白杨派树种及其三倍体杂种细胞质遗传研究

论文摘要

细胞质遗传是指核外遗传,即质体和线粒体的遗传。国内外关于白杨派树种细胞质遗传至今未见很全面、系统的报道,开展细胞质遗传研究对杨树系统进化、遗传多样性、抗性研究及遗传改良和杂交育种工作具有重要的理论和实践意义。本研究以白杨派毛白杨、银白杨、中国山杨、响叶杨、新疆杨、毛新杨、银腺杨、银毛杨16个种及其三倍体杂种为材料,通过不同发育时期花粉细胞学观察、成熟花粉核酸酶检测、PCR-RFLP分子标记技术,围绕质体和线粒体及其DNA在花粉发育过程中的存在状况、变化规律与遗传机理进行了初步研究。同时,对不同亲本来源的三倍体毛白杨杂种叶绿体性状变异进行了分析,检测是否有细胞质遗传效应发生,取得一定的进展。主要研究结果如下:1)应用电镜结合DAPI-DiOC荧光法,发现小孢子第一次有丝分裂时质体由于极性分布导致初形成的生殖细胞已不含质体;线粒体DNA在雄配子发育和成熟过程中发生特异性的降解,但是一定数目的线粒体一直存在。研究结果为白杨派树种质体、线粒体母系遗传提供了确切的细胞学证据。同时,细胞学观察显示银腺杨少数质体及其DNA被排除和降解时期相对迟缓。2)利用DNA-SDS-PAGE方法在毛白杨、三倍体毛白杨、中国山杨和毛新杨成熟花粉中检测到了高活性的特异性核酸酶。其中,毛白杨、三倍体毛白杨花粉中检测到3个Ca2+依赖性花粉核酸酶（17KD,21KD,33KD）和1个Zn2+依赖性花粉核酸酶（26KD）;中国山杨和毛新杨花粉中检测到2个Ca2+依赖性花粉核酸酶（17KD、21KD）和1个Zn2+依赖性花粉核酸酶（26KD）。上述细胞器DNA的选择性降解很可能是由花粉特异性核酸酶引起的。3)利用PCR-RFLP技术对白杨派16个种及其F1代的叶绿体和线粒体遗传进行了分析,结果表明:包括毛新杨×毛白杨、毛新杨×银腺杨等在内的22个白杨派杂交组合F1代的叶绿体DNA为母性遗传,支持质体细胞学研究的结论;全部杂交组合线粒体基因片段的PCR扩增与酶切图谱完全一致,未发现多态性,表明白杨派线粒体基因序列高度保守。首次为白杨派树种毛白杨、新疆杨、中国山杨、响叶杨、银毛杨、毛新杨和银腺杨及其杂种的叶绿体母性遗传提供了直接证据。4)利用7个不同亲本起源的三倍体毛白杨杂种无性系和3个二倍体无性系对叶绿体大小、数目、单位体积叶绿体DNA含量和单个细胞叶绿体DNA含量等性状变异进行了研究。结果表明加倍前后毛白杨叶绿体性状的变化呈现多样性,并不完全因倍性的增加而增加,与亲本的关系密切相关。具体表现为大部分三倍体毛白杨杂种与二倍体亲本在叶绿体大小上差异不大;叶绿体数目则因倍数的增加而增加,其中卵细胞加倍获得的三倍体达到极显著水平;在单位体积、单个细胞叶绿体DNA含量方面,花粉加倍的三倍体比卵细胞加倍的三倍体表现突出;其中叶绿体大小与单位体积的个数呈负相关变化,单位体积叶绿体DNA量的增加与叶绿体大小和单位体积叶绿体数目关系不大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 文献综述
• 1.1 细胞质遗传的概念及研究意义
• 1.2 细胞质遗传的检测方法
• 1.2.1 遗传学实验
• 1.2.2 电镜技术
• 1.2.3 DAPI荧光染色技术
• 1.2.4 RFLP等分子标记鉴定
• 1.3 高等植物细胞质遗传方式的研究进展
• 1.3.1 质体的遗传方式
• 1.3.1.1 被子植物的质体遗传方式
• 1.3.1.2 裸子植物的质体遗传方式
• 1.3.2 线粒体遗传方式
• 1.4 被子植物细胞质遗传产生的机理
• 1.4.1 质体遗传机理的研究进展
• 1.4.1.1 单亲母系质体遗传机理的研究
• 1.4.1.2 双亲质体遗传机理的研究进展
• 1.4.1.3 单亲父系遗传机理的研究进展
• 1.4.2 线粒体遗传机理的研究进展
• 1.4.3 细胞质遗传与细胞核遗传的关系
• 1.5 杨树细胞质遗传的研究进展
• 1.6 立题依据和技术路线
• 2 白杨细胞质遗传的细胞学观察
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试剂及配制
• 2.1.3 DAPI染色压片制备与观察
• 2.1.3.1 生殖细胞中细胞器DNA的检测
• 2.1.3.2 精细胞中细胞器DNA的检测
• 2.1.4半薄切片的制备与激光共聚焦电镜观察
• 2.1.5 超薄切片的制备与电镜观察
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 毛白杨等雄配子体发育过程中细胞质DNA的变化
• 2.2.2 毛白杨等雄配子体发育过程中线粒体DNA降解现象的发生
• 2.2.3 毛白杨等营养细胞、生殖细胞的超微结构及质体和线粒体的分布
• 2.3 小结
• 3 白杨成熟花粉粒中核酸酶活性的检测
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 试剂及配制
• 3.1.2.1 试剂来源
• 3.1.2.2 试验所需溶液
• 3.1.3 方法
• 3.1.3.1 提取粗蛋白质
• 3.1.3.2 DNA-SDS-PAGE
• 3.1.3.3 清洗与激活核酸酶离子
• 3.1.3.4 染色
• 3.2 结果与分析
• 3.3 小结
• 4 白杨叶绿体和线粒体DNA的多态性及遗传性分析
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.1.1 亲本及杂交试验设计
• 4.1.1.2 杂交方法
• 4.1.1.3 杂交苗成苗情况
• 4.1.1.4 移植地概况
• 4.1.2 试剂与方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 总DNA的提取
• 4.2.2 PCR扩增
• 4.2.3 酶切反应结果
• 4.3 小结
• 5 不同亲本起源的三倍体毛白杨杂种叶绿体性状的变异
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 材料与试剂
• 5.1.2 叶绿体及其DNA的分离与提取
• 5.1.3 流式细胞光度术测定叶绿体DNA含量
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 10个无性系叶绿体性状的比较
• 5.2.1.1 叶绿体大小
• 5.2.1.2 叶绿体数目
• 5.2.1.3 单位体积叶绿体DNA的含量
• 5.2.1.4 单细胞cpDNA含量
• 5.2.2 流式细胞光度术测定结果
• 5.3 小结
• 6 主要研究结论和讨论
• 6.1 主要研究结论
• 6.2 讨论
• 6.2.1 白杨质体及其DNA被排除和降解相对迟缓与质体的极性分布
• 6.2.2 被子植物细胞质母系遗传机理的酶学假说
• 6.2.3 被子植物线粒体遗传机理的研究
• 6.2.4 三倍体毛白杨新无性系多样化表现
• 参考文献
• 图版说明
• 作者简介
• 博士期间发表论文及获奖成果
• 导师简介
• 致谢