh2序列,来自St基因组的序列的数据的信息位点为0.6%,来自H基因组的序列的数据的信息位点为0.24%,由此可知不同海拔梯度的垂穗披碱草的ITS序列信息位点不是很丰富,同时St和H基因组中不同样本间的GC含量相差很少,可知各样本序列间的差别小。6.对昆仑披碱草核基因ITS的51份材料,Waxy的54份材料和Adh2的29份材料进行分析时,ITS序列的数据的信息位点为2.1%,Waxy序列的数据的信息位点为6.4%,Adh2序列的数据的信息位点为0.6%,可知不同海拔梯度的昆仑披碱草的三个核基因序列信息位点不是很丰富,同时三核基因不同样本间的GC含量相差很少,可知各样本序列间的差别小。7.垂穗披碱草三个核基因建成的系统发育树,均可分成St和H两个分支,在两分支中各亚支中均有多个种群的个体,同一种群的个体又分布于不同亚支,未表现出明显的种群间差异,同一种群间的不同个体的差异有时大于种群间差异。同时该单系不同亚支间的支持率均很低。可能原因为用于建树的序列来于不同海拔的同一物种,个体间的差异不大,序列上的系统发育信息太少,没有明显的分化。总体上认为垂穗披碱草的的遗传多样性未随海拔梯度的变化而呈现出一定的规律性。8.昆仑披碱草三个核基因建成的系统发育树,仅有来自St基因组的序列,在各分支中均有多个种群的个体,同一种群的个体又分布于不同亚支,未表现出明显的种群间差异,同一种群间的不同个体的差异有时大于种群间差异。同时该单系不同亚支间的支持率均很低。可能原因为用于建树的序列来于不同海拔的同一物种,个体间的差异不大,序列上的系统发育信息太少,没有明显的分化。总体上认为昆仑披碱草的的遗传多样性未随海拔梯度的变化而呈现出一定的规律性。9.从垂穗披碱草和昆仑披碱草三个核基因构建的系统树,从各树的局部可以得出高海拔群体与低海拔群体遗传距离近,处于中海拔的各种群间遗传距离较近,这表明遗传多样性随海拔梯度的变化呈现出了一定规律。若要进一步研究海拔对垂穗披碱草和昆仑披碱草遗传特性的影响,需使用其他实验方法加以验证。10.昆仑披碱草核基因Waxy构建的系统发育树,存在以序列长度为1367bp的样本聚成的分支,该分支的序列通过比对与来自St基因组的Waxy亲缘关系很近,可能为来自Y基因组。该结论仍需有后续试验加以证明。