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竹稻杂交及比较基因组学研究

作　者: 桂毅杰
导　师: 樊龙江
学　校: 浙江大学
专　业: 作物学
关键词: 水稻(Oryza sativa) 竹类植物比较基因组学远缘杂交
分类号: S795
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

竹亚科(Bambusoideae)是禾本科植物(Poaceae)中最原始的亚科之一,竹类植物是禾本科植物中最具多样化的一个种群,它以木质的秆、复合分枝、发达的根系和很少开花的特点区别于同科的其它植物。竹亚科包含970余种竹类植物,它是禾本科植物比较基因组学研究的一个重要节点。分子系统演化研究表明竹和稻具有最近的系统关系。水稻早期也被分在竹亚科,近期才从该亚科分出来单独设立稻亚科。水稻是禾本科的模式植物,基因组最小,且栽培稻的两个亚种：籼稻和粳稻均已完成全基因组测序。竹子极少开花,难以通过杂交后代构建分离群体的方法来研究竹类植物。本研究目的是探索通过比较基因组学方法利用水稻基因组研究竹类植物基因组的途径以及发掘控制竹类特殊生长发育规律的遗传基础,为水稻育种提供可以利用的远缘遗传资源。研究结果如下：(1)本研究首先开展竹子和水稻的田间杂交试验,获得了竹稻杂种籽粒。并建立了流式细胞术和分子标记两种检测方法,有分子证据表明杂种籽粒同时具有竹子和水稻的DNA片段。(2)初步研究了我国栽种面积最广、经济价值最高的毛竹基因组。利用流式细胞仪明确了毛竹基因组大小为2034Mb,远大于水稻和玉米的接近。同时,我们测了近1000条的基因组考察序列(GSS),评估毛竹基因组的构成。发现毛竹基因组重复序列不高(23.3%),远低于玉米和水稻相近。(3)进行了水稻和毛竹的比较基因组学初步研究。构建了384个毛竹BAC克隆,选择插入片段超过100kb的13个BAC进行测序,共获得近1.3Mb的BAC序列。基因预测分析发现有112个基因,选择10kb以上的序列进行重复序列分析,毛竹重复序列比例为36.23%,远低于玉米的82.10%和水稻相当(39.50%)。这一结果和前期基于GSS序列分析的相吻合。比较基因组学分析,发现毛竹同水稻和高粱存在很好的同源区段,具有良好的共线性。提示水稻应该是研究竹子基因组最合适的参考基因组。尽管在系统进化树中,竹子和高粱相距较远,但高粱同竹子同样有着良好的共线性,高粱基因组数据为我们研究竹子提供了另一个重要的参照基因组。(4)进行了水稻SSR分子标记在毛竹中的利用研究。本研究首先利用获得的毛竹基因组序列设计了60对SSR引物,考察了来自6省区13个不同居群的毛竹遗传资源,结果表明各居群毛竹多态性极低。进而我们选择均匀分布水稻12条染色体上的120对SSR引物,考察其在毛竹上的通用性,获得48对引物在毛竹上成功扩增,成功转移率达40%。并利用这批水稻SSR引物对13个居群的毛竹遗传多态性进行分析,其中有5对引物检测到差异条带,说明毛竹各居群遗传变异小,同源性高。

全文目录

致谢  6-8
摘要  8-10
Abstract  10-13
目录  13-15
图表一览  15-16
缩略词表  16-18
第1章文献综述  18-38
  1.1 禾本科及其水稻和竹类植物  18-29
    1.1.1 禾本科植物系统发育树  18-24
    1.1.2 水稻  24-26
    1.1.3 竹类植物  26-28
    1.1.4 竹稻远缘杂交在水稻育种利用研究  28-29
  1.2 禾本科作物比较基因组学研究  29-36
    1.2.1 比较基因组学  29-31
    1.2.2 禾本科作物比较基因组学  31-36
  1.3 本研究的目的和组织  36-38
第2章竹稻田间杂交试验  38-50
  2.1 引言  38-40
  2.2 材料和方法  40-43
    2.2.1 实验材料  40
    2.2.2 竹类植物花粉活力测定  40
    2.2.3 田间杂交实验  40-41
    2.2.4 竹稻杂种胚抢救  41
    2.2.5 竹稻杂种验证  41-43
  2.3 结果与分析  43-48
    2.3.1 竹类植物开花生物学调查  43-45
    2.3.2 竹类植物花粉活力  45
    2.3.3 竹稻杂种的分子证据  45-48
  2.4 讨论  48-50
第3章竹稻比较基因组学研究  50-86
  3.1 引言  50-52
  3.2 材料和方法  52-65
    3.2.1 实验材料  52
    3.2.2 流式细胞仪检测基因组大小  52
    3.2.3 基因组DNA提取及测序  52-53
    3.2.4 毛竹BAC克隆构建  53-60
    3.2.5 BAC克隆测序及拼接  60-61
    3.2.6 基因组调查序列(GSS)分析  61
    3.2.7 基因组BAC序列分析  61-62
    3.2.8 毛竹特异基因验证  62-65
  3.3 结果与分析  65-83
    3.3.1 毛竹基因组大小确定  65-68
    3.3.2 毛竹GSS序列分析  68-71
    3.3.3 毛竹BAC克隆及测序  71-72
    3.3.4 毛竹BAC序列基因注释  72-73
    3.3.5 毛竹BAC重复序列构成  73-79
    3.3.6 毛竹BAC序列共线性分析  79-83
  3.4 讨论  83-86
    3.4.1 基因组大小评估中参照的选择  83-84
    3.4.2 基因组考察序列测序量的确定  84
    3.4.3 水稻是研究竹类植物的理想参考基因组  84-86
第4章利用水稻SSR标记研究毛竹居群遗传多态性  86-94
  4.1 引言  86-88
  4.2 材料和方法  88-90
    4.2.1 实验材料  88
    4.2.2 DNA的提取和检测  88-89
    4.2.3 SSR引物设计和选择  89
    4.2.4 PCR扩增及检测  89-90
  4.3 结果与分析  90-92
    4.3.1 毛竹SSR引物扩增结果  90
    4.3.2 水稻SSR引物在毛竹上成功扩增结果  90-91
    4.3.3 不同居群毛竹的遗传多态性  91-92
  4.4 讨论  92-94
参考文献  94-101
附录一构建BAC文库试剂列表  101-106
附录二变性PAGE检测方法  106-107
附录三毛竹SSR引物序列信息列表  107-110
附录四 120对水稻SSR引物信息列表  110-113
博士期间已发表和在投稿文章  113

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