紅星草棉-澳洲棉雙二倍體的鑒定與基因組DNA甲基化的MSAP檢測(cè).pdf

1、棉花（Gossypium spp.）是全世界范圍內(nèi)重要的天然纖維作物和重要的蛋白質(zhì)和油料來(lái)源作物，其天然纖維一直以來(lái)作為重要的紡織工業(yè)原料在世界范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)地位不可動(dòng)搖。同時(shí)棉花也是重要的糧食作物，棉籽仁的含油量高達(dá)35～38％，蛋白含量也高達(dá)35～39％,從營(yíng)養(yǎng)學(xué)的角度來(lái)講棉籽是優(yōu)異的蛋白油料來(lái)源。陸地棉作為世界范圍內(nèi)的主要栽培棉種，由于其棉籽中含有棉酚毒素而使得對(duì)棉籽的加工利用受到限制，人和單胃動(dòng)物均不能長(zhǎng)期食用含棉酚的棉籽產(chǎn)品。澳

2、洲棉種具有一種“植株有腺體—種子無(wú)腺體”的性狀，這種性狀又稱“子葉色素腺體延緩發(fā)生”，表現(xiàn)為在成熟的種子中不合色素腺體和棉酚，色素腺體的形成發(fā)生于種子萌發(fā)的過(guò)程中，隨著種子萌發(fā)逐步在體表形成腺體并含有棉酚，起到對(duì)幼苗的保護(hù)作用。利用部分澳洲野生棉種作為育種材料來(lái)改良陸地棉栽培種，通過(guò)將“植株有腺體—種子無(wú)腺體”的性狀轉(zhuǎn)育到陸地棉栽培種以實(shí)現(xiàn)低（無(wú)）棉酚棉種的培育，是從根本上去除棉酚實(shí)現(xiàn)棉籽經(jīng)濟(jì)利用的最有效的途徑。紅星草棉作為一個(gè)二倍體栽

3、培棉種，具有抗旱和抗角斑病等特性，草棉作為與陸地棉A亞組染色體親緣關(guān)系最近的A亞組染色體棉種，利用其與澳洲棉雜交創(chuàng)制的四倍體在轉(zhuǎn)育澳洲棉的目標(biāo)性狀進(jìn)入陸地棉栽培種可發(fā)揮橋梁作用。
　　本研究中新合成的紅星草棉—澳洲棉雙二倍體是在以紅星草棉作為母本與澳洲棉雜交獲得的雜種F1的基礎(chǔ)上，利用秋水仙素對(duì)F1植株的芽頭進(jìn)行加倍處理后成功培育的。雙二倍體雜種S1幼苗在長(zhǎng)到兩片真葉時(shí)表現(xiàn)出葉片發(fā)黃，植株生長(zhǎng)停滯，經(jīng)嫁接后成活并收獲少數(shù)S2種子。

4、為了充分描述紅星草棉—澳洲棉雙二倍體這個(gè)新的棉種材料，對(duì)S1植株表型進(jìn)行了調(diào)查。S1植株在葉片的形狀上表現(xiàn)出典型的居于雙親之間的中間形狀，S2種子表現(xiàn)為似草棉籽粒大但種仁體表腺體比紅星草棉略少，S2纖維表現(xiàn)為澳洲棉的棕色但纖維長(zhǎng)度稍微比澳洲棉長(zhǎng)，同時(shí)S1植株的花器與雙親的花器經(jīng)解剖對(duì)比，發(fā)現(xiàn)萼片、苞葉和蜜腺的性狀居于中間表型，花瓣顏色表現(xiàn)為澳洲棉的紫色，花蕊的顏色表現(xiàn)紅星草棉的黃色。兩個(gè)親本的一些典型表型在雙二倍體植株上或分別得以保留或

5、融合為中間表型，在雜種F1植株上觀察到的表型與S1類似。
　　通過(guò)利用S2種子發(fā)根切取根尖進(jìn)行有絲分裂中期染色體數(shù)目觀察，確認(rèn)了新合成的雙二倍體染色體數(shù)目為2n=4X=52;利用澳洲棉全基因組DNA經(jīng)地高辛標(biāo)記后作為探針進(jìn)行原位雜交，在根尖細(xì)胞的分裂相中檢測(cè)到了26個(gè)染色體信號(hào)，證實(shí)了新合成雙二倍體的一個(gè)染色體組就是澳洲棉的G2染色體組。通過(guò)對(duì)S1植株花粉母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂中期Ⅰ的染色體數(shù)目和配對(duì)情況的顯微鏡檢，發(fā)現(xiàn)在所觀察的49

6、個(gè)花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂中期Ⅰ普遍都存在2-4個(gè)單價(jià)體，個(gè)別還出現(xiàn)了三價(jià)體，只有兩個(gè)花粉母細(xì)胞的染色體是完全配對(duì)成26個(gè)二價(jià)體。染色體的不完全配對(duì)干擾了減數(shù)分裂的順利進(jìn)行，是導(dǎo)致S1植株花粉育性較低的主要原因。
　　為研究新合成的雙二倍體材料在經(jīng)歷染色體組的重組和加倍之后，基因組DNA甲基化修飾所表現(xiàn)出來(lái)的變化，通過(guò)嫁接擴(kuò)大群體然后分別進(jìn)行干旱和低溫脅迫處理，利用MSAP技術(shù)對(duì)基因組DNA的胞嘧啶甲基化修飾進(jìn)行了初步的摸索性研究。紅星

7、草棉、澳洲棉和雜種F1、S1、S2五個(gè)材料的整體胞嘧啶甲基化水平為47.40～55.09％，表現(xiàn)出較大的時(shí)空條件差異性。雜種后代的基因組DNA的甲基化信息主要遺傳于兩個(gè)親本共有的CCGG位點(diǎn)的甲基化信息，變異位點(diǎn)多發(fā)生在兩個(gè)親本特有的CCGG位點(diǎn)甲基化信息，各個(gè)雜種后代總的甲基化變異頻率，隨著染色體組的加倍和世代增加而逐漸降低，甲基化的修飾呈現(xiàn)一個(gè)逐漸穩(wěn)定的變化。雜種后代在應(yīng)對(duì)干旱和低溫脅迫時(shí)，其甲基化的修飾主要體現(xiàn)在不同親本來(lái)源的甲基

8、化遺傳模式的遺傳率的動(dòng)態(tài)調(diào)整，其中S2植株較其他四個(gè)材料更能保持甲基化的穩(wěn)定。
　　本研究通過(guò)對(duì)新合成的紅星草棉—澳洲棉雙二倍體材料的細(xì)胞學(xué)鑒定和形態(tài)表型調(diào)查，對(duì)其做了系統(tǒng)的鑒定，確認(rèn)了其作為新合成的雙二倍體的事實(shí)。同時(shí)利用MSAP技術(shù)對(duì)新合成的雙二倍體材料及其兩個(gè)親本材料進(jìn)行了全基因組DNA甲基化修飾的初步研究。本研究結(jié)果為轉(zhuǎn)育澳洲棉“植株有腺體——種子無(wú)腺體”性狀進(jìn)入陸地棉栽培種的可能性提供了參考，MSAP實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于開展后續(xù)