基于SSR标记的小麦族St、H、Y基因组六倍体物种遗传变异及种间亲缘关系研究

小麦族含有St、H、Y基因组的物种是禾本科小麦族最大的一个类群,它们不仅包含许多优良的牧草资源,还含有许多优异的抗逆基因资源,是牧草和麦类作物育种重要的基因库,具有重要的经济和生态价值。然而该类群物种的种属界限及系统关系一直存在争议,特别是六倍体物种间的亲缘关系争议较大,相关的研究还较少,其限制了该类群物种种质资源的进一步开发利用。研究小麦族St、H、Y基因组六倍体物种种间亲缘关系可为该类群物种的遗传多样性、种属关系及系统演化关系等提供重要参考。系统收集具有StHY、StStY、StStH、StHH基因组组成的六倍体物种25个,选用具有高通用性的SSR分子标记对其种间遗传变异、分化及亲缘关系进行分析。研究结果表明:1)27对SSR引物在46份供试材料中扩增出条带共229条,其中多态性条带213条,比率为93.01%;2)Dice遗传相似系数表明供试材料间的系数变异为0.479~0.981,平均值为0.670;StHY、StStY、StStH和StHH不同基因组组成物种内的相似系数变化分别为0.544~0.981、0.509~0.899、0.530~0.843和0.550~0.827,平均值分别为0.722、0.700、0.663、0.677;其揭示了供试物种之间存在丰富的遗传变异和不同程度的种间分化;3)聚类分析结果表明,不同基因组组成的物种间亲缘关系相对较远,相同基因组组成物种基本上能聚在一起且表现出不同程度的分化类型,其中StHY物种间分化最为显著,并与其形态特征表现出一定的一致性; 4)进一步明确了国产的披碱草属六倍体物种均为StHY基因组组成。研究结果揭示了供试的不同基因组组成的六倍体物种之间具有丰富的遗传多样性和明显的种间分化,其中StHY物种可明显分化成3种类型;相同或相似基因组组成的物种间表现出了较近的亲缘关系,研究结果支持基于基因组组成的分类体系对该类群物种分类地位的划分。     

基于SSR标记的小麦族St、H、Y基因组六倍体物种遗传变异及种间亲缘关系研究

小麦族含有St、H、Y基因组的物种是禾本科小麦族最大的一个类群,它们不仅包含许多优良的牧草资源,还含有许多优异的抗逆基因资源,是牧草和麦类作物育种重要的基因库,具有重要的经济和生态价值。然而该类群物种的种属界限及系统关系一直存在争议,特别是六倍体物种间的亲缘关系争议较大,相关的研究还较少,其限制了该类群物种种质资源的进一步开发利用。研究小麦族St、H、Y基因组六倍体物种种间亲缘关系可为该类群物种的遗传多样性、种属关系及系统演化关系等提供重要参考。系统收集具有StHY、StStY、StStH、StHH基因组组成的六倍体物种25个,选用具有高通用性的SSR分子标记对其种间遗传变异、分化及亲缘关系进行分析。研究结果表明:1)27对SSR引物在46份供试材料中扩增出条带共229条,其中多态性条带213条,比率为93.01%;2)Dice遗传相似系数表明供试材料间的系数变异为0.479~0.981,平均值为0.670;StHY、StStY、StStH和StHH不同基因组组成物种内的相似系数变化分别为0.544~0.981、0.509~0.899、0.530~0.843和0.550~0.827,平均值分别为0.722、0.700、0.663、0.677;其揭示了供试物种之间存在丰富的遗传变异和不同程度的种间分化;3)聚类分析结果表明,不同基因组组成的物种间亲缘关系相对较远,相同基因组组成物种基本上能聚在一起且表现出不同程度的分化类型,其中StHY物种间分化最为显著,并与其形态特征表现出一定的一致性;4)进一步明确了国产的披碱草属六倍体物种均为StHY基因组组成。研究结果揭示了供试的不同基因组组成的六倍体物种之间具有丰富的遗传多样性和明显的种间分化,其中StHY物种可明显分化成3种类型;相同或相似基因组组成的物种间表现出了较近的亲缘关系,研究结果支持基于基因组组成的分类体系对该类群物种分类地位的划分。     

应用RAPD分子标记探讨拟鹅观草属的种间关系

采用随机扩增多态性DNA(RAPD)技术,分析了拟鹅观草属(Pseudoroegneria)8种1亚种和鹅观草属(Roegneria)7种植物.35个引物产生的344条DNA扩增片段中,328条(95.35%)具有多态性,利用344个RAPD标记,在NTSYS软件中,计算Jaccard遗传相似系数,建立UPGMA聚类图.结果表明:1)物种间遗传差异明显,具有丰富的遗传多样性;2)R. elytrigioides、 R. alashanica和R. magnicaespes与拟鹅观草属的物种聚类在一起,表明它们与拟鹅观草属的亲缘关系较近,而与鹅观草属的亲缘关系较远;3)RAPD分子标记可以将拟鹅观草属的物种分开,而且形态相似,地理分布相同或相近的物种聚类在一起;4)RAPD结果与形态学和细胞学的分析结果一致,表明RAPD技术能为拟鹅观草属植物的系统学研究提供DNA水平上丰富的资料.     

用nrDNA ITS序列探讨小麦族含StH基因组物种的系统发育

小麦族中具StH基因组的物种被包含在广义披碱草属中。本研究利用nrDNA ITS序列,采用最大简约法、最大似然法和基于MJ算法的网状结构分析,对16个不同地理分布和形态特征的具StH基因组组成的物种及8个含St和H基因组的拟鹅观草属和大麦属的二倍体物种进行了系统发育分析。结果表明,1)过去归属于裂颖草属和猬草属的物种大松鼠尾巴草、瓶刷草和猬草与披碱草属物种关系较近,应当划入披碱草属中;2)北美的StH基因组物种聚类在一起,其亲缘关系较近,它们与欧亚大陆的StH基因组物种存在较大变异和分化;3)具StH基因组物种较大程度的变异和分化与物种的地理分布有关;4)St基因组和H基因组的二倍体物种分别存在较大的分化。同时本研究还讨论了造成小麦族StH基因组物种变异和分化的可能原因。     

基于叶绿体atpB-rbcL序列探讨猬草属和赖草属植物的系统发育和母系起源

对小麦族猬草属、赖草属(NsXm)、披碱草属(StH)及含不同染色体组(St、H、Ns、E^b、E^e、P、F 、V、W)的近缘二倍体属共46个类群的叶绿体基因间隔区atpB-rbcL序列进行系统发育分析,探讨猬草属和赖草属植物系统发育关系及母系起源。结果显示,1)猬草属模式种H. patula与拟鹅观草属和披碱草属物种聚为一支,表明H. patula与披碱草属植物亲缘关系近,其母本来源为含St染色体组的拟鹅观草属物种;2)猬草、长芒猬草、4个新麦草属物种及滨麦和所有欧亚分布的赖草属物种聚在一支,说明猬草、长芒猬草与欧亚赖草亲缘关系较近,其母本供体来自含Ns染色体组的新麦草属物种;3)高丽猬草和东北猬草与北美赖草及冰草属、旱麦草属、大麦属物种处于同一分支,表明高丽猬草和东北猬草与北美赖草具有较近亲缘关系,其母本供体为未知来源的Xm染色体组。研究结果支持将H. patula组合到披碱草属中,猬草、长芒猬草、高丽猬草和东北猬草应组合到赖草属中。     

小麦族鹅观草属植物研究进展

鹅观草属Roegneria是小麦族中最大的一个属,对于鹅观草属的归属问题,不同时期的学者拥有各自的看法和观点.根据国内外的研究资料,综述了鹅观草属植物的分类历史及围绕这一问题而展开的有关鹅观草属形态学标记、细胞学标记、生化标记和分子标记的研究进展情况,从几方面研究的结果来看,我国的大多数学者认为披碱草属和鹅观草属植物之间遗传差异较大,应把鹅观草作为一个独立的属对待,但也有少数人认为把鹅观草属和披碱草属合为1个属处理.此外,还对鹅观草的形态特征及地理分布进行了详细的描述.     

拟鹅观草属与鹅观草属和披碱草属属间及种间杂种的细胞学研究

为探讨在二倍体拟鹅观草属物种中St基因组的分化及其系统关系,本试验通过对3个二倍体拟鹅观草的种间杂种及黎巴嫩拟鹅观草和托瑞拟鹅观草与4个四倍体鹅观草属物种(StY)和3个披碱草属(StH,StYW)物种的属间杂种F₁花粉母细胞减数分裂中期I染色体配对行为及繁育特性进行分析。结果表明,1)中东的拟鹅观草二倍体物种(黎巴嫩拟鹅观草和托瑞拟鹅观草)中St染色体组与来自北美的物种(穗状拟鹅观草)可能存在差异;2)St染色体组在鹅观草属物种中(StY)和在披碱草属物种中(StH,StYW)均存在一定程度的变异,具有一定程度的分化;3)St染色体组与Y染色体组具有一定程度的同源性,亲缘关系较近,而与H染色体组的关系较远。     

基于叶绿体trnL-F序列对广义披碱草属物种的系统进化研究

广义披碱草属包括了披碱草属、鹅观草属、猬草属、裂颖草属和仲彬草属。为深入研究这5个小麦族多年生属的系统地位、母本来源及St染色体组的来源和分化等问题,本研究根据叶绿体DNA trnL-F序列构建了系统树和网状结构图。结果表明,1)广义披碱草属物种的母本不完全来源于拟鹅观草属的St染色体组,其中黑药仲彬草和梭罗仲彬草的母本染色体组为P染色体组,Hystrix duthiei及长芒猬草的母本染色体组为Ns染色体组;2)系统树中反映了P、W和St染色体组之间具有较近的亲缘关系,它们与H和Ns染色体组的关系较远;3)仲彬草属中黑药仲彬草和梭罗仲彬草与冰草属的二倍体物种聚类在一起,表明黑药仲彬草和梭罗仲彬草与冰草属的关系较近;猬草属中猬草聚在St支中,而H. duthiei和长芒猬草包括在Ns支中,表明它们具有不同的染色体组组成;4)5个不同地理分布的具有St染色体组的拟鹅观草属二倍体物种没有形成一个单系组,表明St染色体组在二倍体物种中存在一定程度的分化;在异源多倍体物种中,其St染色体组的质体序列构成了不同的分支,表明St染色体组在多倍体物种中也具有分化;5)亚洲分布的拟鹅观草属二倍体物种可能参与了大部分欧亚物种的起源,北美分布物种的St染色体组可能来源于北美的拟鹅观草属物种;有些物种在多倍化起源过程中可能发生了重复杂交过程。     

属间及种间杂种的细胞学研究

为探讨在二倍体拟鹅观草属物种中Ｓｔ基因组的分化及其系统关系，本试验通过对３个二倍体拟鹅观草的种间杂种及黎巴嫩拟鹅观草和托瑞拟鹅观草与４个四倍体鹅观草属物种（ＳｔＹ）和３个披碱草属（ＳｔＨ，ＳｔＹＷ）物种的属间杂种Ｆ１ 花粉母细胞减数分裂中期Ｉ染色体配对行为及繁育特性进行分析。结果表明，１）中东的拟鹅观草二倍体物种（黎巴嫩拟鹅观草和托瑞拟鹅观草）中Ｓｔ染色体组与来自北美的物种（穗状拟鹅观草）可能存在差异；２）Ｓｔ染色体组在鹅观草属物种中（ＳｔＹ）和在披碱草属物种中（ＳｔＨ，ＳｔＹＷ）均存在一定程度的变异，具有一定程度的分化；３）Ｓｔ染色体组与Ｙ 染色体组具有一定程度的同源性，亲缘关系较近，而与Ｈ染色体组的关系较远。     

仲彬草属物种细胞质基因组PCR-RFLP分析

应用PCR-RFLP技术对32份仲彬草属和2份外类群共34份材料细胞质基因组DNA进行遗传变异分析。选用的16个引物中4个叶绿体引物和5个线粒体引物可扩增出稳定而明显的PCR产物,其扩增产物用15种限制性内切酶进行酶切。结果发现,所有的135种引物/酶组合中,得到清晰稳定的83种引物/酶组合,其中在32份仲彬草属材料中有40种引物/酶组合(占48.2%)能检测到多态性,但多态性水平较低。32份仲彬草属物种间的遗传相似系数在0.833以上,平均值为0.903。聚类分析表明,细胞质基因组PCR-RFLP标记能将全部供试材料区分开,32份仲彬草属材料聚为4类。同种不同居群细胞质间的遗传变异很小,分别聚在一起;种间的细胞质遗传差异大于种内不同居群间的遗传差异;而形态相似、地理分布一致的物种有聚类在一起的倾向。因此,利用细胞质基因组PCR-RFLP标记不仅可检测到仲彬草属种间多态性,也可检测到种内多态性。细胞质基因组PCR-RFLP标记能为仲彬草属物种系统学研究提供有价值的资料。     

青藏高原老芒麦和垂穗披碱草SSR分子标记鉴别

垂穗披碱草(Elymus nutans)和老芒麦(E.sibiricus)是青藏高原高寒区广泛种植的优质牧草草种,由于生态适应性变异,在对一些野生种质资源鉴定中,二者常易混淆。为了区别鉴定垂穗披碱草和老芒麦,本研究结合细胞学鉴定,利用不同来源的老芒麦和垂穗披碱草种质材料,对源于普通小麦(Triticum aestivum)的42对SSR引物进行筛选。结果表明,筛选出的小麦EST SSR引物Xcwem38c在垂穗披碱草中的多态性标记可以有效区分垂穗披碱草和老芒麦。     

鹅观草属系统演化研究进展

鹅观草属（Roegneria C.Koch）是小麦族类群中最大的属,拥有小麦（Triticum aestivum）等粮食作物所需的高产、抗病虫害、抗逆等优良基因。然而鹅观草属的分类系统、演化地位以及与其近缘属的演化关系等问题,迄今仍然处在争论之中。为了系统地认识和了解鹅观草属的系统发育概况,本研究结合国内外研究资料,对鹅观草属的确立、分类系统、系统演化、染色体组组成与分化的研究现状进行了综述。随着分子标记技术的日渐成熟,结合分子系统学、细胞学及传统形态学方法进行系统发育的研究,将成为有效的途径。     

菊苣EST-SSR分子标记开发及通用性分析

为了开发菊苣（Cichorium intybus）简单重复序列（Simple sequence repeat,SSR）分子标记,采用菊苣表达序列标签（Expressed sequence tags,EST）序列设计EST-SSR引物,并验证引物的有效性和通用性。结果表明：菊苣EST序列中共搜索到648个SSR位点,146种重复基序,SSR出现频率为1.61%;三核苷酸重复类型最多（46.45%）,TC/GA基序出现频率最高（14.35%）;152对EST-SSR引物在菊苣中的有效扩增率和多态率分别为78.29%和57.24%。其中37对引物在31份莴苣亚族（Lactucinae Less.）材料中的扩增转移率为86.05%,遗传多样性分析显示不同种间存在明显的遗传分化,聚类结果与材料的地理来源有较高相关性。综上所述,基于菊苣EST序列开发的SSR引物可用于菊苣及其近缘属种遗传多样性分析及种间鉴定,为菊苣族（Lactuceae Cass.）种质资源评价、系统进化研究及分子标记辅助育种奠定了重要基础。     

利用ITS序列和trnL-F序列探讨赖草属6个物种的系统发育关系

本研究克隆了赖草属6个物种Leymus karelinii,L.angustus,L.racemosus,L.arenarius,L.triticoides和L.ambiguus的ITS序列和trnL-F序列,并选用3个新麦属物种的ITS序列和27个小麦族二倍体物种的trnL-F序列,均以Bromus catharticus为外类群,用最大简约法构建系统发育树。结果发现:不同组的赖草属物种分别聚在一起;赖草属植物与新麦草属植物亲缘关系较近;新麦草属植物是这6个赖草属物种的母本来源。     

披碱草属分类的研究及其存在的问题

披碱草属(Elymus L.)是禾本科、小麦族的一个经济属,其属内绝大多数种是优良牧草,饲用价值极高,有些种类具有耐寒、耐旱、耐碱等特性,是农牧业良种繁育、牧草利用的重要基因资源;但该属同时又是分类学上的一个疑难属,其属中的存疑问题较多,尤其是属的界限、属下类群的划分、以及类群演化关系上仍存在颇多争议。本文详细总结了国内外诸多学者的研究成果,分析了披碱草属分类学研究中存在争议的原因,主要是披碱草属地理分布高度重叠,生态适应相似;加之,分类标准的不同,采用的研究方法差异较大,以什么性状作为鉴别特征等方面不同学者存在不同的认识。