小麦远缘杂种后代的遗传变异研究.doc

小麦远缘杂种后代的遗传变异研究远缘杂交和异源多倍化过程可诱导遗传学改变。普通小麦是由栽培四倍体小麦和二倍体节节麦天然杂交,杂种F1通过基因组自动加倍形成的异源六倍体物种。小麦有众多的外源物种,其中许多物种都为多倍体。小麦与外源物种的亲缘关系远近不同,为研究远缘杂交和异源多倍化过程提供了重要基础。本文研究了两个远缘杂交模式;“四倍体小麦×节节麦”和“六倍体小麦×黑麦”。前者的两个物种间的遗传关系近,普通小麦是二者的杂交产物,可模拟普通小麦起源过程；后者的两个物种的的天然杂交普遍存在,但自然界未形成杂交物种,可是人工创制了小黑麦作物。本实验运用基因组原位杂交(GISH)和荧光原位杂交技术(FISH)分析了杂种后代的染色体数目及结构变化；运用SSR分子标记和高通量DArT标记,分析了远缘杂交和多倍化过程对基因组DNA的影响。主要研究结果如下：比较分析六倍体小麦-黑麦和四倍体小麦-节节麦杂种后代的染色体组成,发现：(1)四倍体小麦-节节麦杂种后代染色体数目变异普遍存在,其变异频率受遗传背景影响,但是染色体结构变异少；(2)六倍体小麦-黑麦杂种后代中,存在丰富的染色体结构变异；(3)六倍体小麦-黑麦杂种形成两种细胞学稳定的倍性类型：六倍体(恢复成小麦类型)和八倍体(AABBDDRR)。用160个SSR分子标记位点分析3个四倍体小麦-节节麦杂种群体,这3个群体来自于241个独立的杂种,代表了1205个自发的染色体加倍事件。在两个世代(杂交F.和加倍后的S。)中估计160386个可能突变的等位位点,仅发现一个突变,估算其突变率为6.13×10-6。这个由于重复数的改变导致的突变很可能发生在F1杂种植株,导致了1.06×10-4的突变率。这个突变率低于先前在小麦自然群体中估算的变异率,表明在小麦异源六倍化过程中,SSR重复序列高度保守。用24对SSR引物分析28个D-2-3-4/秦岭黑麦F1o株系及13个中国春/秦岭黑麦F1o株系,发现存在SSR变异,其变异主要源于重复区序列大小变化,突变频率为32.72%,远高于上述的四倍体-节节麦杂种。用DarT芯片获得1173个高质量的分子标记,准确的识别出D-2-3-4/黑麦杂种后代中的6R/6A代换系、单体代换或附加系。进一步,利用DarTseq获得13061个覆盖小麦全基因组的分子标记,基于这些标记估算D-2-3-4和中国春之间的遗传距离为0.05,表明两者遗传关系很近。但是,D-2-3-4/黑麦和中国春/黑麦杂种株系之间的遗传距离平均为0.09,表明杂种导致了遗传多样性增加。虽然中国春和D-2-3-4之间的遗传距离很近。但是,利用DArT芯片标记和SNP标记聚类,均能够将D-2-3-4/黑麦和中国春/黑麦两个群体分成三个大支,一支为中国春/黑麦杂种后代；一支为含有黑麦遗传物质的D-2-3-4/黑麦杂种后代；一支为不含有黑麦遗传物质的D-2-3-4/黑麦杂种后代。其余可能含有小片段黑麦染色体渗入的材料各自单独成支。根据SNP标记的染色体位置信息,我们在全基因组分析了两个群体杂种后代的小麦染色体SNP标记变化,结果表明：中国春/黑麦杂种株系的整体SNP变异频率(25.00%)高于D-2-3-4/黑麦杂种株系(21.30%)；两个群体均表明A基因组SNP变异频率显著高于B和D基因组；两个群体的第2同源群的平均SNP变异频率最高；由于两个群体存在高频率的SNP缺失,考虑到DART技术所使用的限制性内切酶对甲基化敏感,我们推测SNP标记缺失可能来源于酶切区域的甲基化修饰而非DNA片段的缺失。