全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2008, 35 (6) : 859 - 862
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2008 - 01 - 28; 修回日期 : 2008 - 04 - 08
基金项目 : 国家自然科学基金项目 (30471222)3 E2mail: zhou2007@zju1edu1cn
45S rDNA在 4种百合属植物染色体上的物理定位
周树军 13 , Jaap van Tuyl2 , 臧德奎 3 , 夏宜平 1 , 李　方 1
(1 浙江大学农业与生物技术学院 , 杭州 310029; 2 Plant B reeding, Plant Science Group, W ageningen University, P1O. Box
16, W ageningen 6700 AA, The Netherlands; 3 山东农业大学林学院 , 山东泰安 271018)
摘 　要 : 利用荧光原位杂交的技术将 45S rDNA 在麝香百合 (L ilium long if lorum ) , 柠檬色百合 (L.
leich tlin ii) , 天香百合 (L. aura tum ) 和豹纹百合 (L. pardalinum ) 的染色体上进行了定位。结果表明 : 45S
rDNA在这 4种植物中都分布于染色体的着丝点附近 , 但其位点数量、所在的染色体和信号的强弱有很大的
变化。其中 , 麝香百合和豹纹百合中各有 3对染色体在着丝点附近有 45S rDNA的信号 , 柠檬色百合和天香
百合中各有 4对染色体在着丝点附近有 45S rDNA的信号。但是天香百合的两对中部染色体的着丝点附近都
有 45S rDNA的信号 , 柠檬色百合的两对中部染色体中只有一条有 45S rDNA的信号 , 而麝香百合和豹纹百
合中没有任何一条有 45S rDNA的信号。由于这 4种百合在百合属中分别属于不同组 , 其 45S rDNA的位点
数量、所在染色体和信号强弱的变化为这种分组的合理性提供了一些分子生物学的证据。
关键词 : 百合 ; rDNA; 荧光原位杂交 ( F ISH) ; 核型 ; 染色体
中图分类号 : S 68212　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2008) 0620859204
Physica l L oca liza tion of 45S rD NA on the Chrom osom es of 4 Spec ies of the
Genus L ilium
ZHOU Shu2jun13 , Jaap van Tuyl2 , ZANG De2kui3 , X IA Yi2p ing1 , and L I Fang1
(1 College of A griculture and B iotechnology, Zhejiang U niveristy, Hangzhou 310029, China; 2 P lant B reeding, P lan t Science
Group, W ageningen U niversity, P1O. B ox 16, W agen ingen 6700 AA, The N etherlands; 3 College of Forestry, Shandong A gricul2
tura l U niversity, Ta ipian, Shandong 271018, Ch ina)
Abstract: 45S rDNA was mapped on the chromosomes of L ilium long if lorum , L. leich tlin ii, L. aura tum
and L. parda linum of the genusL ilium using fluorescence in situ hybridization in this paper. The result showed
that 45S rDNA were localized near the centromere region in these four species, but the number of the 45S
rDNA sites, which chromosomes having the 45S rDNA signal, and the intensity of the 45S rDNA signal some2
what varied in the four species. Three pairs of chromosomes have the 45S rDNA signal in L. long if lorum and
L. pa rda linum , while four pairs of chromosomes have the 45S rDNA signal in L. leich tlin ii and L. aura tum.
Nevertheless, the two pairs of metacentric chromosomes of L. aura tum have the 45S rDNA signal, one pair of
metacentric chromosomes of L. leich tlin ii have the 45S rDNA signal, but no 45S rDNA signal is on any meta2
centric chromosome of L. long if lorum and L. parda linum. Considering the four species belonging to different
sections in L ilium , the result supp lies some molecular evidence for supporting the L ilium classification.
Key words: L ilium ; rDNA; fluorescence in situ hybridization ( F ISH) ; karyotype; chromosome
百合为重要的球根花卉。现在 8 000多个百合品种主要由铁炮百合 (Longiflorum Hybrids)、亚洲
百合 (A siatic Hybrids) 和东方百合 (O riental Hybrids) 三大品种群构成。这些栽培品种皆源于百合
科百合属 (L ilium )。
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园 　　艺 　　学 　　报 35卷
百合属共有 80余种 , 依其生物学特性分为 7组 , 即 : L ilium , Martagon, Pseudolirium , A rchelirion,
Sinomartagon, Leucolirion和 Oxypetala (Comber, 1949)。一般情况下 , 百合组内的种间杂交较易成功
且杂种可育 , 而组间的杂交较困难且杂种高度不育 ( van Tuyl et al. , 2002)。铁炮百合、亚洲百合和
东方百合三大品种群就分别源于 Leucolirion, Sinomartagon和 A rchelirion的组内种间杂交。尽管组间杂
交难度较大 , 但更具有较好的商业前景 , 而且荷兰育种公司已从这种组间杂交的回交一代中选育出商
业价值较高的三倍体品种 , 这表明组间杂交获得的二倍体 F1中产生了没有减数的体细胞配子 , 同时
也意味着组间的基因组差异较大而造成近缘染色体在减数分裂中期 Ⅰ不能正常联会 ( Zhou et al. ,
2008)。因此 , 分析百合属植物之间的基因组差异对百合育种工作可能会有一定的指导意义。
由于百合属植物一般为二倍体 ( 2n = 2x = 24) , 都是由 2对中部着丝点染色体和 10对近端部
(或端部 ) 着丝点染色体组成 , 很难区别它们常规核形之间的差异 , 因此需要依靠分子定位等手段才
可能对它们之间的核型差异或演化有较深入的阐明。45S rDNA是编码组成真核生物细胞质核糖体的
18S、518S和 28S rRNA的基因 (龚志云 等 , 2002)。在植物基因组中通常有几百个 45S rDNA以串联
的方式分布于核仁组织区 , 而且在不同物种中其数量和位置不同 , 这为研究同属植物的核型差异提供
了一条很好的途径。本文旨在根据 45S rDNA在百合属植物基因组中的数量和位置探讨其核型的差
异。
1　材料与方法
111　材料来源
植物材料为麝香百合 (L. long if lorum ) , 柠檬色百合 (L. leich tlin ii) , 天香百合 (L. aura tum ) 和
豹纹百合 (L. parda linum )。它们分别属于 Leucolirion, Sinomartagon, A rchelirion和 Pseudolirium 组。
这些材料由荷兰 W ageningen大学 Jaap van Tuyl研究员负责的百合育种课题组提供。
112　探针标记
所用探针为 Gerlach和 Bedbrook (1979) 从小麦克隆的 9 kb长的 45S rDNA, 该克隆为 pTa71。首
先将 pTa71接种到 LB 培养基中 , 在 37 ℃的摇床上培养过夜。然后用 Plasm id M ini Kit分离纯化
pTa71, 所得到的 pTa71用德国罗氏公司生产的地高辛缺口转移试剂盒标记 (Roche, Germany)。操作
程序皆依试剂盒所附说明书。
113　染色制片和原位杂交流程
染色体制片和原位杂交流程除探针标记外基本采用周树军 ( 2002, 2003) 描述的方法。原位杂
交是在 W ageningen大学植物育种实验室完成的。
2　结果与分析
以 45S rDNA为探针的 4种百合属植物的荧光原位杂交结果见图 1。根据结果绘制出荧光原位杂
交 ( F ISH) 核型 (图 2)。该结果清楚表明 45S rDNA 在这 4种百合中都分布于着丝点附近 , 其中 ,
麝香百合和豹纹百合中各有 3对染色体在着丝点区域有 45S rDNA 的信号 , 柠檬色百合和天香百合中
各有 4对染色体有信号。同时 , 图 1和图 2也清楚表明 45S rDNA所在染色体在这 4种百合属植物中
也存在很大的差别。天香百合两对中部染色体的着丝点附近都有 45S rDNA的信号 , 柠檬色百合的两
对中部染色体中只有一条有 45S rDNA的信号 , 而麝香百合和豹纹百合则没有任何一条有 45S rDNA
的信号 ; 相应地 , 在 10对近端部染色体中 , 天香百合有 2对 45S rDNA的信号 ; 麝香百合、柠檬色百
合和豹纹百合中各有 3对 45S rDNA信号。45S rDNA信号的强弱在不同位点也有变化 , 如麝香百合和
柠檬色百合中的 7号染色体上 45S rDNA 信号强度都很弱 (图 1, A和 B ) , 信号的强弱反映了拷贝数
的多少。
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　6期 周树军等 : 45S rDNA在 4种百合属植物染色体上的物理定位 　
3　讨论
311　百合属植物的核型
核型中染色体的排列是根据李懋学和陈瑞阳 (1985) 的标准 (国内都是采用这一标准 ) , 但国外
则是按照染色体短臂的长度由长到短排列的 ( Stewart, 1947; L im et al. , 2001)。二倍体百合属植物
含有 12对染色体 , 都是由 2对中部着丝点染色体和 10对近端部 (或端部 ) 着丝点染色体组成 , 其中
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这 10对近端部 (或端部 ) 着丝点染色体的短臂都很短。根据染色体的一般形态特征很难区别两对中
部染色体之间 , 以及相近长度的近端部 (或端部 ) 染色体之间的差异。然而 , rDNA在 4种百合属植
物染色体上的数目和位点则清楚表明了其核型的较大差异。由于麝香百合、柠檬色百合和天香百合在
百合属中分别属于 Leucolirion, Sinomartagon和 A rchelirion组 , 而这 3组又分别是现在百合三大品种群
铁炮百合、亚洲百合和东方百合的来源 , F ISH核型的差异为这种分组的合理性提供了分子生物学的
证据 , 随着这些信息的增多 , 百合属分类系统上的分歧会逐渐消失。
312　45S rD NA在植物染色体上的分布
以 rDNA或种特异性串联重复序列为探针的荧光原位杂交可以将六出花的染色体一一区分开来
( Kam stra et al. , 1999; Zhou et al. , 2003)。在百合中以 rDNA为探针还不能有效起到这样作用 , 因为
所有的 rDNA都是在着丝点附近。这一现象与在其它百合或物种中大同小异 , 如东方百合品种 ‘Mar2
co Polo’的 6条染色体有 25S rDNA位点 , 仅有一个不在着丝点附近 ; 东方百合品种 ‘Exp ression’的
5个 25S rDNA位点都在着丝点附近 (Marasek et al. , 2004) , 沙田柚 (C itrus grand is) (向素琼 等 ,
2007) 的 45S rDNA也在着丝点区域。这意味着在分析常规核型类似的近缘种时 , 利用种特异性串联
重复序列是必要的。我们希望在百合属中分离出这样的重复序列 , 从而既可以探讨百合属物种核型的
演化 , 又能在百合育种的连续回交后代中准确地跟踪染色体的去向 , 从而减少育种工作的盲目性。
References
Comber H F. 1949. A new classification of the genus L ilium. L ily yearbook, Royal Hort Soc, 13: 86 - 105.
Gerlach W L, Bedbrook J R. 1979. Cloning and characterization of ribosomal RNA genes from wheat and barley. Nucleic Acids Res, 7: 1869 - 1885.
Gong Zhi2yun, W u H sin2kan, Cheng Zhu2kuan, Gu M ing2hong. 2002. Physical mapp ing of the 45S rDNA and 5S rDNA to rice p rometaphase
chromosome. Acta Genetica Sinica, 29 (3) : 241 - 244. ( in Chinese)
龚志云 , 吴信淦 , 程祝宽 , 顾铭洪. 2002. 水稻 45S rDNA和 5S rDNA的染色体定位研究. 遗传学报 , 29 (3) : 241 - 244.
Kam stra S A, Kuipers A G J, de Jeu M J, Ramanna M S, Jacobsen E. 1999. The extent and position of homoeologous recombination in a distant
hybrid of A lstroem eria: A molecular cytogenetic assessment of first generation backcross p rogenies. Chromosoma, 108: 52 - 63.
L i Mao2xue, Chen Rui2yang. 1985. A suggestion on the standardization of karyotype analysis in p lants. J W uhan Botanical Research, 3 (4) : 297
- 302. ( in Chinese)
李懋学 , 陈瑞阳. 1985. 关于植物核型的标准化问题. 武汉植物学研究 , 3 (4) : 297 - 302.
L im K B, W ennekes J, De Jong J H, Jacobsen E, van Tuyl J M. 2001. Karyotype analysis of L ilium logif lorum Thunb. and L ilium rubellum Baker
by chromosome banding and fluorescence in situ hybridization. Genome, 44: 911 - 918.
Marasek A, Hasterok R, W iejacha K, O rlikowska T. 2004. Determ ination by GISH and F ISH of hybrid status in L ilium. Hereditas, 140: 1 - 7.
Stewart R N. 1947. The morphology of somatic chromosomes in L ilium. American Journal of Botany, 34: 9 - 26.
van Tuyl J M, Maas IW G M, L im K B. 2002. Introgression in interspecific hybrids of lily. Acta Hortic, 570: 213 - 218.
Xiang Su2qiong, W angW ei2xing, L iang Guo2lu. 2007. Chromosome localization of 45S rDNA in different p loidy Citrus grandis by fluorescence in
situ hybridization. Acta Horticulturae Sinica, 34 (1) : 75 - 80. ( in Chinese)
向素琼 , 汪卫星 , 梁国鲁. 2007. 45S rDNA在不同倍性沙田柚染色体上的荧光原位杂交分析. 园艺学报 , 34 (1) : 75 - 80.
Zhou Shu2jun, De Jeu M J, V isser R G F, KuipersA G J. 2003. Characterisation of distant A lstroem eria hybrids : App lication of highly repetitive
DNA sequences from A. lig tu ssp. lig tu. Ann App l B iol, 142: 277 - 283.
Zhou Shu2jun. 2002. Detection of A lstroem eria aurea chromosomes in a series of its hybrids. Acta Horticulturae Sinica, 29 (3) : 255 - 257. ( in
Chinese)
周树军. 2002. 荧光原位杂交检测野生六出花染色体的命运. 园艺学报 , 29 (3) : 255 - 257.
Zhou Shu2jun. 2003. D iscrim ination of the genomes in BC1 p rogeny of A siatic lily and O riental lily using GISH. Acta Horticulturae Sinica, 30
(4) : 485 - 486. ( in Chinese)
周树军. 2003. 基因组荧光原位杂交区分百合回交一代的不同基因组. 园艺学报 , 30 (4) : 485 - 486.
Zhou Shu2jun, Ramanna M S, V isser R G. F, van Tuyl J M. 2008. Genome composition of trip loid lily cultivars derived from sexual polyp loidiza2
tion of Longiflorum ×A siatic hybrids (L ilium ) . Euphytica, 160: 207 - 215.
268
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