植物异源附加系研究进展

异源附加系是指一个或一对异源染色体附加到一个物种染色体组上的品系,是遗传研究和染色体工程育种的重要基础材料。根据所附加外源染色体的数目,可将异附加系分为单体、双体和多重异附加系,其中单体、双体异附加系的研究和利用价值较高。阐述了异源附加系的特性、培育及鉴定方法,结合生物学发展进程,指出了其应用和发展前景。     

黄瓜—酸黄瓜异附加系的创制与鉴定

异附加系是重要的种间材料,可用于种间外源遗传物质的渐渗及基因定位等相关研究,创制多种类型的异附加系对于栽培黄瓜(Cucumis sativus)的品种改良及相关研究均具有重要作用。本试验中以来源于酸黄瓜(Cucumis hystrix)和栽培黄瓜‘北京截头’杂交的种间异源四倍体为母本,以‘北京截头’为轮回父本,连续回交获得22株植株。利用基因组荧光原位杂交(GISH)技术确定22株BC_2群体中附加有外源染色体的植株,然后利用oligo-FISH技术和12个酸黄瓜染色体单拷贝序列标记准确识别外源染色体。共筛选出4种异附加系材料,包括3种单体异附加系和1种双单体异附加系。其中3种单体异附加系分别附加酸黄瓜6号、10号和12号染色体,双单体异附加系同时附加了酸黄瓜6号和10号染色体。     

芥蓝—菜薹种间三倍体回交子代染色体数鉴定及单体异附加系的选育

为创造CC染色体组附加A染色体组的单体异附加系,以芥蓝—菜薹种间三倍体(CCA)为材料,采用人工杂交、形态和细胞学鉴定及核型分析等方法,比较了芥蓝—菜薹种间三倍体与其亲本芥蓝(CC)正、反交的结实性,分析了杂交子代的染色体数及频率分布,并对筛选出的单体异附加系进行了系统研究。结果表明:CCA×CC和CC×CCA的结籽率分别为0.28%和0.63%;在鉴定的88个CC×CCA的子代中,全部为2n=18的整倍体植株;在鉴定的156个CCA×CC的子代中,(2n+1)～(2n+9)等各类非整倍体均有存在,其中附加1条染色体的1个、附加2条染色体的16个;形态学标记鉴定和核型分析显示附加1条染色体的那个子代植株为单体异附加系CC+A9;在减数分裂终变期,单体异附加系CC+A9的A9染色体常与一对C组的染色体发生局部联会,两者间存在着部分同源关系;单体异附加系CC+A9的n+1雌、雄配子均有一定传递率,分别为18.75%和9.82%;单体异附加系CC+A9自交获得了1株双体异附加系。     

黄瓜单体异附加系的筛选与观察

 将甜瓜属异源三倍体与栽培黄瓜‘北京截头’杂交，经胚胎拯救获得了两个2n=15 (14C+1H)的单体异附加系，编号分别为02—17和02—39。02一l7植株叶形为戟形，02—39为深陷的掌状形，并且果刺均为白色，不同于异源三倍体的掌状心脏形和黑刺，果形比异源三倍体黄瓜长而更接近普通黄瓜。细胞学研究发现，单体异附加系在终变期和中期I染色体构型主要是由7个二价体和1个单价体构成，出现三价体的频率为4％ ～5％ ，中期Ⅱ不均等分裂形成不同的两极，一极染色体为8条，另一极为7条。RAPD分析证明它们分刖附加了野生种Cucum／s hystrix的染色体。     

大白菜—甘蓝异附加系的获得与鉴定

 异附加系是利用外源基因进行品种改良和基因组研究的重要材料。以大白菜—甘蓝异源三倍体（AAC）与二倍体大白菜（AA）回交一代为材料,经过细胞学鉴定,从中筛选出大白菜—甘蓝7号单体附加系CO-7-1和9号单体附加系CO-9-2。CO-7-1、CO-9-2自交后代中外源染色体出现频率分别为35.3%、20.0%。从CO-7-1的自交后代中分离鉴定出二体异附加系CO-7-1D的比率为11.8%。该异附加系的获得为分析大白菜和甘蓝的亲缘关系,进一步获得大白菜和结球甘蓝易位系、代换系提供了基础材料。     

大白菜—结球甘蓝1号染色体二体异附加系自交后代InDel标记分析和染色体数鉴定

在进行异附加系鉴定和相应连锁群In Del标记筛选的基础上,利用In Del标记和细胞学方法对大白菜—结球甘蓝1号染色体二体异附加系自交后代46个单株进行了鉴定分析。结果表明:结球甘蓝C03连锁群相对于大白菜特异的67个In Del标记,均至少在1份后代单株中扩增出了甘蓝的特异条带;在46个后代单株中,3个单株为染色体数22条的二体异附加系,6个单株为染色体数21条的单体异附加系,1个单株为染色体数20条的大白菜二体代换系,28个单株为染色体数20条的附加了结球甘蓝染色体片段的大白菜易位系,还有3个单株染色体数为22条,2个单株染色体数为21条,推断其分别为易位了结球甘蓝染色体片段的大白菜非整倍体易位系,还有3个单株没有检测到甘蓝特异条带。本研究结果为这些材料的进一步研究和应用奠定了基础。     

附加甘蓝3号染色体的大白菜单体异附加系的获得与研究

 以大白菜—结球甘蓝异源三倍体杂交种（AAC）与二倍体大白菜（AA）的回交一代为材料，利用根尖体细胞核型分析法鉴定出大白菜—结球甘蓝3号单体异附加系；利用甘蓝连锁群特异SSR标记鉴定表明，该单体异附加系中的外源染色体与甘蓝的03连锁群相对应；该单体异附加系植株矮小，花枝细弱倒伏，花粉整齐度、花粉生活力和结籽率均较低，花粉母细胞减数分裂过程中存在染色体不均衡分离及染色体落后等现象。     

大白菜-甘蓝型油菜单体异附加系的获得与鉴定

以甘蓝型油菜作为母本,大白菜作为轮回父本,杂交获得BC1 和BC2 群体。通过染色体核型分析法从BC2 群体中筛选出大白菜-甘蓝型油菜C 基因组6 号单体异附加系,利用甘蓝型油菜C 连锁群特异SSR 标记鉴定,确定该单体异附加系中的外源染色体与甘蓝型油菜C6 连锁群相对应。     

大白菜—结球甘蓝1号染色体二体异附加系的获得与鉴定

 以大白菜附加结球甘蓝1号和6号染色体的双单体异附加系为材料,从其自交后代38个植株中筛选出3株2n = 22的植株。通过核型分析及SSR鉴定确定这3个植株为大白菜—结球甘蓝1号染色体二体异附加系,其外观性状在营养生长时期与二倍体大白菜没有明显的差异,在生殖生长期具有部分结球甘蓝的特征,其减数分裂终变期染色体联会时,11个二价体的比率达90.10%,后期Ⅱ以11-11-11-11分离的比例为83.50%,从而证明了具有很高的遗传稳定性。     

大白菜与芥菜型油菜种间杂种的获得与鉴定

以大白菜‘A03’(2n=2x=20,AA)和芥菜型油菜‘AABB’(2n=4x=36,AABB)为试材,通过杂交获得了大白菜-芥菜型油菜异源三倍体(2n=3x=AAB=28)。结果表明:该三倍体生长势较强;叶色均较亲本深,株型偏向于芥菜型油菜,叶片、花、花蕾同时兼具了两亲本性状。减数分裂行为观察表明,在终变期,一般形成二价体、单价体和多价体,A基因组和B基因组染色体表现出部分同源性;中期I存在1~8条游离染色体;后期I存在落后染色体、染色体丢失及姊妹染色单体提前分离等异常现象,分到两极的染色体数目之和多大于28条;后期II分到每极的染色体数变异为10~15条,大多数为12~13条,同时有染色体片段存在。大白菜-芥菜型油菜异源三倍体(AAB)的获得为创建AA+B染色体的异附加系和研究A、B基因组间的亲缘关系奠定了基础。