利用SCoT标记分析花生栽培种×A.chacoensis组合异源多倍化的早期基因组变化

【目的】研究花生属异源多倍化过程中基因组变化行为,揭示花生属多倍体进化的分子机制。【方法】采用SCoT标记对四倍体栽培种仲恺花4号和二倍体野生种A.chacoensis的种间杂种F1及早期多倍体世代(S0—S3)基因组变化时间、类型和频率进行分析。【结果】18条SCoT引物共扩增出126个位点,其中多态性位点117个,多态性比率达92.86%,在供试材料中检测出了丰富的DNA多态性;与扩增出的109条亲本条带比较,F1—S3分别丢失亲本条带28、30、10、11和10条,其中,来自父本特异性条带为16、12、7、9和9条,各自新增条带9、3、10、14和8条,说明SCoT产物早在Fl即开始发生变化,变化类型包括亲本条带的丢失、跳跃式继承和新条带的产生,在丢失的亲本条带中以父本条带为主。【结论】ATG翻译起始位点及其侧翼区域在花生种间杂交异源多倍化早期迅速发生广泛而剧烈的变化,其生物学功能可能与多倍体的进化和稳定有关;SCoT标记作为一种简单、有效和实用的新型功能型分子标记技术,可以为花生属及其它物种多倍体进化中基因组遗传变化研究提供技术支持。

花生种间杂种异源多倍化早期世代性状和SSR变化研究

以四倍体栽培种花生仲恺花4号为母本、二倍体野生种花生Arachis chacoensis为父本,对其种间杂种F1及人工加倍获得的异源六倍体S0及自交世代（S1～S3）植株的植物学性状和花粉育性进行观察,采用SSR标记研究各世代的基因组变化情况.结果显示随着自交的进行,F1～S3植株的总分枝数、第一对侧枝长和花旗瓣宽变异系数分别达到48.48％、34.56％和13.74％,表现出明显的不稳定性;F1～S3的花粉萌发率分别为0、11.03％、10.58％、16.44％和18.53％,花粉育性随着世代的增加逐渐增强;扩增出的微卫星条带在F1开始发生变化,主要包括为亲本片段的丢失、跳跃式继承和新片段的产生,随着世代的增加表现出稳定的趋势,表明微卫星及侧翼区域变化剧烈而快速,其生物学功能可能与多倍体进化过程有关.

小麦-黑麦异源多倍化中的微卫星序列变异

[目的]探测异源多倍化过程中微卫星序列变异。[方法]利用150对小麦微卫星引物调查了小麦-黑麦双二倍体形成过程中微卫星序列的变异情况。[结果]与杂交F1植株及亲本植株相比,28对引物从双二倍体中扩增产物发生了变异,而其余引物从亲本、F1植株及双二倍体中扩增的带型相同。[结论]这表明常发生在二倍体生物中的微卫星序列变异现象在植物异源多倍化过程中也会发生,异源多倍化可能是促进微卫星进化的又一个不可忽视的动力。

花生属人工异源多倍体进化早期基因表达变化的cDNA-SCoT分析

为了探索花生属异源多倍体进化理论和种间杂交过程所涉及的遗传机制,以四倍体栽培种花生与二倍体野生种A.doigoi及其种间杂种F1和早期多倍体世代（S0~S3）为材料,采用cDNA-SCoT技术研究花生属人工异源多倍体进化早期基因表达变化规律。12条SCoT引物共扩增出108个cDNA片段,获得差异片段80个,占扩增总条带数的74.07%,对其中的35个差异片段进行克隆测序,有26个和GenBank数据库中已录入的基因具有较高的相似性,包括能量与代谢相关基因（8个）、未知功能蛋白基因（3个）、抗逆性相关基因（4个）、信号传导相关基因（2个）和反转录转座子相关基因（9个）。这说明花生属种间杂交人工异源多倍化早期世代发生着快速、剧烈的基因表达变化;从中获得的一些差异基因片段可用于花生属异源多倍化的分子机制研究。

人工异源六倍体小麦中甲基化差异的MSAP分析

利用MSAP方法分析了小麦从四倍体到六倍体进化过程中甲基化水平和甲基化遗传模式的变化。结果表明,人工异源六倍体小麦SCA/SQ(AABBDD)及其四倍体母本SCAUP(AABB)、二倍体父本粗山羊草SQ523(DD)的总甲基化水平分别为28.21%,27.53%,24.11%。37对引物检测到1 087条差异的扩增片段,对这些位点的甲基化遗传模式进行分析,结果表明,在人工异源六倍体中发生过甲基化的比例为18.95%,高于去甲基化的比例(2.58%)。这些结果揭示了小麦从四倍体到六倍体的进化过程中,通过对一些功能基因的甲基化来减轻异源多倍化造成的影响。

花生栽野种间杂交异源多倍化早期世代基因表达变化分析

为了进一步认识花生种间杂交异源多倍体进化过程中的基因表达变化规律,采用cDNA-HFO-TAG技术,研究花生种间杂交组合(四倍体栽培种‘仲恺花4号’×二倍体野生种Arachis. diogio)杂种F_1和早期多倍体世代S0~S3的基因表达变化情况。14条HFO-TAG引物共扩增出121条cDNA片段,其中差异片段84个,主要包括三种类型:亲本转录物完全沉默(3个),双亲转录物在后代部分材料中沉默(59个)和新转录物激活(22个),上述变化在F1代即开始发生。筛选其中大小为500~2 000 bp的35个TDFs进行克隆测序,有27个和NCBI数据库中已录入的基因具有较高的相似性,包括抗逆相关基因(10条)、未知功能蛋白基因(8条)、能量与代谢相关基因(7条)和转录因子相关的基因(2条)。这些研究结果进一步表明在花生种间杂交异源多倍化早期发生着快速、剧烈的基因表达变化,从中获得的差异基因片段,有助于了解花生属种间杂交异源多倍化早期分子机制变化,这对有效利用野生花生种质优异基因具有重要意义。cDNA-HFO-TAG技术简单、有效且实用,完全适用于花生属基因表达变化研究,可以作为花生属及其它物种基因表达变化分析技术的有效补充。

人工合成异源六倍体小麦β-葡萄糖苷酶活性的变化

[目的]研究小麦多倍化初期β-葡萄糖苷酶活性的变化。[方法]以生长17d的人工合成异源六倍体小麦(第五代)及其父本粗山羊草、母本硬粒小麦的叶片为材料,采用pNPG法测定β-葡萄糖苷酶的活性,采用分光光度法测定可溶性蛋白含量,进而研究了六倍体小麦多倍化初期β-葡萄糖苷酶活性的变化。[结果]二倍体父本TQ27中β-葡萄糖苷酶的比活力略高于四倍体母本TTR04,但差异不显著。人工合成六倍体小麦AT5中β-葡萄糖苷酶的比活力最低,与其父本TQ27、母本TTR04中β-葡萄糖苷酶比活力差异显著。TQ27、TTR04和AT5中β-葡萄糖苷酶的平均比活力分别为62.36、64.66和24.15U/(μg.h)。[结论]异源多倍化初期六倍体小麦的β-葡萄糖苷酶活性较其双亲显著降低。

花生属种间杂种及其早期多倍体世代生理特性变化研究

为了研究花生属异源多倍体进化过程中的生理特性遗传变化规律,以花生区组栽野种间杂种F1、早期多倍体世代（S0~S3）及其亲本为材料,分析植株叶片中的脯氨酸、丙二醛、可溶性糖和叶绿素含量以及过氧化物酶活性等抗病抗逆相关生理生化指标的变化特征。结果表明,杂种F1代各项生理指标都高于亲本,表现出明显的杂种优势;染色体加倍后的S0~S1代植株叶片中的POD活性、脯氨酸含量和叶绿素含量均高于F1代,S1~S3代各项生理指标伴随着自交代数的增加而逐渐降低,但仍高于母本栽培种,说明染色体加倍后的多倍体植株可能具有更强的抗病、抗旱等抗逆和环境适应能力。

不同倍性小麦对盐胁迫的适应性差异

为了揭示不同倍性小麦适应盐胁迫的差异,该研究以人工合成六倍体(AABBDD)小麦及其四倍体(AABB)小麦(Triticum turgidum)和二倍体(DD)节节麦(Aegilops tauschii)亲本为材料,研究了不同浓度NaCl(0、200 mmol·L^(-1))胁迫处理下小麦幼苗K^+、Na^+含量以及K^+/Na^+的变化规律,以及不同浓度(0、50、100、200 mmol·L^(-1))盐胁迫对超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白和可溶性糖含量的影响规律。结果表明:四倍体表现出显著的高Na^+低K^+以及较低的K^+/Na^+,二倍体表现出显著的低Na^+高K^+和较高的K^+/Na^+,NaCl胁迫时离子含量变化大,对盐胁迫的适应性更强,六倍体在积累K^+的能力上也有一定的优势。低浓度(50~100 mmol·L^(-1))盐胁迫使3种倍性材料的丙二醛含量和抗氧化酶活性升高。四倍体在累积渗透调节物质和调节抗氧化酶活性的能力上显著强于二倍体和六倍体,六倍体在POD活性以及积累脯氨酸和可溶性蛋白的能力上也具有一定的优势。根据研究结果推测,含有DD染色体组的二倍体节节麦主要通过调节K^+/Na^+来适应盐胁迫,而含有AABB染色体组的四倍体小麦主要通过调节抗氧化酶的活性累积渗透调节物质来适应盐胁迫,作为二倍体和四倍体远缘杂种的人工合成六倍体小麦则表现出了综合的耐盐适应性机制,相较于两亲本具有更加广泛耐盐适应性。

对人工合成小麦的微卫星变异分析

比较分析了同一四倍体小麦Langdon与5个不同粗山羊草在合成六倍体小麦前后A、B、D染色体组不同染色体上的微卫星变异,旨在通过分析异源多倍化引起的微卫星位点和序列变异以期探讨异源多倍体的进化机制。在所检测的位于A、B染色体组上各125个特异微卫星(G-SSR)标记中,分别有5个(4.0%)和6个(4.8%)位点发生变异;而在76个A/B染色体组上的表达序列标签微卫星(EST-SSR)标记中,只有2个(2.6%)发生了变异,比A、B染色体组G-SSR变异频率小,说明功能基因区的变异小于重复序列非编码区。在D染色体组上的103个G-SSR标记中,3个位点(2.9%)发生了序列变化。对表现差异的微卫星位点序列分析发现,人工合成小麦中多倍化引起的微卫星序列变异主要表现为简单序列重复单元次数的增加或减少;发生消除的微卫星序列比普通的微卫星序列更易发生不同类型的序列改变。微卫星序列在异源多倍化过程中对新物种基因组的形成可能起到重要的调节作用。

红砂基因组大小变异及物种分化

红砂(Reaurnuria soongarica,柽柳科)是广泛分布于亚洲内陆干旱区温带荒漠的建群灌木,该物种内部经历过分化和杂交事件,是研究荒漠植物多样性发生和杂交物种形成的理想模型。然而,红砂不同群体的倍性水平尚不清楚,制约了对其物种形成机制的深入研究。为了确定红砂不同支系的倍性及基因组大小变异模式,本研究以红砂幼苗根尖为实验材料,以野生番茄(Solanum pimpine llifolium)作为内标物种,利用流式细胞术对分别来自北疆支系及其可能的亲本支系(东部和西部支系)的共8个红砂群体进行了DNA 1C-值测定和分析。结果显示:红砂东部支系的DNA 1C-值(1.149±0.012 pg)略小于西部支系的1C-值(1.195±0.031 pg)。北疆支系中阜康(FK)和沙湾(SW)群体的DNA 1C-值处于东、西支系的1C-值之间,而火烧山(HSS)和五彩城(WCC)群体的1C-值接近东、西支系1C-值的2倍。结合之前的分子标记结果,我们推测北疆支系中阜康和沙湾群体为东、西部支系的同倍体杂交种群,而火烧山和五彩城群体属于异源四倍体杂交种群。不同倍性的北疆群体起源于不同的杂交事件,可以划归为不同的物种。

植物

竹子异源多倍化历史和独特性状禾本科(禾草)是被子植物最大科之一,约有12000种,是水稻、小麦、玉米等人类粮食和牲畜饲料的主要来源,也为人类提供了加工淀粉、制糖、酿酒、造纸、编织和建筑等方面的重要原料。同时,禾本科又是植物遗传学和基因组学研究的模式类群。