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B染色体是独立存在于物种A染色体之外的一种特殊染色体。迄今为止,已在近1400种植物和400多种动物中发现有B染色体存在。一般认为B染色体在形态上通常比A染色体小,富含异染色质,没有或极少有核仁形成区,遵循非孟德尔遗传,具有不分离机制,因此,B染色体能够被许多种植物所容忍而存在。第一次B染色体国际会议与会者认为,B染色体如果作为人工载体在转基因方面将具有许多明显的优势,可能成为转基因的理想载体,B染色体具有重要的研究意义和应用前景。本研究以0B/+B黑麦为材料,从以下五个方面研究黑麦B染色体DNA组成以及起源,主要研究结果如下:
1.利用染色体微切技术分离了黑麦B染色体,经两轮LA-PCR扩增出200bp-2000bp的DNA片段,Southern杂交证明这些片段来自于黑麦基因组。
2.构建了单条B染色体DNA文库,库的大小约为3.0×104。点杂交结果表明文库中66.7%为高拷贝序列利用FISH技术对文库进行了筛选,首次获得9个B染色体长臂末端特异序列,2个短臂末端特异序列,5个A、B染色体共有着丝粒特异序列,为人工B染色体载体构建提供了重要的参考信息。
3.运用ISSR分析0B/+B黑麦基因组DNA组成差异,近1500条清晰可辨的条带中仅有16条明显差异带产生;回收这些差异带,分别与0B/+B基因组标记的探针进行点杂交,I3、I4、I7、I8号在两组中都有杂交信号,结果表明尽管+B基因组中发现有特异条带,但这些条带DNA在一定程度上也与A染色体同源;将获得的差异片段进行FISH定位和测序分析,结果表明这些差异片段为共有序列,说明黑麦0B/+B黑麦基因组DNA组成相近,进一步证明了黑麦B染色体来源于A染色体。
4.利用染色体微分离技术分离了黑麦单条B染色体和7R染色体(具随体染色体),经LA-PCR扩增,获得了大量的DNA扩增产物,首次利用AFLP分子标记技术,对黑麦B染色体和7R染色体DNA序列特征进行了分析;扩增得到总条带数为927条,共有条带为617条,占总条带数的66.56%,表明B和7R染色体DNA组成相近。FISH定位和序列分析结果表明,所得到序列为A、B染色体共有序列;利用7R染色体扩增产物为探针与B染色体进行FISH分析,结果显示B染色体除了长臂末端区域没有杂交信号外,其余部分都有较强信号,推测黑麦B染色体可能来源于7R染色体,在漫长的进化过程中发生了变异,但还需进一步实验佐证。
5.显微分离了黑麦14条A染色体,将每条染色体LA-PCR扩增产物进行标记,然后与含B染色体基因组进行FISH定位。单染色体的比较荧光原位杂交分析,结果表明:1R、2R、3R、4R、6R染色体在B染色体上信号较弱,且B长臂短臂末端无信号,确定其与B关系较远;SR、7R与B染色体杂交信号较强,但是B染色体长臂末端无信号,这与发现的B特异序列大部分位于B染色体长臂末端相符,推测5R、7R染色体与B染色体关系较近,可能是黑麦B染色体来源的供体之一,相关工作还需进一步研究。
本文的研究结果说明,B染色体与A染色体在DNA组成方面非常相近,但又有其特殊序列,如RB21、RB40、RB165和RB306序列,为构建人工B染色体载体提供了可利用的序列;通过每条A染色体与B染色体杂交,进一步佐证了B染色体起源于A染色体的认识,也为进一步研究B染色体的起源和进化提供了重要的线索。