甜瓜屬主要物種比較染色體圖譜的初步構建及染色體進化分析.pdf

1、甜瓜屬（Cucumis）包含52個種，其中包括黃瓜（C.sativus L.，2n=14）與甜瓜（C.melo L.，2n=24）兩個重要的經濟作物，以及許多重要的野生種，例如酸黃瓜(C.hystrix Chakr.，2n=24)、非洲角（C.metuliferus，2n=24）及西印度黃瓜（C.anguria,2n=24）等。甜瓜屬豐富的基因資源為作物的改良提供了寶貴的基因庫，物種間進化關系的闡明對于利用甜瓜屬資源進行作物的遺傳改良具

2、有重要的作用。目前，甜瓜屬中僅有黃瓜和甜瓜這兩個物種具有基因組測序信息，其它野生資源的分子信息仍非常有限，因此利用分子生物學信息進行甜瓜屬物種間進化關系的研究仍不易開展?；跓晒庠浑s交（FISH）的比較染色體作圖能直觀地反映近緣物種間的染色體重排，揭示物種間的進化關系，這對于分子遺傳基礎研究較為薄弱的甜瓜屬物種尤為重要。近年來，甜瓜屬物種之間的比較染色體研究正處于起步階段，大多只是針對黃瓜與甜瓜染色體的初步比較，對于野生種在甜瓜屬中的

3、比較進化研究仍未涉及。本論文中，首先利用基因組原位雜交（GISH）的方法對黃瓜兩個變種的核型進行了分析;其次，又分析了甜瓜屬5個物種（黃瓜、甜瓜、酸黃瓜、非洲角及西印度黃瓜）串聯(lián)重復序列(TRS)的分布與染色體結構的關系，初步揭示了這5個物種TRS的同源性;最后，為了更深入地研究物種之間的進化關系，提出了基于單拷貝基因的染色體涂染(ScgCP)技術，利用該技術初步構建了黃瓜與甜瓜的比較染色體圖譜，為它們之間的進化關系提供了細胞學依據(jù)。主

4、要研究結果如下:
　　1.利用基因組原位雜交快速構建黃瓜變種間核型
　　利用GISH技術，對黃瓜（C.sativus L.，2n=14）種內兩個變種（栽培黃瓜C.sativusvar sativus和野生黃瓜C.sativus var hardwickii）的中期染色體進行分析，為構建變種間核型提供了新的參考，并為黃瓜細胞分子遺傳學研究奠定基礎。以栽培黃瓜‘9930’基因組DNA（genomic DNA，gDNA）為探針，分

5、別在栽培黃瓜和野生黃瓜的中期染色體上進行GISH實驗，根據(jù)GISH的熒光帶型，結合45SrDNA位點信號，區(qū)分每條染色體，并進行核型分析。結果顯示，黃瓜基因組在兩個變種染色體上分別呈現(xiàn)出獨特的信號分布模式，信號強弱分別也表現(xiàn)出固有的明顯特征，通過信號的分布模式與強弱，清晰地對每條染色體進行了識別，據(jù)此建立了兩個變種的核型模式圖。比較黃瓜現(xiàn)有重復序列的分布圖，發(fā)現(xiàn)GISH揭示的信號分布主要位于黃瓜染色體TRS區(qū)域。
　　2.基于比較

6、細胞遺傳圖譜初步揭示甜瓜屬主要物種的進化關系
　　基于比較細胞遺傳圖譜，可以闡明基因組中重復序列的分布與差異，從而可以揭示甜瓜屬物種的進化關系。以5個甜瓜屬物種（黃瓜、甜瓜、酸黃瓜、非洲角及西印度黃瓜）自身的gDNA與TRS為探針，利用GISH與FISH技術分析了甜瓜屬物種染色體結構與TRS分布的差異。結果發(fā)現(xiàn)，每個物種呈現(xiàn)出獨特的帶型，其中甜瓜與西印度黃瓜中大多數(shù)TRS主要定位在著絲粒異染色質區(qū)域，在栽培黃瓜、酸黃瓜與非洲角中T

7、RS優(yōu)先分布在亞端粒區(qū)域，在栽培黃瓜、酸黃瓜與非洲角中TRS優(yōu)先分布在亞端粒區(qū)域。進而，分別利用不同物種的gDNA為探針進行比較GISH(cGISH)，發(fā)現(xiàn)黃瓜與酸黃瓜的TRS可能存在很高的同源性。進一步利用來源于黃瓜的特定重復序列TypeⅠ/Ⅱ與TypeⅣ進行了比較定位，結果發(fā)現(xiàn)在黃瓜與酸黃瓜的近端粒區(qū)域均產生了很強的信號，由此推測這兩個物種存在同源性較高的TRS，這在一定程度上表明，黃瓜與酸黃瓜的親緣關系相對較近。根據(jù)甜瓜gDNA在

8、不同物種中的cGISH結果發(fā)現(xiàn)，在每個物種的近著絲粒異染色質區(qū)域有明顯的信號，表明這些區(qū)域可能存在保守的TRS。進而，基于栽培黃瓜與甜瓜的基因組草圖分析了染色體上基因密度與GISH信號的關系。結果表明，在基因密度較低的區(qū)域具有明亮的GISH信號，在基因密度較高的區(qū)域出現(xiàn)了非常弱的GISH信號。以上結果表明，在甜瓜屬物種形成過程中重復序列存在明顯的分化。
　　3.黃瓜單拷貝基因的染色體涂染技術的開發(fā)及其在甜瓜屬物種染色體研究中的應用

9、
　　基于FISH的染色體涂染在染色體識別、染色體重排研究、染色體畸形的診斷，以及在人類和動物物種進化中扮演著重要的角色。然而，由于植物染色體中含有大量分散的重復序列，利用顯微切割技術分離的單染色體進行涂染無法得到有效的應用。在本研究中，首次提出了基于單拷貝基因FISH的染色體涂染技術—ScgCP，并應用于甜瓜屬物種，最小檢測片段為2 kb?；谠摷夹g，以黃瓜單拷貝基因為探針，構建了黃瓜中期染色體核型;利用間隔小于300 kb的連