利用分子标记探讨赖草属植物的系统关系

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赖草属LeymusHochst.是禾本科Poaceae小麦族TriticeaeDumortier的一个重要多年生属,全世界大约有30个种和19个亚种,从北海的沿岸地区,越过中亚到东亚直至阿拉斯加和北美西部的广阔地域均有分布,多数种类集中于中亚和北美的高山。我国原记载约10种,加上近年来报道的新分类群,共25个种,4个亚种和3个变种,主要分布于西北、华北、东北及西南地区。该属的多数物种为草原和草甸的主要组成成分,许多种类是优良的牧草,具有较高的饲用价值。由于赖草属植物常生长在盐碱地和干早半干旱的山坡、地埂,该属植物的有些物种对寒冷、干早、盐碱土等不良环境具有高度的适应性。同时,有些赖草属物种还具有抗病虫、穗大、粒多、粒大、高光效等优良特性。因此,作为麦类作物育种的重要三级基因源,赖草属植物对改良遗传基础日益狭窄的麦类作物有重要意义。然而,有关该属植物的起源、系统地位、物种界限、种间(内)亲缘关系等问题,仍然存在较大的分歧。 针对赖草属物种中Ns基因组的供体物种以及另一个基因组的来源问题,本研究利用同工酶、醇溶蛋白及RAPD标记对14种赖草属植物和10种近缘属二倍体物种的系统关系进行了分析。主要结果如下: 1.利用垂直平板聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)对赖草属、冰草属、偃麦草属、澳冰草属、拟鹅观草属、新麦草属和大麦属7个属24个物种的酯酶同工酶和超氧化物歧化酶同工酶进行比较分析。结果表明:①7个属24个物种共出现24种不同的同工酶酶谱,电泳分离出迁移率不同的45条酶带;②Leymuschinensis与Leymus其它13个种的亲缘关系较远,与Hordeumbogdanii的亲缘关系较近;Psathyrostachys_juncea与Leymus的亲缘关系很近;③相似染色体组的物种聚类在一起;④两种同工酶的分析结果与细胞学及分子标记的研究结果基本一致。 2.利用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)对赖草属12种和冰草属、偃麦草属、澳冰草属、拟鹅观草属、新麦草属和大麦属7个属10个种共22份材料进行醇溶蛋白遗传分析。结果表明:①7个属22份材料共出现22种不同的醇溶蛋白图谱,22种图谱中分离出的52条带纹,多态性高达100%,说明属间和种间具有丰富的醇溶蛋白多态性;②Psathyrostachysjuncea与Psa.huashanica的亲缘关系较远,而Psa.juncea与Leymus的亲缘关系很近;③含有相似染色体组的物种能各自聚类在一起,它们具有较近的亲缘关系;④醇溶蛋白的分析结果与细胞学及分子标记的研究结果基本一致,表明醇溶蛋白能够用于小麦族多年生物种系统亲缘关系分析。 3.对14个赖草属物种和10个近缘属物种进行基因组特异RAPD标记。选用小麦族中6个基本基因组(E、H、P、St、W、Ns)的特异RAPD引物进行PCR扩增检测,结果表明:①14个赖草属物种具有Ns基因组特异的RAPD标记,而没有P和E基因组的特异的RAPE)标记;②Leymusramosus具有W基因组特异的RAPD标记;L.triticoides、L.ramosus、L.paboanus、L.chinensis、L.pseudoracemosus具有St基因组特异的RAPD标记;L.angustus、L.arenarius、L.multicaulis、L.karelinii、L.tianshanicus、L.paboanus、L.cinereus、L.chinensis、L.racemosus具有H基因组特异的RAPD标记;⑧L.paboanus、L.chinensis不仅出现了H基因组的特异性条带,还出现了St基因组的特异性条带;L.ramosus不仅出现了W基因组的特异性条带,还出现了St基因组的特异性条带。 结合本实验的研究结果,赖草属植物为多重起源,Ns基因组来自新麦草属,Psathyrostachysjuncea与赖草属系统关系较近。赖草属不含E、P基因组,St、W和H基因组参与了部分赖草属物种的起源。
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