全 文 ：文章编号:1005-0906(2006)02-0013-03
摩擦禾与玉蜀黍属内物种间的分子显带分析
韩永华 1,陈志坚 1,李冬郁 2,宋运淳 3
(1.广西师范大学生命科学学院,桂林 541004;2.广西畜牧研究所,南宁 530001;
3.武汉大学植物发育生物学教育部重点实验室,武汉 430072)
摘 要:分子显带是一种研究物种间共享的重复序列在染色体上分布特征的简便方法,它是通过比较基因组
原位杂交进行的。本研究中,我们以摩擦禾基因组DNA为探针,对玉蜀黍属的几个种的染色体进行了比较基因组原
位杂交分析。在玉蜀黍属的几个种中都检测到了信号明显的 4种带,分别为中间带(interstitialband)、着丝粒带(cen-
tromericband)、端粒带(telomericband)和染色纽(knob)。通过分子显带与 DAPI显带比较,阐明了供试种间保守的重复
DNA序列的分布特征。
关键词:摩擦禾;玉蜀黍属;分子显带
中图分类号:S513.01 文献标识码:A
MolecularBandingAnalysisAmongTripsacumDactyloides
andSeveralSpeciesinSenusZea
HANYong-hua1,CHENZhi-jian1,LIDong-yu2,SONGYun-chun3
(1.ColegeofLifeSciences,GuangxiNormalUniversity,Guilin541004;
2.GuangxiLivestockInstitute,Nanning530001;
3.TheKeyLaboratoryofMOEforPlantDevelopmentalBiology,WuhanUniversity,Wuhan430072,China)
Abstract:Molecularbandingundertakenwithcomparativegenomicinsituhybridization(cGISH)isasimpleap-
proachwhichgenerateschromosomecharacteristicsignalsinheterologousFISHexperimentsatregionswithcon-
servedrepeatedsequences.Inthisstudy,cGISHwasundertakenwithlabeledtotalgenomicDNAofTripsacumdacty-
loides(2n=72)tochromosomesofseveralspeciesingenusZea.Fourkindsofbandsincludinginterstitialband,cen-
tromericband,telomericbandandknobweredetectedonalspecies.ComparedtoDAPIbanding,thedistributional
characteristicsofconservedrepeatedDNAsequenceswereilustratedamongtestedspecies.
Keywords:Tripsacumdactyloides;GenusZea;Molecularbanding
为了研究物种基因组之间的同源性,人们主要
利用RFLP、RAPD等各种分子标记技术进行基因组
比较遗传作图[1,2]。然而,这一技术仅仅是用一部分
标记来探测整个基因组的关系,难免有一定的局限
性,不能全面地反映基因组之间的关系,特别是不能
反映它们重复DNA序列的特点。因为在真核生物基
因组中重复序列占有很大比例,它们比编码序列更
容易发生变异,特别是近缘物种间重复序列的异同
可以有效地反映它们的进化距离[3]。许多重复序列在
收稿日期:2005-04-24
基金项目:国家自然科学基金(39870423)和广西师范大学生态博士
授权点建设项目资助
作者简介:韩永华(1971-),女(蒙古族),吉林双阳人,副教授,博士,
从事植物分子细胞遗传学研究。Tel:0773-5833710
E-mail:hanyh329@163.com
近缘种甚至不同属间是共享的,但在不同基因组中
分布模式是不同的,而有些重复序列是基因组甚至
染色体特异的[4,5]。
一种新的基因组原位杂交显带方法,利用一个
物种的基因组 DNA作探针对该物种或其它物种染
色体进行原位杂交,其杂交信号检出程序是专门用
于检出重复DNA顺序的,因此可以直观地显示该物
种及不同物种间共享的重复序列在染色体上的分
布。它是研究不同种基因组间重复序列的变异性和
保守性的一种简便方法。Juta等[6]把这种方法称为
比较基因组原位杂交(comparativegenomicinsituhy-
bridization)的分子显带(molecularbanding)方法。他们
以拟南芥总基因组DNA为探针,对10个其它物种
的染色体进行比较基因组原位杂交,检测到种间保
守的重复DNA序列的杂交信号,信号的分布特点在
玉 米 科 学2006,14(2):13～15 JournalofMaizeSciences
DOI:10.13597/j.cnki.maize.science.2006.02.005
不同种或不同染色体是不同的。
玉米(ZeamaysL.)的基因组大约有2.3～2.7×109
bp,其中80%以上是重复序列[7]。在分类学上,玉米
属于禾本科(Gramineae)玉蜀黍族(Maydeae)的玉蜀黍
属(Zea)。在玉蜀黍族中,与玉蜀黍属亲缘关系最近的
是摩擦禾属(Tripsacum)[8]。
在本研究中,我们首次通过比较基因组原位杂
交分子显带的方法,分析了摩擦禾属的摩擦禾(Trip-
sacumdactyloides,2n=72)和玉蜀黍属内的几个种基
因组间重复 DNA序列的同源性及其在染色体上的
分布特征。
1 材料与方法
1.1 植物材料和染色体制片
供试材料包括玉蜀黍属内的栽培玉米亚种(Zea
maysssp.mays,2n=20)玉米自交系黄早四、墨西哥
玉米亚种(Zeamaysssp.mexicana,2n=20)、二倍体多
年生类玉米(Zeadiploperennis,2n=20)和摩擦禾属的
摩擦禾(Tripsacumdactyloides,2n=72)。染色体制片参
照Song和Gustafson[9]的方法。
1.2 基因组DNA的提取及标记
参照Doyle[10]的方法提取摩擦禾的基因组总DNA。
用枪头反复吹吸将DNA打断为10kb左右,用切口
平移法对打断的DNA进行标记,增加了 DNaseI的
比例并延长标记时间至 4h,0.5mol/LNa2EDTA终
止液终止。点印迹检测标记效果。
1.3 原位杂交及信号检出
原位杂交及信号检出参照 Juta等[6]的程序,用
链亲和素 -Cy3(KirkegaardPeryLaboratories)检出信
号,制片经 DAPI(4′6-diamidino-2-phenylindole)复
染后,OlympusBX60荧光显微镜下观察,利用Sen-
sysCCD1401E系统和 V++软件合成照片。Photo-
shop软件进行图片处理。
2 结果与讨论
用摩擦禾基因组DNA对自身染色体杂交时,每
条染色体大部分被强的杂交信号所涂染,少部分信
号较弱,没有清楚的带纹(图1中A)。表明其基因组
中重复顺序占很大比重。与DAPI带型比较(图1中
B),DAPI亮度较大的异染色质纽和近着丝粒区杂交
信号一般较强。
当摩擦禾基因组DNA与玉蜀黍属的栽培玉米
(图 1中 C)、墨西哥玉米(图 1中 E)和二倍体多年生
类玉米(图1中G)的染色体杂交时,不同染色体区域
信号的强度互有不同,所得到的信号带大体分为染
色纽(knob)、中间带(interstitialband)、着丝粒带(cen-
tromericband)和端粒带(telomericband)。
在玉蜀黍属的不同种中,与DAPI亮度大的染
色纽相对应的区域(图 1中 D、F和 H),杂交信号很
强,且面积更大,一些比较小的经DAPI显带不易识
别的染色纽通过分子显带能被清楚地显示 (图1中
E和G)。但玉蜀黍属内供试不同种之间染色纽的分
布位置、大小和数目是不同的。在玉蜀黍属内栽培玉
米的染色纽一般位于近末端,墨西哥玉米的染色纽
多数位于末端,少数位于近末端,二倍体多年生类玉
米的染色纽都位于末端。染色纽的数目栽培玉米一
般要少些,而墨西哥玉米和二倍体多年生类玉米则
明显地多些。我们的研究结果表明,摩擦禾和供试玉
蜀黍属不同种之间染色纽重复顺序是高度同源的,
这与Dennis和Peacock[11]和Blake等[7]的研究结果一
致。Dennis和Peacock指出,摩擦禾异染色质纽的卫
星DNA成分与玉米、墨西哥玉米和二倍体多年生类
玉米中异染色质纽的卫星 DNA成分高度同源,
Blake等的研究结果也表明玉米和摩擦禾异染色质
纽的重复顺序高度同源。
染色体上除染色纽之外的区域,都分布有散在
的点状信号,这些信号的强度和大小互有不同,沿染
色体长轴信号点间保持一定的距离,姐妹染色单体
间多数信号点彼此对应,同源染色体两成员之间的
带型都可以彼此配对,供试的不同种间这些区域都
有类似的带型(图1中C、E和G)。我们把分布在染
注:A为摩擦禾,C为玉米,D为墨西哥玉米,G为二倍体多年生类
玉米。B、D、F和H分别为相应的DAPI染色的染色体。
图1 各实验材料的比较基因组原位杂交结果
14 14卷玉 米 科 学
(上接第12页)
高产和优质总是育种家追求的最终目标。以高
产为育种的第一目标,对品质的要求则放在次要地
位,而且具有较好的综合性状和较强的适应性。
完整的玉米优质概念应包括营养品质、加工品
质和商业品质。营养品质泛指玉米子粒中所含的营
养成分,如蛋白质、脂肪和淀粉等。据对全国227个
玉米品种测定,一般品种蛋白质含量为9.69%、淀粉
含量为 74.59%、脂肪含量为 3.55%、粗纤维含量为
2.39%,其中还有含量更高的品种。佟屏亚、李登海
认为,我国玉米淀粉和蛋白质含量较高,完全能够满
足玉米工业及饲料加工业的需要,不存在花大力气
培育和发展所谓“蛋白型玉米”、“油用型玉米”、“淀
粉型玉米”等问题。
不过,由于我国玉米存在布局不合理、加工品质
跟不上去、特别是商业品质较差等问题,严重影响国
际市场的竞争力。
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色体臂中间区域的这些点状带划分为中间带,而在
着丝粒和近着丝粒区的为着丝粒带。显然,中间带在
供试的种间是最为保守的。而着丝粒和近着丝粒这
一重复顺序密集区,摩擦禾杂交时被强而连续的信
号所涂布,而种间杂交则仅有类似中间带的点状信
号,表明摩擦禾着丝粒和近着丝粒区的重复DNA只
有少部分是与供试种同源的,保守程度低。供试不同
种凡不具有染色体纽带的染色体末端,都有明显可
见的端粒顺序杂交信号,即端粒带,表明供试种之间
端粒顺序同源性很高。具染色纽信号的末端很可能
端粒信号与染色纽信号结合在一起,而不能被分辨,
因此看不出端粒信号。
应用比较基因组原位杂交技术进行的分子显
带,比常规的显带技术具有不可比拟的优越性,第
一,它可直观地展示物种间重复基因组DNA的同源
性及其在染色体上的分布特征;第二,杂交信号的分
布与 DAPI染色的带型相比较,可以划分出重复
DNA中保守的和易变的部分;第三,分子显带的带
纹比常规显带包括 C-显带、N-显带和荧光显带的
带纹丰富,即使与难度很大而不易成功的G-显带相
比,带纹也要多些,因为端粒带只有通过分子显带才
能显现;第四,分子显带的技术很稳定,且易于操作,
重复性高。如果分子显带中采用近缘种DNA作为基
因组原位杂交的探针,一般可以达到上述的效果,但
采用关系很远的物种 DNA作为基因组原位杂交的
探针时,杂交信号或带纹的数目将明显地减少。Juta
等[6]的工作已证明了这一点。
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2期 15韩永华等:摩擦禾与玉蜀黍属内物种间的分子显带分析
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