基于455rDNA-FISH與GISH分析的草莓屬(Fragaria)野生種親緣關(guān)系與系統(tǒng)分類研究.pdf

1、草莓屬植物在世界自然分布有20個(gè)種,其中19個(gè)種均為野生種,存在倍性主要有2x、4x、6x和8x以及少量的3x、5x、9x、10x甚至12x,因此關(guān)于草莓屬植物的系統(tǒng)分類、親緣關(guān)系與起源尤其是多倍體種的起源研究一直是草莓研究的重要方面,對(duì)其野生資源的開發(fā)利用具有重要的意義。目前,國內(nèi)外雖有利用形態(tài)學(xué)、染色體核型、孢粉學(xué)、同工酶、DNA分子標(biāo)記技術(shù)等進(jìn)行相關(guān)研究,但仍未有準(zhǔn)確和完整的結(jié)論,而且利用FISH與GISH技術(shù)開展相關(guān)研究屬國內(nèi)外

2、首次。
　　 本研究收集了原產(chǎn)我國的6個(gè)二倍體種(2n=2x=14)、3個(gè)四倍體種(2n=4x=28)和1個(gè)五倍體種(2n=5x=35),來自日本的2個(gè)二倍體種(2n=2x=14)、1個(gè)四倍體種(2n=4x=28)和1個(gè)八倍體種(2n=8x=56)以及來自歐洲的1個(gè)六倍體種(2n=6x=42),包括來自不同地區(qū)的品種或類型共48份材料,利用45S rDNA-FISH和GISH技術(shù),對(duì)其系統(tǒng)分類、親緣關(guān)系和多倍體形成等方面進(jìn)行了分

3、析和探討,取得了一定的進(jìn)展。
　　 1、利用45S rDNA-FISH技術(shù)對(duì)包括2x、4x、5x、6x和8x的48份材料共15個(gè)種進(jìn)行了研究,觀察分析了45S rDNA在所有供試材料中期染色體與間期細(xì)胞核中分布位點(diǎn)的數(shù)目、區(qū)域與拷貝數(shù),并探討了種間親緣關(guān)系和多倍體起源,結(jié)果如下:
　　 (1)中期染色體與間期細(xì)胞核中45S rDNA雜交位點(diǎn)數(shù)目與分布相對(duì)一致;種內(nèi)不同品種或類型45S rDNA-FISH結(jié)果一致,而種間存

4、在一定的差異;
　　 (2)二倍體種(2n=2x=14)中期染色體與間期細(xì)胞核存在2個(gè)45S rDNA雜交位點(diǎn),信號(hào)強(qiáng)弱和分布區(qū)域在同一個(gè)細(xì)胞中有三種情況,一是2個(gè)雜交信號(hào)強(qiáng)弱相同且分布區(qū)域相同,二是2個(gè)信號(hào)強(qiáng)弱不同且分布區(qū)域相同,三是2個(gè)信號(hào)強(qiáng)弱不同且分布區(qū)域不相同;45S rDNA雜交信號(hào)位置存在兩類情況,一類是位于染色體端部,另一類是位于染色體中部區(qū)域;森林草莓的2個(gè)雜交信號(hào)均較強(qiáng),且位于染色體端部,東北草莓2個(gè)雜交信號(hào)為

5、1強(qiáng)1弱,分別位于染色體中部和端部,綠色草莓、五葉草莓和西藏草莓相同,2個(gè)雜交信號(hào)為1強(qiáng)1弱,均位于染色體端部,纖細(xì)草莓2個(gè)雜交信號(hào)為1強(qiáng)l弱,分別位于染色體端部和中部區(qū)域,飯沼草莓與蝦夷草莓相似,有2個(gè)位于染色體端部且亮度較弱的雜交信號(hào);
　　 (3)四倍體種(2n=4x=28)中期染色體與間期細(xì)胞核存在4個(gè)45S rDNA雜交位點(diǎn);蝦夷草莓和東方草莓4個(gè)信號(hào)分布區(qū)域相同,均是3個(gè)位于染色體端部,另1個(gè)位于染色體中部區(qū)域,但嘏

6、夷草莓信號(hào)均較弱,而東方草莓則均強(qiáng);傘房草莓與西南草莓4個(gè)信號(hào)均分布在染色體端部,然而傘房草莓為3強(qiáng)1弱,而西南草莓為2強(qiáng)2弱;
　　 (4)五倍體東方草莓(2n=5x=35)中期染色體與間期細(xì)胞核存在5個(gè)45S rDNA雜交位點(diǎn),4個(gè)較強(qiáng),另1個(gè)較弱,其中3個(gè)位于染色體端部,另1個(gè)較強(qiáng)和1個(gè)較弱的位于染色體中部;
　　 (5)六倍體麝香草莓(2n=6x=42)中期染色體與間期細(xì)胞核存在6個(gè)45S rDNA雜交位點(diǎn),5個(gè)

7、亮度較強(qiáng),1個(gè)亮度較弱,均位于染色體端部區(qū)域;
　　 (6)3個(gè)八倍體種(2n=Sx=56)中期染色體與間期細(xì)胞核均存在8個(gè)45S rDNA雜交位點(diǎn),且均為4個(gè)亮度較強(qiáng),4個(gè)亮度較弱,但弗吉尼亞草莓和擇捉草莓雜交信號(hào)均位于染色體端部,而智利草莓8個(gè)雜交信號(hào)中除了2個(gè)較弱的位于染色體中部外,其余均位于染色體端部。
　　 (7)認(rèn)為森林草莓較為原始,與飯沼草莓和蝦夷草莓親緣關(guān)系較遠(yuǎn),與其它二倍體種親緣關(guān)系較近;四倍體東方草莓

8、可能是森林草莓與東北草莓雜交后再加倍形成的異源四倍體,五倍體東方草莓可能起源于四倍體東方草莓形成未減數(shù)配子與東北草莓雜交形成;傘房草莓可能是森林草莓與綠色草莓形成未減數(shù)配子雜交形成;西南草莓可能起源于西藏草莓,而不是黃毛草莓;證明弗吉尼亞草莓可能是森林草莓與飯沼草莓雜交后加倍形成。
　　 2、以森林草莓、西藏草莓、東北草莓、綠色草莓和飯沼草莓等野生種基因組DNA為探針,對(duì)包括自身在內(nèi)的48份供試材料中期染色體進(jìn)行GISH分析,以

9、四倍體東方草莓基因組DNA為探針與五倍體東方草莓中期染色體進(jìn)行GISH分析,結(jié)果如下:
　　 (1)探針與自身進(jìn)行GISH分析時(shí),所有中期染色體的全部區(qū)域均呈現(xiàn)出較強(qiáng)的雜交信號(hào),而種間的原位雜交信號(hào)卻呈現(xiàn)出一定的差異,表明各個(gè)種的基因組同源性不同。另外,種內(nèi)不同品種或類型之間GISH結(jié)果沒有明顯差異,表明種內(nèi)基因組同源性較高;
　　 (2)以西藏草莓、東北草莓、綠色草莓和自身作為探針與二倍體種(飯沼草莓和蝦夷草莓除外)進(jìn)

10、行GISH分析,其14條中期染色體上均分布有較強(qiáng)雜交信號(hào),而且?guī)缀醺采w全部染色體區(qū)域,表明這些種之間基因組同源性較高;而以飯沼草莓為探針時(shí),飯沼草莓與嘏夷草莓結(jié)果與前者類似,但其它二倍體種只有3-7條不等數(shù)目染色體存在較弱的雜交信號(hào),而且染色體上只有部分區(qū)域有信號(hào)分布,表明飯沼草莓與這些二倍體種親緣關(guān)系較遠(yuǎn),而與嘏夷草莓較近。
　　 (3)蝦夷草莓,四倍體種(2n=4x=28),飯沼草莓作探針時(shí),有20條染色體的全部區(qū)域出現(xiàn)了較

11、強(qiáng)的雜交信號(hào),而其余8條染色體沒有出現(xiàn)雜交信號(hào);而其它二倍體種作探針時(shí),僅有10-15條染色體出現(xiàn)了雜交信號(hào),且信號(hào)較弱,其余染色體上沒有信號(hào)出現(xiàn)。
　　 (4)傘房草莓,四倍體種(2n=4x=28),飯沼草莓作探針時(shí),信號(hào)較弱,且僅分布在8-10條染色體上,其余染色體上沒有雜交信號(hào)出現(xiàn);森林草莓作探針時(shí),雜交信號(hào)最多,有20-24條染色體全部區(qū)域均出現(xiàn)了較強(qiáng)的雜交信號(hào);其次為綠色草莓、西藏草莓、東北草莓,分別有18-22條、1

12、5-18條、14-17條染色體上分布有雜交信號(hào)。
　　 (5)西南草莓,四倍體種(2n=4x=28),飯沼草莓作探針時(shí),信號(hào)較弱,且僅分布在8-10條染色體上,其余染色體上沒有雜交信號(hào)出現(xiàn);西藏草莓和東北草莓作探針時(shí),其所有染色體全部區(qū)域均覆蓋有較強(qiáng)的雜交信號(hào),其次為綠色草莓和森林草莓,分別有26-28條和25-28條染色體全部區(qū)域出現(xiàn)雜交信號(hào)。
　　 (6)東方草莓,四倍體種(2n=4x=28),以飯沼草莓作探針時(shí),只

13、有12-15條染色體的部分區(qū)域出現(xiàn)了較弱的雜交信號(hào),其余染色體均沒有雜交信號(hào)出現(xiàn);而森林草莓和東北草莓作探針時(shí),其28條染色體全部覆蓋有較強(qiáng)的雜交信號(hào),西藏草莓和綠色草莓作探針,也分別有24-26條和26-28條染色體全部區(qū)域出現(xiàn)雜交信號(hào)。
　　 (7)東方草莓,五倍體種(2n=5x=35),它是本文中唯一的奇數(shù)倍性野生種,與東方草莓四倍體種類似,飯沼草莓基因組DNA僅在其10-12條中期染色體的部分區(qū)域出現(xiàn)較弱的雜交信號(hào);與四

14、倍體東方草莓一樣,森林草莓和東北草莓基因組DNA在五倍體所有染色體全部區(qū)域上均出現(xiàn)了較強(qiáng)的雜交信號(hào),西藏草莓和綠色草莓作探針時(shí),分別有32-35條和30-33條染色體出現(xiàn)了較強(qiáng)雜交信號(hào)。
　　 (8)麝香草莓,六倍體種(2n=6x=42),以飯沼草莓作為探針時(shí),僅有12-15條染色體部分區(qū)域出現(xiàn)較弱雜交信號(hào),其余染色體沒有信號(hào)出現(xiàn);森林草莓和綠色草莓作探針時(shí),均可能出現(xiàn)所有染色體全部區(qū)域均出現(xiàn)雜交信號(hào)的情況,分別為40-42條和

15、38-42條染色體出現(xiàn);而西藏草莓作探針時(shí)也有35-38條染色體出現(xiàn)雜交信號(hào),東北草莓作探針時(shí),有30-32條染色體出現(xiàn)雜交信號(hào)。
　　 (9)弗吉尼亞草莓,八倍體種(2n=8x=56),與供試其它草莓野生種不同,它是較特殊的一個(gè)種,因?yàn)橐燥堈硬葺魈结槙r(shí),在弗州草莓中期染色體出現(xiàn)了較強(qiáng)的雜交信號(hào),位于16-18條染色體部分區(qū)域上,少數(shù)覆蓋全部染色體區(qū)域,推測(cè)它的起源可能與飯沼草莓有關(guān);而森林草莓作探針時(shí),有40-45條染色體呈

16、現(xiàn)較強(qiáng)雜交信號(hào),分布于染色體整個(gè)區(qū)域,其次分別為綠色草莓(33-35條)、東北草莓(32-35條)和西藏草莓(30-32條)。
　　 (10)擇捉草莓,八倍體種(2n=8x=56),起源和分布于日本,以飯沼草莓為探針時(shí),有22-25條染色體出現(xiàn)了雜交信號(hào),較弱,分布于部分染色體區(qū)域;森林草莓作探針時(shí)雜交信號(hào)最多,有40-42條染色體呈現(xiàn)雜交信號(hào),較強(qiáng),分布于染色體整個(gè)區(qū)域,綠色草莓、東北草莓和西藏草莓作探針時(shí)結(jié)果相似,有30-3

17、5條染色體出現(xiàn)了較強(qiáng)的分布于染色體整個(gè)區(qū)域的雜交信號(hào)。
　　 (11)智利草莓,八倍體種(2n=8x=56),飯沼草莓作探針時(shí),有12-15條染色體部分區(qū)域出現(xiàn)了較弱的雜交信號(hào);森林草莓、東北草莓、西藏草莓和綠色草莓作探針時(shí),出現(xiàn)雜交信號(hào)的染色體數(shù)目為42-44條、32-35條、32-34條和30-32條,且信號(hào)較強(qiáng),分布于染色體整個(gè)區(qū)域。
　　 (12)綜合分析可以認(rèn)為:
　　 ①森林草莓、西藏草莓、東北草莓、

18、綠色草莓、五葉草莓、纖細(xì)草莓等二倍體種親緣關(guān)系較近;
　　 ②飯沼草莓與蝦夷草莓親緣關(guān)系較近,它們與其它草莓種親緣關(guān)系較遠(yuǎn);
　　 ③傘房草莓與森林草莓親緣關(guān)系較其它二倍體草莓更近,其次為綠色草莓,結(jié)合前人研究和本文45S rDNA-FISH結(jié)果,推測(cè)傘房草莓可能是森林草莓和綠色草莓的雜交后代;
　　 ④西南草莓與西藏草莓和東北草莓親緣關(guān)系最近,其次為綠色草莓和森林草莓,推測(cè)其可能起源于西藏草莓或東北草莓,而前面

19、的45S rDNA-FISH結(jié)果表明它與西藏草莓有關(guān),二者有較一致的結(jié)果;
　　 ⑤東方草莓四倍體和五倍體種的所有染色體整個(gè)區(qū)域均能檢測(cè)出森林草莓和東北草莓的基因組DNA,而其它二倍體種作探針時(shí)僅有部分染色體上有信號(hào)分布,推測(cè)東方草莓可能起源于森林草莓和東北草莓,這與45S rDNA-FISH結(jié)果一致;東方草莓五倍體體細(xì)胞中全部35條染色體均呈現(xiàn)出東方草莓四倍體基因組DNA雜交信號(hào),推測(cè)五倍體可能來源于四倍體未減數(shù)配子參與雜交形

20、成,這與45SrDNA-FISH分析結(jié)果一致;
　　 ⑥麝香草莓是供試材料中唯一的六倍體材料,它的起源也相對(duì)較為復(fù)雜,GISH結(jié)果表明,森林草莓、綠色草莓均與麝香草莓基因組同源性最高,推測(cè)其親緣關(guān)系最近:
　　 ⑦弗吉尼亞草莓最可能包含森林草莓和飯沼草莓基因組組成;
　　 ⑧擇捉草莓和智利草莓均與森林草莓、西藏草莓、東北草莓和綠色草莓親緣關(guān)系較飯沼草莓更近;
　　 綜上所述,本文首次對(duì)收集到的涉及國內(nèi)外1