拟鹅观草属四倍体物种的分子细胞遗传学研究

【摘要】： 1980年，(?)skell L(?)ve根据染色体组分析的结论建立了以St染色体组为特征的拟鹅观草属Pseudoroegneria (?)．L(?)ve。拟鹅观草属物种为多年生，簇生或丛生草本，长花药，异花授粉。全世界约15～20种，主要分布于中东、高加索、中亚、中国西部以及北美西部。拟鹅观草属是小麦族极为重要的染色体组供体属，由它的St染色体组组合成多个异源多倍体属，因此，拟鹅观草属在小麦族系统演化上具有重要地位。 L(?)ve建立了拟鹅观草属后，基于染色体组分析的结果，一些分类群先后被不同学者划入或划出拟鹅观草属，还有一些拟鹅观草属分类群有待作进一步的处理。因此，拟鹅观草属物种及其相关属物种，特别是一些四倍体物种间还存在一定的争议，它们的系统地位、物种界限、种间(内)亲缘关系还有待进一步研究。这些争议主要表现在：(1)鹅观草属无芒类群Roegneria alashanica、R．elytrigioides、R．magnicaespes和R．grandis有可能是中国分布的拟鹅观草属物种；(2)具有E~eSt染色体组的Pseudoroegneria geniculata ssp．scythica、Elytrigia caespitosa、Et．caespitosa ssp．nodosa和Et．intermedia的系统关系有待进一步探讨，拟鹅观草属P．geniculata、P．geniculata ssp．scythica和P．geniculata ssp．pruinifera的系统关系还不清楚；(3)具有PSt染色体组物种已经被划出拟鹅观草属，归入杜威草属，但这些物种的属间关系、种间关系以及母本来源还不够清楚；(4)St染色体组在拟鹅观草属内及其相关属间存在一定程度的分化。 本文通过C-带分析、基因组原位杂交分析、染色体组分析、ITS序列分析和trnL-F序列分析对拟鹅观草属四倍体物种进行了研究，目的在于：(1)探讨鹅观草属无芒类群物种的种间关系以及它们与拟鹅观草属物种的属间关系；(2)研究Pseudoroegneria物种的系统发育关系；(3)探讨Pseudoroegneria、Elytrigia和Douglasdeweya的属间关系；(4)揭示Pseudoroegneria物种St染色体组的分化。研究结果如下： 1．对Pseudoroegneria的11个分类群、Roegneria的5个物种、Elytrigia的2个分类群和Douglasdeweya的2个物种进行了带型分析。结果表明：(1)具有St染色体组的Pseudoroegneria二倍体和四倍体物种都具有强的末端带，二倍体物种具有更强的末端带。(2)P．geniculata ssp．scythica、Et．caespitosa和Et．caespitosa ssp．nodosa的带型有相似性，但也存在较大差异；P．geniculata ssp．pruinifera的染色体具有多而强的中间带或着丝点带。(3)R．elytrigioides的染色体表现出强的末端带，与具有St染色体组的Pseudoroegneria二倍体和四倍体物种的带型相似；R．alashanica和R．magnicaespes的末端带少而较弱、着丝点带较弱、中间带多而较弱；R．grandis和R．ciliaris的带型有相似性，但R．grandis表现出多而强的末端带。(4)D．wangii和D．deweyi的带型表现出一定的差异，它们可能是两个独立的种。 2．分别选用P．spicata(St)、P．libanotica(St)、P．stipifolia(St)、R．ciliaris(StY)、A．cristatum(P)、Lo．elongatum(E~e)和Lo．bessarabicum(E~b)作探针，P．strigosa(St)、鲑精DNA和Lo．elongatum(E~e)作封阻，用基因组原位杂交(GISH)技术来探讨R．alashanica、R．elytrigioides、R．magnicaespes、R．grandis、P．geniculata、P．geniculata ssp．scythica和P．geniculata ssp．pruinifera的染色体组组成。结果表明：(1)R．alashanica具有一组St染色体组，另一组未知，但不是E、P或Y染色体组；(2)R．magnicaespes具有一组St染色体组，另一组未知，但不是Y染色体组；(3)R．elytrigioides具有两组St染色体组；(4)R．grandis和P．geniculata都具有一组St染色体组，另一组染色体组与St都有一定程度的同源性；(5)P．geniculata ssp．scythica和P．geniculata ssp．pruinifera的染色体组组成分别为EEStSt和EEEEStSt。 3．分别选用鹅观草属物种R．alashanica(St-)、R．elytrigioides(StSt)、R．magnicaespes(St-)和R．grandis(StY)，拟鹅观草属物种P．geniculata(StSt)、P．geniculata ssp．scythica(E~eSt)、P．geniculata ssp．pruinifera(—)、P．cognata(St)、P．libanotica(St)、P．spicata(St)、P．strigosa(StSt)和P．tauri(St)，杜威草属物种D．wangii(PSt)和D．deweyi(PSt)、披碱草属物种Elymus wawawaiensis(HSt)，花鳞草属物种Anthosachne scabra var．scabra(StWY)，猬草属物种Hystrix patula(HSt)进行属间和属内物种间杂种的创制。对11个杂交组合进行了染色体组分析，对花粉育性和结实率进行了调查。结果表明：(1)R．alashanica具有一组St染色体组，另一组染色体组与H染色体组没有同源性；(2)R．grandis具有一组St染色体组，其Y染色体组与St染色体组有同源性。(3)St染色体组在各物种间表现出一定程度的分化。 4．对Pseudoroegneria的17份材料(St或StSt)、Roegneria的7份材料(StY或StSt)，Elytrigia的4份材料(E~eSt或E~bE~eSt)、Lophopyrum的4份材料(E~b、E~e或E~bE~eE~xStSt)、Douglasdeweya的3份材料(StP)、Agropyron的5份材料(P)、Australopyrum的2份材料(W)、Hordeum的2份材料(H)、Psathyrostachys的2份材料(Ns)进行系统发育关系研究。对其ITS序列进行了简约分析，构建了严格一致系统树。结果表明：(1)St染色体组在Pseudoroegneria二倍体物种间表现出分化，Pseudoroegneria多倍体与二倍体物种亲缘关系近；(2)R．alashanica、R．elytrigioides和R．magnicaespes与四倍体物种P．geniculata有近的亲缘关系；(3)StY染色体组与St染色体组有同源性，St染色体组与Y染色体组可能有相同的起源；(4)P．geniculata ssp．scythica和P．geniculata ssp．pruinifera处理为P．geniculata的亚种不合适，P．geniculata ssp．scythica、P．geniculata ssp．pruinifera、Et．caespitosa、Et．caespitosa ssp．nodosa、Et．intermedia和Lo．ponticum应该被组合到Trichopyrum中；(5)E~b、E~e与St染色体组之间有近的亲缘关系；(6)D．wangii和D．deweyi的P染色体组来自于Agropyron二倍体物种，将StP染色体组的物种从Pseudoroegneria划入Douglasdeweya是合理的。 5．对Pseudoroegneria的16份材料(St或StSt)、Roegneria的7份材料(StY或StSt)，Elytrigia的3份材料(E~eSt或E~bE~est)、Lophopyrum的4份材料(E~b、E~e或E~eE~e)、Douglasdeweya的3份材料(PSt)、Agropyron的4份材料(P)、Australopyrum的1份材料(w)、Hordeum的2份材料(H)、Psathyrostachys的2份材料(Ns)进行系统发育关系研究。对其trnL-F序列进行了简约分析，构建了严格一致系统树。结果表明：(1)Pseudoroegneria、Roegneria、Elytrigia、Lophopyrum和Douglasdeweya物种聚成一支，它们的trnL-F序列同源性很高，具有较近的亲缘关系；(2)Pseudoroegneria是多倍体物种St染色体组的母本供体；(3)D．wangif和D．deweyi的母本来自于Pseudoroegneria二倍体物种，父本来自于Agropyron二倍体物种；(4)Agropyron和Australopyrum物种聚成一支，它们的trnL-F序列同源性很高，具有较近的亲缘关系。