远缘杂交和2n配子创建玉米、大刍草、摩擦禾异源多倍体研究

The mechanism of interspecific hybridization and 2n gamete polyploidization have played an important role in the formation and evolution of plant allopolyploids. Using the method of distant hybridization and 2n gametes polyploidization, the tris-species allopolyploid among maize, teosinte and tripsacum has been synthesized. In the present study, more valuable materials would be created in future by using this mechanism. And systems biology technology were applied to analysis of traits variation, chromatin spatial distribution, meiotic chromosome pairing, chromosomal transmission, heterozygosity maintained mechanism and ITS polymorphism.The mechanism of interspecific hybridization and 2n gamete polyploidization have played an important role in the formation and evolution of plant allopolyploids of new synthetic allopolyploid.This tris-species allopolyploid would provide an effective bridge for achieved introgression of valuable alien materials (genome of Z.perennis and tripsacum) into maize and forage maize.

远缘杂交与2n配子多倍化机制在植物异源多倍体形成与进化过程中起了重要作用。本研究在利用远缘杂交与2n配子多倍化创建玉米、四倍体多年生大刍草和摩擦禾异源多倍体获得成功的基础上，进一步应用该方法创制更多的异源多倍体材料；应用系统生物学技术对玉米、大刍草和摩擦禾三元物种远缘杂种（包括异源多倍体）的性状变异、染色体数目、基因组组成等进行研究，对合成的异源多倍体与亲本材料的ITS多态性比较分析，揭示异源多倍体早期世代ITS水平上的变化规律性；应用分子细胞遗传学和三维分析技术研究异源多倍体来源不同物种染色体组的减数分裂和空间分布，揭示异源多倍体不同物种基因组融合后早期世代染色体（染色质）的空间分布、配对、分离以及后代传递规律等；同时，建立以玉米、四倍体多年生大刍草和摩擦禾异源多倍体为桥梁的基因渐渗与育种体系和培育玉米或饲草玉米新种质。

本研究利用远缘杂交与2n配子多倍化创制了玉米-四倍体多年生大刍草（9475）-摩擦禾异源多倍体MTP74和MTP94及其回交群体等特异材料，应用系统生物学、分子细胞遗传学等技术对其进行研究。结果如下：.MTP74（2n=74）和MTP94（2n=94）染色体组成分别为2n=20M+20P+34T和2n=20M+40P+34T。在多倍体中玉米与9475组成的杂合价体最多，玉米基因组中10条染色体与9475中的20条染色体具有同源性，摩擦禾与玉米和9475的杂合价体较少，表明它们之间存在部分同源性；摩擦禾减数分裂稳定性最高，玉米的稳定性低于9475，说明摩擦禾与玉米和9475的亲缘关系较远。AFLP研究表明，多倍体基因组中倾向丢失亲本特异条带和玉米类型的条带，随着倍性的增加和外缘亲本的加入这种倾向并未改变。ITS研究表明，多倍体中ITS序列的变异具有亲本的倾向性， 9475类型的ITS序列产生的变异位点最多；多倍体中ITS信息位点主要在玉米和9475中发生协同进化，但摩擦禾ITS序列能够对玉米和9475的ITS序列产生影响。可见，远缘杂交和多倍体均能促进多倍体ITS序列的协同进化，亲缘关系较远的物种在协同进化中具有正向调控作用。.用MTP74和MTP94与9475分别回交获得系列回交后代，对两个回交群体的染色体数目研究表明，MTP74 群体染色体数在54-58条内最多，MTP94群体染色体数在64-67条内最多，两个群体均具有n、n+n+n和n+n三种生殖方式，两个群体中三亲本染色体数目均发生丰富变异，玉米变异程度最高；玉米与9475同源性最高，遗传物质发生交换较多，摩擦禾遗传关系较远，但在减数分裂中仍有部分染色体被易位。倍性增加能促进玉米与摩擦禾遗传物质的交换，降低玉米与9475遗传物质的交换。玉米和9475染色体具有一定的补偿效应，二者之和在MTP74和MTP94中分别维持在40和50条。.对两个回交群体生物学性状研究表明，选择倍性更高的MTP94为桥梁作物选育饲草玉米，更容易得到变异丰富的材料和种质。在此基础上，建立了以MTP74或MTP94为母本，通过与亲本回交或其他近缘种杂交，并从杂交后代群体中选出杂种优势强和性状优良的多年生饲草玉米的育种体系，已成功选育出2个新品种并推广利用。