楷杷属植物核型分析和远缘杂交亲和性研究

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枇杷属(Eriobotrya Lindl.)起源于中国,隶属于蔷薇科苹果亚科,一共有约30种。其中15种(以及6个变种或变型)原产于我国。此外,东南亚原产的有6个种,另外还分布有5个中国原产种的变种或变型。   上述枇杷属植物的属下分类乃至系统学均未正式建立,大渡河枇杷等一些种的分类地位未确定,起源演化的研究刚刚开始。其次,作为枇杷属中唯一的栽培种,普通枇杷(Eriobotrya japonica Lindl.)虽然有丰富的品种资源,但总体而言,栽培枇杷的遗传多样性水平相当狭窄,一些性状有必要通过与野生枇杷杂交而获得改良。   本研究通过染色体核型分析,基因组原位杂交和远缘杂交,研究枇杷属植物的亲缘关系,为枇杷属系统学和遗传改良应用奠定一定的基础。取得的主要研究结果如下:   1、枇杷属及其近缘属若干植物的核型特征   21个枇杷属植物种类(包括16个基本种、4个变种、1个种间杂种)和1个枇杷近缘属植物(石斑木)的体细胞染色体数目都是2n=34。染色体绝对长度1.5~5μ m。染色体结构包括中部、近中部和近端部着丝粒染色体3种,但以中部着丝粒染色体居多。在这21个枇杷属植物种类的共714个编号的染色体中,中部着丝粒染色体有368个,占51.54%;近中部着丝粒染色体344个,占48.18%,近端部着丝粒染色体只有大花枇杷的2个染色体,占0.28%。最长染色体与最短染色体的比值变化范围为1.95(小叶枇杷、窄叶枇杷)~1.47(麻栗坡枇杷),臂比大于2:1的染色体比例变化范围是0.06~0.47,不对称系数变异范围是61.08~66.44。因此,本研究所有枇杷属植物的核型都是2A型。从对称角度来看,种间核型差异很小,都属于对称型的核型。此外,石斑木属石斑木的体细胞染色体数目也是2n=34,为二倍体。核型公式为2n=2x=34=24m+10sm,染色体绝对长度为2~3μm,最长染色体与最短染色体的比值为1.45,臂比大于2:1的染色体比例为0.18,核型为2A型。   除片马枇杷外,本研究的枇杷属植物的第一对染色体都是近中部着丝点染色体,这可能是枇杷属植物的核型特征之一。除大花枇杷有一对近端部着丝粒染色体(第一对)外,其他的体细胞染色体组都是由中部和近中部着丝粒染色体构成,用火焰干燥法制片,吉姆萨染色,未发现有明显、稳定存在的随体,但是用DAPI衬染、进行GISH(基因组原位杂交),则可以发现大渡河枇杷和普通枇杷‘解放钟’分别有一对和一条染色体带有随体。   2、根据染色体形态对枇杷属植物进行分类   本研究的枇杷属植物都属于对称的核型2A,但各个种的具中部着丝点染色体的多少则有不同,据此不同,可对本研究的枇杷属植物进行分类。初步分为五类,第一类是核型为24m+10sm的枇杷,包括小叶枇杷和窄叶枇杷;第二类是核型为20m+14sm的枇杷,只有普通枇杷;第三类是核型为18m+16sm的枇杷,包括麻栗坡枇杷、大渡河枇杷、齿叶枇杷、香花枇杷;第四类是核型为16m+18sm的枇杷,包括广西枇杷、台湾枇杷、台湾枇杷武葳山变型、台湾枇杷恒春变型、栎叶枇杷、栎叶枇杷老挝变种、南亚枇杷、南亚枇杷变型、片马枇杷、椭圆枇杷、倒卵叶枇杷、大果枇杷;第五类是核型为16m+16sm+2st的枇杷,只有大花枇杷。大花枇杷是所观测枇杷属植物唯一一个平均臂比大于2的种,另一方面它与香花枇杷在形态上很相近,因此似也可将它作为附属于香花枇杷所属的第三类中的一个特殊亚类。   3、基于GISH对栎叶枇杷、大渡河枇杷和普通枇杷亲缘关系的分析   以栎叶枇杷基因组DNA为探针,与普通枇杷‘解放钟’×栎叶枇杷的染色体原位杂交,用普通枇杷‘解放钟’基因组DNA为封阻DNA的GISH实验表明,当探针DNA浓度:封阻DNA浓度=1:32,可以有效鉴定出普通枇杷‘解放钟’和栎叶枇杷的种间杂种,这与前人的关于3倍体栽培枇杷的研究结果类似。因此可以推断,枇杷属植物基因组原位杂交的最佳探针:封阻比例约为1:40。   栎叶枇杷与普通枇杷,普通枇杷与大渡河枇杷的正反GISH实验表明,栎叶枇杷和普通枇杷、普通枇杷与大渡河枇杷的亲缘关系都较近,GISH试验都无法区分二者的染色体组,不能推测双方的染色体组是否有外源染色体,因此不支持普通枇杷和栎叶枇杷、普通枇杷与大渡河枇杷互为亲本和杂交后代的假设。   基于栎叶枇杷和大渡河枇杷正反GISH分析,以栎叶枇杷基因组DNA为探针与大渡河枇杷染色体杂交,以普通枇杷普通枇杷‘解放钟’基因组DNA为封阻,探针和封阻的比例从0到1:80,整个杂交过程的GISH图片类似普通枇杷‘解放钟’×栎叶枇杷种间杂种的GISH鉴定信息,并且发现类似染色体消减和染色体易位的现象。结合本实验观察到的现象,推测大渡河枇杷是杂种起源,而栎叶枇杷是大渡河枇杷的亲本之一。大渡河枇杷在形成过程中,曾与另一亲本发生1次或多次回交,由于母本遗传物质对父本遗传物质的排斥作用,引起的染色体消减及片段化,其发生的原因及机理有待进一步的研究。由于染色体结构的改变,大渡河枇杷形成了一个新的种。   4、枇杷属植物远缘杂交研究结果   采用去雄、套袋、人工授粉方法对7个枇杷属及2个枇杷近缘属植物进行了82个种间、19个属间组合的杂交试验。研究发现:枇杷属植物种间杂交大多数为部分亲和,少部分完全亲和;同时存在杂交不亲和现象。通过花粉萌发试验结合杂交实验的结果,初步分析了杂交不亲和的原因。枇杷属与其近缘属植物(石斑木,石楠)的正交基本上是不亲和的,反交有5个组合能结果,但都是胚胎中途败育,需要进行胚挽救。按照杂交亲和力强弱,普通枇杷、栎叶枇杷和大渡河枇杷归为一类;台湾枇杷、台湾枇杷恒春变型、台湾枇杷武葳山变型(潮安)、台湾枇杷武葳山变型(乳源)、广西枇杷和椭圆枇杷聚为一类。推测广西枇杷、台湾枇杷武葳山变型(潮安)都与南亚枇杷有较近的亲缘关系,但需要更多的杂交重复数证明。属间杂交实验表明,石斑木和广西枇杷、椭圆枇杷、台湾枇杷及其变种都有一定的杂交亲和力。本研究结果显示:枇杷属植物种间和属间杂交都有一定的亲和性,为今后开展枇杷远缘杂交,改良栽培枇杷遗传性狭窄的性状提供了可能。
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