高油酸的甘藍(lán)型油菜與諸葛菜屬間雜交新材料的細(xì)胞學(xué)和遺傳學(xué)研究.pdf

1、植物種、屬間的遠(yuǎn)緣雜交是作物遺傳改良的重要途徑。蕓薹屬作物具有非常豐富的近緣種種質(zhì)資源，可提供許多有用的細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)基因。我國(guó)現(xiàn)在大面積栽培的甘藍(lán)型油菜(2n=38，AACC)于二十世紀(jì)30與40年代從國(guó)外引進(jìn)，遺傳變異較為匱乏，故通過(guò)多種途徑創(chuàng)造新的種質(zhì)資源對(duì)其遺傳改良具有重要意義。油菜品種實(shí)現(xiàn)“雙低”化(低芥酸，低硫甙)以后，進(jìn)一步提高種子油中的油酸含量并降低亞麻酸和飽和脂肪酸含量成為油菜品質(zhì)改良的新目標(biāo)。我國(guó)特有的觀賞植物諸葛菜

2、(2n=24)具有高亞油酸、低亞麻酸和低芥酸的優(yōu)良品質(zhì)性狀，故前人進(jìn)行了甘藍(lán)型油菜品種奧羅和諸葛菜的屬間雜交，并對(duì)后代進(jìn)行了系統(tǒng)的遺傳研究和選育。本研究通過(guò)對(duì)該雜種的第5代(F<,5>)群體中發(fā)現(xiàn)的淡黃花雜種植株進(jìn)行連續(xù)的自交選育、細(xì)胞學(xué)觀察和脂肪酸組成分析，獲得了油酸和亞油酸含量提高、硫甙含量降低的甘藍(lán)型油菜新材料(F<,12>株系)，并利用基因組原位雜交(GISH)及擴(kuò)增片斷長(zhǎng)度多態(tài)性(AFLP)等方法，分析了它們的遺傳組成及油酸的

3、遺傳方式，主要結(jié)果如下： 1.新材料的形態(tài)及農(nóng)藝性狀。獲得的表型一致的各個(gè)F<,12>株系來(lái)自兩株F<,6>植株(F<,6>-8，F(xiàn)<,6>-9)，形態(tài)上與母本甘藍(lán)型油菜品種奧羅相似，多數(shù)株系的葉片、葉柄、莖桿、角果都不同程度地表現(xiàn)出諸葛菜的紫色性狀、分枝部位降低，具有黃花、淡黃花和白花，且花瓣明顯比奧羅的大，以白色花瓣最大，但稍小于諸葛菜的紫色花瓣。觀察的60個(gè)株系的花粉育性和結(jié)實(shí)均基本正常。5個(gè)不同花色的F<,12>株系的有

4、效分枝數(shù)、主花序角果數(shù)、每角果種子粒數(shù)、千粒重和單株產(chǎn)量均高于奧羅。 2.脂肪酸組成及硫甙含量。對(duì)來(lái)自F<,6>-8和F<,6>-9的高油酸(≥70％，比母本奧羅高10％左右)的后代(F<,9>-F<,12>)進(jìn)行連續(xù)的自交選育，獲得油酸含量穩(wěn)定在70％以上的F<,12>株系；從F<,6>-9的后代中獲得亞油酸含量達(dá)28％的株系，該性狀遺傳穩(wěn)定，油酸和亞油酸含量總和高于80％，最高達(dá)87％，且芥酸含量小于1％。分析的近2000株

5、F<,11>和F<,12>植株的種子硫甙含量表現(xiàn)出大幅變異(3.95-139.5μmol/g，奧羅為64.9μmol/g)，238株(13.05％)的硫甙含量低于30μmol/g，選育出一些甘藍(lán)型油菜的雙低株系。 3.染色體及基因組組成。高油酸的F<,11>和F<,12>株系的絕大多數(shù)子房和根尖細(xì)胞(>98％)的染色體數(shù)為38，在部分植株中有2n=37，39的細(xì)胞，所有植株產(chǎn)生的花粉母細(xì)胞(PMCs)在減數(shù)分裂的終變期均表現(xiàn)為正

6、常的染色體配對(duì)(19個(gè)二價(jià)體)、后期Ⅰ的正常分離(19：19)。在極個(gè)別的株系中在后期Ⅰ/末期Ⅰ有1或2條染色較深的染色體被落后或進(jìn)入一極，它們可能來(lái)自諸葛菜?；蚪M原位雜交分析在子房和根尖細(xì)胞、PMCs中均未檢測(cè)到完整的諸葛菜染色體，不同大小和強(qiáng)度的諸葛菜DNA探針信號(hào)主要位于部分體細(xì)胞染色體和減數(shù)分裂二價(jià)體或后期Ⅰ染色體的末端及著絲粒部位。在一些末期Ⅰ/中期Ⅱ PMCs中，大塊的標(biāo)記染色質(zhì)在空間上與未標(biāo)記的染色質(zhì)分開(kāi)，故可能滲入的諸

7、葛菜片斷較小，不能用GISH在中期染色體上檢測(cè)出。高油酸的51個(gè)F<,12>株系的55個(gè)單株和一個(gè)高亞油酸的F<,12>單株的AFLP分析表明，選取的10對(duì)引物均擴(kuò)增出多態(tài)性帶，所有植株的帶譜均不相同。諸葛菜特異帶、奧羅缺失帶及新增帶的數(shù)目及百分比分別為85(15.98％)、59(11.09％)和53(9.96％)。由于GISH信號(hào)的數(shù)目、大小和強(qiáng)度在每株各細(xì)胞間的染色體上均有變異，很難將GISH信號(hào)與各株系的諸葛菜AFLP 特異帶的數(shù)

8、目多少相對(duì)應(yīng)。高亞油酸株系的PMCs中有一條可能來(lái)自諸葛菜的深染染色體，其諸葛菜特異帶(13條)比觀測(cè)的20個(gè)高油酸株系中的17個(gè)均高。伴隨著諸葛菜片斷的滲入而發(fā)生的甘藍(lán)型油菜的片斷缺失及新增帶的出現(xiàn)，可能與這些株系的選育與穩(wěn)定的較長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)生的染色體片斷重組及序列消除有關(guān)。這些變化可能涉及全基因組范圍，并影響表型、花色、脂肪酸和硫甙合成的許多基因。 4.高油酸性狀的遺傳研究。以高油酸(69％)新株系‘291’、奧羅(油酸含量5

9、7％)和低油酸(25％)品種中油821為親本，配制‘291’×中油821、奧羅×中油821和‘291’×奧羅的正反交組合，研究了親本、F<,1>、F<,2>及BC<,1>各世代種子中油酸的表現(xiàn)和遺傳，其中‘291’×中油821組合進(jìn)行了重復(fù)研究，并觀察了F<,3>種子。結(jié)果顯示‘291’×中油821與奧羅×中油821組合的F<,1>正反交油酸含量均無(wú)明顯差異，沒(méi)有母本效應(yīng)，F(xiàn)<,1>平均值低于中親值，低值對(duì)高值為部分顯性，F(xiàn)<,2>正反

10、交也無(wú)明顯差異，故沒(méi)有細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)。而‘291’×奧羅組合中F<,1>正反交有較明顯的差異，存在部分母本效應(yīng)，F(xiàn)<,1>平均值和中親值相差不顯著；正反交的F<,2>平均值無(wú)明顯差異，說(shuō)明沒(méi)有細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)?！?91’×中油821組合的F<,2>及BC<,1>、F<,3>的脂肪酸分析結(jié)果表明油酸含量的分離方式符合雙因子雜種的基因模型，低油酸對(duì)高油酸為不完全顯性；兩年的結(jié)果一致，說(shuō)明環(huán)境條件對(duì)油酸含量沒(méi)有顯著影響，油酸和芥酸含量的相關(guān)系數(shù)分別為r

11、=-0.92和r=-0.93。奧羅×中油821組合中油酸含量的分離方式符合單因子雜種模型，低油酸對(duì)高油酸仍為不完全顯性，高油酸由一對(duì)隱性主效基因控制，油酸和芥酸間的相關(guān)系數(shù)r=-0.91?！?91’×奧羅組合的F<,2>分離群體中油酸含量呈連續(xù)分布，表現(xiàn)為高油酸的種子粒數(shù)所占比例高于25％，F(xiàn)<,1>和‘291’回交的群體中高油酸的粒數(shù)所占比例高于50％，該組合中的油酸含量由單基因控制。據(jù)此推測(cè)‘291’、奧羅和中油821中控制油酸的基