燕麥屬物種β-葡聚糖含量測定及CSLH基因克隆.pdf

1、燕麥屬(Avena L.)隸屬于禾本科，早熟禾亞科，燕麥族，全世界約有29個(gè)種，含有6種染色體組成類型（A、C、AB、AC、CC和AACCDD）。燕麥?zhǔn)侵匾募Z飼兼用作物，具有很高的營養(yǎng)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。燕麥籽粒中的膳食纖維β-葡聚糖有助于降低膽固醇含量及低密度血脂含量，并對(duì)預(yù)防和治療糖尿病及心腦血管疾病有重要功用。低β-葡聚糖含量的品種常用作飼料，而高β-葡聚糖含量的品種可用于保健食品和藥物開發(fā)。目前燕麥屬不同倍性以及不同基因組成物種的β-

2、葡聚糖含量并不清楚，為更好地了解并利用燕麥β-葡聚糖，本研究測定了來自世界各地的112份燕麥種質(zhì)的β-葡聚糖含量，克隆了編碼β-葡聚糖合成的CSLH基因片段，并將獲得的基因片段進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析，以期為客觀認(rèn)識(shí)燕麥屬物種的起源和進(jìn)化并澄清個(gè)別種的分類提供一定的參考。主要研究結(jié)果如下:
　　1.對(duì)來自世界各地的112個(gè)居群燕麥材料進(jìn)行β-葡聚糖含量測定，結(jié)果表明不同居群間β-葡聚糖含量差異顯著，最低含量僅1.155，最高含量達(dá)到8.3

3、75，所有材料β-葡聚糖含量平均值為4.315。β-葡聚糖含量超過75的居群有CN25849、CN25859、CN25897，含量低于25的居群是PI258663和CN21405。本研究中β-葡聚糖平均含量超過5.75的物種僅有3個(gè)，即A.atlantica、A.barbata和A.sterilis，平均含量低于25的有2個(gè)物種，分別是A.sativa和A.ventricosa，其中A.是Avena的簡寫。不同倍性的燕麥物種中，β-葡聚

4、糖含量的極值物種均存在于二倍體中，其中二倍體As基因組平均含量最高，二倍體Cv基因組平均含量最低。這些物種或居群可用于開發(fā)高β-葡聚糖含量產(chǎn)品和選育低β-葡聚糖含量飼用品種。
　　2.所有居群克隆后共得到334條CSLH基因序列，通過比較后選取最具代表性的86條序列進(jìn)行分析，序列比對(duì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)CSLH基因序列在燕麥中具有豐富的變異度。不同物種間、同一物種不同居群間，甚至同一居群不同克隆間的CSLH基因序列均有顯著差異。二倍體物種只有

5、1種拷貝類型，幾乎所有多倍體物種都不是單拷貝，而是含有2種或2種以上的拷貝類型。分別選擇10個(gè)高β-葡聚糖含量和低β-葡聚糖含量的居群，將其外顯子翻譯成氨基酸序列，再進(jìn)行序列比對(duì)和系統(tǒng)進(jìn)化樹的構(gòu)建，結(jié)果表明不同居群間氨基酸殘基變幅為350～353，β-葡聚糖高含量和低含量的材料在基因序列和氨基酸序列上都有較明顯差異，差異在DNA序列上表現(xiàn)在第435bβ處，在氨基酸序列上從第145個(gè)氨基酸處開始出現(xiàn)明顯差異，氨基酸序列在高含量材料中為“V

6、LLARA”，在低含量材料中為“VL-ARP”。我們可以將該與β-葡聚糖含量密切相關(guān)的差異片段克隆或開發(fā)相關(guān)分子標(biāo)記以進(jìn)行專用β-葡聚糖含量材料的分子育種。
　　3.為了解二倍體物種的種間關(guān)系，將所有二倍體序列進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化分析，結(jié)果表明二倍體As基因組物種的不同居群分散在各分支，而其他A基因組二倍體僅單獨(dú)聚在一個(gè)分支，表明二倍體As基因組是A基因組中進(jìn)化最快的類型，同時(shí)也導(dǎo)致A基因組二倍體種間關(guān)系判定變得困難。所有C基因組二倍體居

7、群交錯(cuò)的聚在一起，說明它們之間關(guān)系都很近。
　　4.為了解燕麥屬多倍體物種各基因組的起源和進(jìn)化，分別將不同的多倍體物種序列和二倍體物種序列合并后進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化分析，結(jié)果表明AB基因組四倍體A.agadiriana在系統(tǒng)進(jìn)化樹中總是單獨(dú)聚為一支，并不與其他三個(gè)AB基因組四倍體聚在一起，表明A.agadiriana與其他三個(gè)AABB四倍體有差異。不同六倍體物種分別與不同的二倍體A基因組物種聚為小支，如A.sativa與A.hirtula

8、、A.wiestii，A.fatua與A.damascena，A.sativa ssp.nuda與A.strigosa，因此推測這些二倍體物種可能分別是不同六倍體物種的A基因組來源。本研究中未發(fā)現(xiàn)某個(gè)二倍體C基因組物種與AC基因組四倍體物種或ACD基因組六倍體物種單獨(dú)聚為一亞支，表明三個(gè)C基因組二倍體物種都有可能是多倍體物種中C基因組的供體。將所有86條CSLH基因序列合并聚類后分析并結(jié)合前人研究結(jié)論發(fā)現(xiàn)，一個(gè)包含四倍體A.agadir