全 文 ：分子植物育种，2010年，第 8卷，第 2期，第 293-296页
Molecular Plant Breeding, 2010, Vol.8, No.2, 293-296
研究报告
A Letter
用基因组原位杂交方法分析甘蔗-斑茅杂种及回交后代的染色体组成
陈健文 1* Nathalie Piperidis (nee Reffay) 2* 李奇伟 1 陈勇生 1 符成 1 Phillip Jackson 3 George Piperidis 2
邓海华 1**
1广州甘蔗糖业研究所,广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室,广州, 510316; 2澳大利亚甘蔗试验站管理局(BSES),麦凯, 4741,澳大利亚; 3
澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)植物部,布里斯班, 4814,澳大利亚
*同等贡献作者
**通讯作者, haihuadeng@126.com
摘 要 斑茅(Erianthus arundinaceus Retz)是甘蔗的近缘属植物，具有多种优良特性，是甘蔗育种的重要种质
资源之一。本实验使用基因组原位杂交(GISH)技术分析了甘蔗-斑茅杂种及回交后代F1、BC1和 BC2的染色
体构成与传递行为。结果表明：在 F1代，来自斑茅 HN92-77的染色体数目介于 28~30条，来自热带种 Badila
的染色体数目介于 38~40条，体细胞染色体数为 2n=68~70，基本符合 n+n的染色体传递方式；在 BC1和 BC2
代，来自斑茅的染色体数分别为 22~28条和 13~15条，来自甘蔗的染色体数分别是 87~94条和 98~101条，其
体细胞染色体数 2n分别为 110~121条和 112~115条，基本上分别符合 2n+n和 n+n的染色体传递方式。在所
观察的渐渗系中，均存在有染色体丢失的现象，但未观察到染色体发生交换与重组。
关键词 斑茅,甘蔗,染色体遗传,基因组原位杂交
Chromosome Pattern of the Hybrids and their Backcross Progenies De-
rived from Sugarcane and Erianthus arundinaceus Identified by in Situ
Genomic Hybridization
Chen Jianwen 1* Nathalie Piperidis (nee Reffay) 2* Li Qiwei 1 Chen Yongsheng 1 Fu Cheng 1 Phillip Jackson 3
George Piperidis 2 Deng Haihua 1**
1 Guangdong Key Lab of Sugarcane Improvement and Biorefinery, Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute, Guangzhou, 510316; 2 BSES
Limited, Mackay, 4741, Australia; 3 CSIRO Plant Industry, Brisbane, Queensland, 4814, Australia
* The authors who contribute equally
** Corresponding author, haihuadeng@126.com
DOI: 10.3969/mpb.008.000293
Abstract Erianthus arundinaceus closely relate to sugarcane, and is one of important germplasm resources of
sugarcane breeding, which possesses many valuable characteristics. In this research, chromosome genetic analysis
for the hybrids and backcross progenies (F1, BC1, BC2) of sugarcane and Erianthus arundinaceus by using genomic
in situ hybridization (GISH). The result showed that in the F1 progeny, the number of chromosome derived from
Erianthus arundinaceus range from 28 to 30, and 38 to 40 chromosomes derived from Badila were found, follow-
ing the n+n transmission. In the BC1 clones, the number of Erianthus chromosomes ranged from 22 to 28, and in
the BC2, chromosome numbers ranged from 13 to 15. The 2n+n transmission from the F1 to the BC1 generation was
observed, while n+n transmission was observed from the BC1 to the BC2 generation. In the all observed introgres-
sion clones, chromosome elimination occurred, nevertheless, no recombination events were observed.
Keywords Erianthus arundinaceus, Sugarcane, Chromosome genetic, GISH
www.molplantbreed.org/doi/10.3969/mpb.008.000293
基金项目：本研究由现代农业产业技术体系建设专项资金、广东省科技计划项目(2009B020201002)、公益性行业(农业)科研专项
(nyhyzx07-019)和国家 863项目(2007AA100701)共同资助
分子植物育种
Molecular Plant Breeding
甘蔗是世界上最重要的糖料作物，但在过去的近
四十年中，甘蔗育种一直没有取得明显的突破，其中一
个主要的原因，就是由于所用亲本材料集中，“种”的
血缘狭窄，导致在亲本选配中出现近亲杂交，使育成品
种的生活力、抗逆性等普遍下降(Jackson, 2005)。为了
拓宽甘蔗的遗传基础，在过去数十年中，世界各地的甘
蔗育种家相续开展了开发利用野生种质资源的研究
(Boach andDaniels, 1984; Berding and Roach, 1987)。
斑茅(Erianthus arundinaceus Retz) (2n=60)是甘
蔗的近缘属植物，具有适应性强、耐旱、抗病虫、生势
旺盛、宿根性好及生物产量高等优点，从而倍受甘蔗
育种界的重视。尽管对斑茅利用的研究已有一百二十
多年(Berding and Roach, 1987)，但研究工作一直停留
在育成 F1杂种的水平上(邓海华等, 2002)。其主要原
因是由于 F1杂种杂交不育(Piperidis et al., 2000)，以及
受到传统的“表型选择”后代选择方法的局限。值得庆
幸的是，我国的甘蔗育种者在近几年终于突破了这一
瓶颈，于 2001年育成了国际上首批经分子标记鉴定
的斑茅 BC1真杂种 (邓海华等, 2002; Cai et al., 2005)，
后来，又相继育成了 BC2后代。这些斑茅渐渗系是
相当珍贵的。通过各种方法，分析并利用这些材料
对于将来斑茅的有效利用具有重要的意义。
在远缘杂交后代中对外源染色体(片段)的准确
鉴定具有重要的意义。基因组原位杂交(genomic in
situ hybridization, GISH)技术不仅能鉴定远缘杂种中
的亲本染色体，而且能检测其基因组组成及染色体
行为(Ji et al., 2004; Wang et al., 2005)。本研究对斑茅
渐渗系 F1、BC1和 BC2进行了较系统的 GISH分析，
旨在了解斑茅与甘蔗属间杂交后代的染色体组成与
行为，以便为今后在甘蔗育种中如何有效利用斑茅
提供细胞学依据。
1 结果与分析
利用地高辛-11-dUTP标记的 Badila总基因组
DNA (用异硫氰酸酯 fluorescein isothiocyanate, FITC
检测)和用生物素 -14-dUTP标记斑茅 HN92-77 总
基因组 DNA (用 Texas red检测)混合探针分别对 F1、
BC1和 BC2不同世代的斑茅渐渗系的体细胞染色体
组成进行双色荧光原位杂交分析。经过基因组原位
杂交后，来自甘蔗 Badila的染色体呈现绿色，而来自
斑茅 HN92-77的染色体则呈现红色，其结果如下。
1.1 斑茅杂交后代 YC96-40的染色体构成
用于 GISH分析的 F1品系 YC96-40，来自热带
种 Badila (S. officinarum) (2n=80)与斑茅 (E． arundi－
naceus Retz) HN92-77 (2n=60)的组合。共观察了认为
是比较完整的 5个体细胞的染色体，它们分别位于 3
个玻片上。结果表明，呈现绿色的染色体(来自热带种
Badila)数目介于 38~40条，呈现红色的染色体(来自斑
茅 HN92-77)数目介于 28~30条，YC96-40的体细胞
染色体数为 2n=68~70 (表 1;图 1A)。所观察到的体细
胞染色体数目比预期的 70条略少，但基本符合 n+n
的染色体的传递方式。
1.2 斑茅渐渗系 BC1的染色体构成
用于本次分析的 BC1斑茅渐渗系有 3个，分别
来自 2个组合。对于来自 YC96-40×CP84-1198组合
的 YCE01-116和 179品系，所观察到的绿色的染色
体数目均介于 91~94条，红色的染色体数目则分别
为 26~28和 25~26，2个品系的体细胞染色体数非常
接近，分别为 117~121和 116~120 (表 1;图 1B)。对
于来自 YC96-40×ROC10组合的 860品系，观察到
的情况与上述组合有细微差异，有 87~90条呈现绿
色的染色体，22~26条呈现红色的染色体，其体细胞
染色体数介于 110~116。综合 2个组合 3个品系的
体细胞染色体数目，基本上与 2n+n的染色体传递方
式一致。
1.3 斑茅渐渗系 BC2的染色体构成
用于 GISH分析的 BC2品系有 2个，均来自组
表 1斑茅渐渗系的染色体组成
Table 1 Chromosome composition of the Erianthus arundinaceus introgression lines
类别
Category
F1
BC1
BC2
品系名
Clone name
YC96-40
YCE01-116
179
860
323
15
体细胞染色体数
No. of somatic Chr.
68~70
117~121
116~120
110~116
114~115
112~115
甘蔗染色体数
Saccharum Chr.
38~40
91~94
91~94
87~90
100~101
98~100
斑茅染色体数
Erianthus Chr.
28~30
26~28
25~26
22~26
14
13~15
观察的细胞数
No. of cell observed
5
3
2
2
2
3
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DOI: 10.3969/mpb.008.000293294
合 YCE01-116×内江 57-416。杂交后观察发现：来自
热带种呈绿色的染色体数目介于 98~101条，而来自
斑茅呈红色的染色体数目为 13~15条，它们的体细
胞染色体数为 112-115 (表 1;图 1C)。根据上述结果
可以知道，来自斑茅的染色体大约有一半从 BC1亲
本传递到 BC2后代中，从 BC1到 BC2的染色体传递
基本符合 n+n方式。
2讨论
通过传统的核型或带型分析技术鉴别甘蔗这种
染色体小且数目又多的物种中的染色体组成相当困
难，而基因组原位杂交技术在远缘杂种中外源染色
质的鉴定方面是一个强有力的工具。前人及本研究
的工作说明，把这一技术应用在甘蔗的远缘杂交中
也是非常有效的。在本研究中，使用双色 GISH技术
较系统地分析了斑茅渐渗系 F1、BC1和 BC2后代的
染色体组成，并对其染色体传递方式进行了探讨。
本研究结果表明：对于斑茅 F1代 YC96-40，所
观察的体细胞其染色体数并不全部都是 70条，在部
分体细胞中，有 1~2条来自热带种的染色体或来自
斑茅的染色体缺失。尽管在染色体计数方面，由于甘
蔗的染色体小且数目又多，轻微的计数不准确不可
避免。在前人的研究中，也曾经报导过斑茅与甘蔗杂
图 1应用基因组原位杂交分析斑茅渐渗系的染色体组成
注:红色为来自斑茅的染色体,绿色为来自甘蔗的染色体; A:
F1 (YC96-40); B: BC1 (YCE01-116); C: BC2 (15)
Figure 1 Chromosome composition of the Saccharum arundi－
naceum introgression lines by using GISH
Notes: Chromosomes derived from Erianthus arundinaceus
show red colar, Chromosomes derived from Saccharum show
green colar; A: F1 (YC96-40); B: BC1 (YCE01-116); C: BC2 (15)
交后代有染色体丢失的情况(DHont et al., 1995 ),甚
至即使是同一个品系，也存在体细胞染色体数目不
同的情况(Tlaskal et al., 1970)。因此，本文的研究结果
进一步验证了前人的结论，即在甘蔗与斑茅的远缘
杂交中确实存在染色体丢失。但总体来看，来自斑茅
和热带种的染色体，它们各自一半的染色体传到了
F1代，染色体的传递整体上是遵循 n+n方式的，这与
前人的研究结果一致(DHont et al., 1995)。在斑茅渐
渗系 BC1代，来自不同组合的渐渗系，其体细胞染色
体数(2n)有轻微差异，这可能是因为所用的栽培品种
不同而造成的。总体来看，其染色体按 2n+n方式传
递，这与热带种和割手密的种间杂交染色体传递方
式是相同的，同时，来自 F1的斑茅染色体，按 2n方
式传递到 BC1代。而对于斑茅渐渗系 BC2代，其染色
体传递总体上按 n+n方式，来自 BC1的斑茅染色体，
经过减半传递到了 BC2代。综上所述，经过一次属间
杂交和 2次与栽培种回交，来自斑茅的染色体，从最
初的祖代亲本 60条，减少为 BC2代的 13~15条，是原
来的 1/4，在不同世代的渐渗系中，均观察到有染色体
丢失的现象。这就给我们提出了疑问：在今后对斑茅
渐渗系的继续回交利用的过程中，究竟回交到哪一代
斑茅的染色体会变为零？在每一个回交过程中斑茅染
色体是否都会发生丢失？另外一点值得注意的是：在
所观察的不同世代的斑茅渐渗系中，未发现有染色体
重组的现象。这表明在甘蔗与斑茅的远缘杂交中染色
体发生交换是相当困难的。
本研究利用 GISH技术分析了不同世代斑茅渐
渗系的染色体组成，初步探明了斑茅染色体在 F1、
BC1及 BC2间的传递方式，所得结果为今后的斑茅
渐渗育种提供了可行的育种策略，促进对斑茅种质
资源的有效利用。
3材料与方法
3.1试验材料
本研究所用材料包括：F1品系 YC96-40，来自热
带种 Badila (Saccharum officinarum)×斑茅(Erianthus
arundinaceus Retz) HN92-77组合；BC1品系 YCE01-
116、179、860，其中YCE01-116和 179两个品系来自组
合 YC96-40×CP84-1198，860品系来自组合 YC96-
40×ROC10；BC2品系 323和 15，均来自组合 YCE01-
116×内江 57-416。CP84-1198、ROC10和内江 57-
416均为商业栽培种。所有材料均来自广州甘蔗糖
业研究所海南甘蔗育种场，种植在广州甘蔗糖业研
究所广州本部的温室内。
用基因组原位杂交方法分析甘蔗-斑茅杂种及回交后代的染色体组成
Chromosome Pattern for Hybrids and Backcross Progenies of Sugarcane and S.arundinaceum Iidentified byGISH 295
分子植物育种
Molecular Plant Breeding
所有用于 GISH分析的品系均用斑茅特异引物
(Cai et al., 2005;劳方业等, 2006)和 AFLP等标记确认
它们是真正的杂交后代(结果未列出)。
3.2染色体制片
甘蔗根尖染色体制片主要参考 DHont 等方法
(1995)。取生长旺盛的根尖置 0.04% 8-羟基喹啉中
室温预处理 4 h，用 3:1 (甲醇:冰醋酸)固定液固定
48 h以上，再转入 70%乙醇中 4℃保存备用。制片时根
尖用蒸馏水洗净后，置于 0.25 mol/L HCl中 10 min，
再经蒸馏水漂洗后，用 5%纤维素酶和 1%果胶酶
37℃酶解约 3 h (具体时间要视根尖大小而定)，吸取
酶液，水洗干净后，每根尖加入一滴 3:1 (甲醇:冰醋
酸)的固定液，用火焰干燥法制片。经镜检后的玻片
放到-20℃保存备用。
3.3基因组 DNA的提取和探针标记
用 CTAB 法提取 Badila 和 HN92-77 的基因组
DNA。探针标记均用切刻平移法，分别用地高辛-
11-dUTP (Roche)和生物素-14-dUTP (Invitrogen)对
Badila和 HN92-77的基因组 DNA进行标记。
3.4基因组原位杂交
基因组原位杂交参照 DHont 等(1995)，略做修
改。杂交前，把玻片先放在 37℃烘箱 1 h。用 RNase
(1 μg/mL)溶液置 37℃处理玻片 45 min，接着用 70%
甲酰胺于 70℃变性 3 min 后，迅速置于 -20℃的
70%、95%、100%乙醇中依次脱水各 5 min，晾干玻
片。混合杂交液(50%甲酰胺, 10% 硫酸葡聚糖, 2
SSC, 1% SDS, 经标记的 Badila和 HN92-77探针各
200 ng)沸水中变性 10 min，立刻置于冰上。杂交时，
每玻片加 30 μL杂交液，盖上盖玻片，37℃温育过
夜。杂交后的洗脱、生物素和地高辛的检测、信号的
放大及 DAPI负染和封片均参考 Heslop-Harrison等
方法(1991)，每张玻片加抗荧光猝灭剂一滴(vector)，
地高辛标记的探针用 FITC检测，生物素标记的探针
用 Texas red检测。
在 Leica-DM4000荧光显微镜下镜检，用 Leica
DFC490 CCD拍照，Leica Application Suite 3.30软件
叠加图像。
致谢
本实验得到澳大利亚 BSES公司George Piperidis
博士、Nathalie Piperidis女士和 CSIRO的 Phillip Jack-
son博士等的大力支持和帮助，在此表示感谢。
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