人工合成小麦中异源多倍化引起的基因组变异

作     者：王变银 

作者单位：山东农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孔令让

授予年度：2011年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：人工合成小麦 异源多倍化 SSR 序列消除 缓冲作用 

摘      要：普通小麦(Triticum aestivum L.,2n=6x=42,AABBDD)是异源六倍体,由A、B、D三个具有部分同源关系的染色体组组成。人们通过模拟小麦的起源过程,利用四倍体小麦(T. turgidum L., 2n=28, AABB)与粗山羊草(Ae. tauschii , 2n=14, DD)杂交,经染色体加倍人工合成六倍体小麦,再以此人工合成小麦作为桥梁亲本,能更有效地将四倍体小麦或者粗山羊草的优异基因转移到普通小麦。同时,人工合成小麦可以用于探索异源多倍化的发生机制及发生后小麦基因组的变异研究。小麦基因组中含有大量的重复序列,其中简单序列重复序列,即微卫星序列(Simple Sequence Repeat, SSR或Microsatllite),是植物基因组的重要组成部分。SSR标记的原理就是利用微卫星序列重复单元的多态性来区分物种之间的差异,加上SSR标记自身的一些优点,使其成为研究物种遗传变异及进化的重要工具之一。 本研究利用SSR标记对5份来自同一四倍体小麦、不同粗山羊草的人工合成双二倍体小麦(称为第一套材料)和5份来自同一粗山羊草、不同四倍体小麦的人工合成双二倍体小麦(称为第二套材料)及其合成亲本的基因组进行比较,分析了异源多倍化对小麦基因组的影响及SSR对基因组的作用。获得以下主要结果: (1)在第一套材料中,合成小麦与亲本相比发生变异的比例依次为:G-SSR标记是4.6%、EST-SSR标记是2.6%、STS标记是0;而在第二套材料中,其变异比例依次为:G-SSR标记是38.6%、EST-SSR标记是11.8%、STS标记是0。结果表明,在异源多倍化作用下,非编码区的变异大于编码区变异;而且,不同人工合成小麦对异源多倍化的作用响应不同,合成小麦Syn44,Syn98,Syn68的变异较大,可为进一步研究异源多倍化作用提供良好材料。 (2)通过对上述两套材料中合成小麦及其双亲的全基因组扫描(指包括A、B、D基因组的SSR标记),两套材料都出现了双亲中的微卫星扩增条带在合成小麦中消除的现象,消除位点频率分别为2.9%和6.5%。因此序列消除可能是异源多倍化过程中一个比较普遍的现象。 (3)通过对31对SSR引物扩增产物的大量测序表明,扩增片段的差异主要是由简单序列重复区重复单元数目的增加或减少引起的,而引物两端的侧翼区变化很小,相对比较保守。微卫星序列在小麦多倍体化过程中是一种非常活跃的碱基序列,因此不同品种(系)间表现出高度多态性,其本身也许没有功能基因的作用,但在新物种形成过程中对稳定功能基因起到缓冲作用。因此,微卫星序列对于维持物种的遗传和稳定具有重要意义。