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樱桃自交不亲和性在遗传育种中的研究及应用

【摘要】: 自交不亲和是被子植物预防近亲繁殖和保持遗传变异的一种重要机制。这一机制在植物界中普遍存在,许多果树如苹果、梨、樱桃、杏都存在自交不亲和现象。由于自交不亲和是植物生殖过程中的一个重要现象,因此它已成为果树及其它植物研究的热点,但自交不亲和性在甜樱桃遗传育种种质创新和亲缘关系的鉴定等方面的应用还鲜有报道。本研究以樱亚属中甜樱桃,酸樱桃,毛樱桃等种为试材,探讨了导致甜樱桃自交亲和性发生的原因,建立了AS-PCR体系对不同甜樱桃品种的S基因型进行鉴定,并利用自交不亲和基因进行了种质创新,亲缘关系鉴定等方面的研究,具体结果如下: 1.根据核果类S基因序列的特点在C2,C5保守区设计特异引物,建立了AS-PCR体系,用已知基因型品种验证其可靠性。对57个国内外的甜樱桃品种进行了自交不亲和(SI)基因型的鉴定,首次鉴定了我国主栽的一些甜樱桃品种的S基因型,并发现了两个新的S基因型S1S6、S4S9,将自交不亲和的组群扩展到21个。同时对原有的甜樱桃自交不亲和组群列表A(Tehrani and Brown,1992)进行了调整和补充,重新鉴定了以前被归类于O组群品种的基因型,其中Hedelfingen基因型为S3S5,应属于Ⅶ组群,Vega的基因型为S2S3,属于Ⅳ组群,证明O组群并不存在,它只是一些与已知组群的S基因型不同的品种的组合。 2.以自交亲和品种斯坦拉(stella)为亲本构建自交亲和群体,根据S基因分离的特点可获得基因型为S3S4'和S4'S4'的自交亲和后代,利用AS-PCR技术体系对自交后代的基因型进行鉴定,在获得的325棵植株中S3S4基因型178株,S4S4基因型140株,其余7株基因型为S3S3,占2.16%。S3S4,S4S4的比例为1.27:1,经X~2检验并不符合1:1的分离比例,这可能与S_3基因在遗传中具有一定的选择优势有关。 3.远缘杂交是樱桃砧木及新品种育种的有效途径,但在很多种间和属间的杂交中,由于种种原因不能形成具有萌发力的种子。我们以甜樱桃品种先锋为母本,毛樱桃为父本进行了种间杂交,获得的杂交种子严重皱缩,份量很轻,不能萌发,通过胚培养克服了远缘杂种在自然状态下胚败育情况的发生,挽救形成了杂种后代(代号G3)。利用AS-PCR和RAPD两种方法对获得的G3组培苗进行苗期亲缘关系鉴定,得到一致结论,确定G3为远缘杂交的新种质,同时证实AS-PCR可以作为鉴定亲缘关系的一种辅助方法。 樱桃自交不亲和性在遗传育种中的研究及应用 4.我们根据S等位基因在种间的保守性,利用AS-PCR对酸樱桃,甜樱桃,草原 樱桃的S等位基因进行扩增,通过对S基因的专一性扩增和对扩增片段的克隆测序发 现酸樱桃品种(Favoriate)中也含有甜樱桃的 SI,S4等位基因和草原樱桃中的一个等 位基因(SX),从而证实了酸樱桃,甜樱桃,草原樱桃之间存在亲缘关系。在酸樱桃 品种 Favoriate(SIS4Sx)与甜樱桃品种雷尼(SIS4)的正反交花粉实验中雷尼与 Favoriate是杂交不亲和的,花粉管伸长在花柱中受到抑制。这说明来自酸樱桃的 SI, S4ANases和来自甜樱桃花粉的S基因能够相互识别并产生抑制作用。 5.在斯担拉自交亲和性的研究中发现自交亲和品种与自交不亲和品种的花粉对花 柱蛋白的敏感性不同,花柱蛋白对自交亲和品种的花粉萌发及伸长没有明显的抑制作 用,而自交不亲和品种对花柱蛋白反应敏感,随着蛋白浓度的增加抑制作用增强。设 计专一性引物克隆斯坦拉(stClla)花柱 S4基因(S-RNase),通过序列比较验证了斯 坦拉*tella)花柱S4RNases基因与正常的S4没有差异,因此导致自交亲和的突变并 不是发生在S4RNase上,极有可能发生在与花粉有关的S基因中。 6.在樱桃打破自交不亲和性的研究中,不同基因型的品种在不同温度条件下打破 自交不亲和性的频率不同,其中S3S4基因型的品种打破自交不亲和的频率最高,可能 与不同的S基因表达水平的差异有关。在不同温度下门℃,15℃,20℃,25℃)对 授粉后的花柱进行培养,发现在25C时打破自交不亲和的频率最高。

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