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甘蓝型油菜新类型的创建和油菜亚基因组间杂种优势研究

栗茂腾  
【摘要】: 本研究论文主要涉及三个方面的研究内容:一,利用AFLP和SSR分子标记分析不同油菜品种(系)的遗传多样性;二,五倍体杂种(A~rA~nB~cC~nC~c)产生以及细胞遗传学分析;三,甘蓝型油菜新类型(A~rA~rC~cC~c)在油菜亚基因组间杂种优势利用研究。主要研究结果如下: 1 对64对AFLP引物进行了筛选,其中27对引物在油菜中能够扩增出比较清晰带纹。本实验选用的19对引物在21个油菜品种中共扩增出1578条带,平均每对引物扩增出83.05条带。对SSR反应条件进行了摸索,同时对40对SSR引物进行了多态性筛选,利用其中19对扩增效果较好的引物对21个油菜品种进行了遗传多样性分析。结果表明:19对SSR引物在21个油菜品种中共扩增出212条带,其中194条是多态性的带。 2 对1对、2对、3对直至19对AFLP和SSR引物所得到遗传聚类图和全部标记(来自19对AFEP引物和19对SSR引物的产物)所得到的遗传聚类图进行了比较分析。结果发现,3对AFLP引物得到的遗传聚类图和全部产物聚类图相似性系数就达到0.9214,该聚类图已经可以将几种不同类型油菜区分开来。随着引物数量的增加,和全部数据所得到的遗传聚类图之间相似性系数逐步增加,但增幅比较缓慢。相对AFLP标记来讲,利用较少SSR引物不能得到可靠的聚类图。Mantel测验显示由1578 AFLP标记和212 SSR标记所得到的遗传聚阵和全部的数据所得到的遗传聚类图(1578 AFLP和212 SSR标记)具有很高的相关性,相似性系数分别为0.99911和0.98110。比较分析同样表明AFLP和SSR遗传聚阵具有很高的相似性,二者的相似性系数达到0.99388,这说明SSR分子标记在遗传多样性分析中和AFLP同样有效,但是所用的引物对数要比AFLP多。 3 对埃塞俄比亚芥(B~cB~cC~cC~c)和白菜型油菜(A~rA~r)进行了杂交,得到了种间杂种(A~rB~cC~c)。用两种方法对A~rB~cC~c进行了加倍处理。结果表明:直接用秋水仙素浸泡杂种植株的加倍效率相对较高。对进行了加倍操作的杂种植株进行染色体观察。结果表明:完全加倍成功的杂种植株染色体数目为54条(A~rA~rB~cB~cC~cC~c)。原位杂交结果显示,加倍杂种植株体细胞染色体中含有16条B~c基因组染色体,说明该种类型植株真正是从杂种A~rB~cC~c(n=27)经染色体加倍后得到的。埃塞俄比亚芥和白菜型油菜杂种加倍植株形态多介于双亲之间,与未加倍杂种植株相比,杂种加倍植株营养生长繁茂,植株更加高大,株高超过双亲。 4 对六倍体植株(A~rA~rB~cB~cC~cC~c)和甘蓝型油菜品种(A~nA~nC~nC~n)和进行了杂 华中农业大学博士论文栗茂腾 交,得到了五倍体杂种(ArAnBcCnCc)。实验结果表明,六倍体植株和甘蓝型油菜 正反交结实性相差很大,以六倍体植株作母本时,在每个角果中可以得到大约2粒 种子,而以甘蓝型油菜做母本时,则很难得到种子,而六倍体植株和甘蓝型油菜杂 交结角率在正反交中差别不大。染色体检查结果表明,绝大多数杂种植株 (ArAnB℃”Cc)的染色体数目是46条,占全部观察植株63 .66%。GISH结果显示, 以B基因组DNA作为探针和染色体为46的体细胞进行杂交,其中8条染色体上具 有很强杂交信号。 5对五倍体杂种(ArAnB℃nC“)的两个组合进行了细胞学分析,在80%的花粉 母细胞中出现19个二价体或者超过19个二价体,这说明减数分裂过程中来源不同 的Ar/A”(来自于白菜型油菜的Ar基因组和来自于甘蓝型油菜的A”基因组)和Cn/Cc (来自埃塞俄比亚芥的Cc基因组和甘蓝型油菜的C”基因组)基因组染色体能够较 好的配对。原位杂交结果表明,减数分裂中期出现的额外染色体和后期的落后染色 体为B“基因组染色体。在五倍体杂种自交种子中,发现了染色体数目为38的种子, 因此可以推测,五倍体杂种减数分裂过程中,可以产生染色体数目为19的配子。 6分子标记分析结果表明,同一组合不同单株(染色体为38条)在遗传背景止 存在很大的差别。ISG(Ar)变化范围很大,从3.05%到44.13%,平均比例为24.04%。 和ISG(Ar)一样,ISG(Cc)所占比例在不同单株中变化也很大,从8.23%到43.25%, 平均比例为27.48%。在新甘蓝型ha菜中, ISG(Ar+Cc)在1 1 .61%和83.25%之间, 平均为48.45%。这说明甘蓝型油菜新类型中,自然甘蓝型油菜接近一半基因组被 Ar和C“替代。Bc基因组特异带在大多数的新甘蓝型油菜出现,这说明Bc基因组染 色体和ArAn/C℃”基因组染色体发生了交换,或者是在某些单株中存在整条的Bc基 因组染色体。 7相关性分析表明:ISG(Ar+C“)和单株产量之间呈显著正相关。因此,根据 白菜型油菜的Ar基因组和埃塞俄比亚芥的Cc基因组在新甘蓝型油菜中所占比例的 多少,可以初步判定不同的新甘蓝型油菜所配制亚基因组间杂种优势的大小。在甘 蓝型油菜新类型和自然甘蓝型油菜之间的亚基因组杂种中,Cc亚基因组和其他亚基 因组之间的互作要大于Ar亚基因组和其他亚基因组之间的互作。IsG(Ar),ISG (C“),ISG(Ar+C“)和千粒重,英果籽粒数目之间的关系也表现为正相关,但是 相似性系数很低。相反,ISG(Bc)和单株产量以及千粒重,荚果籽粒数目之间的关 系为负相关。


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