全 文 ：　 芸薹属多倍体植物基因组进化的 RAPD分析 　
刘 爱 华　王 建 波＊ 　朱 英 国
(武汉大学植物发育生物学教育部重点实验室　武汉 430072)
RAPD analysis on the genome evolution of
polyploids in Brassica
LIU Ai_Hua　WANG Jian_Bo＊　ZHU Ying_Guo
(Key Laboratory of Ministry of Education for Plant Developmental Biology , Wuhan University , Wuhan 430072 , China)
Abstract　Polyploidy has played an important role in the evolution of higher plants.In order to un-
derstand how polyploid genomes evolve after their formation , the Brassica triangle was used to study
genomic evolution after the formation of polyploids.Random amplified polymorphic DNA(RAPD)
analysis was performed on the diploids and allopolyploids in Brassica triangle with 38 random 10_
base primers.A total of 273 bands were detected , among which 264 bands were polymorphic.
Based on the RAPD data , genetic distances among the samples were calculated and two dendrograms
were constructed by using UPGMA method.The results have revealed that(1)B .campestris(AA)
was more closely related to B.oleracea (CC)than to B .nigra (BB), (2)B.napus (AACC)
nested with its diploid progenitors , B .campestris(AA)and B.oleracea (CC), in one cluster ,
and(3)the allopolyploids carrying B genome nested with B .nigra(BB)in other cluster.The re-
sults suggest that both genome A and genome C are not much modified after the formation of B .na-
pus(AACC)and that genome B is modified less than genome A or C after B and A , or B and C
merge into a common nucleus.
Key words　Brassica , polyploid , genome evolution , RAPD.
摘要　多倍化是促进高等植物发生进化的重要力量。为了更清楚地了解多倍体在形成之后其基因组是
如何进化的 ,利用 38 个随机引物对芸薹属 Brassica L.禹氏三角(U Triangle)中的多倍体物种及其祖先二
倍体物种进行了研究。根据扩增出的 273 条带计算了遗传距离 ,并用 UPGMA 法进行了聚类分析。 结果
发现 ,二倍体物种 B.campestris(AA)与 B.oleracea (CC)的亲缘关系比与 B .nigra (BB)的要近;异源多
倍体 B .napus(AACC)比起其二倍体祖先之一 B.campestris(AA)与另一个祖先种 B .oleracea(CC)的关
系更近 ,异源多倍体 B.juncea(AABB)和 B .carinata(BBCC)都只与其二倍体祖先种之一 B.nigra (BB)
的关系更为接近。结合统计分析的结果表明 ,比较而言 , 异源多倍体 B.napus(AACC)形成后其祖先基
因组A 和 C变化不大;B .juncea(AABB)和 B.carinata (BBCC)形成后各自都是其一个祖先基因组 , 即 B
基因组变化较小 ,其余的基因组变化较大。
关键词　芸薹属;多倍体;基因组进化;RAPD
多倍化是植物产生新物种的重要方式。与其他真核生物的多倍体进化相比 ,植物中
多倍体的进化表现为一个持续 、动态的过程(杨继 ,2001;Wendel ,2000)。在这一过程中 ,
曾经彼此独立进化的基因组经杂交和多倍化后处于同一个细胞核中 ,祖先基因组间如何
　2003-01-20收稿 , 2003-08-01收修改稿。
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30170063)(Supported by the Nat ional Natural Science Foundation of China(Grant
No.30170063))。
＊通讯作者(Author for correspondence.Tel:027_87682213;E_mail:jbwang@whu.edu.cn)。
植 物 分 类 学 报　41(6):520-530(2003)
Acta Phytotaxonomica Sinica
相互作用 、进化是一个非常活跃的研究领域 。基于以往对多倍体基因组内某一基因片段
进化的研究(Waters &Schaal , 1996),或是对多倍体内整个基因组的进化的研究(Song et
al., 1995),人们提出了多倍体进化的不同模式 ,为多倍体进化提供了重要信息(Hanson et
al., 1998;Axelsson et al., 2000)。但是 ,多倍体进化是一个非常复杂的过程 ,需要更广泛
的研究来了解多倍体的进化历程。
芸薹属 Brassica L.是十字花科Cruciferae的一个重要属 ,包含了许多经济上有重要价
值的作物 ,如油菜 、芥菜 、白菜 、甘蓝等 ,同时又是一个由二倍体和四倍体物种构成的典型
的多倍体复合体 ,是研究多倍体进化的良好材料。早在 1935年 ,日本学者 U Nagaharu通
过总结前人的实验结果 ,并在细胞学研究的基础上 ,提出了禹氏三角假说(U N ,1935)。他
们把芸薹属植物分为基本种(或原初种 , primary species),包括芸薹 B.campestris L.(n=
10)、甘蓝 B .oleracea L.(n=9)、黑芥 B .nigra(L.)Koch(n=8)3个二倍体种 ,以及复合
种(或次生种 , secondary species),即芥菜 B .juncea (L.)Czern.&Coss.(n=18)、欧洲油菜
B .napus L.(n=19)、埃塞俄比亚芥 B.carinata A.Braun(n=17)3个异源四倍体种 ,并
把它们的种间亲缘关系用三角形来表示 ,称为禹氏三角(U Triangle), 如图 1所示 。其中 ,
3个复合种是由 3个基本种经过相互杂交 、染色体加倍而来 ,这一结论已经得到公认 ,为
进一步研究该属多倍体基因组的进化奠定了基础 。
图 1　芸薹属 6个种之间的遗传关系(引自 U N , 1935)
Fig.1.　Genetic relationship of six species in Brassica(After U N , 1935).
Warwick和 Black(1991)在用 cpDNA对芸薹属植物进行研究时发现 ,芸薹和甘蓝属于
一个进化谱系 ,而黑芥属于另一个进化谱系 。Song 等(1995)的研究也证实了这一点 。同
时Song 等(1995)认为人工合成的芸薹属多倍体植物形成后伴随着快速的基因组的变化 ,
但Axelsson等(2000)在自然形成的芥菜中没有观察到类似的现象。RAPD方法自发明后
就在研究基因组间的亲缘演化关系和系统进化方面发挥了重要作用(彭建营等 , 2002;罗
素兰等 ,2001;蔡从利等 ,2001;Demeke et al., 1992),因此我们用 RAPD方法分析了芸薹
6 期 刘爱华等:芸薹属多倍体植物基因组进化的 RAPD分析 521　
属的多倍体物种及其祖先二倍体物种间的亲缘关系和多倍体形成后基因组的变化情况 ,
以期能够为研究多倍体基因组的进化积累更多的资料 。
1　材料和方法
1.1　材料
本实验所用芸薹属 33份材料及主要特征见表 1。
表 1　材料来源及其倍性和基因组组成
Table 1　Origin , ploidy level and genomic constitution of material
编号
Accession
No.
品种名或编号
Cultivars
倍性
Ploidy
level
基因组
Genome
来源
Source
A01 上海青 Brassica campestris L.var.chinensis L.cv.Shanghaiqing 2× AA WIV
A02 矮抗青 B.campestris var.chinensis cv.Aikangqing 2× AA WIV
A03 山东七号 B.campestris var.pekinensis(Lour.)Rupr.cv.Shandongqihao 2× AA WIV
A04 胶白五号 B.campestris var.pekinensis cv.Jiaobaiwuhao 2× AA WIV
A05 乌塌菜 B.campestris var.narinosa L.H.Bailey cv.Wutacai 2× AA WIV
A06 紫菜薹 B.campestris var.purpuraria L.H.Bailey cv.Zicaitai 2× AA WIV
A07 十月红菜薹 B.campestris var.purpuraria cv.Shiyuehong 2× AA WIV
A08 B.campestris var.oleifera Makino 783_34918 2× AA IOG
B01 B.nigra(L.)Koch PI169069 2× BB IOG
B02 B.nigra PI592737 2× BB IOG
B03 B.nigra B180 2× BB UC
B04 B.nigra 2× BB SU
C01 瑞雪特大 B.oleracea L.var.botrytis L.cv.Ruixueteda 2× CC WIV
C02 京研 45 B.oleracea var.botrytis cv.Jingyan 45 2× CC WIV
C03 羽衣甘蓝(黄皮)B.oleracea var.acephala L.f.tricolor Hort.cv.Yuyiganlan 2× CC WU
C04 羽衣甘蓝(红皮)B.oleracea var.acephala f.tricolor cv.Yuyiganlan 2× CC WU
C05 京丰一号 B.oleracea var.capitata L.cv.Jingfengyihao 2× CC WIV
C06 中甘十一号 B.oleracea var.capitata cv.Zhongganshiyihao 2× CC WIV
C07 中甘八号 B.oleracea var.capitata cv.Zhongganbahao 2× CC WIV
C08 夏光甘蓝 B.oleracea var.capitata cv.Xiaguangganlan 2× CC WIV
C09 徐甘一号 B.oleracea var.capitata cv.Xuganyihao 2× CC WIV
AB1 雪里蕻 B.juncea(L.)Czern.&Coss.var.multiceps Tsen &Lee cv.Xuelihong 4× AABB WIV
AB2 四川一号 B.juncea var.tumida Tsen&Lee cv.Sichuanyihao 4× AABB WIV
AB3 包心芥 B.juncea var.capitata Hort.&Li cv.Baoxinjie 4× AABB WIV
AB4 二道眉芥 B.juncea var.megarrhiza Tsen &Lee cv.Erdaomeijie 4× AABB WIV
AB5 贵定高油 B.juncea var.gracilis Tsen&Lee cv.Guidinggaoyou 4× AABB IOG
AB6 屯留黄芥 B.juncea var.gracilis cv.Tunliuhuangjie 4× AABB IOG
AC1 B.napus L.3_KARAT 5189 4× AACC IOG
AC2 B.napus Idol 5169 4× AACC IOG
BC1 B.carinata A.Braun 77_1226 4× BBCC IOG
BC2 B.carinata B203 4× BBCC IOG
BC3 B.carinata 4× BBCC HZAU
BC4 B.carinata 4× BBCC SU
HZAU , 华中农业大学;IOG , 中国农业科学院油料作物研究所;SU , 波兰 Silesian大学;UC , 美国加利福尼亚大学;
WIV , 武汉蔬菜研究所;WU , 武汉大学。
HZAU , Huazhong Agricultural University;IOG , Institution of Oi l Crops , Chinese Academy of Agricultural S ciences;SU , University
of Silesian , Poland;UC , University of California , USA;WIV , Institute of Vegetables , Wuhan;WU , Wuhan University.
522　 植　物　分　类　学　报 41 卷
1.2　方法
采用 CTAB微量法提取植物总 DNA ,具体操作参见 Doyle和 Doyle(1987)的方法 。
PCR反应在 PE480型 PCR仪上进行 ,引物采用 Sangon公司的 10 bp随机引物。反应
体系 25 μL:1×PCR 缓冲液(10 mmol/L Tris_HCl (pH 8.3), 50 mmol/L KCl , 0.001%
gelatin), 1.5 mmol/L MgCl2 , 0.5 μmol/L随机引物 , 320μmol/L dNTPs ,约 30 ng 模板 DNA ,
1 U Taq酶 ,超纯水补至 25μL ,上覆 30 μL 矿物油。扩增程序如下:94 ℃预变性 5 min;然
后 94 ℃变性1min ,38 ℃退火 1min ,72 ℃延伸 1min ,共40个循环;最后72 ℃延伸10min 。
电泳检测:取扩增产物加适量点样缓冲液后 ,在含有0.5%EB 的 1.5%琼脂糖胶中以 1×
TAE为缓冲液电泳2-3 h(4-5 V/cm),然后在Gel Doc 2000凝胶成像系统中成像记录。
将重复性好的带用于统计 ,将有带赋值为 1 ,无带赋值为 0。用 RAPDDIST 程序计算
各样品间的Nei氏遗传距离 D ,D=1-2Nxy/(N x+N y), 其中 Nx 为样品 x 具有带的条数 ,
Ny 为样品 y 具有带的条数 , N xy为两样品共有带的条数。用 PHYLIP3.5c软件包的Neigh-
bor程序按 UPGMA方法(Unweighted Pair GroupMethod with Arithmetic Mean)进行聚类分析 。
2　结果和分析
2.1　遗传距离和聚类分析
对Sangon公司的 110个 10 bp引物进行筛选 ,选择能够扩增出清晰 、稳定带的引物共
38个进行正式扩增并参与统计 。这些引物共扩增出 273条带 ,每个引物扩增出的带在 3
-12条之间 ,平均每个引物扩增出约 7.2条带 。在 273条带之中 ,仅有 9条带为各物种所
共有(3.29%),其余的264条带都表现出丰富的多态性 ,表明芸薹属各物种的基因组组成
有较大差异。图 2是引物 S245扩增产物经电泳形成的带谱。
图 2　引物 S245扩增产生的 RAPD图谱　编号参照表 1;M , DNA 标准分子量 DL 2000。
Fig.2.　RAPD profiles pattern amplified by primer S245.　The accession numbers are the same as those listed in Table 1;M ,
DNA marker , DL 2000.
33个多倍体或二倍体的 Nei氏遗传距离见表 2。从该表中可以看出二倍体材料之间
遗传距离最小的为 0.041(C07_C08),最大的为 0.832(B04_A01 , B04_A05和 B04_A08)。多
倍体材料之间遗传距离最小的为 0.057(BC2_BC1),最大的为 0.856(AC1_AB3)。二倍体材
料与多倍体材料之间遗传距离最小的为 0.307(AC2_C04),最大的为 0.903(AB2_C05)。
UPGMA法聚类分析所得 21个二倍体的聚类图见图 3。从该图来看 ,这 21个二倍体
聚成两个大分支 。其中一个大分支由所有基因组为 BB 的二倍体聚合而成;另一个大分
支又由两个次级分支聚合而成 ,这两个次级分支是由所有基因组为AA和CC 的二倍体分
别聚合而成的。
6 期 刘爱华等:芸薹属多倍体植物基因组进化的 RAPD分析 523　
表 2 　芸薹属 33 个二倍体及多倍体间的 Nei氏遗传距离＊
Table 2　Nei s genetic distances among 33 diploids and polyploids in Brassica＊
A01 A02 A03 A04 A05 A06 A07 A08 B01 B02 B03 B04 C01 C02 C03 C04
A01 0.000
A02 0.099 0.000
A03 0.248 0.204 0.000
A04 0.168 0.198 0.192 0.000
A05 0.116 0.145 0.249 0.145 0.000
A06 0.127 0.145 0.274 0.168 0.061 0.000
A07 0.139 0.180 0.235 0.133 0.116 0.127 0.000
A08 0.174 0.180 0.261 0.216 0.150 0.162 0.150 0.000
B01 0.827 0.765 0.527 0.703 0.776 0.755 0.724 0.755 0.000
B02 0.787 0.734 0.519 0.734 0.787 0.787 0.765 0.744 0.078 0.000
B03 0.634 0.625 0.430 0.536 0.653 0.634 0.562 0.616 0.328 0.335 0.000
B04 0.832 0.798 0.625 0.693 0.832 0.809 0.809 0.832 0.192 0.162 0.267 0.000
C01 0.597 0.588 0.462 0.588 0.597 0.653 0.562 0.597 0.592 0.588 0.494 0.570 0.000
C02 0.544 0.553 0.400 0.553 0.616 0.616 0.544 0.579 0.579 0.553 0.430 0.570 0.105 0.000
C03 0.579 0.570 0.478 0.570 0.579 0.579 0.544 0.562 0.616 0.625 0.462 0.553 0.127 0.150 0.000
C04 0.519 0.527 0.438 0.527 0.536 0.570 0.470 0.519 0.607 0.597 0.439 0.597 0.175 0.180 0.067 0.000
C05 0.510 0.570 0.510 0.536 0.562 0.616 0.527 0.527 0.634 0.663 0.446 0.570 0.174 0.198 0.139 0.122
C06 0.562 0.607 0.478 0.553 0.597 0.616 0.544 0.579 0.597 0.607 0.415 0.519 0.162 0.139 0.139 0.133
C07 0.570 0.616 0.502 0.544 0.625 0.625 0.570 0.588 0.625 0.653 0.438 0.544 0.168 0.180 0.122 0.127
C08 0.570 0.597 0.519 0.544 0.625 0.663 0.570 0.625 0.683 0.713 0.486 0.579 0.133 0.156 0.122 0.127
C09 0.536 0.579 0.486 0.527 0.570 0.607 0.155 0.570 0.644 0.653 0.454 0.562 0.168 0.192 0.110 0.116
AB1 0.562 0.553 0.527 0.502 0.527 0.527 0.527 0.544 0.360 0.349 0.446 0.349 0.693 0.653 0.673 0.683
AB2 0.553 0.544 0.607 0.579 0.536 0.536 0.536 0.588 0.408 0.400 0.625 0.446 0.830 0.787 0.832 0.844
AB3 0.634 0.644 0.673 0.663 0.616 0.653 0.634 0.653 0.385 0.378 0.597 0.393 0.844 0.821 0.821 0.809
AB4 0.553 0.634 0.644 0.579 0.553 0.570 0.536 0.625 0.454 0.462 0.607 0.446 0.744 0.703 0.744 0.755
AB5 0.512 0.527 0.502 0.478 0.519 0.519 0.502 0.553 0.423 0.385 0.553 0.462 0.723 0.683 0.744 0.755
AB6 0.470 0.478 0.355 0.400 0.502 0.502 0.486 0.553 0.349 0.371 0.349 0.356 0.519 0.434 0.570 0.562
AC1 0.502 0.462 0.438 0.415 0.470 0.470 0.502 0.486 0.703 0.734 0.588 0.634 0.349 0.363 0.370 0.342
AC2 0.446 0.454 0.494 0.423 0.430 0.430 0.446 0.446 0.693 0.744 0.597 0.663 0.400 0.415 0.328 0.307
BC1 0.673 0.703 0.579 0.644 0.693 0.713 0.653 0.713 0.371 0.393 0.430 0.408 0.385 0.430 0.430 0.403
BC2 0.723 0.776 0.625 0.713 0.744 0.787 0.703 0.765 0.393 0.400 0.486 0.415 0.408 0.454 0.470 0.478
BC3 0.673 0.723 0.579 0.644 0.713 0.755 0.673 0.713 0.385 0.393 0.400 0.363 0.446 0.478 0.478 0.470
BC4 0.634 0.683 0.597 0.625 0.653 0.693 0.616 0.693 0.385 0.378 0.446 0.349 0.430 0.478 0.430 0.423
＊材料序号同表 1。
The accession numbers of materials are the same as those listed in Table 1.
524　 植　物　分　类　学　报 41 卷
C05 C06 C07 C08 C09 AB1 AB2 AB3 AB4 AB5 AB6 AC1 AC2 BC1 BC2 BC3 BC4
0.000
0.105 0.000
0.099 0.067 0.000
0.088 0.088 0.041 0.000
0.122 0.099 0.083 0.083 0.000
0.713 0.673 0.683 0.723 0.607 0.000
0.903 0.855 0.844 0.867 0.798 0.204 0.000
0.844 0.821 0.832 0.879 0.765 0.186 0.122 0.000
0.787 0.723 0.713 0.755 0.693 0.281 0.235 0.204 0.000
0.787 0.744 0.755 0.776 0.734 0.781 0.174 0.704 0.198 0.000
0.519 0.486 0.494 0.544 0.562 0.307 0.400 0.423 0.356 0.314 0.000
0.393 0.393 0.371 0.371 0.356 0.663 0.734 0.856 0.755 0.653 0.527 0.000
0.842 0.371 0.378 0.363 0.335 0.562 0.723 0.713 0.606 0.644 0.588 0.133 0.000
0.462 0.400 0.393 0.393 0.393 0.439 0.519 0.494 0.454 0.438 0.363 0.486 0.446 0.000
0.486 0.438 0.430 0.438 0.430 0.439 0.510 0.470 0.446 0.478 0.415 0.544 0.519 0.057 0.000
0.478 0.430 0.408 0.439 0.423 0.400 0.519 0.430 0.438 0.486 0.393 0.570 0.527 0.094 0.067 0.000
0.430 0.430 0.423 0.423 0.438 0.446 0.502 0.446 0.423 0.454 0.408 0.536 0.514 0.116 0.088 0.083 0.000
6 期 刘爱华等:芸薹属多倍体植物基因组进化的 RAPD分析 525　
图 3　用 UPGMA法构建的所研究的芸薹属二倍体的聚类图　编号参照表 1。
Fig.3.　The dendrogram for diploids in Brassica generated from RAPD data using UPGMA method.　The accession numbers are the
same as those listed in Table 1.
　　对 33个多倍体或二倍体进行 UPGMA 聚类分析所得的聚类图见图 4。从该图来看 ,
这33个二倍体或多倍体聚成两个大分支。其中所有含 B基因组的物种聚为一大支 ,且在
这一大支里面 ,基因组为 BBCC的多倍体首先与基因组为 BB的二倍体聚在一起 ,再与基
因组为 AABB的多倍体聚为一支(B.juncea 的一个变种除外)。在另一个大分支中 ,基因
组为AACC 的多倍体首先与基因组为 CC的二倍体聚在一起 ,再与基因组为 AA的二倍体
聚合 。
2.2　异源多倍体形成后基因组的变化情况
把同一物种(即基因组类型相同)的不同材料中都出现的或都不出现的带用于统计 ,
都出现的带记为“ +” ,都不出现的带记为“ -” ,并通过比较在多倍体和它的祖先种中出现
或不出现的这些带纹 ,观察多倍体形成之后其基因组组成与其祖先基因组相比发生的变
化。有意义的现象如在多倍体及其两个祖先种中都出现的带纹(表 3中 a 所指代的情
况);只在祖先种之一中出现而在多倍体中没有出现的带纹(表 3中 b 、c 所指代的情况);
在两个祖先种中都出现而在多倍体中没有出现的带纹(表 3中 d所指代的情况);在祖先
种之一中出现且在多倍体中出现的带纹(表 3中 e 、f所指代的情况);在两个祖先种中都
没有出现但在多倍体中出现的带纹(表 3中 g 所指代的情况)。
从表3可以看出 ,对基因组为AABB的多倍体来说 ,二倍体祖先种之一(AA)材料中都
出现的带有7+11+6=24条 ,其中在多倍体中消失了的有11条;另一个二倍体祖先种
526　 植　物　分　类　学　报 41 卷
图 4　用 UPGMA法构建的所研究的芸薹属多倍体与二倍体的聚类图　编号参照表 1。
Fig.4.　The dendrogram for polyploids and diploids in Brassica generated f rom RAPD data using UPGMA method.The accession
numbers are the same as those listed in Table 1.
(BB)材料中都出现的带有 7+5+5=17条 ,其中在多倍体中消失了的有 5条。同样地 ,对
基因组为 BBCC的多倍体来说 ,祖先种之一(BB)材料中都出现的带有 13+4+1+7=25
条 ,其中在多倍体中消失了的有 4+1=5条;另一个祖先种(CC)材料中都出现的带有 13
+14+1+13=41条 ,其中在多倍体中消失了的有 14+1=15条 。对基因组为AACC 的多
倍体来说 ,祖先种之一(AA)材料中都出现的带有 17+16+2+11=46条 ,其中在多倍体中
消失了的有 16+2=18条;另一个祖先种(CC)材料中都出现的带有 17+10+2+14=43
条 ,其中在多倍体中消失了的有 10+2=12条 。此外 ,在基因组为 AABB 、BBCC和 AACC
的多倍体中出现的新带数量分别为 3 、6和 5条。
由表 3可以计算得到 ,在基因组为AABB的异源多倍体中 ,A基因组带纹消失的比例
为45.8%(11/24),B基因组带纹消失的比例为29.4%(5/17);在基因组为BBCC的异源多
倍体中 ,B基因组带纹消失的比例为 20.0%(5/25), C 基因组带纹消失的比例为 36.6%
(15/41);在基因组为AACC的异源多倍体中 ,A基因组带纹消失的比例为39.1%(18/46),
C基因组带纹消失的比例为 27.9%(12/43)。
6 期 刘爱华等:芸薹属多倍体植物基因组进化的 RAPD分析 527　
表 3　多倍体基因组的变化情况
Table 3　Genomic changes of polyploids
编号
No.
祖先种一
One
ancestor
祖先种二
The other
ancestor
多倍体
Polyploid
带纹数目 The number of bands
AABB BBCC AACC
a + + + 7 13 17
b + - - 11 4 16
c - + - 5 14 10
d + + - 0 1 2
e + - + 6 7 11
f - + + 5 13 14
g - - + 3 6 5
+, 有带;-, 无带。
+, posi tive;-, negative.
3　讨　论
3.1　关于芸薹属禹氏三角中二倍体物种间的亲缘关系
芸薹属内 3个异源多倍体物种 B .juncea (AABB)、B .carinata (BBCC)和 B.napus
(AACC)是由该属 3个二倍体基本种 B .campestris(AA)、B.nigra(BB)和 B .oleracea(CC)
杂交_多倍化形成的 ,要了解清楚异源多倍体的进化 ,有必要先了解清楚其祖先二倍体物
种间的亲缘关系 。
Song等(1988)发现 ,在芸薹属的 3个基本种之间 , B .campestris(AA)和 B.oleracea
(CC)的 RFLP 标记比较相似 ,而 B.nigra(BB)与它们的差异很大 ,他们认为 B.campestris
(AA)与 B.oleracea(CC)间的亲缘关系比与 B .nigra(BB)更近。Osborn(1991)发现这 3个
二倍体种具有部分同源性 ,其中 B .campestris(AA)和 B .oleracea(CC)的基因组同源性程
度较高 ,而 B .nigra(BB)与它们的同源性程度较低 。Cheng等(1994)对芸薹属物种减数分
裂中染色体行为的研究结果也与上述相一致。Snowdon 等(1997)利用荧光原位杂交
(FISH)方法也证实A 、C基因组间高度的同源性。本研究所得到的二倍体材料聚类图(图
3)表明 ,在亲缘关系上 ,基因组为 AA(B .campestris)的二倍体物种与基因组为 CC(B .ol-
eracea)的二倍体物种间的亲缘关系比与基因组为 BB(B.nigra)的二倍体物种的亲缘关
系要近 ,这与前人的研究结果基本相符 。
芸薹属 3 个二倍体基本种之间的这种关系与它们的起源有关。Warwick 和 Black
(1991)用 cpDNA探针对芸薹属植物进行了 RFLP 分析 ,结果将 B.campestris(AA)和 B .
oleracea(CC)归为一个进化谱系 ,二者的共同祖先与野甘蓝 B.oleracea var.oleracea 接近 ,
而 B .nigra(BB)属于另一个进化谱系 ,并发现它与白芥(Sinapis alba L.)非常接近 。Truco
等(1996)根据A 、C基因组间的高度同源性 ,假定 A从 C 基因组衍生而来 ,并推断当前栽
培的二倍体种由两个主要类群进化而成 ,即 B.campestris(AA)/B .oleracea (CC)类与 B .
nigra 类。从本研究所得到的聚类图(图 3)可以看出 , B .campestris 的所有变种和B .oler-
acea (BB)的所有变种聚为一支 ,B .nigra (BB)聚为另一支 ,支持Truco 等的推断。
528　 植　物　分　类　学　报 41 卷
3.2　关于芸薹属禹氏三角中异源多倍体基因组的进化
对于芸薹属异源多倍体及其祖先二倍体之间的关系 ,禹氏三角形已经得到了大家的
公认 ,但是对于芸薹属异源多倍体形成之后其基因组的进化情况 ,还没有较明确的定论 。
Song 等(1995)认为 ,在芸薹属中 ,伴随着多倍化的高频率的基因组变化是与亲本二倍体基
因组的分化程度正相关的。从本研究所得到的聚类图 4 来看 , 异源多倍体 B .napus
(AACC)、二倍体 B.oleracea(CC)和 B.campestris(AA)的所有变种这三部分聚为一支 ,其
余所有含 B基因组的异源多倍体 B.juncea(AABB)、B .carinata(BBCC)和二倍体 B .ni-
gra (BB)聚为一支。这表明在异源多倍体 B .napus (AACC)形成以后 ,其基因组组成与祖
先基因组A和 C相差不大 ,但对异源多倍体 B .juncea (AABB)和 B .carinata (BBCC)来
讲 ,其基因组组成只与B基因组相似 ,而其他基因组则发生了较大的变化。结合图3得到
的二倍体之间的亲缘关系来看 ,A 、B 和 C 3个基因组之间 ,A 和 C 亲缘关系最近 ,支持
Song 等(1995)的结论 。同时 ,他们认为同源重组是引起这些基因组变化的主要原因之一 ,
虽然我们没有直接的证据表明是什么因子引起了这些变化 ,但我们统计的带纹变化情况
证实了芸薹属多倍体形成之后 ,其核基因组组成不是简单的祖先基因组的加和 ,而是发生
了一定程度的变化。
多倍体中基因组发生的变化和祖先基因组之间相互的作用直接相关。我们根据表 3
得到的结果 ,基因组 A在异源多倍体 B.juncea (AABB)形成后消失的比例比在 B .napus
(AACC)中的要高 ,基因组 B在异源多倍体 B.juncea (AABB)形成后消失的比例比在 B .
carinata (BBCC)中的要高 ,基因组C在异源多倍体 B.carinata (BBCC)形成后消失的比例
比在 B.napus(AACC)中的要高 。
另外 ,在图 4 中 , B .nigra (BB)先与 B .carinata (BBCC)聚在一起 ,然后再与 B .
juncea(AABB)聚在一起 ,只有 B.juncea 的一个栽培品种(屯留黄芥)例外 ,它最先和 B .
nigra 聚在一起 ,这表明它的基因组组成与其他含 B基因组的多倍体相比可能与 B .nigra
最为相似 ,但总的看来 , B.carinata (BBCC)和 B .juncea (AABB)的基因组结构都分别与
它们的两个不同祖先基因组中的一个 ,即 B 基因组 ,在结构上更为相类似。本研究中对
多倍体基因组中不同祖先基因组带纹在多倍体中消失情况的统计也证实了以上推论(对
AABB ,A/B=46%/29%;对 BBCC , C/B=37%/20%)。这种同一物种的不同祖先基因组
进化速度存在差异的现象在小麦中也存在(余波澜等 ,2001)。从本研究得到的结果来看 ,
芸薹属中 ,B基因组无论与A基因组或 C基因组组合形成四倍体 ,多倍体中它的变化总是
最小。值得注意的是 ,Chen和 Pikaard(1997)基于 RFLP 分析发现在芸薹属异源多倍体植
物种子的胚乳中沉默的 rDNA是由 DNA甲基化和组氨酸去乙酰化作用维持的 ,他们认为
B .nigra (BB)的 rDNA竞争能力大于 B.campestris (AA)的 rDNA ,而 B.campestris(AA)
竞争能力大于 B .oleracea (CC),这是在转录水平上控制的 ,后者的 rRNA转录本倾向于被
降解。考虑到多倍体植物在自然界的成功进化除了与 DNA 序列水平的变化密切相关以
外 ,更与基因表达调控密不可分 ,芸薹属多倍体中 B基因组在不同水平上的特殊表现是
否有着其深刻的进化意义还需要更多的证据来说明。
致谢　美国加利福尼亚大学Carlos F.Quiros教授 、波兰Silesian大学 Robert Hasterok博士 、
华中农业大学吴江生教授 、中国农业科学院油料作物研究所伍晓明先生和武汉市蔬菜研
6 期 刘爱华等:芸薹属多倍体植物基因组进化的 RAPD分析 529　
究所梅时勇先生提供了部分实验种子 ,在此一并致谢。
参 考 文 献
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