全 文 ：园 艺 学 报 2002, 29 ( 5) : 447~ 450
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期: 2001- 09- 24; 修回日期: 2001- 11- 06
豌豆卷曲突变基因 curl 的染色体定位
刘富中1 Gostimskii S. A. 2
( 1中国农业科学院蔬菜花卉研究所, 北京 100081; 2 俄罗斯莫斯科大学生物系, 莫斯科 119899)
摘 要: 利用一套 5 个豌豆染色体易位系和 2 个形态标记基因系 chl7 及 Viola为标记材料, 对豌豆卷
曲突变基因 curl 进行了染色体定位。结果表明, 突变基因 curl 位于豌豆第 3 染色体的长臂上, 处于黄化基
因 chl7和种皮皱纹基因 r 之间, 排列顺序为 r curl ( chl7) , curl 与 chl7 之间的交换值为 34. 24 %
4. 57% , 与 r 之间的交换值为 19. 79 % 3. 55 %。
关键词: 豌豆; 突变体; 易位系; 染色体定位
中图分类号: S 643. 3; Q 831. 4 文献标识码: A 文章编号: 0513353X ( 2002) 05044704
豌豆突变体 Skruchnny是从品种Ranny Zeleny 中发现的天然突变体。该突变体植株的特点是在第 1
片真叶形成时, 真叶即发生卷曲, 进入抽蔓期, 茎呈扭曲状生长。在突变体植株的整个生育期, 小叶
和托叶卷曲, 茎呈扭曲状, 很容易将其与正常品系的植株区别。遗传研究表明, 该卷曲突变体受一对
隐性核基因控制, 基因符号用 curl 表示。本文报道利用易位系和标记基因系对该突变基因进行染色
体定位的结果。
1 材料与方法
突变体 Skruchnny ( curl ) 经多代自交纯化,
已稳定遗传。易位系 L4 ( 13) , M10 ( 27) , L
58 ( 12) , L83 ( 35) , L84 ( 36) 的易位点标记
了豌豆基因组全部 7 条染色体中的 6 条染色
体 1, 2!。形态标记基因系 chl7及 Viola 具正常形态
的茎和叶。易位系和标记基因系的标记性状、基
因以及所标记的染色体如表 1。
用易位系和标记基因系同时确定突变基因所
在的染色体。将突变体 Skruchnny分别与 1套 5个
豌豆易位系和 2个标记材料杂交, 田间种植亲本、
杂种 F1 和 F2。用易位系对突变基因进行染色体定
位时, 在杂交后代中, 具有杂合染色体 (易位杂
合) 植株的花粉约有一半表现不育, 花粉半不育
的这种特征即为易位系易位点的标记性状。在F2
表 1 豌豆标记系
Table 1 Marker stocks of pea
标记材料
Marker
stocks
标记性状
Characters
标记基因
Marker
gene
染色体
Chrom
osomes
L4 半不育花粉 Semisterile pollen T 13 1, 3
子叶绿色 Green cotyledons i 6
M10 半不育花粉 Semisterile pollen T 27 2, 7
子叶绿色 Green cotyledons i 6
L58 半不育花粉 Semisterile pollen T 12 1, 2
无花青素 Anthocyanin inhibition a 6
L83 半不育花粉 Semisterile pollen T 35 3, 5
着花节位少 Low flowering node lf 6
L84 半不育花粉 Semisterile pollen T 36 3, 6
无花青素 Anthocyanin inhibition a 6
chl7 叶黄绿色 Yellowgreen leaf chl7 3
Viola 种皮皱纹 Rugose pericarp r 3
矮茎 Low stem le 1
代中出现 4种不同花粉育性和表型类型的植株: 半不育的正常植株, 半不育的突变植株, 可育的正常
植株, 可育的突变植株, 其分离比为 3∀1∀3∀1。用醋酸洋红染色法鉴定F2 代所有植株的花粉育性。根
据F2代不同基因型可育株和半不育株出现的频率, 用适合性测验 x2= ( a3bc+ 3d) 2/ 3n! 3!分析突
变基因与易位点之间的遗传连锁关系, 从而确定突变基因 curl所属的染色体。
采用标记基因系定位突变基因时, 根据 F2 代植株突变性状与标记性状表型的分离比, 用适合性
测验 x2= ( a3b3c+ 9d) 2/ 9n! 4!和最大似然法 5!分析突变性状与标记性状之间的遗传连锁关系, 确
定突变基因所在染色体。
2 结果与分析
2. 1 突变基因 curl 与易位点的遗传关系
将突变体 Skruchnny 与一套 5个相互易位材料进行杂交, 其 F2代不同表型植株的育性分离和性状
分离情况列于表 2。在分析的 5个组合中, 突变基因 curl 与易位系 L4, M10, L58, L83和 L84的
易位断点都表现独立遗传, x2测验不显著, 表明突变基因 curl与这 5个易位系的易位断点没有联系。
但在组合L84 # curl中, 突变基因 curl 与标记基因a 的分离明显不符合两对基因独立遗传的分离比
( 9∀3∀3∀1)。x2测验达到极显著水平, 说明 curl 基因与无花青素基因 a 之间存在连锁。同时, 在该杂
交组合中, 无花青素基因 a 和易位系 L84的易位断点也不符合独立遗传, x2 测验达到极显著水平,
说明基因 a 和易位系 L84的易位断点之间有连锁关系。
表 2 突变体 curl与易位系的杂交结果
Table 2 The testing resul ts of the cross between the mutant curl and the translocations
组合
Cross
基因
Marker gene
F2代的育性和性状分离
Plant No. of segregat ion of fertile and semisterile or of different phenotypes in F2
AB Ab aB ab
x2
L4# curl T 13 curl 59 23 44 5 3. 87
T 13 i 60 22 39 10 0. 57
curl i 79 24 20 8 0. 31
M10# curl T 27 curl 51 13 45 10 0. 03
T 27 i 40 24 40 15 2. 04
curl i 67 29 13 10 0. 90
L58# curl T 12 curl 48 8 36 6 0. 12
T 12 a 45 11 35 7 0. 01
curl a 69 15 11 3 0. 37
L83# curl T 35 curl 64 15 44 18 1. 99
T 35 lf 37 10 21 13 2. 57
curl lf 44 18 14 5 0. 07
L84# curl T 36 curl 72 15 55 12 0. 14
T 36 a 76 11 41 26 13. 85* *
curl a 105 22 12 15 13. 74* *
注: A , a. 半不育和可育表现型或第 1基因的显性和隐性表现型; B, b. 第 2基因的显性和隐性表现型; * * 在 0. 01水平上差异显著。
Note: A, a. Semisterile and fertile phenotypes of t ranslocation or dominant and recessive phenotypes of the first gene; B, b. Dominant and recessive
phenotypes of the second gene. * * 0. 01 significant level.
已经知道基因 a 位于第 I连锁群, 即第6染色体上 6!, 在易位系 L84中, 第 3和第 6染色体 (即
第V和第 I 连锁群) 发生了相互易位, 因此, 我们的遗传分析结果进一步证实了易位系 L84的一个
易位断点发生在第 6染色体上, 且接近 a 基因座位的推论 6, 7!。从以上连锁测定结果可以认为基因
curl 位于第 6染色体上。但在其余 4个组合中, 突变基因与第 6染色体 (第 I 连锁群) 上的标记基因
a , i和 lf 之间 4种表型后代的分离比例, 均符合 9∀3∀3∀1的双基因独立分离的理论比例, x2 测验均
不显著 (表 2) , 这说明突变基因与上述标记基因均彼此独立, 不存在连锁关系, 即突变基因不位于
第6染色体上。
利用相互易位系确定基因与易位点的遗传连锁关系时, Persson 3!认为应根据基因与易位点之间是
否存在连锁关系, 如果某基因与易位点之间表现连锁遗传, 则该基因位于发生易位的染色体上, 并且
在易位点和着丝点之间的片段上; 如果某基因与易位点之间表现非连锁遗传, 则该基因应位于易位点
至末端的易位染色体片段上, 即位于来自另一易位染色体的易位片段上。
448 园 艺 学 报 29 卷
在组合L84 # curl中, 突变基因 curl 与易位断点没有连锁关系, 而与易位染色体上 (第 6染色
体) 的 a 基因连锁, 说明基因 curl 应位于易位点至末端的易位染色体片段上, 即位于来自于第 3染
色体的易位片段上, 也即突变基因位于第 3 染色体上。因此, 在组合 L84 # curl中, 易位点 ( TL84)
与基因 curl 和基因a 在发生了易位的第 6染色体和正常的第 3染色体上的可能排列顺序如图 1所示。
图 1 易位系 L84中易位染色体 63 和正常的第 3染色体上易位点与基因 curl 和 a的排列顺序
Fig. 1 The order of the translocation point, gene curl and a on the translocation chromosome 63 in L84 and normal chromosome 3
2. 2 突变基因 curl 与标记基因的遗传关系
为证实上述结论的正确性, 我们将突变体 curl与标记基因系 chl7和 Viola 杂交, 根据杂种 F2 代
的数据, 对卷曲突变基因 curl 与第 3染色体上各个标记性状基因进行了遗传连锁测验 (表 3)。突变
体与矮茎性状 ( le) 的分离符合两对基因独立遗传的分离比 ( 9∀3∀3∀1) , x2 测验不显著, 表明突变基
因与矮茎基因彼此独立遗传, 不存在连锁关系。但突变基因与第 3染色体上的标记基因 chl7和 r 控
制的 4种表型后代的分离比例, 均明显偏离 9∀3∀3∀1的两对基因独立遗传的理论比例。x2 测验达到极
显著水平, 表明卷曲基因 curl 与标记基因chl7和 r 之间存在遗传连锁, 由于黄化突变基因 chl7和种
皮皱纹基因 r 位于第 3染色体长臂上 8, 9!, 因此, 卷曲基因 curl 位于第3染色体长臂上 (图 1) , 从而
证明了上述易位分析中推论的正确性。根据表 3的资料, 以最大似然法计算出 curl 基因与 chl7基因
和 r 基因的重组值分别为 34. 24% 4. 57%、19. 79% 3. 55 %, 而基因 chl7和基因 r 独立遗传 8!, 故
基因 curl、chl7和 r 在第 3条染色体上的线形排列顺序为 rcurlchl7。
表 3 豌豆突变体 curl 与标记基因系杂交后代的性状分离
Table 3 Segregation in F2 of crosses between curl and marker stocks of pea
组合
Cross
基因
Marker gene
F2代的性状分离 Plant No. of different phenotypes in F2
AB Ab aB ab
x2测验
Testing ( 3∀1)
Chl7# curl chl7 curl 202 89 63 9 9. 16* *
Viola# curl r curl 386 177 152 6 46. 11* *
le curl 374 130 164 53 0. 15
le r 387 117 176 41 2. 33
注: A, a. 第 1基因的显性和隐性表现型; B, b. 第 2基因的显性和隐性表现型; * * 表示在0. 01水平上差异显著。
Note: A, a. Dominant and recessive phenotypes of the f irst gene; B, b. Dominant and recessive phenotypes of the second gene; * * 0. 01 signif icant
level.
3 讨论
已知无花青素基因 a定位于第 6染色体上, 在本研究中证实 curl 位于第 3 染色体上, 即基因 a
和基因 curl 位于不同的染色体上。组合 L58 # curl的遗传分析也表明, 基因 a 和基因 curl 独立遗传
(表 2) , 但在组合L84 # curl中无花青素基因 a 和卷曲基因 curl 表现连锁遗传, 其原因是由于 L84中
的第 3染色体长臂和第 6染色体短臂发生了相互易位, 使第 3染色体上的基因 curl 转移至第 6染色
体, 导致了遗传分析中 a 和 curl的假连锁现象。这种基因 curl 和基因a在不同的组合中表现出相反遗
传关系的现象, 在其他研究中也有类似的情况 3, 10!。在易位分析中, 易位系L112的易位断点与无卷
须基因 tl 紧密连锁, 与无蜡粉基因 wsp 没有连锁关系, 而在该组合中, 基因 tl 与基因wsp 间表现出
紧密的假连锁关系 10!。因为在没有利用易位系作标记材料的遗传分析中, 基因 tl 与基因wsp 间无连
4495期 刘富中等: 豌豆卷曲突变基因 curl 的染色体定位
锁遗传关系 10, 11!, 且位于不同的染色体上 11!。
这表明, 利用易位系作标记材料进行遗传分析时, 须注意易位染色体上基因间的假连锁现象, 由
于有易位染色体存在及易位点的位置效应, 可能导致位于易位点附近的基因之间产生假连锁遗传现
象, 从而导致遗传分析结果不正确。一个典型的例子就是长期以来, 研究者一直认为豌豆 r 基因和
wsp 突变基因相互连锁, 均位于豌豆的第 7染色体上 12!, 就是因为存在着染色体易位, 使 r 和wsp 产
生假连锁现象。这已被后来的研究证实, 并将 r 和wsp 定位于不同的染色体上 10, 11!。假连锁现象也发
生在利用易位系定位大麦突变基因的遗传连锁检测中 13!。
在易位系L4和L83中有一条共同的染色体, 即第3条染色体发生了易位, 但易位断点发生在短
臂上 2!, 上述遗传分析证实基因 curl 位于第3染色体长臂上, 由于易位断点和基因 curl 位于不同的染
色体臂上, 遗传距离较远, 因此, 在组合L4 # curl和L83 # curl中, 易位断点和突变基因 curl 表现独
立遗传。
我们进行的易位分析和遗传分析表明, 卷曲突变基因 curl 位于第 V连锁群, 并与基因 r 和基因
chl7紧密连锁 (表3) ; 基因 chl7与基因 gp 连锁遗传, 而基因 chl7与基因 r、基因 r 与gp 独立遗
传 8!, 因此, 这 4个基因均位于第 V 连锁群, 其线性排列为 rcurlchl7gp。前人的研究表明基因
chl7与易位系 L84 第 3 条染色体上的易位点连锁遗传 8!, 因此, 我们的研究进一步证实了
Folkesson 9!提出的第 3染色体对应于第 V连锁群的假设。
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Chromosome Location of the Mutant Gene curl in Pea
Liu Fuzhong1 and Gostimskii S. A. 2
(
1
I nstitute of Vegetables and Flowers, Chinese Academy of Agricultural Sciences , Beij ing 100081, China ; 2Biology Faculty , Moscow
State University , Moscow 119899, Russia)
Abstract: A set of 5 chromosome translocation lines and two marker gene line chl7 and Viola were used in
testing the chromosome location of curl mutant gene in pea. The results indicated that mutant gene curl was located
on the long arm of the chromosome 3 in pea, between the known yellowgreen leaf gene chl7 and the rugose peri
carp gene r, their order is rcurl ( chl7) . The interchange values of curl to chl7 and r are 34. 24% 4. 57%
and 19. 79% 3. 55% .
Key words: Pea; Mutant; Translocat ion lines; Chromosome location
450 园 艺 学 报 29 卷