全 文 ：第 27卷　第 4期 西北农业大学学报 Vol. 27 No. 4
1999年 8月 Ac ta Univ . Ag ric. Bo reali-occidentalis Aug. 1999
[文章编号 ]1000-2782( 1999) 04-0001-06
大赖草和新麦草物种专化
DNA重复序列研究
Ⅱ 在小麦族中分布的多态性
柴守诚 ,刘大钧 ,陈佩度 ,李万隆 ,齐莉莉 ,曹明树 ,刘金元
(南京农业大学农业部作物细胞遗传重点开放实验室 ,南京 210095)
　　 [摘　要 ]　大赖草和新麦草中克隆的 5个 DNA重复序列与小麦族不同物种 DN A进行
Southern杂交。结果表明 ,这 5个重复序列在 Leymus属 (赖草属 )和 Psathyrostachy s属 (新麦
草属 )中的丰度与小麦、大麦和黑麦相差悬殊 ,可以作为这 2个属染色体的分子标记检测其导
入小麦、大麦和黑麦后的踪迹 ,尤其是 pLr647对这 2个属专化性更强 ,应优先选用。 另外 ,结
合本研究结果对小麦族有关种属染色体组的进化问题进行了讨论。
[关键词 ]　大赖草 ;新麦草 ;小麦族 ; DNA重复序列
[中图分类号 ]　 S512. 1　　　 [文献标识码 ]　 A
据柴守诚等 [1 ]研究报道 ,已在 2种小麦近缘植物—— 大赖草和新麦草中克隆到 15个
强阳性物种专化 DNA重复序列 ,并从中选定 5个进行了同源性测定 ,结果表明 ,选自新
麦草的 2个 DNA重复序列 pPj205和 pPj605间有序列同源性 ,而选自大赖草的 3个重复
序列 , pLr344, pLr426和 pLr647相互间以及与 p Pj205和 pPj605间均无序列同源性。
物种专化 DNA重复序列不仅在不同种属间量的分布不均衡 ,即存在丰度多态性 ,而
且还可能象单 (低 )拷贝序列一样具有限制性长度片段多态性 ( RFLP)。正因为如此 ,物种
专化 DNA重复序列才被用于物种进化研究 [2, 3]和栽培种中外源种质的鉴定 [4～ 7 ]等方面。
点渍杂交分析能够揭示丰度多态性 ,但不能揭示 RFLP;而 Southern杂交分析则能同时
揭示两者 ,且准确性更高。为此 ,笔者利用这 5个重复序列与小麦族不同物种的酶切 DNA
进行了 Southern杂交 ,其目的在于进一步探讨这些重复序列是否能够用于检测导入小麦
族栽培种 ,特别是小麦中的赖草属、新麦草属和其他种属的染色质 ;用于研究小麦族有关
种属的染色体组进化。
1　材料与方法
本研究所用 DNA重复序列除 pLr344, pLr647, pLr426, p Pj205和 pPj605外 ,还包括
本实验室李万隆等 [7 ]从簇毛麦中克隆到的 1个物种专化 DNA重复序列 pHv 62.所选用
的植物材料除少数引自西北植物所陈漱阳和中国农科院贾继增外 , 其他均为本实验室保
[收稿日期 ]　 1998-12-29
[基金项目 ]　高等学校博士点基金 ( 970205)
[作者简介 ]　柴守诚 ( 1960— ) ,男 ,副教授 ,博士 ,现工作单位:西北农业大学农学系 ,陕西杨陵 712100
存材料 ,具体材料参见图 1和图 2.
植物和质粒 DNA的提取分别按 CTAB法 [8 ]和微量碱裂法 [9 ]进行。植物 DN A的酶切
采用 EcoRⅤ酶在 37℃下过夜。 DNA电泳的琼脂糖凝胶浓度为 10 g /L,缓冲液为 1×
T AE. Southern转移按碱转移法 [ 9 ]进行 ,持续时间为 20 h左右。 Souther n杂交及随后的
洗膜参照 Sha rp等 [10 ]使用的方法。放射自显影在- 20℃条件下进行 3 d.
图 1　小麦族植物 EcoRⅤ酶切 DNA与物种专化 DN A重复序列 South ern杂交
pPj605的杂交结果与 pPj205相同 ,故略去 ; DN A用量为每个染色体组 5μg;
分子质量标记由λDN A E coRⅠ 和 HindⅢ双酶切及λDNA HindⅢ单酶切产物混合而成 ;
1. L . racemosus; 2. Psa. juncea; 3. Th. bessarabicum -C. S; 4. Th . elongatum;
5. Pse. sp icata; 6. C. violaceum; 7. E. cil iar is; 8. E . kamoji ;
9. Ag . crista tum; 10. H. vil losa ; 11. S . cereale; 12. H . vulgare;
13. T . aestivum ; A. pLr344; B. pLr647; C. pLr426; D. pPj205
2　结果与分析
小麦族不同物种 EcoRⅤ酶切 DNA与不同重复序列 Southern杂交的结果 (图 1,图
2)表明 ,这些重复序列在不同物种间既存在明显丰度多态性 ,也存在许多限制性长度片段
多态性 ,现分述如下:
2 西北农业大学学报 第 27卷
pLr344　该重复序列主要分布在 Leymus ( NX)和 Psathyrostachys ( N) 2属的物种
中 ,在 Pseudoroegneria spicata ( S) ,Critesion v iolaceum和 Elymus的一些物种中分布很
少 ,其他种属中 (包括大麦、黑麦和小麦等 )分布更少。Leymus属 4个种的杂交带谱基本相
同 , Psa. juncea和 Psa. stolni formis的带谱完全相同 (图 2)。
Psathyrostachys属被认为是赖草属两染色体组 ( NX )中 N组的供体种。 在利用
pLr344作探针对 EcoRⅤ酶切 DNA进行 Southern杂交时 , Psathyrostachys属与小麦族
其他物 种相比 , 确与 Leymus属 相似性最大 , 但 2属间 在带型上 仍有差 异。
Th.bessarabicum含有 J染色体组 , Love曾认为 [11 ] ,它可能是 Leymus属的另一染色体组
的来源 ,但普通小麦 -Th. bessarabicum的双二倍体与普通小麦的杂交带谱完全相同 ,而与
Legmus属相差甚远 ,说明 J组与 Leymus属的染色体组不同。 Pse. spicata ( S)和 C . vio-
laceum ( H)与 pLr344都有杂交信号 ,但杂交带型不同。 E. ciliaris ( SY)的杂交带谱与
Pse. spicata相同。E.kamoji ( SHY)的杂交带型相当于 Pse. spicata和 C .v iolaceum杂交带
型的相加 (图 1)。
pLr647　该重复序列在赖草属中分布最多 ,新麦草属次之 ,但要比赖草属少得多。在
所采用的小麦族其他物种中几乎检测不到。
Leymus属 4个种的杂交带谱完全相同。 Psathyrostachys属 2个种的杂交带谱也完全
相同。 Leymus属与 Psathyrostachys属除杂交信号的总强度有明显区别外 ,杂交带谱也有
明确区别。Leymus属中有 1条 1. 2 kb的特强带 ,而在 Psathyrostachys属中却没有 (图 1)。
pLr426　该重复序列在小麦族中的分布物种谱比 pLr344和 pLr647重复序列更广。
在 Leymus , Psathyrostachys , Thinopyrum , Pseudoroegneria ,Critesion , Elymus和 Agropy-
ron等属中都有分布 ,但在大麦、黑麦和小麦中分布极少。
Leymus属 4个种与 Psathyrostachys属 2个种的杂交信号分布基本相同。普通小麦 -
Th. bessarabicum双二倍体与 Th. elongatum的杂交带型基本相同。 Pse. spicata ( S)与
C . violaceum ( H)的杂交带型有区别 , E. cil iaris的杂交带型与 pse. spicata相同。 E.
kamoji的杂交带谱又一次等于 S和 H组的相加 (图 1)。
pPj205　该重复序列分布的物种范围与 pLr426相同。 Leymus属的 4个种中 , L .
racemosus , L .angustus和 L . corelinii的杂交带型完全相同 ,杂交信号主要表现为弥散状 ,
但同时也有 1条约 3. 0 kb的明显杂交带。L . chinensis中则没有 3. 0 kb的杂交主带 ,其他
杂交信号分布与前三者相同。Psathyrostachys属 2个种的杂交信号分布与 L . chinensis相
同。普通小麦 -Th.bessatabicum双二倍体与 Th. elongatum的带型基本相同。 Pse. spicata
( S)和 C. violaceum ( H)与 pPj205的杂交带型不同 ,但 E. ciliaris与 Pse. spicata的杂交带
谱相同。 E. kamoji的杂交带型又一次等于 Pse. spicata与 C. violaceum的相加。
pPj605　该重复序列与 p Pj205的物种分布范围和杂交带谱相同。
pHv62　根据李万隆等 [7 ]的研究 , p Hv62除富含于簇毛麦中外 ,在 L. racemosus , Th.
bessarabicum ( J)中也有大量分布 ,但在 Psa. juncea ( N)中却没有分布。在这一点上 J与 N
染色体组有明显的区别 ,而这 2个染色体组恰好又是涉及赖草属染色体组起源的 2个关
键染色体组。由于这个原因 ,笔者认为 pHv62可能对研究赖草属的染色体组起源有用。为
此用 pHv 62对 Leymus属的 4个种、 Psathy rostachys属的 2个种进行了 Southern杂交 ,结
3第 4期 柴守诚等: 大赖草和新麦草物种专化 DN A重复序列研究 Ⅱ
果发现 pHv 62与 L . racemosus和 L . angustus有强杂交信号 ,而与 L .chinensis ,L . corelini-
i , Psa. juncea和 Psa. stolni formis没有杂交信号。由此可见 ,赖草属不同物种在这一重复
序列上有明显区别。
图 2　赖草属、新麦草属植物 EcoRⅤ酶切 DN A与物种专化 DN A重复序列 Southern杂交
pPj605的杂交结果与 pPj205相同 ,故略去 ; DN A用量为每泳道 5μg;
1. Psa. juncea;　 2. Psa . stoln iformis;　 3. L . ra cemosus ( Xinjiang) ;　 4. L . racemosus;　 5. L . ch inensis;
6. L . angustus; 7. L . corel inii ;　 A. pLr344; B. pLr647; C. pHv62; D. pLr426; E. pPj205
3　结论与讨论
由于本研究新近克隆的 5个 DNA重复序列在赖草属和新麦草属中的丰度与小麦、
大麦和黑麦相差悬殊 ,因此 ,其可以作为这 2个属染色体的分子标记检测其导入小麦、大
麦和黑麦中的行踪 ,其中 pLr647的专化性更强 ,应优先考虑使用。同样由于丰度的差异 ,
pLr426, pPj205和 p Pj605还可能用于检测 J, E, S, H组的染色质。
根据重复序列的比较 ,在小麦族中与 Leymus属最相似的是 Psathyrostachys属 ,但两
属间仍有明显区别。 Thinopyrum ,Pseudoroegneria和 Critesion属与 Leymus属相差甚远 ,
Agropyron , Hordeum , Secale和 Trit icum属与 Leymus属相差更远。
Leymus属不同种间在重复序列上既有许多相同之处 ,又有一些明显的区别。 在用
pLr344, p Lr426和 p Lr647作探针进行杂交时 , L . racemosus , L . angustus , L . chinensis和
L . corel inii基本相同。但在用 p Pj205和 pHv62杂交时 ,L . chinensis与 L . racemosus和 L .
angustus有显著区别 ,却与 Psathyrostachys属相同。鉴于 Leymus属不同种间的明显分
化 ,笔者认为 Leymus属可能是多重起源。 Psathyrostachys属内不同变异类型间 , Psathy-
4 西北农业大学学报 第 27卷
rostachys属与其他种属间杂交形成多倍体的情况可能都有 ,这些多倍体形成后 ,有的可能
独自演化而形成一个进化分枝 ,有的可能相互间还发生了再次杂交 ,并伴随有染色体组重
组 ,沿不止一个方向演化形成不同的进化分枝。 就本研究采用的 Leymus属 4个种而言 ,
考虑到 L . chinensis与其他种在 DNA重复序列上有较大的区别 ,且又主要分布在中国及
其邻近国家 [ 12] ,因此可能代表一个进化分枝 ,而 L . racemosus和 L . angustus可能属另一
个进化分枝。 两进化分枝相比 ,前者与 Psathyrostachys属的相似程度更高。
以 pLr344, pPj205和 pPj605为探针时 , Pse. spicata ( S)与 C. v iolaceum ( H)的 South-
ern杂交带谱明显不同 ,但 Pse. spicata与 E. cil iaris ( SY)的杂交带谱完全相同 , E. kamoji
( S HY)的杂交带谱等于 Pse. spicata与 C. violaceum杂交带谱的相加。这一方面说明 ,在
这 2个多倍体的形成和进化过程中 ,这些重复序列在 S和 H组上基本保持稳定 ,另一方
面也可能意味着这 2个多倍体种是新近起源的 ,同时还暗示未知来源的 Y组与 S组可能
相似。
Thinopyrum属的 J和 E组是否相同尚有争议 ,一种观点认为两者有区别 [13 ] ,另一种
观点认为两者没有多少区别应合并 [14 ]。 本试验结果表明 ,这 2个染色体组与 5个新克隆
的重复序列探针 Southern杂交的结果一致 ,反映了两者之间的相似性。
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A Study on Species-Specific DN A Repeats from
Leymus racemosus and Psathyrostachys juncea
Ⅱ Polymorphism among the Species of Triticea
CHAI Shou-cheng, LIU Da- jun, CHEN Pei-du, LI Wan-long,
QI Li-l i, CAO Ming-shu, LIU Jing-yuan
( Key Labora tor y of Crop Cytogenet ics of the Minist ry of A griculture,
Nanj ing Ag ricul tu ral University , Jiangsu ,N anjing 210095,China )
Abstract: The abundance and RFLP of 5 DN A repeats, pLr344, p Lr647, p Lr426,
pPj205 and pPj605 appearing in various species o f t ribe Tri ticeae were tested by South-
ern blo t hybridization. The big di fferences among species of Triticeae in abundance of the
fiv e DN A repeats made i t possible that they could be used as mo lecula r markers to moni-
to r Leymus and Psathyrostachys ch romatins transferred to w hea t, barley and rye. Owing
to being more st rictly species-specific, pLr 647 w as particula rly recommended fo r this
purpo se. The evolution of some genera in wheat t ribe w as also discussed.
Key words: Trit iceae; Leymus racemosus; Psathyrostachys juncea; repeated DN A se-
quence
6 西北农业大学学报 第 27卷