草莓属植物亲缘进化关系的比较染色体涂色分析

It is of great significance to introduce the good genes from wild Fragaria species into cultivated strawberry by interspecific cross. The precondition of cross breeding is to understand the phylogenetic relationships among species. Although various analyses have been carried out on the phylogenetic relationships among different Fragaria species, the conclusions are inconsistent. Chromosome-specific painting has been a powerful tool to detect interchromosomal rearrangements and to reveal karyotype evolution among related species through cross-species chromosome painting. We have successfully established chromosome-specific painting technique in plant using bulked oligonucleotides for the first time in the world. In this study, oligonucleotides libraries corresponding to all F. vesca chromosomes will be synthesized. The comprehensive karyotypes of all Fragaria species will be constructed, comparative painting will be performed and the rDNA distribution pattern will be determined in all Fragaria species using oligonucleotides probes in order to obtain the accurate and intuitive phylogenetic relationships among Fragaria species and to elucidate genome evolution mechanism and the origins of the cultivated strawberry. We anticipate that the study will contribute to identification of Fragaria species, selection of hybrid parents in the strawberry breeding and utilization of wild strawberry resources.

通过种间杂交将草莓野生种中的优良基因导入栽培草莓对培育优质的草莓品种具有重要意义，杂交育种的前提条件是了解物种之间的亲缘进化关系。虽然国内外学者已经从各个方面对草莓属物种间亲缘进化关系进行了研究，但不同的研究得出的结论不尽相同。染色体涂色技术能够直观地显示近缘物种间染色体的重排以及核型的进化特征，是研究种间亲缘进化关系的有效方法。我们在国际上率先建立了用寡核苷酸库做FISH探针的植物染色体涂色技术体系。本研究拟合成森林草莓所有染色体的寡核苷酸库，利用染色体涂色技术构建所有草莓属物种核型，识别单条森林草莓染色体在不同草莓种中所对应同源染色体的变化特征，揭示不同草莓种中同源染色体上rDNA位点的变化特征。综合上述研究结果，获得草莓属物种间亲缘进化关系准确直观的信息，探讨栽培草莓基因组的进化机制与起源途径。该研究对草莓育种工作中杂交亲本的选配及野生资源的鉴定利用都有重要的意义。

染色体核型分析是探明物种间亲缘进化关系以及多倍体种起源的有效方法，准确地识别每条染色体是核型分析的基础。然而，草莓属植物染色体小、形态相近，多倍体种染色体数目多，以传统方法进行准确的核型分析几乎是不可能的。染色体特异的寡核苷酸探针是识别染色体的有效标记。本研究利用合成的二倍体森林草莓的寡核苷酸探针，识别了13个具有不同倍性的草莓种的染色体，构建了这些草莓种的核型。此外，通过利用寡核苷酸探针、45S和5S rDNA探针对同一制片进行重复杂交，确定了16个具有不同倍性的草莓种中45S rDNA和5S rDNA的分布特征。核型分析的结果表明，这些草莓属物种具有非常相似的核型，因而基于染色体形态特征的核型分析很难区别各个二倍体种，也不能为多倍体种的起源提供有效信息。但在几个多倍体种的同源染色体间存在寡核苷酸探针信号强度的差异，为这几个多倍体种基因组的性质和起源方式提供了重要信息。根据寡核苷酸探针信号强度的差异及45S rDNA和5S rDNA的分布特征，我们的研究结果表明：① 四倍体东方草莓和高原草莓均为异源四倍体，东方草莓可能是由一个二倍体草莓种和六倍体麝香草莓杂交而来，高原草莓可能是1个二倍体草莓种的未减数配子与来自四倍体草莓种的正常配子或来自其他二倍体草莓种的未减数配子杂交而获得。② 六倍体麝香草莓是异源六倍体，其亲本基因组供体有3个。③ 有4个二倍体祖先参与了八倍体草莓种智利草莓和弗州草莓的起源，其中一个祖先是森林草莓。我们的研究不仅为野生草莓资源的识别鉴定提供了有效的方法，也为通过种间杂交、人工合成异源多倍体等技术改良培育草莓新品种提供了理论依据。