甘薯近缘野生种Ipomoea tabascana（4x）的细胞遗传学研究

Sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam) is a kind of special health functions crops, urgent need for improved varieties. The wild relatives are extremely important source of resistance genes. However, the cultivated sweet potato is hexaploid, and the genomic origin is not clear. Previous studies have shown that I. tabascana (4x) is one of the closest wild relative species of cultivated sweet potato and may be a key species in sweet potato evolution. The repeats named Itf_1 and Itf_2 from the I. trifida (2x) genome which can identify sweet potato’s chromosomes were screened in preliminary work of our lab. And we also sequenced the genome of I. tabascana with low coverage. On the basis of these studies, this project aims to establish I. tabascana chromosome recognition system, observe its chromosome behavior of meiosis, construct its molecular cytogenetic map and analyze its genomic structure by modern cytogenetic technologies. This research will help us to illustrate the genetic relationship between I. tabascana and other species in Batatas section, to better understand the phylogenetic status of I. tabascana in Batatas section and know the polyploidization process in sweet potato. Simultaneously, it provides a theoretical basis for sweet potato breeding by using wild relatives.

甘薯（Ipomoea batatas (L.) Lam）是具有特殊保健功能的特色作物，迫切需要品种改良，近缘野生种是极其重要的基因来源。但栽培种甘薯为六倍体，基因组来源尚不清晰，已有研究表明，I. tabascana（4x）是栽培种甘薯最近的野生种之一，可能是甘薯进化中的关键物种。本研究前期已筛选出可识别甘薯染色体的重复序列标记Itf_1, Itf_2，并对I. tabascana进行了初步测序。在此基础上，拟通过重复序列FISH、cGISH、寡核苷酸库为探针的染色体涂色等现代细胞遗传学技术，建立I. tabascana染色体识别体系，观察其减数分裂染色体行为，构建其分子细胞遗传学图谱，分析其基因组结构特征，研究其与甘薯组另外13个物种的亲缘关系，探讨I. tabascana在甘薯组物种中的系统进化地位，了解甘薯多倍化进程，为甘薯野生种质资源的利用提供理论依据。

甘薯是具有特殊保健功能的特色作物，迫切需要品种改良，近缘野生种是极其重要的基因来源。本研究对I. tabascana（4x）进行了基于组学的细胞遗传学分析：（1）利用已筛选出的重复序列标记Itf_1 和 Itf_2结合45S、5S rDNA序列首次构建了I. tabascana以及I. trifida (2x)，I. tenuissima (2x)，I. X leucantha (2x)，I. splendor-sylvae (2x)和甘薯（6x）的核型。（2）对甘薯组10个物种进行共有重复序列的比较分析获得了14条共有的串联重复序列，其中6条重复序列为I. tabascana染色体特异性探针用于该物种染色体识别体系的建立。（3）利用9个物种的全基因组作为探针对I. tabascana比较染色体涂色，结果表明除I. cynanchifolia和I. splendor-sylvae外，其它七个物种的基因组都显示出与其较高的相似性。另外，构建基于番薯属 40个物种叶绿体基因组的分子系统发生树，发现I. tabascana与I.trifida和甘薯三者位于同一个分支上，亲缘关系最近。（4）利用日本牵牛I. nil 15号染色体的 oligo probes，对I. tabascana减数分裂中偶线期-中期Ⅰ的15号染色体行为进行了分析，对60个分裂相进行了统计，有49个四价体，11个二价体，统计结果表明，I. tabascana减数分裂中存在四价体和二价体，未出现单价体和三价体。同时分析了另外的2个多倍体物种，I. tabascana较高比例的四价体的出现表明了其更有可能是同源四倍体，由相同或相似的基因组加倍而来，而非之前一些研究认为的是I. trifida（2x）和甘薯的杂交种。（5）对I. tabascana进行基因组低覆盖度测序，分析其重复序列组成，发现其重复序列含量为35.958%。对I. tabascanaI. batatas等10个物种重复序列比较分析表明，I. tabascana与I. batatas之间相比其他物种具有更为接近。总之，本研究表明I. tabascana（4x）不是杂交种，可能是由相同或相似的基因组加倍而来的同源多倍体，是栽培种甘薯最近的野生种之一，可能是甘薯进化中的关键物种。