中甸刺玫十倍体起源的分子细胞遗传学研究

Rosa praelucens Byhouwer is an important alpine ornamental plant and rose germplasm resource tolerant to coldness endemic to Yunnan. It is the only one decaploid, the highest ploidy level ever reported in wild roses up to date. To elucidate its origin of decaploidy can supply theory basis not only for the origination and evolution of genus Rosa in the Hengduanshan Mountains, but also for the roles polyploidization played in plant speciation. We have widely collected and conserved many wild rose species after years' of field investigation, the systematic relationship among 39 of which has been constructed based on both karyological and molecular data. Based on the above achievement, fluorescence in situ hybridization (FISH) to the PMCs meiosis chromosomes of R. praelucens with 45S rDNA and 5S rDNA as probes will be carried out to understand its polyploid type. At the same time, mitosis chromosomal FISH of 18 rose species sharing same distribution range with R. praelucens will be processed to find its possible progenitors, the systematic relationship among the 18 speciese wil be constructed based on 5S rDNA data. Then, with the nuclear DNA of the possible progenitors as probes, genomic in situ hybridization（GISH）to mitosis chromosomes of R. praelucens will be carried out to postulate what extent and how the progenitors have attend the speciation of R. praelucens. Accordingly, the molecular cytogenetical evidence of the origin of the decaploid R.praelucens will be achieved.

云南特有蔷薇属植物——中甸刺玫，是重要的高山观赏花卉和耐低温月季种质资源，也是至今发现的蔷薇属染色体倍性最高的唯一一个十倍体种。阐明中甸刺玫十倍体的起源，不但可为横断山区的蔷薇属植物的起源和分化提供理论依据，对研究多倍化在植物物种形成中的作用也有一定科学意义。项目在对云南蔷薇属野生资源进行全面调查、收集和保存，并对其中39种进行了染色体核型分析和分子标记亲缘关系研究的基础上，以rDNA FISH技术分析中甸刺玫花粉母细胞减数分裂染色体及其分布区的18个蔷薇属野生种的体细胞染色体，研究中甸刺玫的多倍体类型，并研究基于5S rDNA序列分析的这18种蔷薇的亲缘关系，寻找中甸刺玫多倍体形成的供体亲本，以推测的亲本的基因组做探针对中甸刺玫体细胞染色体进行基因组原位杂交（GISH）实验，探讨它们参与中甸刺玫多倍化的程度，获得中甸刺玫起源的分子细胞遗传学证据。

中甸刺玫是云南香格里拉的特有植物，也是蔷薇属目前唯一有报道的十倍体野生种。项目在对云南蔷薇属野生资源进行全面调查、收集和保存、细胞核型分析和ITS、matK亲缘关系研究的基础上，利用5S rDNA和4个cpDNA片段对云南分布的共50种/变种野生蔷薇进行了系统发育和亲缘关系分析，并用45S和5S rDNA对中甸刺玫及同域分布的21个种进行了FISH定位。结果表明：中甸刺玫的系统位置应从小叶组移至桂味组，中甸刺玫与细梗蔷薇、华西蔷薇、尾萼蔷薇、西南蔷薇和西北蔷薇的关系最近，其原始母本最可能是尾萼蔷薇、西南蔷薇和西北蔷薇的其中之一或其共同母本，细梗蔷薇和华西蔷薇极可能是父本，而尾萼蔷薇、西南蔷薇或西北蔷薇也可能以父本的身份参与了中甸刺玫的杂交物种形成；中甸刺玫体细胞分裂间期和中期的染色体组均有10个45S rDNA和10个5S rDNA的杂交位点，且45S rDNA和5S rDNA 杂交位点分别在不同的同源染色体上，其第10对染色体上有2个脆性位点；根据中甸刺玫及其近缘种染色体上rDNA的分布特点和序列比对结果，推测西南蔷薇是中甸刺玫的二倍体母本，细梗蔷薇和华西蔷薇分别是其二倍体和六倍体父本。以细梗蔷薇和华西蔷薇的基因组为探针对中甸刺玫进行GISH定位，中甸刺玫的染色体组中分别有14条和42条染色体上有较明显的细梗蔷薇基因组和华西蔷薇基因组的杂交信号，均主要位于染色体着丝点附近及短臂末端，说明细梗蔷薇和华西蔷薇是其亲本。对中甸刺玫的花粉母细胞的减数分裂过程进行观察，结果表明中甸刺玫花粉母细胞正常减数分裂后期II形成四分体，花粉直径为0.25-0.33mm；减数分裂前期I的终变期存在多价体，不正常减数分裂会形成较多的三分体和二分体。项目的研究结果不仅明确了中甸刺玫系统位置和可能的原始亲本，也为进一步研究其多倍化过程以及蔷薇属植物的系统演化和物种形成奠定了基础。