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小麦族东北猬草的染色体组组成研究

黄燕  
【摘要】: 猬草属(Hystrix Moench)是禾本科(Poaceae)小麦族(Triticeae)的一个多年生小属,全世界约10余种,主要分布于北美和中亚、西亚。Moench(1794)把Linneus(1753)描述的披碱草属(Elymus L.)物种——Elymus hystrix L.,因为其颖强烈退化甚至缺失的特点,建立了猬草属(Hystrix Moench),其模式种为Hystrix patula Moench。迄今为止,报道的Hystrix物种约11个种,中国有3种。Church(1967)报道Hy.patula与加拿大披碱草复合群(Elymus canadensis L.complex)物种具有较近的亲缘关系。Dewey(1984)报道了Hy.patula具有StH染色体组,并根据染色体组分类的原则,将Hystrix物种放在Elymus中。Jensen et al.(1997)报道了Elymus coreanus(Hy.coreana)和E.californicus(Hy.californica)具有与赖草属(Leymus Hochst.)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。因此,Hystrix属的界限和物种划分一直处在争议之中,其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? 东北猬草(Hystrix komarovii(Roshev.)Ohwi)是猬草属的一个四倍体(2n=4x=28)物种。Ellenskog-Staam et al.(2007)根据GISH和Southern杂交结果,报道Hy.komarovii可能具有St和H染色体组,是StH的一种变异类型。然而,Zhang et al.(2009)根据nrDNA ITS序列分析认为Hy.komarovii可能含有与Hy.coreana和Hy.duthiei相似的NsXm染色体组,而不具有Hy.patula的StH染色体组。本研究通过基因组特异的RAPD标记、基因组原位杂交(GISH)和DNA序列分析,探讨东北猬草的染色体组组成。主要结果如下: 1.对东北猬草和其他4个猬草属物种以及8个近缘属物种进行基因组特异性RAPD标记研究。选用5个基因组特异的RAPD引物(St、H、Ns、E~e和E~b)进行PCR扩增,结果显示:(1)Hy.patula具有St和H基因组特异的RAPD标记,而Hy.komarovii和其它猬草属物种没有St和H基因组特异的RAPD标记;(2)Hy.komarovii与Hy.duthieissp.duthiei、Hy.duthiei ssp.longearistata及Hy.coreana一致,具有Ns基因组特异的RAPD标记,而Hy.patula没有Ns基因组特异的RAPD标记;(3)猬草属和赖草属物种均没有E~e和E~b基因组特异的RAPD标记。该实验结果表明Hy.komarovii可能具有Ns染色体组而不具有St和H染色体组。 2.对东北猬草和其他4个猬草属物种进行单色基因组原位杂交(GISH)分析。利用具不同基因组的4个二倍体物种分别作为探针DNA和封阻DNA:Pseudoroegneriaspicata(St)、Hordeum bogdanii(H)、Psathyrostachys juncea(Ns)、Lophopyrum elongatum(E~e)。结果表明:(1)Hy.patula由StH染色体组组成;(2)Hy.duthiei ssp.duthiei、Hy.duthiei ssp.longearistata及Hy.coreana具有新麦草属的Ns染色体组,另一染色体组与E~e染色体组存在重复片段同源;(3)Hy.komarovii的28条染色体中,14条显示强烈的新麦草属的Ns探针信号,14条显示或强或弱的E~e探针信号。结果表明Hy.komarovii具有一组来自新麦草属的Ns染色体组,另一染色体组与Lophopyrum的E~e同源性很高。 3.对东北猬草和其他4个猬草属物种及其9个近缘属物种的细胞核DNA ITS序列进行了系统发育关系分析。在系统发育树中,Hy.komarovii、Hy.duthiei ssp.duthiei、Hy.duthiei ssp.longearistata及Hy.coreana与新麦草属和赖草属物种聚成一支;Hy.patula与其他披碱草属物种聚成一支。ITS序列分析结果表明Hy.komarovii可能具有赖草属的NsXm染色体组,支持细胞学和GISH分析结果。 4.根据基因组特异的RAPD标记、GISH和nrDNA ITS序列分析结果,表明:东北猬草含有一组Ns染色体组,另一组染色体组与Lo.elongatum的E~e染色体组同源性很高;东北猬草不含有披碱草属的StH染色体组。


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