全 文 ：武汉植物学研究 2000, 18 (4) : 261～ 265
J ourna l of W uhan B otan ica l Resea rch
TH INO P YRUM B ESSARAB ICUM 和 TH INO -
P YRUM ELON GA TUM 的基因组关系研究Ξ
英　加　 陈佩度　 刘大钧
(南京农业大学农业部细胞遗传重点开放实验室　南京　210095)
提　要　对 2 个八倍体C. S2T h inopy rum bessarabicum (AABBDDJJ , 2n= 8x = 56)和Go shaw k
(GH K) 2T h inopy rum elong a tum (AABBDD EE, 2n= 8x = 56) 的根尖细胞染色体进行 C2分带,
从中分检出 T h. bessarabicum 和 T h. elong a tum 的各自染色体进行核型分析, 结果表明: T h.
bessarabicum 和 T h. elong a tum 的大多数染色体都具有端带, 但 T h. bessarabicum 的端带更强,
很少有中间带; 而 T h. elong a tum 的染色体除 E1 外其它染色体的端带较弱, 而且带纹较丰富,
有较多的中间带。对C. S2T h. bessarabicum 和 GH K2T h. elong a tum 进行有性杂交, 其杂交种
F 1 的 PM C 染色体在M I 的平均配对构型为 15150É + 5103 Ê[ + 14120 Ê○+ 0140Ë + 0121Í , 其中 T h. bessarabicum 和 T h. elong a tum 染色体平均配对成 215 个二价体, 由 C2分带显示
大多数 T h. bessarabicum 和 T h. elong a tum 染色体呈单价体状态。因此推断, T h. bessarabicum
和 T h. elong a tum 两物种的染色体应属不同的染色体组。
关键词　普通小麦, T h inopy rum bessarabicum , T h inopy rum elong a tum , C2分带
中图分类号: Q 943　文献标识码: A 　文章编号: 10002470X (2000) 0420261205
STUD IES ON GENOM IC RELAT IONSH IPS BETW EEN
TH. B ESSARAB ICUM AND TH. ELON GA TUM
Y ing J ia　Chen Peidu　L iu D ajun
(K ey L abora tory of C rop Cy tog enetics,M in istry of A g ricu ltu re, N anj ing A g ricu ltu ra l U n iversity　N anjing　210095)
Abstract　Ch romo som es of tw o octop lo ids C. S2T h inopy rum bessarabicum (AABBDDJJ , 2n=
8x = 56) and GH K2T h inopy rum elong a tum (AABBDD EE, 2n = 8x = 56) w ere C2banded and
karyo types w ere analyzed w ith m etaphase ch romo som es, respectively. T he resu lts show ed
that term inal C2banding w ere observed in bo th ch romo som es of T h. bessarabicum and T h.
elong a tum , bu t the J genom e of T h. bessarabicum had p rom inen t term inal C2bands,w h ich no t
p resen t in that of T h. elong a tum excep t ch romo som e E1. O n the o ther hand, the ch romo som es
of T h. elong a tum show ed several in terst it ia l C2bands, w h ile T h. bessarabicum did no t. T he
ch romo som e pairing in octop lo id hybrid betw een C. S2T h. bessarabicum and GH K2T h.
elong a tum w as analyzed and octop lo id hybrid show ed a m ean pairing of 15150É + 5103 Ê[ +Ξ 收稿日: 1999208214, 修回日: 1999210220。第一作者: 男, 1966年生, 助理研究员 (博士) , 从事植物细胞遗传研究。麦氏基金资助项目。
14120 Ê○+ 0140Ë + 0121Í w ith 215 bivalen ts paired by ch romo som es of T h. bessarabicum
and T h. elong a tum . Based on C2banding patterns,mo st ch romo som es of T h. bessarabicum and
T h. elong a tum show ed univalen ts. T herefo re, it can be concluded that they have no very clo se
rela t ionsh ip and shou ld have differen t genom es.
Key words 　 T riticum aestivum , T h inopy rum bessarabicum , T h inopy rum elong a tum ,
C2banding
T h. bessa rabicum 和 T h. elong a tum 是类麦属 (T h inopy rum ) 的 2 个二倍体物种, 其基
因组 J 和 E 是构成 T h inopy rum 多倍体物种的 2 个基本染色体组〔1〕。按照L ove〔2〕的小麦
族基因组分类系统, J 基因组被归入 T h inopy rum bessa rabicum (Savu l & R ayss) A.
L ove= 〔A g ropy run bessa rabicum Savu l & R ayss; E ly trig ia bessabicum (Savu l & R ayss)
D ubo rik〕。E 基因组被归入 T h inopy rum elong a tum (Ho st) D. R. D ew ey= 〔A g ropy ron
elong a tum (Ho st ) Beauv; L op hopy rum elong a tum (Ho st ) A L o st; E ly trig ia elong a ta
(Ho st) N evsk i〕。现在越来越多的学者采用 T h. bessa rabicum (2n = 2x = 14; JJ ) 和 T h.
elong a tum (2n= 2x = 14; EE) 命名。但在 E 和 J 2 个基因组的亲缘关系方面存在较大分
歧。D vo rak〔3〕,M cGu ire〔4〕,W ang〔5〕通过对 T h. bessa rabicum 和 T h. elong a tum 之间互相有
性杂交, 观察杂种 F 1 代花粉母细胞染色体的配对情况, 认为 J 组和 E 组的亲缘关系是如
此之近, 可将它们划分为一个共同的染色体组, 即应将 J 改为 Eb。同样, Cauderon 等〔6〕和
H eneen 等〔7〕通过 E 和 J 组的核型分析和基因组分析, 得出 E 和 J 基因组关系极近的结
论。然而, Jauhar〔8〕认为 E 和 J 基因组关系不是很近, 两物种应归为不同的基因组。同样,
Endo 和 Gill〔9〕通过对 J 组和 E 组染色体C2分带表明 J 组和 E 组是 2 个不同的染色体组。
笔者从 E 和 J 基因组染色体 C2分带的核型, C. S2T h. bessa rabicum 和 GH K2T h.
elong a tum 之间正反交及杂种 F 1 花粉母细胞染色体在减数分裂中期 I 的配对构型, 讨论
了 J 基因组和 E 基因组的亲缘关系。
1　材料与方法
C. S2T h inopy rum bessa rabicum (AABBDDJJ , 2n = 8x = 56) 和 GH K2T h inopy rum
elong a tum (AABBDD EE, 2n = 8x = 56) 由国际小麦玉米改良中心 (C IMM YT ) D r.
M u jeeb2Kazi提供。
1. 1　细胞遗传学方法
根尖和花粉母细胞染色体C2分带方法参照 Gill 和 F riebe〔10〕的程序。
种子在垫有湿润滤纸的培养皿中发芽, 当根长约 1～ 2 cm 时, 剪取两条种子根, 在
0℃冰水中预处理 22～ 24 h。预处理过的根尖吸掉所附的水份, 在卡诺氏固定液 (3 份 95%
乙醇∶1 份冰醋酸) 中固定 2～ 7 d, 然后在 45% 醋酸中直接压片, 在相差显微镜下进行染
色体计数, 观察。
在 45% 醋酸中压的片子, 置- 70℃超低温冰箱中 30 m in 以上, 经冷冻揭片后在无水
乙醇中过夜, 取出, 气干; 然后在 60℃ 0. 2 mo löL HC l 中处理 215 m in, 用蒸馏水冲洗后,
在饱和Ba (OH ) 2 溶液中处理 7 m in, 用流水冲载片几分钟, 再放入 60℃的 2×SSC 溶液中
60 m in, 将载玻片直接从 2×SSC 溶液转入 2 份N a2H PO 4 (1ö15 mo löL ) ÷ 1 份 KH 2PO 4
262 武 汉 植 物 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　　第 18 卷　
(1ö15 mo löL ) 缓冲液稀释的 F isher Giem sa 染液中染色至适度。用蒸馏水冲洗后, 气干,
滴二甲苯, 盖片后观察照相。
花粉母细胞减数分裂分析: 取处于减数分裂中期É 的花药, 直接用卡诺氏固定液固定
1～ 2 d, 其染色体分带程序同上。
1. 2　有性杂交方法
2个八倍体进行正、反有性杂交, 统计结实率, 分析杂种F 1花粉母细胞染色体配对情
况。
2　试验结果
2. 1　Th. bessa rabicum 染色体C-分带的核型分析
对C. S2T h. bessa rabicum 八倍体进行C2分带, 从中分检出 T h. bessa rabicum 的 7 条染
色体 (图版É: 1) , 然后对其进行核型分析, 其染色体分带带型描述如下:
J 1: 短臂和长臂各具有强端带。J 2: 短臂具有强端带。J 3: 短臂具有强端带弱着丝粒带。
J 4: 短臂具有强端带, 近着丝粒带, 长臂上有强端带。J 5: 短臂和长臂各具有强端带和近端
带。J 6: 短臂具有强端带, 弱近端带和弱中间带。J 7: 短臂具有较强端带, 弱近端带和弱中间
带, 长臂具有弱近端带。
2. 2　Th. elonga tum 染色体C-分带的核型分析
对 GH K2T h. elong a tum 八倍体进行染色体C2分带, 从中分检出 7 条 T h. elong a tum
染色体进行核型分析 (图版É: 2) , 其染色体分带带型如下:
E 1: 短臂具有强端带、强近端带和强着丝粒带, 长臂具有强端带, 强近着丝粒带。E 2: 短
臂具有弱端带、弱近端带和弱近着丝粒带, 长臂具有弱端带。E 3: 短臂具弱端带, 弱近着丝
粒带。E 4: 短臂具有强端带, 长臂具有弱端带, 弱近端带和弱近着丝粒带。E 5: 短臂具有弱着
丝粒带, 长臂具弱端带。E 6: 短臂具有弱中间带, 弱近着丝粒带, 长臂具有弱端带。E7: 短臂
具有强端带, 较强近着丝粒带, 长臂具弱近着丝粒带。
由于染色体C2分带可显示组成型异染色质在染色体上的分布及染色体结构变异, 根
据C2分带带型不仅可识别特定染色体, 而且可研究物种进化及不同基因组之间的关系。
从图版É: 1, 2 可明显地看到, 两物种的大多数染色体都具有端带, 但 T h. bessa rabium
的端带更强, 很少有中间带; 而 T h. elong a tum 的染色体除 E 1 外其它染色体的端带较弱,
而且带纹较丰富, 有较多的中间带, 由此推测, T h. elong a tum 和 T h. bessa rabicum 具有两
个明显不同的染色体组。
表 1　2 个双倍体之间的正反杂交结实情况
T able 1　R ecep ical cro sses betw een tw o amph ip lo ids
组　合
Com bination
授粉小花数
N o. of flo rets
po llinated
获得种子数
Seeds ob tained
结实率
(% )
Seed set
C. S2T h. bessarabicum ×
GH K2T h. elong a tum 90 41 45. 6
GH K2T h. elong a tum ×
C. S2T h. bessarabicum 69 28 40. 62. 3　2 个双倍体之间的正反杂交结实情况2 个双二倍体之间的正反杂交, 没有明显的不亲合性, 以 C.S2T h. bessa rabicum 作 母 本,GH K2T h. elong a tum 作父本, 其杂交结实率为 4516% , 反交结实
率为 40. 6% (表 1)。
362　第 4 期　　　　 　英 加等: T h inopy rum bessarabicum 和 T h inopy rum elong a tum 的基因组关系研究
2. 4　2 个双倍体亲本及其杂种的花粉母细胞染色体在减数分裂中期 I 的配对构型分析
我们以 2 个双倍体亲本作对照, 对C. S2T h. bessa rabicum ×GH K2T h. elong a tum 杂种
染色体在减数分裂中期É 的配对构型进行了分析。2 个双倍体亲本C. S2T h. bessa rabicum
和 GH K2T h. elong a tum 染色体在减数分裂中期É 通常都能形成环状二价体, 而且在减数
分裂后期É 两套配子染色体能均等分离, 其中C. S2T h. bessa rabicum PM C染色体在M I的
平均配对构型为 3110É + 6120 Ê[ + 20125 Ê○, 有 40 个 PM C 染色体配对成 28Ê (图版É:
3) , 占观察细胞总数 53 的 76% ; GH K2T h. elong a tum PM C 染色体在M I 的平均配对构型
为 2181É + 4165 Ê[ + 21195 Ê○, 有 45 个 PM C 染色体配对成 28Ê (图版É: 4) , 占观察细胞
总数 51 的 80% (表 2)。相比较而言, GH K2T h. elong a tum 双倍体比C. S2T h. bessa rabicum
双倍体更稳定。
表 2　2 个双倍体及其杂种 F1 的 PMC 染色体配对构型
T able 2　M ean ch romo som e pairing configurat ion of PM C of
tw o amph ip lo ids and hybrid
亲本及杂种
Paren ts and hybrid
观察细胞数
Cell no.
observed
2n É ÊÊ[
Rod
Ê○
R ing
合计
To tal
Ë Í
C. S2T h. bessarabicum 53 56 3. 10 6. 20 20. 25 26. 45
GH K 2T h. elong a tum 51 56 2. 81 4. 65 21. 95 26. 60
C. S2T h. bessarabicum ×
GH K2T h. elong a tum 62 56 15. 50 5. 03 14. 20 19. 23 0. 40 0. 21
　　杂种C. S2T h. bessa rabcum ×GH K2T h. elong a tum 的 PM C 染色体在M I 的平均配对
构型为 15150É + 5103 Ê[ + 14120 Ê○+ 0140Ë + 0121Í , 其中棒状和环状二价体的总和
为 19123, 而在C. S2T h. bessa rabicum 和 GH K2T h. elong a tum 二价体的总和分别达到 26.
45 和 26. 60。在所观察的 62 个杂种花粉母细胞中平均有 1515 个单价体, 对不同 PM C 染
色体进行C2分带后 (图版É: 5, 6) 呈单价体状态的染色体大都为 T h. bessa rabicum 和 T h.
elong a tum 染色体, 少数单价体为普通小麦染色体, 这可能是由于导入 T h. bessa rabicum
和 T h. elong a tum 染色体而影响了小麦染色体正常配对所致。T h. bessa rabicum 和 T h.
elong a tum 的染色体在所观察的 62 个杂种 PM C 中平均能配对成 215 个二价体, 所配对
成的二价体大都为棒状二价体。从以上杂种花粉母细胞染色体的配对分析不难看出 J 组
染色体和 E 组染色体很难配对成二价体, 即使配对成二价体, 也以棒状二价体居多。因此
T h. bessa rabicum 和 T h. elong a tum 应属于不同的染色体组, 即使起源于同一染色体组, 二
者已高度分化。
3　讨论
通常评估两物种基因组亲缘关系较为可靠的方法是研究两物种不同倍性杂种 F 1 染
色体在减数分裂中期É 的配对构型。其次有染色体组核型分析〔11〕、染色体分带带型分
析〔9, 12〕和用特异探针进行原位杂交〔13, 14〕等。笔者利用 2 个双二倍体C. S2T h. bessa rabicum
和 GH K2T h. elong a tum 进行有性杂交, 杂种 F 1 的花粉母细胞在减数分裂中期É 的配对
构型, 在所观察的 62 个杂种细胞中, T h. bessa rabicum 和 T h. elong a tum 染色体平均只配
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对成 215 个二价体, 大多数染色体呈单价体状态, 未发现两外源物种与小麦染色体配对的
情况。另外, 从组成型异染色质在两物种染色体上的分布情况看, 两物种之间有明显的差
异。同样, Endo 和 Gill〔9〕通过对 J 组和 E 组染色体的C2分带表明, J 组和 E 组是 2 个不同
的染色体组。而 Jauhar〔8〕认为, 假如 E 和 J 基因组亲缘关系非常近, 以致于归入一个基因
组, 则 T h inopy rum 中的多倍体都为同源多倍体, 而同源多倍体就存在减数分裂染色体配
对不规则、分裂不稳定、形成多交叉结、育性低和适应性差等特点, 但事实上 T h inopy rum
中的多倍体物种并非如此。另外, 从两物种不同倍性杂种 F 1 染色体配对情况等方面估计
了两物种的亲缘关系。例如, 观察了 T h. bessa rabicum 和 T h. elong a tum 的杂种 JE、杂种加
倍以后的双二倍体 JJEE, 以及杂种回交后的三倍体 JJE 的花粉母细胞染色体配对情况和
交叉结形成的频率之后, 认为 J 组和 E 组不应划分为同一个基因组, 两者的亲缘关系最近
只能达到部分同源关系。
染色体C2分带可显示组成型异染色质在染色体上的分布。因而, 利用C2分带带型不
仅可识别特定染色体, 用于检测导入普通小麦中的外源染色体, 而且可研究多倍体物种中
各个染色体之间的相似形。Endo〔9〕等利用 C2分带研究了组成型异染色质在 E lym us 和
A g opy run 12 个二倍体物种染色体上的分布, 通过C2分带揭示了 Ju、C、E 和 J 基因组明
显不同, 曾认为 J 和 E 基因组相同的观点未能通过C2分带支持。
参 考 文 献
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