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。     

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。     

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。     

不同来源SSR和EST-SSR在披碱草属和鹅观草属物种中的通用性分析

披碱草属和鹅观草属是禾本科小麦族两个重要的多年生属,其种属界限及系统关系一直存在争议,是其种质资源利用的难点。本研究基于小麦族中不同来源的已开发的SSR标记,筛选出在披碱草属和鹅观草属中高通用性的SSR标记,为其生物系统关系研究提供重要参考。试验选用了来自小麦族小麦、大麦、披碱草属、拟鹅观草属及赖草属5个属的230个SSR和EST-SSR标记对小麦族St、H、Y基因组的23个物种进行了SSR扩增及通用性分析。结果表明,1)在筛选的230个标记中,163个(70.87%)SSR和EST-SSR标记能在所有的供试物种中扩增出清晰的条带,在披碱草属和鹅观草属等物种中表现出了较高的通用性;2)在扩增出的163个标记中,EST-SSR(87.60%)比基因组SSR(49.50%)标记在种属间表现出了较高的通用性,而基因组SSR标记(85.98%)则比EST-SSR(79.37%)标记表现出更高的多态性;3)163个标记在供试物种中共扩增出579个清晰条带,其中多态性条带为533个,多态性比率为92.05%;每个标记扩增的条带数变化为111条,平均扩增条带数为3.55条;4)基于UPGMA聚类结果与供试物种的基因组之间表现出了较高的相关性,相同或相似基因组物种间表现出较近的亲缘关系,其中H基因组与St基因组的亲缘关系较远,H基因组二倍体物种与其他物种也表现出了较远的亲缘关系。本研究选用的5个属的SSR和EST-SSR标记均能在披碱草属和鹅观草属物种中扩增,最后共筛选出了163个高通用性的SSR和EST-SSR分子标记,揭示了供试物种及不同基因组间的亲缘关系,为下一步披碱草属和鹅观草属的种属关系及系统学研究提供了重要参考。     

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。     

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。     

荧光原位杂交法分析披碱草和圆柱披碱草染色体构成

采用荧光原位杂交(FISH)和基因组原位杂交(GISH)技术,对披碱草和圆柱披碱草的染色体组组成和亲缘关系进行了分析,结果表明：(1)披碱草和圆柱披碱草均为异源六倍体,染色体数为2n=6x=42,染色体组组成为StStYYHH,核型类型分别为2A和2B。(2)两种披碱草属植物的H染色体组起源于大麦属,St染色体组起源于拟鹅观草属的不同物种;Y染色体组与St染色体组有共同的祖先。(3)披碱草和圆柱披碱草都有6个5SrDNA位点,和4个45SrDNA位点;两个物种中有1对染色体上同时含有5SrDNA和45SrDNA位点,但5SrDNA和45SrDNA在染色体上的定位和所在染色体组别不同。(4)重复序列pAs1和pSc119.2在两种披碱草染色体上的分布呈现多态性,主要集中于H组,在St和Y组的分布较少,可作为披碱草属植物的细胞学标记,用于区分H组和其他染色体组。(5)两种披碱草均有染色体易位或重组的变异。     

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。     

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.racerraosm,L.arenarius,L.triticoides和Lambiguus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.     

蒙古冰草Afa家族串联重复序列克隆及染色体定位

Afa家族串联重复序列因只出现在小麦及小麦族近缘属物种而得名,本研究从蒙古冰草中克隆得到一个Afa家族序列,长度为233 bp,命名为pAmAfa1,该序列在GENBANK中进行同源序列比对,结果表明该序列与大多数小麦族其他物种的Afa家族串联重复序列存在较高的相似性;系统进化分析表明,蒙古冰草pAmAfa1序列与大赖草pLrAfa3,pLrAfa5序列聚在一起,表明蒙古冰草P染色体组与大赖草的N、X染色体亲源关系较近。为了明确Afa家族串联重复序列在蒙古冰草染色体上的位置,双色荧光原位杂交技术被采用,以pAmAfa1为探针检测到杂交信号出现在染色体的末端或近端部的区域,每条染色体上都有杂交信号,表明Afa家族串联重复序列普遍存在于P染色体组中。     

麦类作物粮饲兼用研究进展

粮饲兼用是指将营养期作物用于青绿饲草生产(放牧或刈割),待作物再生形成籽粒后收获籽粒的一种生产措施。这一措施已在全球10多个国家和地区广泛应用,以麦类作物的粮饲兼用最为普遍,一定程度上缓解了全球普遍存在的饲草供应季节性不均衡与家畜需求相对稳定的矛盾,促进了畜牧业的持续稳定发展。粮饲兼用的效益优势在于可确保作物籽粒生产的稳定,同时获取额外家畜生产收益。然而,不合理的粮饲兼用会导致饲草及籽粒的产量及品质均会受到影响,有必要开展相关研究以规范化粮饲兼用的应用模式。本文分析了麦类作物粮饲兼用的分布及其效益优势,深入分析了作物类型、播种时间及密度、水热条件等对粮饲兼用生产的影响,归纳得到如下4条技术要点。1)麦类作物可在分蘖期用于适度的利用,保留原有茎尖分生组织可维持籽粒生产的相对稳定。2)应优先选育冬性较强,早期生长缓慢,粮饲兼用不易破坏其茎尖分生组织且花期较晚的高秆品种用于粮饲兼用。3)粮饲兼用作物时,播种时间应提前2~4周,且需适当增加播种密度及提高底肥水平以增加饲草生产;为补偿饲草转移造成的氮亏缺,需在利用后适当添加氮肥以维持其籽粒生产。4)为保证粮饲兼用的效益优势,麦类作物粮饲兼用更适宜于在较湿润的地区(年降水量350~500 mm)开展。本文可为我国深入开展麦类作物粮饲兼用研究提供理论基础,并将进一步指导粮饲兼用措施的应用及推广。     

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。     

小麦族植物作为牧草种质资源的初步评介

全世界的小麦族植物约有20属，300余种。我国原产的约有150余种。引进的约有100余种。作者种植了其中的200余种作了系统分类，地理分布、生理生态、营养成分、经济性状和牧草农艺性状的研究，现将小麦族植物作为牧草种质资源分16属分别予以评介。     

小麦族十一个物种的叶绿体psaC基因序列比较分析(简报)

植物叶绿体基因组的psaC基因有非常重要的功能,是植物光化学反应和光系统Ⅰ的组成成分。本研究对小麦族11个物种的psaC基因进行了扩增、测序和对比分析。结果表明,1)psaC基因编码区非常保守,存在3个SNP位点,但这3个突变位点都为同义突变,并没有引起氨基酸的改变。2)在psaC基因的间隔区,栽培大麦多了一个6 bp的‘CAAAAA’多核苷酸插入。在已经研究的植物中,该‘CAAAAA’多核苷酸插入是栽培大麦所特有的,表明该片段是在大麦物种分化以后插入的。该片段不但可以作为栽培大麦特异的标记序列,而且在大麦属物种的系统进化关系研究中有特殊的用途。3)发现的SNPs位点可用于相关物种的细胞质分子标记开发。