基于细胞学和ITS序列的短柄草分类及系统进化分析

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短柄草(Brachypodium distachyon)是一种广泛分布于温带地区的禾本科植物,基因组小、染色体少、DNA重复序列少、植株较矮、生育期短、种子数量多,与小麦族植物一样具有二倍体、四倍体和六倍体,且不需要严格的生长条件和栽培措施,是小麦等早熟禾谷类理想的模式植物。   近几年来,短柄草越来越引起国内外分子生物学研究者的重视,对其植物学、细胞遗传学、分子生物学、组织培养和遗传转化性能等进行了研究,短柄草全基因组序列也已于2008年完成,对其基因组序列信息的发掘,对于获取禾本科基因组中、尤其是麦类植物基因组中所缺少的重要基因共线区信息等有重要价值。   本研究以二倍体和六倍体短柄草为材料,对短柄草的根尖染色体制片技术进行了改进,研究预处理固定液和酶解时间对染色体制片质量的影响,以期建立简单稳定的短柄草染色体制片技术,为短柄草分子细胞遗传学研究提供技术支撑。研究结果表明,以45%醋酸固定液固定根尖,酶解时间2小时为最佳的根尖染色体制备方法.   利用分子细胞遗传学对六倍体短柄草的染色体起源和进化进行了研究。45SrDNA的FISH结果显示,二倍体和六倍体分别有1对和2对45SrDNA杂交位点。用二倍体短柄草基因组DNA做探针和六倍体短柄草染色体进行GISH,结果显示,所有的六倍体材料,10条大的染色体上有很强的杂交信号,且杂交信号在着丝粒附近较强,而20条小的染色体上只在着丝粒附近有弱的杂交信号。研究表明二倍体和六倍体在着丝粒附近共有更多的保守序列,六倍体短柄草不是同源六倍体,而是由不同的染色体组组成的异源六倍体,其中的10条大的染色体来源于一个二倍体祖先染色体组,剩余的20条小染色体来源于一个祖先种.   ITS(Internal Transcribed Spacer)序列位于18S和26S核糖体基因间,包括一段进化上高度保守的序列(5.8S亚基因编码基因)和两个基因间隔区(ITS1和ITS2),其转录产物不加入成熟核糖体,只对nrRNAs的加工剪切起辅助作用。ITS片段进化速度快,且片段长度不大,绝大多数被子植物中小于700bp,加上协调进化使此片段在基因组不同重复单元间十分一致,非常适合进行各种分子操作,在被子植物上成为系统与进化植物学研究中的重要分子标记。本研究利用通用的ITS序列的引物克隆了不同倍性短柄草的ITS序列,进行了短柄草基于ITS序列的系统进化分析。对17个不同材料的短柄草ITS序列进行了克隆,共得到28条序列,其中,六倍体材料除一个材料(06I-35)只得到1条序列外其余材料都得到2条序列,二倍体和四倍体材料都只得到1条序列。将在六倍体中得到的2个序列分为A和B两个类群.系统进化分析表明,六倍体材料中的2条序列分别和不同的二倍体种归到同一类群,这表明,六倍体短柄草基因组可能是由这两个物种的祖先进化而来,其中的10条大的染色体可能由Hsiao(1993)报道的B.distachyon品系的祖先经过进化提供,20条小的染色体可能由06I-20、06I-29或06I-38的祖先经过二倍体化后形成.
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