高寒牧草垂穗披碱草种质的分子细胞学变异研究

垂穗披碱草（Elymus nutans）是青藏高原及毗邻高寒地区广泛种植的重要多年生牧草。荧光标记的特异重复序列和全基因组DNA进行的染色体顺序原位杂交技术，可以很好的解析该物种的基因组；利用这种方法对人工选择的垂穗披碱草品种进行分析，发现存在异常高频率的染色体结构变异。在本研究中，我们将利用该分子细胞学技术，在广泛搜集我国垂穗披碱草种质和人工品种的基础上，以高寒地区分布的野生种质资源为主，在个体、居群内以及居群间水平上进行遗传变异性的研究。结果将阐明（1）垂穗披碱草基因组中所含有的DNA重复序列的丰度、成份、以及在染色体上的分布；（2）了解个体水平上是否存在无性变异；（3）居群内部变异性及繁殖特性；（4）自然生长的群体的变异类型及变异程度。（5）不同核型变异类型的遗传稳定性。研究结果对垂穗披碱草种质遗传多样性的评价、育种策略的制定等具有一定的意义。

垂穗披碱草（Elymus nutans）是青藏高原及毗邻高寒地区广泛种植的重要多年生牧草。以前的研究结果揭示在形态学和分子水平上该地区垂穗披碱草材料存在大量的变异，同时在驯化群体中揭示有高频率的核型变异存在。垂穗披碱草高度变异的存在，一方面为新牧草品种的选育提供了丰富的遗传资源，一方面也为培育相对稳定的品种带来困难。在本想研究中我们采用了先进的FISH和GISH分子细胞学分析方法对青藏高原的垂穗披碱草自然居群的细胞学变异进行了研究。研究结果表明利用多个重复序列探针，并结合顺序FISH/GISH技术可在单个染色体水平上对垂穗披碱草染色体组（2n=42, StStHHYY）特征进行描述。对不同居群以及居群内不同个体分子核型分析表明，野生材料中同样存在大量核型变异，在细胞学水平上可显著检测到St-H基因组间存在的罗伯逊和非罗伯逊易位、Y-H基因组间存在的非罗伯逊易位、以及部分常染色体上重复序列的变异存在，同时揭示不同个体之间有杂交存在。结合对同域分布的披碱草属的核型分析、我们推测垂穗披碱草与披碱草属其他物种之间的种间杂交很有可能是造成该物种存在大量核型变异的主要原因。核型变异结合分子进化分析表明，垂穗披碱草种内存在的核型变异有可能导致种内遗传分化，从而导致种下隐形种的出现，而隐形中之间的相互杂交常导致杂种不育或育性降低，在种子生产上表现为种子产量降低。通过本研究得出的结果将为研究垂穗披碱草遗传多样性的起源、以及在牧草育种垂穗披碱草种质的精确鉴定和利用具有重要的参考意义。