仲彬草属植物的细胞学和分子系统学研究

仲彬草属Kengyilia Yen et J. L. Yang是颜济、杨俊良1990年以戈壁仲彬草K. gobicola Yen et J. L. Yang为模式建立的一个禾本科Poaceae小麦族Triticeae多年生属。全世界约26种、6变种，分布于我国、前苏联及邻国。我国约24种，分布于西北和西南地区。本属植物是草原、荒漠重要组成部分，具有抗病、抗旱、抗寒、耐碱等特性，是良好的牧草，也是麦类作物品种改良的重要种质资源。 仲彬草属植物的形态特征介于鹅观草属Roegneria和冰草属Agropyron植物之间，与Roegneria的区别在于：穗状花序紧密，上部穗轴节间长1.5-3mm，稀可长达4mm，顶端小穗有时发育不全，外稃密生柔毛或糙毛，顶端具短芒或无芒；与Agropyron有亲缘关系，惟其颖与外稃扁平或背部呈圆形，无显著之脊，顶端小穗并不经常不孕，故与该属有区别。仲彬草属植物为六倍体(2n=6x=42)，具有StYP染色体组。其StY来源于鹅观草属，而P来源于冰草属。目前，仲彬草属的系统地位得到同行广泛的认同。然而，仲彬草属物种间亲缘关系、物种界限、属内类群划分等还存在较大的争议。本研究从细胞学和分子系统学对仲彬草属物种进行了系统研究，旨在为小麦族生物系统学研究以及对仲彬草属植物种质资源保护和利用提供理论依据。主要研究结果如下： 1．系统地对14个仲彬草属物种进行了核型分析，其中7个种的核型为首次报道。核型公式是：K. gobicola，2n=6x=42=36m+6sm；K. mutica，2n=6x=42=36m+6sm；K. hirsuta，2n=6x=42=34m+8sm；K. kokonorica，2n=6x=42=34m+8sm；K. batalinii，2n=6x=42=32m(2SAT)+10sm；K. rigidula，2n=6x=42=36m+6sm；K. alatavica， 四川大学博士学位论文 Zn=6x=42=36m+6sln;K longigl“mis，Zn=6x科2二36m+6stn;K岁andi}lluois，Zn井6x= 42=3 6m+6sm;Kste朋吻仰，Zn=6x二42=36m+6sm;K初义处谬ica，Zn=6x二42=3 Zm +10sm;K thoro翻ric优a，Zn==6x科2=36m+6Sr。;K melanthera，Zn=6x=42月6m+6srn; K na尹双2，2n=6x=42=3 4m+8 sm。它们的核型属于IB或ZB型。除K batalinii外， 其它物种均未发现随体染色体。根据Stebbins的核型进化理论和分支系统学的 编序、赋值方法，对核型的4个重要性状进行了分析，揭示了仲彬草属14个种 的进化水平，其中，K rigidula是14个仲彬草属种中进化程度最低的，K thorol’liOna是最进化的物种，其余物种的进化程度介于它们之间。 2.对仲彬草属14个种和1个变种共32份材料进行了RAPD分析。结果表 明仲彬草属物种间具有丰富的RAPD变异。46个引物产生的341条DNA扩增 片段中，327条(95.9%)具有多态性，每个引物可扩增出1一13条多态性带， 平均7.1条。RAPD标记的遗传相似系数(GS)变化范围为0.164～0 .829，平均 值为0.3犯。聚类分析显示，RAPD标记能将32份仲彬草属材料完全分开，物 种内不同居群都聚在一起，遗传相似系数较大，亲缘关系较近;物种间的变异 大于种内不同居群间的变异。并且，形态相似、地理分布一致的物种聚类在一 起，有一定的亲缘关系。据此认为，RAPD分析方法可为仲彬草属植物的系统 学研究提供分子水平上的资料。 3.对仲彬草属犯份材料进行了RAMP分析。结果表明物种间变异较大， 多态性高。40个引物组合产生的264条DNA扩增片段中，231条(87.5%)具 有多态性，每个引物组合可扩增出2一11条多态性带，平均5.8条。遗传相似系 数变化范围为0.477一0.965，平均值为0.714。聚类分析显示，RAMP标记能将 32份仲彬草属材料完全分开，同种不同居群的材料分别聚在一起，亲缘关系很 近;物种间的变异大于种内的变异;形态相似、地理分布一致的物种有一定的 亲缘关系，聚类在一起。这与RAPD、形态学和细胞学等分析结果基本一致。 因此，RAMP分子标记也是评价仲彬草属种间关系的有效方法。 4.利用ISSR标记对仲彬草属32份材料进行了研究。结果表明:仲彬草属 材料间IsSR标记多态性较高，变异较大。35个ISSR引物中，共有12个引物 (占34%)可扩增出清晰的、具多态性的条带。12个引物共扩增出593条带， 其中535条(90.2%)具有多态性，每个引物可扩增出11一80条多态性带，平均 44.6条。ISSR标记遗传相似系数变化范围为0.415一0.965，平均值为0.635。从 四川大学博士学位论文 聚类分析得知，ISSR标记能将犯份仲彬草属材料完全分开，32份材料聚为4 类。同种不同居群的材料分别聚在一起，亲缘关系较近:种间存在明显的差异; 形态相似、地理分布一致的物种倾向于聚类在一起，有一定的亲缘关系。这与 RAPD和RAMP等分析结果基本一致。IsSR分子标记也能有效地评价仲彬草属 物种的亲缘关系。 5.应用PCR一RFLP技术对犯份仲彬草属Ken名yilia和2份外类群共34份 材料细胞质基因组DNA进行遗传变异分析。选用的16个引物中，4个叶绿体 引物和5个线粒体引物可扩增出稳定而明显的PCR产物，其扩增产物用巧种 限制性内切酶进行酶切。结果发现，所有的135种引物/酶组合中，得到清晰稳 定的83种引物/酶组合，其中在犯份仲彬草属材料中有40种引物/酶组