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甘蔗是世界上最重要的农作物之一,生产约世界70%的糖。割手密被认为是现代栽培甘蔗的抗逆性、适应性基因的重要来源。割手密染色体数目众多(2n = 40-128),且染色体较小,形态相似。因此,根据传统的细胞遗传学方法来区分不同的染色体是非常困难的,这阻碍了割手密在细胞学方面研究工作的开展。本研究主要是利用甘蔗与高粱的良好共线性,借助比较基因组学的手段,筛选割手密单低拷贝序列,开发割手密染色体特异的细胞学标记。主要研究结果如下:(1)通过比较基因学手段,将割手密单倍体材料AP85-441(2n =4x = 32)的BAC文库序列与高粱基因组序列进行比对,共获得了164个低拷贝的BAC序列,这些序列均匀地分布在高粱10条染色体的长臂和短臂上。采用PCR方法对所构建的两维BAC混合池进行筛选,准确筛选到84个所需的阳性克隆。(2)将所筛选到的84个阳性克隆的DNA标记为探针,进行BAC-FISH分析,共鉴定了 42个探针可在割手密AP85-441染色体上获得特异信号,信号数从1到4不等。42个特异探针,高粱的2号、5号、9号和10号染色体各有2个,4号和8号染色体各有4个,1号染色体有5个,7号染色体有6个,3号染色体有7个,6号染色体有8个。割手密染色体特异探针的开发,为其染色体鉴定和核型分析奠定了基础。(3)与高粱染色体9条相对应的10个割手密染色体特异性细胞学探针被用于鉴定染色体:BAC-52(Sb1)、BAC-58(Sb1)、BAC-65(Sb2)、BAC-80(Sb3)、BAC-97(Sb4)、BAC-117(Sb6)、BAC-125(Sb7)、BAC-134(Sb8)、BAC-141(Sb9)、BAC-155(Sb10)。由我们课题前期研究所构建的遗传图谱得到,在割手密中高粱的5号染色体被分为了两个部分,分别与高粱的6号和7号染色体融合;8号染色体,分别与高粱的2号和9号染色体融合。基于10个特异探针的BAC-FISH杂交结果和遗传图谱,我们成功对割手密(x = 8)的八条染色体进行了鉴定:SsChr1(BAC-52、BAC-58)、SsChr2(BAC-65 和 BAC-134)、SsChr3(BAC-80)、SsChr4(BAC-97)、SsChr5(BAC-117)、SsChr6(BAC-125)、SsChr7(BAC-141)和 SsChr8(BAC-155)。(4)割手密与高粱差异分化之后,割手密发生了多次染色体重组事件,染色体基数由x = 10减少到x = 8。其中割手密的特异标记BAC-13,位于高粱7号染色体重组区间,用于检测不同甘蔗品种的基因组差异。以BAC-13为探针,与不同倍性的割手密进行原位杂交,AP85-441(2n = 4x = 32)、SES208(2n = 8x = 64)、AP83-108(2n = 8x = 64)及福建89-1-16(2n=12x = 96),杂交信号数分别为2、4、4、4,均为割手密染色体所特异的。但在割手密的五倍体材料尼泊尔-西藏(2n = 5x = 40)、以及甘蔗其它品种大茎野生种(2n=8x = 80)及热带种(2n = 8x = 80)的杂交信号数要远大于10。BAC-13在不同倍性上割手密杂交信号数的差异,表明在割手密多倍化过程中,会伴随重复序列的消除,以维持基因组结构的稳定。另外,BAC-13在尼泊尔-西藏、大茎野生种以及热带种杂交结果类似,说明BAC-13在甘蔗属差异演化情况发生在割手密、大茎野生种以及热带种三者分离之后。