油菜与荠菜族间杂种和甘蓝型油菜缺体的遗传分析

论文摘要

远缘杂交是作物遗传改良的重要途径,可以把野生种的优良性状向栽培种转移。十字花科中有很多优良的野生种质资源,可提供许多有用的细胞核和细胞质基因,用于油菜育种。我国现在大面积栽培的甘蓝型油菜（Brassic napus,2n=38,AACC）于二十世纪30与40年代从国外引进,遗传变异较为匮乏,故通过多种途径创造新的种质资源对其遗传改良具有重要意义。十字花科独行菜族的荠菜（Capsellabursa-pastoris（L.）Medic,2n=4x=32）广布全球,在中国和其它一些国家作蔬菜和药用。荠菜种子内的芥酸（0.68%）和硫甙（15.68μmol/g）符合双低（芥酸＜1%,硫甙＜30μmol/g）标准,为油菜遗传改良的天然双低种质资源,且高抗菌核病。本研究合成了白菜型油菜（B.rapa,2n=20）、甘蓝型油菜与荠菜的族间杂种,并对杂种及其后代进行了形态学、细胞学、分子生物学、脂肪酸和抗菌核病的分析。另外,对以前从甘蓝型油菜与诸葛菜的属间杂交中获得的一个缺体植株（2n=36）及后代进行了细胞遗传学研究。主要结果如下:1.油菜×荠菜。以白菜型和甘蓝型油菜为母本、荠菜为父本的有性族间杂交中,经大量人工授粉产生的大多数F1植株在形态上和母本相似,只有少数表现为中间型。F1植株具有父本荠菜的一些特征,如叶片小、深绿色、叶裂深、植株矮小、基部分枝、白色花瓣。根据体细胞（子房细胞）染色体数目,F1植株分为五类:第一类2n=27—29,第二类2n=20,这两类植株来自白菜型油菜与荠菜的杂交;第三类为甘蓝型油菜单倍体,2n=19,第四类2n=29,第五类2n=38,这三类植株来自甘蓝型油菜与荠菜的杂交。基因组原位杂交（GISH）分析表明,第一类杂种植株的花粉母细胞（pollenmother cells,PMCs）中有1—2条荠菜染色体,而另在一些植株的子房细胞和PMCs中检测到荠菜的染色体片段。AFLP（amplified fragment length polymorphism）分析显示,除3个F1植株（Nos.13,24,32）无荠菜特异带外,所有植株中都出现了荠菜特异带、油菜母本的缺失带和双亲均无的新带,而且各单株间多态性带的数目与组成都不一样,表明外源遗传物质的渗入是在不同水平上的,同时引起了受体基因组结构的变化。通过脂肪酸分析和菌核病鉴定,发现一些母本型植株后代的芥酸和硫甙含量降低、菌核病抗性显著提高。2.雄性不育材料。来自甘蓝型油菜奥罗与荠菜杂交的一个母本型植株（No.30）的雄蕊小、雄性完全不育。与奥罗回交一代的植株全可育,自交结实好。359个BC1F1植株中,276株可育,83株不育,可育株与不育株的比例为3:1(χc2=0.58＜χ0.052);在F1×BC1的109个植株中,58株可育,51株不育,可育株与不育株的比例为1:1(χc2=0.33＜χ0.052),说明该雄性不育性为一对隐性基因控制的核不育。花药切片观察表明不育株花药在造孢细胞时期开始出现异常,绒毡层多层、肥大,但是其减数分离是正常的。四分体时期绒毡层进一步恶化,多层、肥大、液泡化,开始降解,并挤压四分体,导致四分体不能形成单核花粉粒,小孢子开始退化。大多数后代植株的硫甙含量明显降低,一些植株达到双低标准,并且菌核病抗性显著提高。3.甘蓝型油菜缺体。对甘蓝型油菜奥罗与诸葛菜的一个混倍体杂种进行小孢子培养,获得的一个缺体（2n=36）植株,其株高只有70—80cm,比甘蓝型油菜开花早两个月左右。缺体植株的PMCs在终变期具有18个二价体,后期Ⅰ表现18:18的正常分离,但在14个自交一代植株中,6个植株31.2%—43.8%的PMCs在后期Ⅰ为17:19分离,这导致了后代中缺体—四体（2n=38）的形成。白菜型油菜×缺体的PMCs在终变期具有10Ⅱ+8Ⅰ,说明缺体缺失了一对来自甘蓝C基因组的染色体。奥罗×缺体后代的植株株高和开花时间与甘蓝型油菜接近,但在自交后代中没有发现缺体植株。缺体—四体的株高比奥罗矮5cm,开花时间比甘蓝型油菜奥罗早一个月左右,59%的PMCs在终变期具有17Ⅱ+1Ⅳ,其余的为19Ⅱ,自交结实较好。最后,我们提出了油菜与荠菜的杂种形成机制。我们认为在合子形成后或杂种胚发育的早期即发生了染色体的消除、加倍和外源渗入。通过杂交产生母本型植株,可快速向油菜转移荠菜优良性状（双低、抗菌核病）。同时,我们对缺体和缺体—四体在油菜育种、基因定位和功能分析中的运用进行了讨论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 文献综述
• 1.1 植物远缘杂交概况
• 1.2 远缘杂交的运用
• 1.2.1 培育新品种和种质系
• 1.2.2 创造新的物种和作物类型
• 1.2.3 创建异染色体系
• 1.2.4 单倍体育种及杂种优势利用
• 1.2.5 研究生物进化
• 1.3 远缘杂交中染色体的消除与加倍
• 1.3.1 染色体消除
• 1.3.1.1 染色体消除的时间和过程
• 1.3.1.2 染色体消除的类型
• 1.3.1.3 染色体消除的机制
• 1.3.2 染色体加倍
• 1.4 远缘杂交中的遗传渗入
• 1.4.1 染色体渗入
• 1.4.2 DNA片段或基因的遗传渗入
• 1.5 芸薹属近缘种种质资源及其在油菜遗传育种中的应用
• 1.5.1 芸薹属近缘种种质资源
• 1.5.2 芸薹属近缘种种质资源在油菜遗传育种中的应用
• 1.5.2.1 转移细胞质基因
• 1.5.2.2 改变脂肪酸组成和含量
• 1.5.2.3 转移不易裂角基因
• 1.5.2.4 提高甘蓝型油菜的光合性能
• 1.5.2.5 转移耐金属离子的性状
• 1.5.2.6 转移抗黑斑病的性状
• 1.5.2.7 转移抗根肿病的性状
• 1.5.2.8 转移抗黑胫病的性状
• 1.5.2.9 转移抗菌核病的性状
• 1.6 植物远缘杂种的研究内容
• 1.6.1 形态学研究
• 1.6.2 细胞遗传学研究
• 1.6.3 生理生化研究
• 1.6.3.1 生理指标分析
• 1.6.3.2 同工酶分析
• 1.6.4 原位杂交研究
• 1.6.4.1 基因组原位杂交（GISH）
• 1.6.4.2 DNA纤维荧光原位杂交
• 1.6.4.3 比较基因组杂交
• 1.6.5 分子标记研究
• 1.6.5.1 RFLP
• 1.6.5.2 RAPD
• 1.6.5.3 AFLP
• 1.6.5.4 SSR
• 1.7 植物非整倍体研究进展
• 1.7.1 种内非整倍体
• 1.7.1.1 单体
• 1.7.1.2 缺体
• 1.7.1.3 三体
• 1.7.2 种间非整倍体
• 1.7.2.1 异附加系
• 1.7.2.2 异代换系
• 2 白菜型油菜、甘蓝型油菜与荠菜族间杂种及后代的遗传分析
• 2.1 引言
• 2.2 材料和方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 胚抢救
• 2.2.3 细胞学观察
• 2.2.4 花粉的可染性
• 2.2.5 基因组原位杂交
• 2.2.5.1 基因组DNA的提取和探针的标记
• 2.2.5.2 原位杂交制片
• 2.2.5.3 原位杂交
• 2.2.6 AFLP分析
• 2.2.6.1 DNA的酶切与连接
• 2.2.6.2 预扩增
• 2.2.6.3 选择性扩增
• 2.2.6.4 扩增产物的电泳检测
• 2.2.7 脂肪酸组成及硫代葡萄糖甙含量的测定
• 2.2.8 菌核病接种鉴定
• 2.2.9 花药组织切片
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 白菜型油菜与荠菜杂种
• 2.3.1.1 形态学特征
• 2.3.1.2 普通细胞学观察
• 2.3.1.3 原位杂交分析
• 2.3.1.4 AFLP分析
• 2.3.1.5 脂肪酸及硫甙分析
• 2.3.1.6 杂种后代茵核病抗性分析
• 2.3.2 甘蓝型油菜与荠菜杂种
• 2.3.2.1 形态学特征
• 2.3.2.2 普通细胞学观察
• 2.3.2.3 原位杂交分析
• 2.3.2.4 AFLP分析
• 2.3.2.5 脂肪酸及硫甙分析
• 2.3.2.6 杂种后代菌核病抗性分析
• 2.3.3 雄性不育材料的研究
• 2.3.3.1 雄性不育的类型
• 2.3.3.2 花药发育过程
• 2.3.3.3 后代脂肪酸及硫甙分析
• 2.3.3.4 后代菌核病抗性分析
• 2.4 讨论
• 2.4.1 油菜与荠菜杂种形成的机制
• 2.4.2 新材料在遗传育种研究中的意义
• 2.4.2.1 低芥酸、低硫甙新材料
• 2.4.2.2 抗菌核病新材料
• 2.4.2.3 核不育材料
• 3 甘蓝型油菜缺体的遗传分析
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 细胞学观察
• 3.2.3 花粉的可染性
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 形态学特征
• 3.3.2 普通细胞学观察
• 3.4 讨论
• 4 参考文献
• 5 表格
• 6 图版
• 个人简介
• 研究论文
• 致谢