全 文 ：　遗 传 学 报　Acta Genetica S in ica , June 2005, 32 (6):571 ～ 578 ISSN 0379 -4172
收稿日期:2004 - 03 - 31;修回日期:2004 - 06 - 28
基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(编号:2002CB111300)、国家 “十五 ”重点科技攻关项目(编号:2001BA511B03)和中国科学院知识
创新工程项目(编号:KSCX2-SW-304)资助 [ Supported byK ey P rojectofC h inese NationalP rogram s for Fund amentalResearch and Deve lop-
ment (973 program) (No. 2002CB111300), The 10 th F ive Years K ey Program s for Science and Technology Developm ent of Ch ina (N o.
2001BA511B03) and the Pro ject ofKnow ledge Innovation E ng ineering ofCh inese Academ y of S ciences (No. KSCX2-SW-304)]
作者简介:李娜(1976 -),女 ,硕士研究生 ,专业方向:植物分子遗传学
①　通讯作者。 E-m ail:xqzhang@ genet ics. ac. cn
Genome Constitution ofAgropyron elongatum 4x
by B iochem ical and SSRM arkers
LIN a, WANG X ian-P ing, CAO Shuang-He, ZHANG X iang-Q i①
(The S ta teK ey Labora tory ofP lant Cell and Ch rom osom e Eng ineering, Institute o fGen etics and
D evelopm en ta lB iolog y, Chinese Academy o fS ciences, B ei jing　 100101, Ch ina)
Abstract:We ana lyzed the e lectropho r itic patte rns o f 16 k inds o f isozyme and th ree k inds o f sto rage p rote in in
Agropyron elonga tum 2x andAg. e longa tum 4x by isoe lec tr ic focus ing ( IEF) and SDS-PAGE, respec tive ly. The
resu lts showed th ree types o f e lectropho r itic pa tte rns. In the first type, the zymogram pheno types a re iden tica l
be tw eenAg. e longa tum 2x andAg. elonga tum 4x. Tw o kinds o f isozyme be long to th is type, wh ich accoun ts fo r
10.5% o f a ll the b iochem ica l marke rs ana lyzed. In the second type, Ag. e longa tum 4x showed a pheno type
w h ich ismade up o f comb ina tions o f the a ll o fAg. e longa tum 2x bands and the specific bands. Ten k inds o f
isozyme and three k inds o f sto rage pro te in fa ll in to th is c lass, wh ich is the m ost pa rt and accounts for 63.2% o f
a ll the marke rs ana lyzed. In the th ird type, Ag. e longa tum 2x andAg. e longa tum 4x showed some identica lbands
and the ir ow n spec ific bands. F ive k inds o f isozym ewere class ified to th is g roup, w h ich accounts fo r26.3% o f a ll
the marke rs ana lyzed. The resu lts above suggested tha tAg. e longa tum 4x is a a llote trap lo id composed o f one
genome orig ina ted from Ag. e longa tum 2x and ano the r unknow n genome wh ich is appa ren tly d istinc t from the
S t, J and N genom es o f re la tive spec ies. O the rw ise, SSR prmi e rs w ere used to ana lyze the re la tion o fAg. e lon-
ga tum 2x and Ag. e longa tum 4x. The amp lification resu lts o fmost prmi ers showed tha tAg. e longa tum 2x and
Ag. elonga tum 4x have som e iden tica l bands andAg. e longa tum 4x have som e spec ific bands. Th is resu lt va lida-
ted the conc lus ion from b iochem ica lmarke r ana lyses tha tAg. e longa tum 4x is a a llote trap lo id.
K ey words:Agropyron e longa tum;b iochem ica lmarker;isoenzym e;sto rage p rote in;SSR;genome constitution
四倍体长穗偃麦草 (Agropyron elongatum 4x)
染色体组构成的生化和 SSR标记分析
李 　娜 , 王献平 , 曹双河 , 张相岐①
(中国科学院遗传与发育生物学研究所 植物细胞与染色体工程国家重点实验室 , 北京　 100101)
摘　要:应用等电聚焦( IEF)和 SDS-PAGE方法分析了二倍体长穗偃麦草(Agropyron elongatum 2x)和四倍体长穗
偃麦草(Ag. elonga tum 4x)的 16种同工酶和 3种贮藏蛋白的电泳图谱。结果表明 ,只有两种同工酶在四倍体和二倍
体长穗偃麦草之间表现相同的酶谱 ,该类型仅占分析标记总数的 10.5%;而 10种同工酶和 3种贮藏蛋白的电泳图
谱在四倍体中除了具有全部二倍体的谱带以外 ,还有自己独特的条带 ,该类型最多 ,占分析标记总数的 63. 2%;另
外 5种同工酶在二倍体和四倍体之间只有部分条带相同 , 同时具有各自特异的条带 , 该类型占分析标记总数的
26.3%。由此推测 ,四倍体长穗偃麦草可能是一个异源四倍体 ,即只含有一个起源于二倍体类型的染色体组 Ee ,而
另一个染色体组在所分析的生化标记上明显不同于近缘种中的 St、 J和 N染色体组 ,其起源尚待进一步研究。进一
步用小麦的 SSR引物对二倍体和四倍体长穗偃麦草进行扩增 , 结果表明大多数 SSR引物在四倍体中既能扩出与二
倍体相同的条带 , 同时还有其特异的条带 , 这一结果验证了由生化标记得出的四倍体长穗偃麦草是异源四倍体的
初步结论。
关键词:长穗偃麦草;生化标记;同工酶;贮藏蛋白;SSR;染色体组构成
中图分类号:Q943　　　文献标识码:A　　　文章编号:0379-4172(2005)06-0571-08
　　长穗偃麦草 [ Agropyron elongatum (Host)
Beauv. =E ly trigia elongata (Host)Nevsk i=Th inopy-
rum elongatum(Host)D. R. Dew ey]是小麦的一个重
要近缘种 ,具有蛋白质含量高 、抗多种真菌和病毒病
害 、耐旱 、耐寒 、大穗多花等优异性状 ,是在小麦品种
改良中应用最广泛的野生种之一[ 1 ～ 3] 。在自然界 ,
长穗偃麦草有二倍体 、四倍体和十倍体 3种倍性类
型 。关于长穗偃麦草的染色体组构成 ,一般认为二
倍体类型的染色体组为 Ee(或 E),是长穗偃麦草的
基本染色体组 [ 4] 。但对于四倍体和十倍体类型的
染色体组构成 ,一直没有一致的结论。 Heneen等 [ 5]
和 Charpentier等 [ 6]通过对二倍体和四倍体长穗偃
麦草杂种减数分裂染色体配对行为分析认为四倍体
长穗偃麦草是同源四倍体 ,其染色体组与二倍体相
同 。 Dvorak[ 7, 8]分析了四倍体长穗偃麦草与二倍体
长穗偃麦草和比萨偃麦草 [ Th. bessarabicum (Savu.l
＆ Rayss)A. Love]杂种减数分裂染色体的构型 ,认
为四倍体长穗偃麦草含有两个亲缘关系相近的染色
体组 ,是一个部分同源四倍体 。后来 , Liu[ 9]通过核
型分析也认为四倍体的两个染色体组差异不大 ,支
持四倍体长穗偃麦草是部分同源四倍体的观点 。
E l-Chaw as[ 10]在分析了小麦与四倍体长穗偃麦草杂
种减数分裂染色体的构型后则认为 ,四倍体长穗偃
麦草的两个染色体组不具有同源或部分同源关系 ,
是异源四倍体 。佟明友等 [ 11]通过减数分裂染色体
的构型和体细胞染色体分带分析 ,也认为四倍体长
穗偃麦草只有一个染色体组来自二倍体类型 ,支持
异源四倍体的观点 。由此可见 ,四倍体长穗偃麦草
的染色体组构成是一个远没有解决的问题 。
以上对四倍体长穗偃麦草染色体组构成的研究
基本上是采用细胞遗传学的方法 ,由于实验技术的
限制 ,以及对实验结果解释的不同则得出了不同甚
至相反的结论 。生物化学和分子生物学技术的发展
为染色体组构成研究提供了新的技术手段 ,应用不
同技术的研究结果可以互相补充和印证 ,对于得出
正确的结论是大有裨益的。蛋白质 (包括酶 )是基
因的表达产物 ,不同染色体组所特有的同工酶和蛋
白质组成能够反映出该染色体组的遗传特征 。目
前 ,在小麦和长穗偃麦草中都发现和定位了许多酶
和蛋白质的编码基因位点[ 12 ～ 14] ,这些基因位点的特
异性产物为染色体组构成及其亲缘关系研究提供了
非常有用的生物化学标记。微卫星又称 SSR,分布
于小麦的整个基因组中 ,且多态性较高。 1995年 ,
Röder等 [ 15]开发了第一批小麦的 SSR引物 ,并构建
了包含 279个标记位点的第一张小麦微卫星图谱。
目前 ,开发的小麦 SSR标记已有数千个 。 SSR已经
成为应用最为广泛的分子标记类型之一 。最近的研
究表明 ,小麦的 SSR引物应用于小麦近缘种上也非
常有效 ,是研究遗传多样性 、种属间亲缘进化关系 、
品种及基因型鉴定和标记辅助选择育种的有力工
具。
本文分析了编码基因分布在长穗偃麦草或小麦
的 7个部分同源群染色体上的 16种同工酶和 3种储
藏蛋白在二倍体和四倍体长穗偃麦草中的表达图谱 ,
并利用小麦的 SSR引物对二倍体和四倍体长穗偃麦
草进行分析 ,对四倍体长穗偃麦草的染色体组构成及
其与二倍体类型中染色体组的关系进行了探讨 。
1　材料和方法
1. 1　材　料
长穗偃 麦草 [ Agropyron elongatum (Host)
Beauv. )]的二倍体 、四倍体和十倍体类型 ,普通小
572 遗传学报　Ac ta Gene tica Sinica　Vo .l 32　No. 6　2005
麦 (Triticum aestivum L. )品种中国春及其与二倍体
长穗偃麦草的双二倍体和代换系 ,长穗偃麦草的近
缘种灯芯偃麦草 [ Ag. junceaum (L. ) Baeuv] 、伪鹅
观草 [ P seudoroegneria stipifolia (C zern. ex Nev ski)
Love]和滨麦草 [ Leymusmollis (Trin) Hara] 。二倍
体长穗偃麦草和灯芯偃麦草由美国密苏里大学 J.
P. Gustafson教授提供 ,四倍体长穗偃麦草由哈尔滨
师范大学韩方普教授提供 ,伪鹅观草由中国农业科
学院品种资源研究所张学勇研究员提供 ,滨麦草由
西北农林科技大学陈漱阳研究员提供 。十倍体长穗
偃麦草 、二倍体长穗偃麦草与普通小麦中国春的双
二倍体和代换系由本实验室李振声院士提供。
1. 2　方　法
1. 2. 1　生化标记分析
本文共分析了 16种同工酶和 3种储藏蛋白 ,其
中 8种同工酶和 3种储藏蛋白的基因已经定位在二
倍体长穗偃麦草的染色体上 ,其余 8种同工酶位点
尚没有在长穗偃麦草上定位 ,但已定位在小麦的相
应染色体上 (表 1)。
表 1　检测的生化标记及其基因位点在染色体上的分布
Tab le 1　Biochem ica lmarkers tested and
chromosome loca tion of the ir loc i
同源群
H om ologou s
groups
短臂
Sh ort arm s
长臂
Long arm s
1 LMW-GS* HMW-GS*
2 E st-6 Sod-1, E st-7*
3 E st-1* , E st-8* , E st-9* Es t-2, E st-5, Per-3
4 β-Amy-1, Per-4
5 M dh-3* , β-Am y-1 Ib f-1*
6 Es t-4, α-Am y-1*
7 Per-4 W sp-1* , α-Am y-2*
　注:*表示在 Ag. elongatum 2 x上已定位的标记位点 , 其他为在普
通小麦上定位的标记位点。
　Note:The * ind icate the b iochem ica lm ark er loci located in specif ic
ch rom osom es ofAg. elonga tum , the other loci have b een located in spe-
cific ch rom osom es ofw hea.t
　　同工酶分析采用等电聚焦电泳方法进行。不同
的酯酶同工酶分析分别参照 A insw orth等[ 16] 、 Liu
等 [ 17]和 Pe tchey等[ 13]的方法;过氧化物酶同工酶分
析参照 Liu等[ 18]的方法;淀粉酶同工酶分析分别参
照 G ale等 [ 19] 和 A insw orth等 [ 20] 的方法;碘结合蛋
白 、苹果酸脱氢酶和超氧化物歧化酶同工酶分析参
照 Liu等 [ 21 ～ 23]的方法;水溶性蛋白等电聚焦电泳分
析参照 Liu[ 23]的方法 。麦谷蛋白采用 SDS-PAGE分
析方法 ,参照 S ingh等[ 24]的程序进行 。
1. 2. 2　SSR分析
用 CTAB法[ 25]从叶片中提取基因组 DNA。每
份材料取 10株个体的叶片混样 。 SSR分析参照
Röder等 [ 15]的方法 ,略有改动。 20 μL PCR反应体
系包括:模板 DNA 40 ng, 引物 0.1 μmo l /L, dNTPs
200 μmo l /L, KC l 50 mmol /L, MgC l2 1.5 mmol /L,
Tris-HC l 10mmol /L(pH 8.3), 0.01% ge latin和 Taq
DNA聚合酶 1 U。 PCR扩增条件:首先 94℃预变性
4m in;接着 94℃变性 45 s,推荐的退火温度 (依不同
引物而定 )退火 45 s, 72℃延伸 1 m in,共 35个循
环;最后再 72℃延伸 10 m in。扩增反应在 PTC-200
(M JResearch)型 PCR仪上进行 。扩增产物在 6%
变性聚丙烯酰胺凝胶中进行分离 ,硝酸银法进行染
色[ 26] 。
2　结　果
2. 1　生化标记分析
根据二倍体和四倍体长穗偃麦草电泳谱型的异
同关系 ,所分析的 19种生化标记可分为 3种类型
(表 2):类型 Ⅰ ,二倍体和四倍体长穗偃麦草的表达
谱型完全相同 ,该类型只有 Mdh-3和 E st-4两种同
工酶 ,占分析标记总数的 10.5%;类型Ⅱ ,四倍体长
穗偃麦草除了表达二倍体的全部谱带之外 ,还表达
一些四倍体特有的条带 ,该类型最多 ,包括 Est-6、α-
Amy-2等 10个同工酶位点和 W sp-1、G lu-1、G lu-3 3
种贮藏蛋白 ,占分析标记总数的 63.2%;Est-8等其
余 5个同工酶的谱型属于类型Ⅲ ,该类型酶谱比较
复杂 ,二倍体和四倍体之间既有相同的条带 ,也有各
自特异的条带 ,占分析位点总数的 26.3%。以下就
分别属于 3种类型的 19种生化标记的表达图谱作
简要描述 。
2. 1. 1　类型Ⅰ
Mdh-3:胚中表达的苹果酸脱氢酶 ,其编码基因
Mdh-3已定位于二倍体长穗偃麦草 5E染色体的短
臂上 [ 21] 。Mdh-3在二倍体和四倍体都表达 3条带 ,
并且相对应条带的等电点相同 ,即具有完全相同的
谱型 (图 1)。
573L INa et a l. :Genom e Constitution o fAgropyron elongatum elongatum …
表 2　二倍体和四倍体长穗偃麦草中 19个生化标记的电泳图谱类型及其特征
Tab le 2　The pattern types and the ir characteris tics of 19 b iochem ica l
markers inAg. e longatum 2x andAg. e longatum 4x
图谱类型
Types of electrophoritic
pattern s
　标记
　M arkers
谱型特征
Characteristics of electrophoritic patterns
Ⅰ Mdh-3、E st-4 二倍体和四倍体的谱型完全相同
The zym ogram phenotypes are iden tical in Ag. elonga tum 2x and Ag. elonga tum 4 x
Ⅱ Es t-1、E st-2、 Es t-6、E st-7、
Es t-9、 Per-4、W sp-1、 Sod-
1、 α-Amy-1、 α-Am y-2、
G lu-1、G lu-3
四倍体除了有二倍体的全部谱带之外 ,还有其特有的条带
Ag. elongatum 4x show ed a phenotype wh ich w as made up of com binations of th e all ofAg.
elonga tum 2x band s and the specific bands
Ⅲ Es t-8、Per-3、β-Am y-1、 Ib f-
1、Est-5
二倍体和四倍体既有相同的条带 ,也有各自特异的条带
Ag. elongatum 2x and Ag. elonga tum 4x show ed som e sam e band sbu t each h ad som e specif ic
bands
图 1　Mdh-3的 IEF图谱
1:普通小麦中国春;2 ～ 4:中国春的缺-四体系 N5AT5B、
N5BT5A和 N5DT5B;5, 6:中国春和二倍体长穗偃麦草的代换
系 5E(5B)和 5E(5D);7:中国春和二倍体长穗偃麦草的双二倍
体;8:二倍体长穗偃麦草;9:四倍体长穗偃麦草。
Fig. 1　The zymogram phenotypes of Mdh-3 by IEF
1:C ommon wheat Ch inese Sp ring;2 ～ 4:Nu lli-tetrasom ics of Ch i-
nese Sp ring N5AT5B, N5BT5A and N5DT5B, respectively; 5, 6:
Subst itu tion lines of Ch inese Spring-Ag. elongatum 2x 5E(5B) and
5E(5D);7:Am ph ip loid of Ch inese Sp ring and Ag. elonga tum 2x;
8:Ag. elonga tum 2 x;9:Ag. elonga tum 4x.
　　E st-4:叶片中表达的单体酯酶 ,在小麦中编码
基因定位于第 6同源群染色体的长臂上 [ 14] ,但在长
穗偃麦草中尚未定位 。 E st-4在二倍体和四倍体中
都表达两条带 ,并且对应条带的迁移率相同 ,只是二
倍体中等电点较高的一条带的表达活性明显高于四
倍体。
2. 1. 2　类型 Ⅱ
E st-1:胚中表达的二聚体酯酶 ,其编码基因定
位于二倍体长穗偃麦草 3E染色体的短臂上 [ 14] 。
在二倍体中 , E st-1酶谱显示两条带 ,四倍体中除表
达与二倍体相同的两条带之外 ,还有 3条与之不同
的带 ,其中有一条位于二倍体的两条带之间 ,推测其
为异二聚体 。因此四倍体中可能有一个染色体组编
码的 Est-1亚基与二倍体的不同 。
Est-2:胚芽鞘中特异表达的单体酯酶 ,在小麦
中其编码基因定位于第 3同源群染色体的长臂
上[ 14] ,在长穗偃麦草中尚未定位 。 IEF酶谱显示二
倍体的 Est-2只有一条带 ,四倍体有两条带 ,其中一
条与二倍体的相同 ,而另一条与二倍体的不同。说
明四倍体的两个染色体组具有不同的 E st-2位点。
Est-6:胚乳中表达的二聚体酯酶 ,在小麦中其
编码基因位于第 2同源群染色体的短臂上 [ 13] ,在长
穗偃麦草中尚未定位 。二倍体中 E st-6表达两条活
性较强的带 ,在四倍体中也表达与二倍体等电点相
同的两条带 ,此外 ,四倍体还表达一条与二倍体不同
的特异带 ,位于二倍体的两条带之间 ,应为异二聚体
(图 2)。
Est-7:胚芽鞘和叶片中表达的单体酯酶 ,编码
基因定位于二倍体长穗偃麦草的 2E染色体长臂
上[ 17] 。二倍体的 E st-7表达有 2条带 ,四倍体比二
倍体多表达一条带 ,位于二倍体两条带的正极侧 。
Est-9:胚中表达的单体酯酶 ,其编码基因定位
于二倍体长穗偃麦草的 3E染色体的短臂上[ 14] 。
Est-9在二倍体中表达二条带 ,四倍体中除这两条带
之外还有 5条表达量较高的特异带 。
Per-4:胚乳中表达的过氧化物酶 ,在小麦中编
码基因定位于 4A染色体的长臂和 7A、7D染色体的
短臂上[ 18] , 在长穗偃麦草中尚未定位 。二倍体中
Per-4只表达一条带 ,四倍体中表达两条带 ,其中一
条与二倍体的等电点相同。
Sod-1:胚乳中表达的超氧化物歧化酶 ,在小麦
中 Sod-1的编码基因定位于第 2同源群染色体的长
臂上 [ 23] ,该位点在长穗偃麦草中尚未定位 。在二倍
体长穗偃麦草中 , Sod-1表达 7条带 ,这些带在四倍
574 遗传学报　Ac ta Gene tica Sinica　Vo .l 32　No. 6　2005
图 2　Est-6的 IEF图谱
1:普通小麦中国春;2 ～ 4:中国春的缺-四体系 N2AT2D、
N2BT2D和 N2DT2A;5～ 7:中国春和二倍体长穗偃麦草的代换
系 2E(2A)、2E(2B)和 2E(2D);8:中国春和二倍体长穗偃麦
草的双二倍体;9:二倍体长穗偃麦草;10:四倍体长穗偃麦草;
11:十倍体长穗偃麦草;12:伪鹅观草;13:灯芯偃麦草;14:滨麦
草。箭头示四倍体长穗偃麦草的特异带。
Fig. 2　The zymogram phenotypes o f Est-6 by IEF
1:C omm onw heat Ch inese S pring;2-4:Nu lli-tetrasom ics of C hinese
Sp ring N2AT2D , N2BT2D and N2DT2A , respectively;5-7:Sub stitu-
tion lines ofC h inese Spring-Ag. elonga tum 2 x 2E(2A), 2E(2B) and
2E(2D), respect ively;8:Am phip loid of Ch inese Sp ring and Ag.
elongatum 2x;9:Ag. elonga tum 2x;10:Ag. elonga tum 4x;11:Ag.
elongatum 10x;12:P seudoroegneria stipifo lia;13:Ag. jun ceum;14:
Leymu sm ol lis. A rrow
indicates a specif ic band ofAg. elonga tum 4x.
体中都有表达 ,此外 ,四倍体还表达 5条与二倍体中
不同的特异带。
α-Amy-1:在萌发的种子胚乳中表达的 α-淀粉
酶 ,其编码基因定位于二倍体长穗偃麦草 6E染色
体的长臂上 [ 19] 。二倍体长穗偃麦草的 α-Amy-1表
达 4条带 ,四倍体中比二倍体多表达 5条带。
α-Amy-2:萌发的种子胚乳中表达的 α-淀粉酶 ,
其编码基因定位于二倍体长穗偃麦草 7E染色体的
长臂上 [ 19] 。在异代换系和八倍体小偃麦中可见一
条特异带(图 3中左侧箭头所示 ),这条带同时也出
现在长穗偃麦草的不同倍性的 3个类型中 。二倍体
中 α-Amy-2只表达两条带 ,四倍体中除表达与之相
同的两条带之外 ,还表达一条不同的带 (图 3中右
侧箭头所示 )。
W sp-1:胚乳中表达的水溶性蛋白 ,其编码基因
定位于二倍体长穗偃麦草的 7E染色体长臂上 [ 23] 。
IEF结果显示二倍体表达的 6条酶带在四倍体中都
有表达 ,此外 ,四倍体还表达 3条二倍体中没有的
酶带。
HMW-GS:胚乳中特异表达的高分子量麦谷蛋
白亚基 。编码基因 Glu-1E位于二倍体长穗偃麦草
1E染色体的长臂上 [ 12] 。 SDS-PAGE结果显示 ,二倍
体长穗偃麦草表达两个高分子量麦谷蛋白亚基 ,四
图 3　α-Amy-2的 IEF图谱
1:普通小麦中国春;2 ～ 4:中国春和二倍体长穗偃麦草的代换系
7E(7A)、7E(7B)和 7E(7D);5:中国春和二倍体长穗偃麦草的
双二倍体;6:二倍体长穗偃麦草;7:四倍体长穗偃麦草;8:十倍
体长穗偃麦草。左侧箭头示二倍体长穗偃麦草 7E染色体编码
的特异带 ,右侧箭头示四倍体长穗偃麦草表达的特异带。
Fig. 3　The zymogram pheno types
ofα-Amy-2 by IEF
1:Comm on wheat Chinese Sp ring;2-4:Sus titu tion lines of Ch inese
Sp ring-Ag. elonga tum 2x 7E(7A), 7E(7B) and 7E(7D), respective-
ly;5:Am phiploid ofCh inese Sp ring and Ag. elonga tum 2x;6:Ag. elon-
gatum 2x;7:Ag. elonga tum 4x;8:Ag. elongatum 10x. Left arrow ind i-
cates a specific band encoded by ch romosome 7E ofAg. elongatum 2x,
Righ t arrow indicates the spe-
cific band ofAg. elonga tum 4x.
倍体表达 3个亚基 ,其中两个亚基的大小与二倍体
的相同 ,另一个亚基的分子量位于这两个亚基之间
(图 4)。
LMW-GS:低分子量麦谷蛋白亚基。编码基因
Glu-3位于二倍体长穗偃麦草第 1号染色体的短臂
上[ 12] 。 SDS-PAGE结果显示二倍体表达 6个亚基 ,
这 6个亚基在四倍体中均有表达 ,此外 ,四倍体还表
达 2个不同的亚基 (图 4)。
2. 1. 3　类型Ⅲ
Est-8:叶片中表达的单体酯酶 ,编码基因定位
于二倍体长穗偃麦草的 3E染色体短臂上 [ 12] 。 IEF
结果显示在四倍体中 E st-8表达 6条带 ,而二倍体中
表达 12条带 ,其中有 4条和四倍体的条带具有相同
的等电点 。
Per-3:胚中表达的过氧化物酶 ,编码基因定位
于小麦第 3同源群染色体的长臂上 [ 18] ,在长穗偃麦
草中尚未定位 。 IEF结果显示 , Pe r-3在二倍体和四
倍体中都表达两条带 ,但两者只有一条带是相同的 ,
另一条带的等电点不同 。
β-Amy-1:胚乳中表达的 β-淀粉酶 ,编码基因定
位于小麦的 5A、4B和 4D染色体的长臂上 [ 20] ,在长
穗偃麦草中尚未定位。 IEF结果显示二倍体和四倍
体长穗偃麦草中 β-Amy-1都表达 12条带 ,其中 5条
575L INa et a l. :Genom e Constitution o fAgropyron elongatum elongatum …
图 4　麦谷蛋白 SDS-PAGE分析
1:普通小麦中国春;2:中国春和二倍体长穗偃麦草的双二倍体;
3:二倍体长穗偃麦草;4:四倍体长穗偃麦草;5:十倍体长穗偃麦
草;6:灯芯偃麦草;7:滨麦草。箭头示四倍体长穗偃麦草表达的
特异高分子量麦谷蛋白亚基。
Fig. 4　SDS-PAGE ana lys is of HMW and LMW
1:Comm on w heat Ch inese Sp ring;2:Amph ip lo id of C hinese Sp ring
and Ag. elonga tum 2x;3:Ag. elonga tum 2x;4:Ag. elonga tum 4 x;5:
Ag. elonga tum 10 x;6:Ag. junceum;7:Leymus mo llis. Arrow ind icates
the specificHMW-GS exp ressed in
Ag. elonga tum 4x.
带具有相同的等电点 (图 5)。
Ibf-1:胚乳中表达的碘结合蛋白 ,编码基因定位
于二倍体长穗偃麦草的 5E染色体长臂上[ 12] 。 IEF
结果显示二倍体中的 Ibf-1表达 6条带 ,而四倍体表
达 8条带 ,其中有 4条和二倍体的条带具有相同的
等电点 。
E st-5:胚乳中表达的单体酯酶 ,其编码基因在
小麦中已被定位于第 3同源群染色体的长臂上 [ 14] ,
在长穗偃麦草中尚未定位。 E st-5在二倍体中表达
11条带 ,四倍体中表达 19条带 ,但只有 6条带在二
倍体和四倍体中是相同的 ,二倍体中表达量较高的
两条带在四倍体中却没有表达 。
从以上 19个生化标记的电泳图谱分析结果可
以看出 ,出现频率最高的是类型 Ⅱ ,即四倍体长穗偃
麦草除了表达二倍体的全部谱带之外 ,还表达一些
四倍体类型特有的条带 ,占 63.2%。类型 Ⅰ ,即二
倍体和四倍体长穗偃麦草表达完全相同的谱带 ,只
占 10.5%。由此推测 ,四倍体长穗偃麦草可能是一
个异源四倍体 ,其中一个染色体组与二倍体类型的
E
e染色体组同源。该结论与 E l-Chawas等 [ 10]和佟
明友等 [ 11]的细胞遗传学研究结果一致 。但四倍体
长穗偃麦草中另一个染色体组的来源尚难以确定。
图 5　β -Amy-1的 IEF图谱
1:普通小麦中国春;2 ～ 4:中国春的缺-四体系 N5AT5D、
N4BT4D和 N4DT4A;5 ～ 7:中国春和二倍体长穗偃麦草的代换
系 5E(5A)、4E(4B)和 4E(4D);8:中国春和二倍体长穗偃麦
草的双二倍体;9:二倍体长穗偃麦草;10:四倍体长穗偃麦草;
11:十倍体长穗偃麦草;12:伪鹅观草;13:灯芯偃麦草;14:滨麦
草。箭头示二倍体和四倍体长穗偃麦草相同的条带。
Fig. 5　The zymogram pheno types
o fβ -Amy-1 by IEF
1:Comm on wheat Ch inese S pring;2-4:Nul li-tetrasom ics of Ch inese
S pring N5AT5D , N4BT4D and N4DT4A;5-7:Subs titu tion lines of
Ch inese Spring-Ag. elonga tum 2x 5E(5A), 4E(4B) and 4E(4D);
8:Am ph ip loid of Ch inese Sp ring and Ag. elonga tum 2x;9:Ag. elon-
ga tum 2x;10:Ag. elongatum 4x;11:Ag. elongatum 10x;12:P s. stipi-
folia;13:Ag. jun ceum;14:L. m ollis. A rrow h ead s ind icate the ident i-
cal band s betw een Ag.
elonga tum 2x and Ag. elonga tum 4 x.
2. 2　SSR标记分析
选用小麦的 SSR引物对普通小麦品种中国春 、
二倍体长穗偃麦草和四倍体长穗偃麦草进行扩增 ,
大多数引物在四倍体中除扩出与二倍体相同的带型
外 ,还扩出二倍体所没有的特异条带 (图 6)。 SSR
扩增结果进一步说明 ,在四倍体长穗偃麦草中可能
只含有一个与二倍体长穗偃麦草相同的染色体组 ,
而一个染色体组则与之不同。因而 , SSR分析结果
支持了由生化标记得出的四倍体长穗偃麦草是异源
四倍体的初步结论 。
3　讨　论
通过对编码基因分布在 7个同源群染色体上的
19种生化标记的比较分析发现 ,其中只有两个位点
(占 10.5%)在二倍体和四倍体长穗偃麦草中的表
达谱型完全相同 ,而 13个位点 (占 63.2%)在四倍
体长穗偃麦草中除了表达与二倍体完全相同的谱带
576 遗传学报　Ac ta Gene tica Sinica　Vo .l 32　No. 6　2005
图 6　SSR引物 Xgwm357(左)和
Xgwm60(右)的扩增图谱
1:普通小麦中国春;2:二倍体长穗偃麦草;3:四倍体长穗偃麦
草。箭头示四倍体长穗偃麦草中扩出的特异条带。
F ig. 6　The SSR pattern o fXgwm357( le ft)
and Xgwm60(right)
1:C ommonw heatCh inese Spring;2:Ag. elongatum 2x;
3:Ag. elonga tum 4x. A rrow heads ind icate th e sp ecific bands
amp lyf ied in Ag. elongatum 4 x.
之外 ,还表达一些四倍体特有的条带 ,说明四倍体和
二倍体长穗偃麦草在这些位点上既有相同的基因也
有不同的基因 ,四倍体中表达的特异条带可能就是
由不同于二倍体的基因编码的。因此 ,我们认为四
倍体长穗偃麦草可能是一个异源四倍体 ,只含有一
个与二倍体的 Ee相同的染色体组 ,而另一个染色体
组则不同于 Ee。另外 ,我们在分析二倍体和四倍体
长穗偃麦草的高分子量麦谷蛋白的编码基因和启动
子序列时也表明四倍体长穗偃麦草中的两个高分子
量麦谷蛋白基因位点 , Glu-1E1和 Glu-1E2是不同
的 ,并且其中的一个位点(Glu-1E 1)与二倍体种的相
应位点 Glu-1E亲缘关系非常近 ,所编码的一对 x和
y型亚基基因的序列几乎完全相同 ,而另一个位点
(Glu-1E 2)与 Glu-1E的亲缘关系较远 。因此 ,也支
持四倍体长穗偃麦草是异源四倍体的观点 (未发表
资料)。
在本研究中 ,我们曾试图根据电泳谱型分析 ,从
长穗偃麦草的近缘种———伪鹅观草 (S tS t)、灯芯偃
麦草(JJ)、滨麦草(JJNN)和十倍体长穗偃麦草中寻
找四倍体长穗偃麦草另一个染色体组的来源。若四
倍体中的另一个染色体组与以上的某个染色体组同
源 ,在电泳图谱类型 Ⅱ中四倍体中表达的不同于二
倍体的那些条带应该与相应的染色体组表达的条带
相同或相似 。但对类型Ⅱ电泳谱型的比较分析表明
并不存在这种规律性 。由此推测 ,四倍体长穗偃麦
草的另一个染色体组并不同源于以上任何一个染色
体组 ,其来源尚有待进一步研究。
类型 Ⅲ的谱型比较复杂 ,在两种倍性类型的材
料之间既有相同的带 ,又有各自的特异条带。对于
这种类型产生的原因有两种可能:一是四倍体形成
之后 ,二倍体和四倍体各自积累了一些变异 ,导致两
者在这些位点上产生多态性;二是四倍体中含有抑
制基因抑制了来源于二倍体基因组中部分基因的表
达。另外 ,我们还注意到 ,在表达类型Ⅲ酶谱的 5个
位点中 ,除 Per-3外 ,其余 4个位点都表达较多条带
(图 4)。产生这种现象可能是由于这些位点含有多
个基因成员或翻译后修饰产生了酶的多态性 。但无
论哪种情况 ,酶谱类型 Ⅲ对于研究染色体组之间的
亲缘关系似乎作用不大 。
SSRs广泛分布于小麦基因组中 ,且多态性较
高。目前 , SSR已经成为小麦最为常用和高效的分
子标记系统 。最近的研究表明 ,小麦的 SSR引物应
用于小麦近缘种上也非常有效 ,是研究遗传多样性 、
种属间亲缘关系 、品种及基因型鉴定和标记辅助育
种的有力工具 [ 27 ～ 29] 。本实验尝试将小麦的 SSR引
物用于四倍体长穗偃麦草染色体组构成的研究 ,结
果很好地支持了由生化标记分析得出的四倍体长穗
偃麦草可能是异源四倍体的初步结论。但是 ,必须
指出的是 ,无论是蛋白质水平的生化标记还是 DNA
水平的 SSR标记的分析结果都只能反映基因组中
有限遗传位点的情况 ,是否能够代表基因组全貌还
需要应用不同的研究技术 (如基因组学 )从不同的
角度对四倍体长穗偃麦草的染色体组构成进行更全
面 、深入的研究 ,通过对不同方法得出的结果进行综
合比较和相互印证 ,才能得出最后的结论。
参考文献 (References):
[ 1 ] 　C icin H B. PerennialW hea.t M oscow, Science Press, 1978.
[ 2 ] 　 LI Zh en-Sh eng, RONG Shan, CHEN Shu-Yang, ZHONG Guan-
C hang, MU Su-Me.i D is tan t C ross of Whea.t Beijing: S cien ce
Press, 1985, 52 ～ 57.
李振声 ,容　珊 ,陈漱阳 ,钟冠昌 ,穆素梅.小麦远缘杂交.北
京:科学出版社 , 1985, 52～ 57.
[ 3 ] 　HAN Fang-Pu, LI Ji-L in. C ytogenetics ofTrititrig ia. Beijing:Ch i-
na Agricu ltural S cience＆ Technology Press, 1994, 1～ 3.
韩方普 ,李集临.小偃麦细胞遗传学. 北京:中国农业科技出
版社 , 1994, 1～ 3.
[ 4 ] 　DONG Yu-Chen, ZHENG D ian-Sheng. G enetic Resource of Trit-
iceae in Ch ina. Bei jing:C h ina Agricu ltura l P ress, 2000, 183 ～
185.
577L INa et a l. :Genom e Constitution o fAgropyron elongatum elongatum …
董玉琛 ,郑殿生.中国小麦遗传资源.北京:中国农业出版社 ,
2000, 183 ～ 185.
[ 5 ] 　H eneen W K, Runem ark H. C yto logy of E lym us (Agropyron)
elonga ta com plex. Hered itas, 1972, 70(2):155～ 164.
[ 6 ] 　Charpen tier A , Feldm anM , C auderon Y. G enetic con trol ofm eiot-
ic chromosom e pairing in tetrap loidAg ropyron elongatum. Ⅰ . Pat-
tern of pairing in natu ral and indu ced tetrap loid and F1 trip loid
hybrid s. Can J Genet Cytol, 1986, 28:783 ～ 788.
[ 7 ] 　Dvorak J. (a) Ch romosom e d ifferen tiation in po ly sp ecies of
E lytrig ia, w ith special reference to the evo lution of diploid-like
chrom osom e pai ring in polyploidy species. Can J Gene Cyto l,
1981, 23:287～ 303.
[ 8 ] 　Dvorak J. (b) Genom e relationsh ips am ong E lytrigia (=Ag ropy-
ron) elongata, E. stip ifo lia, “E. elonga ta 4 x” , E. caesp itosa, E. in-
term edia, and “E. elonga ta 10x”. Can J Genet Cytol, 1981, 23:
481～ 492.
[ 9 ] 　L iu ZW ,W ang R R C. G enom e con stitution s ofTh inopyrum curv-
i folium , Th. scirpeum , Th. d ist ichum , and Th. jun ceum (Triticeae:
G ram ineae). Genom e, 1993, 36:641～ 651.
[ 10] 　 E l-C haw asM I, Iha lil H A. Th e produ ction and evaluation of
Triticum-Ag ropyron hyb rid. Egypt J B ot, 1973, 16:483～ 499.
[ 11] 　TONG M ing-You, ZHANG Z i-L.i Genome an alysis of three spe-
cies of the genu sAg ropyron. Acta B otan ica S in ica, 1989, 31(3):
185～ 190.
佟明友 ,张自立.偃麦草属三个种的染色体组研究. 植物学
报 , 1989, 31(3):185～ 190.
[ 12] 　H art G E, Gale M D. B iochem ica l /m olecu lar loci of hexap loid
w hea.t In:Genet ic m aps, locu s m aps of com plex genom es. F ifth
Ed ition. C old Spring H arbor Laboratory Press, 1990.
[ 13] 　Petchey EM , K oebner RM D , G aleM D. G enetic characterization
of a further hom oelalle lic series of grain esterase loci, Est-6, in
w hea.t Theor Appl Genet, 1990, 79:294～ 296.
[ 14] 　Liu C J, GaleM D. The genetical con trol and t issue-specificity of
esterase isozymes in hexap loid whea.t TheorApplGenet, 1994, 88:
796～ 802.
[ 15] 　RöderM S, P laschke J, K onig S U, B orner A, SorrellsM E, Tank-
sley S D , G analM W. Abundance, variabi lity and chrom osoma l lo-
cation ofm icrosate llites in w hea.tMo lGen Genet, 1995, 246:327
～ 333.
[ 16] 　A insw orth C C, G ale M D, B aird S. Th e genetic con trol of grain
esterases in hexap loidw hea.t 1. A lle lic variation. Th eor Appl Gen-
et, 1984, 68:219～ 226.
[ 17] 　Liu C J, Gale M D. Es t-7, a set of genes con trolling green tissue
esterases in w heat and related sp ecies. Theor App l Genet, 1990,
79:781～ 784.
[ 18] 　Liu C J, C hao S, GaleM D. The genetical con trol of tissu e-sp ecific
peroxidases, Per-1, Per-2, Per-3, Per-4 and Per-5 in wh ea.t Th eor
Appl Genet, 1990, 79:305～ 313.
[ 19] 　GaleM D, Law C N , Chojeck iA J, Kem p ton R A. Gen etic con tro l
ofα-Amy lase p roduction in w hea.t Th eor App l Gen et, 1983, 64:
309 ～ 316.
[ 20] 　A insw orth C C, Gale M D, Baird S. The gen etics of β-Am y-lase
isozym es in w heat 1. A lle lic variation am ong hexap lo id varieties
and in trach rom osom al gene locations. TheorApp lGenet, 1983, 66:
39 ～ 49.
[ 21] 　Liu C J, G ale M D. Ib f-1 (Iodine binding factor), a h igh ly varia-
b le m ark er sys tem in the Triticea e. Th eor App l Gen et, 1989, 77:
233 ～ 240.
[ 22] 　 Liu C J, Gale M D. The ch rom osom al location of a th ird set of
m alate dehydrogenase loci, Mdh-3, in w heat, barley and related
species. Theor Appl Genet, 1989, 78:349～ 352.
[ 23] 　Liu C J. B iochem icalm arkers in w heat[ PhD Th esis] . C am bridge
Un iversity, UK , 1991.
[ 24] 　 S ingh N K, ShepherdK W , C ornish G B. A sim p li fied SDS-PAGE
procedu re for separating LMW subun its of g luten in. J Cerea l S ci,
1991, 14:203 ～ 208.
[ 25] 　 Sagh ai-M aroofM A , S olim an K M , Jorgensen R A, A llard R W.
Ribosoma lDNA spacer-length polymorph ism in barley:M ende-
lian inheritance, chromosom al location, and popu lation dynam ics.
Proc Na tlAcad S ciUSA, 1984, 81:8014～ 8019.
[ 26] 　Bassam B J, C aetano-AnollesG , G resshoffP M. Fast and sens itive
s ilver s taining of DNA in polyacrylam ide gels. Ana l B iochem ,
1991, 196:80 ～ 83.
[ 27] 　Lel ley T, S tach elM , G rausgruberH , Vollm ann J. Analys is of re la-
tion sh ip s betw eenAeg ilops tausch ii and the D genom e ofw heat u-
sing m icrosatellites. Genom e, 2000, 43:661～ 668.
[ 28] 　 Sou rd il le P, TavaudM , Charm et G, Bernard M. T rans ferab ility of
w heatm icrosatellites onTriticeae d ip loid species carrying the A, B
and D genom es. Th eor ApplGenet, 2001, 103:346～ 352.
[ 29] 　Guadagnuo lo R, S avova-B ianch i D , Felber F. Gene f low
from w heat (Tri ticum aestivum L. ) to jointed goatgrass (Aeg ilops
cy lindrica H os.t ) as revealed by RAPD and m icrosatellite m ark-
ers. Th eor ApplGenet, 2001, 103:1～ 8.
578 遗传学报　Ac ta Gene tica Sinica　Vo .l 32　No. 6　2005