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栽培稻与疣粒野生稻杂种二倍体及四倍体的GISH鉴定与比较

宋兆建  杜超群  胡亚平  唐志强  陈冬玲  何光存  蔡得田  
【摘要】:水稻是世界三大粮食作物之一,为全世界超过三分之一的人口提供食物。经过各国科学家坚持不懈的努力,世界栽培稻的产量和品质都已得到巨大提高,但随着人口的迅速膨胀、耕地的不断减少,如何进一步提高水稻产量和品质的问题已突出地摆在人们的面前。野生稻分布范围极其广泛,遍布热带和亚热带,在其长期适应各种恶劣环境的进化过程中,形成了极其丰富的遗传多样性,具有多种栽培稻所不具有或已消失的优良性状,如抗病、抗虫、抗逆,细胞质雄性不育、高生物量、高蛋白含量等,是对栽培稻进行遗传改良的重要物质基础。疣粒野生稻是原产我国的三种野生稻之一,具有对白叶枯免疫、高抗细菌性条斑病、抗褐稻虱、旱生和耐荫等重要的生理生态特征,为了利用这些众多有利基因,将栽培稻品种珍汕97B(AA,2n=2X=24)与疣粒野生稻(GG, 2n=2X=24)杂交得到二倍体杂种(AG,2n=2X=24)。二倍体杂种再经本实验室高效诱导水稻多倍体形成的技术体系加倍后得到杂种四倍体(AAGG,2n=4X=48)。为了鉴定杂种的真实性,用生物素标记的疣粒野生稻总 DNA 作探针,未标记的栽培稻总 DNA 封阻,对疣粒野生稻与栽培稻杂种二倍体及四倍体的体细胞染色体进行基因组原位杂交 (Genomic in situ hybridization,GISH)分析。Cy3检测表明,杂种细胞中来自疣粒野生稻的染色体有较多的红色杂交信号,而来自栽培稻的染色体基本上没有杂交信号。每条疣粒野生稻染色体上红色信号所占区域只是染色体的一部分,而且各条染色体红色信号的多少又各不相同。同时,对杂种二倍体与四倍体的主要农艺性状和减数分裂行为等进行比较和分析。结果表明,杂种四倍体与二倍体农艺性状上有较大差异,四倍体具有明显的多倍体优势,株高、穗长、叶面积、剑叶长度、颖壳大小等与比二倍体相比明显增加, 叶色也明显加深。此外,杂种二倍体和四倍体较其亲本疣粒野生稻都具有株型直立、紧凑,分蘖数、穗粒数明显增多等特点,更倾向于栽培稻。但杂种四倍体与本实验室获得的另外一些水稻基因组间杂种(如 AABB,AAEE 等)不同,它与杂种二倍体一样不结实。为此对影响结实的关键过程——花粉母细胞减数分裂行为进行制片观察,初步研究杂种不结实的原因。制片观察结果表明,杂种二倍体减数分裂过程较紊乱,出现多价体、单价体及落后染色体等,但杂种四倍体减数分裂过程较正常,未出现多价体、单价体及落后染色体等现象,说明导致杂种不结实的原因不仅是减数分裂不正常的问题,还有其它因素也影响了杂种的结实。据推测很可能是由核质亲和性问题所引起的,这还有待于进一步的研究。

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