巴西橡胶树MADS-box基因家族6个成员和rDNAs的FISH分析

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巴西橡胶树(Hevea brasiliensis),它是重要的热带作物,从树上提取的乳胶是天然橡胶的主要来源,橡胶是我国重要的工业原料和战略物质。MADS-box基因家族广泛分布于真核生物中,巴西橡胶树的MADS-box基因家族主要参与花形态建成,对生殖生长起到重要的调节作用。rDNA即核糖体DNA,在细胞中负责转录产生r RNA(核糖体RNA),与核仁的形成直接相关,是一种高度重复的串联重复序列。由于rDNA的特点,在不同种质中的分布特点可能不同,rDNA在种间或种内的分布差异可显示出染色体的区别从而反映出物种间的亲缘关系的远近,rDNA的分布模式越相似,物种间的亲缘关系也就越近。本研究使用荧光原位杂交技术(FISH)对巴西橡胶树‘热研7-33-97’细胞染色体进行了MADS-box基因家族6个成员(HbAGL8,HbAG15,HbAGL30,Hb TT16,HbAP1和Hb SVP1)的定位;对巴西橡胶树不同种质(3份栽培种质‘热研7-33-97’、‘RRIM600’、‘PR107’和3份野生种质‘XJA04570’、‘XJA04616’、‘XJA02089’)细胞染色体的5S和45S rDNA进行FISH分析,进而对橡胶树不同种质进行比较基因组分析,对3份野生种质进行核型分析,并与前人分析的栽培种质核型进行比较分析。本研究为阐明橡胶树起源、系统发育与进化、构建其标准核型和选育优良杂交种提供了分子细胞遗传学依据。得到以下主要结果:(1)通过生物信息学的方法,在NCBI上搜索获得MADS-box基因家族6个成员的DNA序列、巴西橡胶树5S r RNA基因和小麦25S-18S r RNA基因,通过设计引物和筛选以及探针标记,构建出了MADS-box基因家族6个成员的特异探针,以及橡胶树的5S和45S rDNA的特异探针。(2)MADS-box基因家族6个成员分别位于‘热研7-33-97’不同的染色体上,其中HbAGL15、HbAGL8、HbAG30和Hb SVP1基因分别定位在第4、5、7和8号染色体长臂上,其扩增信号位点的平均百分距离为11.85、39.71、48.94和6.70;Hb TT16和HbAP1基因分别定位在第1和13号染色体短臂上,其扩增信号位点的平均百分距离为22.19和18.01。发现MADS-box基因家族6个成员均定位于不同染色体上,推测这些基因在遗传上可能互为独立基因;讨论了已定位不同功能基因在橡胶树中的连锁情况;将MADS-box基因定位的染色体位置与其对应scaffold匹配在一起,帮助了橡胶树基因组的组装。(3)分析了3份巴西橡胶树野生种质‘XJA04570’、‘XJA04616’和‘XJA02089’的核型,得到了核型不对称系数、平均臂比、染色体类型、染色体组成、核型类型等数据。将3份巴西橡胶树野生种质与前人报道的栽培种质‘热研7-33-97’、‘RRIM600’和‘PR107’的核型数据相结合比较分析发现:野生种质的核型相对对称,而栽培种质的核型相对不对称;野生种质的进化程度较栽培种质更低。(4)5S rDNA在6份橡胶树种质染色体位点数目为2~3对,主要分布在染色体近着丝粒处和染色体近末端处,少部分位点分布在染色体短臂和长臂上,部分信号位点大小存在一定差异,分布模式具有较高的多态性;45S rDNA在6份橡胶树种质染色体上均有2对位点,主要分布在染色体短臂末端或次缢痕及随体区域,但位于不同染色体上,部分信号位点大小存在一定差异。(5)根据rDNA在6份巴西橡胶树种质的定位结果,分析了信号位点的大小、数量与分布模式的变化,发现rDNA重复序列的拷贝数在橡胶树不同种质间、同一种质不同染色体间都存在一定差异,验证了栽培种质‘热研7-33-97’与‘RRIM600’、‘PR107’两两之间亲缘关系近,推测野生种质间亲缘关系较远,栽培种质与野生种质间亲缘关系较远。
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