鹅观草属天然杂种的鉴定和起源研究

作     者：宋阳 

作者单位：四川农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张海琴

授予年度：2022年

学科分类：090503[农学-草业科学] 0909[农学-草学] 0905[农学-畜牧学] 09[农学] 

主      题：天然杂种 自然杂交 鹅观草属 曲穗草属 GISH FISH Acc1 DMC1 分子系统发育 

摘      要：自然杂交在植物界普遍存在,在物种多样性和物种形成中起重要作用。小麦族植物种类繁多,分布广泛,不同属或种的物种之间的自然杂交是时常发生的事件。川西北青藏高原分布了大量禾本科小麦族不同种属的物种。我们在四川省红原县江茸乡达格则发现了1株疑似天然杂种的植株,该植株不结实,且为单小穗(每穗轴节着生1枚小穗),根据穗部形态特征,我们认为该植株是鹅观草属(Roegneria ***)的天然杂种,命名为RS(Roegneria sterile plant)。我们将该植株种植在四川省红原县的四川省草原科学研究院试验地里,种植5年后发现,该植株结实收种150粒,次年发芽成苗54株,最终存活43株。43个植株形态多样,都表现为不育,我们推测为RS的自交后代或是与周围的伴生物种发生杂交产生的后代,命名为RSO(Roegneria sterile plant offspring)。本研究通过形态学分析、结实率统计、花粉育性分析、染色体倍性鉴定、染色体配对分析、基因组组成鉴定和分子系统发育分析等方法,首先对野外发现的1株鹅观草属不育植株RS进行鉴定,分析其染色体倍性、基因组组成及可能的亲本来源;然后对不育植株RS上收获的43个后代植株RSO进行形态学、染色体倍性、基因组组成鉴定和分子系统发育分析,并探讨它们可能的亲本来源。主要结果如下:***的形态学和细胞遗传学鉴定:花粉育性统计约2000粒花粉,结实率统计10穗,结果显示,RS花粉育性为7.9%(158/2000),结实率为0.45%(17/3808)。染色体倍性鉴定结果显示,RS含有28条染色体,为四倍体植株(2n=4x=28)。花粉母细胞染色体配对分析结果显示,RS的平均染色体构型为0.97 I+12.41Ⅱ+0.19Ⅲ+0.38Ⅳ+0.02 VI,出现较低频率的单价体和多价体,C值为0.88,表明RS的两组染色体组同源。原位杂交结果显示,当用St基因组特异的FISH探针St-80,RS有14条染色体出现St型杂交信号,表明RS含有14条St染色体;再使用***(St Y)基因组探针,与RS体细胞进行杂交,28条染色体出现杂交信号,表明RS的基因组组成为St St YY,且未发现易位的情况。根据染色体组分类原则,含St和Y染色体组的物种,被划分到鹅观草属中。形态学分析结果显示,根据RS花序、颖片、外稃芒和叶片等的形态特征及地理分布推测,RS的可能亲本来源为紫穗鹅观草(*** Keng)与耐久鹅观草(*** Keng)。***的形态学鉴定:花粉育性统计约2000粒花粉,结实率统计10穗,结果显示,43份RSO均不育,表明RSO可能是杂种不育。性状调查结果显示,RSO形态多样,如穗状花序下垂或直立,茎节被蜡或不被蜡,叶片被毛或不被毛等。根据RSO花序、叶片和茎节等形态特征推测,43份RSO应该为鹅观草不育植株RS与周围不同的伴生物种自然杂交产生的后代。形态聚类分析结果表明,18份RSO的父本可能是垂穗曲穗草(Campeiostachy nutans)或短芒曲穗草(***);9份RSO的父本可能为垂穗曲穗草(***)或黑紫披碱草(Elymus atratus);5份RSO的父本可能为垂穗曲穗草(***);10份RSO的父本可能为黑紫披碱草(***);1份RSO的父本可能为麦宾草(*** ***)。大部分RSO在株高和分蘖等性状表现出较强的杂种优势,可进一步用于牧草的选育。***的细胞遗传学鉴定:染色体倍性鉴定结果显示,鉴定34份RSO含有35条染色体,为五倍体(2n=5x=35),1份RSO13含有36条染色体,为非整倍体物种(2n=36),因此,可以推测RSO为四倍体母本(2n=4x=28)与六倍体的父本(2n=6x=42)通过自然杂交形成。选取14份形态特征具有代表性或性状优良的RSO进行花粉母细胞染色体配对分析,结果显示,14份RSO每细胞平均单价体为5.45～11.36,平均二价体为11.49～14.18,平均三价体为0～0.85,平均四价体为0～0.34,平均五价体为0～0.02,平均六价体为0～0.09,C值为0.59～0.90,表明14份RSO有2组染色体具有较高的同源性。RSO出现了不同程度的单价体和多价体,观察到滞后染色体和染色体桥,染色体配对不完整,导致其不育。对于RSO通过单色或双色GISH和FISH探针St-80多种探针组合,鉴定21份五倍体RSO有28条染色体出现完整的St Y杂交信号,7条染色体出现完整的H杂交信号,结果表明其基因组组成为St St YYH,未发现染色体易位的情况;9份五倍体RSO有27条染色体出现完整的St Y