中间偃麦草物种基因组多样性及重复序列的分离与鉴定研究

论文摘要

偃麦草属是小麦的近缘属种，该属含有抗小麦白粉病，锈病，黄矮病等多种抗病基因，并且抗逆性好，繁殖能力强，是小麦的优质基因库，广泛用于小麦遗传育种研究。小麦谷蛋白是重要的储藏蛋白，对小麦品质有着重要影响，因此在小麦优质品种选育与改良中，占有重要地位。本研究对76份来自世界各地偃麦草材料的谷蛋白进行了分析，发现通过与中国春和川育12做比较，实验材料谷蛋白亚基条带不是很丰富，与小麦相比类型上有变异，大致可以分为9种类型，其中最多的亚基类型是2*，占29.3%。根据材料来源最多的温带大陆型气候分析，亚基类型最多的是1*，占29.8%。除此之外产生了一些新的亚基组合方式，比如5*+12*，2*+10*等。并且无高分子谷蛋白的材料比例也很多，高达15.8%。这些遗传的多样性为育种提供了多元的选择。本研究通过基因组重复序列pDb12H作探针，对来自于中东的伊朗、土耳其和中亚的哈萨克斯坦以及北亚的俄罗斯等国家10个中间偃麦草居群材料进行了原位杂交分析。探针pDb12H在中间偃麦草居群的14条Js染色体，其中8条染色体上除端部和着丝点以外的所有区域有很强的杂交信号，6条染色体在着丝粒周围也有强烈的信号。我们发现在供试10个中间偃麦草居群中，7个居群有14条染色体的长短臂均有杂交信号，说明虽然在不同地区生长中间偃麦草Js染色体组具有一定保守性。相比之下，来自伊朗的材料变异最大，原位杂交显示材料PI401177的杂交信号在13条染色体上还有一条端着丝粒染色体具有杂交信号。PI440048则在15条染色体有杂交信号，其中一条端着丝粒染色体有信号。PI401228有14条有信号，但其中有一条染色体的短臂有杂交信号，这些单个染色体臂上具有pDb12H杂交信号说明中间偃麦草在基因组进化过程中发生了复杂的染色体重组。结果表明位于禾谷类植物起源中心的中间偃麦草具有丰富的遗传多样性，可以选择作为小麦远缘杂交和牧草育种的供体种质资源。E染色体组是偃麦草属的基础，由此基础上生成二倍体、四倍体六倍体和十倍体的物种，在这个属种中，六倍体中间偃麦草在育种方面的应用最有价值。现多认为认为六倍体中间偃麦草的染色体基本组型是Js，J，St组成或者是Ee,Eb,St组成。本研究通过建立二倍体fosmid文库，筛选出含有类似玉米反转录反转座子CRM的单克隆3个，NO41，NO73和NO97。将NO41和NO73制成探针，分别杂交二倍体，四倍体，六倍体，十倍体得，二倍体和四倍体所有染色体的着丝粒附近有杂交信号，而在六倍体中，42条染色体有信号的有28条，其中，含有强信号14条。这可能是因为St和E组可能在进化中存在相互协调整合。在十倍体中，有28条染色体有信号，其他没有，这说明十倍体偃麦草可能的来源不是六倍体中间偃麦草而是示六倍体灯芯偃麦草。综上，偃麦草属无论从蛋白质水平还是基因组水平上看都有丰富的多样性，是适合用作小麦改良的优良品种。中间偃麦草的和十倍体偃麦草的基因组形成还有一定的争议，本研究也在一定程度上做了可能来源的推测验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 偃麦草概况
• 1.2 偃麦草在小麦抗病育种中的应用
• 1.2.1 偃麦草属在小麦抗条锈病中的应用
• 1.2.2 偃麦草属在抗黄矮病中的应用
• 1.2.3 偃麦草属在抗赤霉病中的应用
• 1.2.4 偃麦草属在抗白粉病中的应用
• 1.3 偃麦草属在小麦抗逆境性能育种的应用
• 1.3.1 偃麦草属有优良的抗低磷胁迫性
• 1.3.2 偃麦草属有优良的抗旱性
• 第二章 世界各地区高分子谷蛋白遗传分析
• 2.1 小麦谷蛋白品质研究
• 2.2 实验材料
• 2.3 实验试剂及实验步骤
• 2.4 实验步骤
• 2.5 实验结果
• 2.6 分析与讨论
• 2.6.1 种子蛋白与小麦族物种多样性研究
• 2.6.1.1 小麦族麦谷蛋白多样性研究
• 2.6.1.2 小麦族醇溶蛋白多样性研究
• 2.6.2 偃麦草谷蛋白基因的多样性与应用
• 2.6.3 谷蛋白亚基在小麦品质改良方面的研究
• 第三章 荧光原位杂交分析中间偃麦草物种的遗传多样性
• 3.1 文献综述
• 3.1.1 原位杂交原理和方法
• 3.1.1.1 基因组原位杂交
• 3.1.1.2 荧光原位杂交
• 3.1.1.3 引物原位标记技术
• 3.1.1.4 原位 P C R
• 3.1.1.5 原位杂交结合荧光显带标记技术
• 3.1.1.6 原位杂交结合免疫组织化学的双标记技术
• 3.2 实验材料
• 3.3 荧光原位杂交步骤
• 3.3.1 根尖制备与处理
• 3.3.2 染色体制备
• 3.3.3 探针标记
• 3.3.4 原位杂交
• 3.4 实验结果
• 3.5 分析与讨论
• 3.5.1 染色体重组与遗传多样性
• 3.5.2 异源易位系的诱导产生
• 3.5.3 染色体组多样性与中间偃麦草育种应用
• 第四章 偃麦草属 F O S M ID 文库的建立及筛选
• 4.1 绪论
• 4.1.1 偃麦草属基因组的研究进展
• 4.1.2 中间偃麦草基因组进化
• 4.2 基因组文库发展史
• 4.2.1 λ噬菌体文库
• 4.2.2 Cos m id 文库
• 4.2.3 F os m id 文库
• 4.2.4 BAC 文库
• 4.2.5 YAC 文库
• 4.3 偃麦草属 FO S M I D 文库的构建
• 4.3.1 偃麦草属基因组提取
• 4.3.1.1 所用材料
• 4.3.1.2 所需试剂
• 4.3.1.3 实验步骤
• 4.3.2 文库构建
• 4.3.2.1 文库构建所用试剂盒
• 4.3.2.2 实验步骤及结果
• 4.3.2.3 修复末端至 5 ’磷酸化
• 4.3.2.4 连接 D N A
• 4.3.2.5 噬菌体包埋
• 4.3.2.6 涂板检测
• 4.3.2.7 建立超级池
• 4.4 二倍体偃麦草文库的筛选
• 4.4.1 引物设计
• 4.4.2 探针的制备
• 4.4.3 酶解法根尖处理及原位杂交
• 4.4.3.1 原位杂交结果
• 4.5 讨论与展望
• 4.5.1 CR 在染色体上分歧因为重复次数不同所致
• 4.5.2 S t 和 E 组可能在进化中存在相互协调整合
• 4.5.3 十倍体偃麦草的可能进化途径
• 4.6 大片段文库的应用前景
• 4.6.1 物理图谱
• 4.6.2 基因组序列测序
• 4.6.3 图位克隆
• 4.6.4 分子标记发掘
• 4.6.5 染色体定位
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的研究成果