小麦F4代株系的DNA位点纯合率和农艺性状变异幅度

近年来,我国部分育种者为了加快小麦育种速度而缩短系统选择年限,用F4代株系进行品种比较试验,并将其作为品种参加区域试验.本研究以10个小麦杂交组合F4代株系及其亲本为试验材料,对不同株系及其亲本的DNA位点纯合率和重要农艺性状的稳定性进行研究.结果表明,10个F4代株系的DNA位点纯合率在83.0%～94.8%之间,其亲本的DNA位点纯合率均高于95%.以DNA位点纯合率≥95%的品种为对照,10个F4代株系中仅BF-2003-82-17的农艺性状变异幅度在对照品种的变异范围之内,其DNA位点纯合率为94.2%,接近95%.其余9个F4代株系均有变异幅度大于对照品种或仍在分离的农艺性状,初步证明大多数F4代株系的一致性和稳定性尚不符合要求,只有极少数株系具备了一致性和稳定性.     

连续回交对消除农杆菌介导转化引起水稻体细胞变异的影响

农杆菌介导的转化引起许多体细胞变异, 影响了转基因植物的农艺性状。因此, 转基因作物的培育需要大量的T₀代再生植株。在本研究中, 我们将转基因水稻株系与原始品种连续回交, 然后评价其回交后代的表现, 消除体细胞变异, 恢复转基因亲本的农艺性状。回交的供体亲本是3个转基因水稻株系, 分别带有来自于苏云金芽胞杆菌(Bt)的抗虫基因。与原始品种连续回交至BC₃F₁代, 每代BC_nF₁单株再自交两代, 同时对各个世代进行抗虫性选择。通过发芽试验获得转基因纯合的BC_nF₃株系, 在室内抗性试验中, 所有的BC_nF₃纯合株系都能杀死100%的幼虫。在田间试验中, 这些株系的单株产量明显高于供体亲本, 大部分农艺性状与原品种没有显著的差异。这些结果说明连续回交能够在很大程度上恢复转基因水稻株系的农艺性状, 从而减少转基因育种过程中所需的工作量。     

寒地多年生小麦的选育与细胞遗传学分析

通过杂交方法获得八倍体小偃麦与中间偃麦草杂种后代，对该杂交后代进行了形态学观察和细胞遗传学分析。杂交当代结实率为10%~39%；F₁表现为两亲中间型，多年生，抗小麦多种病害，生长的第2和第3年结少量种子，结实率为2%~3%；F₂分离复杂，出现八倍体小偃麦类型和中间偃麦草类型的多年生材料；F₃和F₄代出现一些普通小麦类型的多年生小麦,表现多分蘖、多小穗、抗病、抗寒。F₁根尖减数分裂中发现49条染色体，在减数分裂中期I形成14~17个二价体和4~21个单价体；而F₂和F₃代减数分裂时形成14~21个二价体和9~17个单价体。杂种后代结实率逐代恢复。F₁植株已在田间自然条件下生长5年。从F₄代中获得了4个植株高大(140 cm)、分蘖丰富(60个以上)、小穗多(25~30个)的饲草型多年生小麦株系，它们不仅具有良好的刈割再生能力，而且兼抗多种病害，抗寒性好，草质与中间偃麦草相似。还获得了一些普通小麦类型的多年生株系，有待进一步改良。这些结果为多年生小麦的遗传研究和利用提供了信息和材料基础。     

外源转入基因在小麦中的遗传规律及其对农艺性状的影响

利用农杆菌介导法将外源基因GUS和nptⅡ导入了3个小麦基因型新春9号、Bobwhite和PM97034，经对自交后代连续3代进行PCR、组织化学染色及ELISA检测和筛选，获得了纯合稳定转基因株系。以3个受体亲本为对照，随机区组、重复3次设计，对纯合稳定转基因株系进行了株高、穗长、穗粒数、穗粒重、千粒重、成熟期等农艺性状调查，研究外源转入基因对主要农艺性状的影响。结果表明，转基因株系除株高和生育期与对照有显著差异外，其他农艺性状差异均未达到显著水平。进一步以新春9号转基因株系与新春9号（CK）杂交，对F₁代和F₂代植株进行PCR、组织化学染色和ELISA检测，分析外源转入基因在小麦遗传背景中的遗传规律。结果表明，GUS基因和nptⅡ基因在F₁代中表现完全显性，在F₂代中呈现2.6︰1的分离比例，符合孟德尔遗传规律。     

分子标记辅助选择改良武运粳8号的条纹叶枯病抗性

本研究旨在改良武运粳8号的条纹叶枯病抗性。2004年,在扬州对江苏省1981—2002年间审定的25个迟熟中粳品种进行产量鉴定,从中筛选出直立穗高产品种武运粳8号作为条纹叶枯病抗性改良的受体亲本。利用抗条纹叶枯病品种葵风为供体亲本,通过杂交和回交,同时利用4个与条纹叶枯病抗性基因紧密连锁的分子标记STS11-31、STS11-71、STS11-19和STS11-43进行辅助选择,至2008年正季,共计获得 70个BC₃F₅以及115个BC₄F₄抗条纹叶枯病的稳定株系。经回交后代农艺性状、产量性状、品质性状和抗性的系统鉴定,从中筛选出10个BC₄F₅株系和2个BC₃F₆株系,这些株系综合性状与武运粳8号已十分相近,保持了武运粳8号的丰产性和优质,明显提高了条纹叶枯病的抗性。     

不同水分胁迫下小麦胚芽鞘和胚根长度的QTL分析

小麦胚芽鞘和胚根在不同渗透溶液下的长度变化是鉴评小麦幼苗抗逆性的重要指标。以小麦花培3号×豫麦57的DH株系衍生的含168个组合的永久F₂ (immortalized F₂, IF₂)群体为材料,在蒸馏水(正常条件)以及10%、20%和30%聚乙二醇(PEG-6000)模拟水分胁迫处理下,进行胚芽鞘长和胚根长度的数量性状基因(QTL)定位分析。利用完备区间作图法,共检测到影响胚芽鞘和胚根长度的23个QTL,单个QTL对表型的贡献率为4.93%~35.37%。位于4B染色体区间Xcfd39.2–Xcfd22.2上影响胚芽鞘长度的位点QCl4B,具有最大的遗传效应,贡献率为35.37%;在3D染色体Xcfd223–Xbarc323区段,正常条件和20% PEG-6000处理下同时检测到影响胚芽鞘长度的QTL,QCl3D-a,其贡献率分别为7.83%和11.74%。另外,在10% PEG-6000处理下,3D染色体上的相近区域还定位出了影响胚芽鞘长度的QCl3D-b位点;在染色体1A和染色体5A1上各检测出与胚根长度有关的2个和3个不同的QTL;在6D染色体Xswes679.1–Xcfa2129和Xwmc412.1–Xcfd49区间分别检测到2个影响胚芽鞘长度和胚根长度的QTL。这些主效QTL可用于胚芽鞘和根系的分子标记辅助选择。     

氮肥运筹对孕穗期受渍冬小麦旗叶叶绿素荧光与籽粒灌浆特性的影响

以小麦品种皖麦54为试验材料,研究不同氮肥运筹对孕穗期受渍冬小麦旗叶叶绿素荧光特性的影响。结果表明,孕穗期小麦旗叶叶绿素含量最高,随后下降,至成熟期降到最低;渍水处理叶绿素含量下降幅度高于对照处理。对照处理孕穗期后叶绿素荧光参数F_v/F_m、F_v/F_o和q_p随小麦生育期的推进呈先增加后降低的变化趋势,于渍水处理孕穗期后第11~20天达到最高峰,NPQ呈先降低再升高的趋势。孕穗期渍水7 d后F_v/F_m、F_v/F_o和q_p均呈“低–高–低”的变化趋势,与对照相比,F_v/F_m低1.8%~2.3%,F_v/F_o低8.0%~10.9%,Φ_PSII则显著低于对照。基肥30%+拔节肥50%+孕穗肥20%(N4)处理生育后期旗叶叶绿素含量显著高于全部氮肥基施(N1)处理,而F_v/F_o、F_v/F_m和q_p显著高于N1和基肥70%+拔节肥30%(N2)处理。叶绿素含量与F_v/F_m、q_p和Φ_PSII呈显著正相关,与NPQ呈显著负相关。ETR-PAR响应曲线的拟合结果表明,孕穗期渍水7 d小麦生育后期旗叶ETR_max、α和E_k值较对照降低。N4的旗叶ETR_max、α和E_k均高于N1和N2。孕穗期渍水7 d条件下不同氮肥运筹方式间各叶绿素荧光参数变异系数高于对照,氮肥的补偿效应较对照明显。氮肥后移运筹方式显著减轻渍水逆境对光合器官的破坏,使小麦生育后期功能叶具有较强的光捕获能力和光化学效率,改善了旗叶光合性能,使灌浆期延长,平均灌浆速率提高,从而较氮肥前移处理显著提高小麦千粒重。     

偏凸-柱穗山羊草双二倍体与普通小麦不同杂种世代的染色体及性状分离特点

为探讨偏凸山羊草－柱穗山羊草双二倍体SDAU18在小麦遗传改良中的利用价值,以SDAU18和普通小麦品种烟农15及其9个杂种世代为材料,分析不同自交和回交世代染色体和性状分离的特点。结果表明,随自交和以烟农15为轮回亲本回交世代的增加,染色体数目逐渐减少,回交比自交能使后代的染色体数目更快趋近普通小麦的42条,至F₅和BC₃F₁代,染色体数目为42的植株已分别达93.9%和92.0%。与自交世代相比,回交后代减数第一分裂中期的花粉母细胞的染色体构型较为简单,回交次数过多不利于外源染色体与普通小麦染色体发生重组,一般应以回交2~3次为宜;随自交和回交世代的增进,杂种的育性提高,至F₃和BC₂F₁代育性基本稳定。在不同杂种世代可分离出具有矮秆、大穗、大粒、对白粉病、条锈病免疫或高抗及外观品质优良的变异类型,以F₃和BC₁F₁代的变异类型最丰富。     

小麦品种中梁21抗条锈病基因遗传分析与SSR标记定位

用7个我国当前流行的条锈菌生理小种评价中梁21的苗期条锈抗性,结果表明该品种对我国优势流行小种具有良好的抗性。采用CYR30小种对中梁21与铭贤169杂交的F₁、BC₁、F₂及F₃代群体进行遗传分析,并利用SSR分子标记进行遗传作图,发现中梁21对CYR30的抗性由1个显性基因控制,暂命名为Yrzhong21。该基因与位于小麦5AL染色体上的10个SSR位点Xgwm186、Xbarc165、Xwmc795、Xbarc40、Xgwm156、Xgwm617、Xwmc415、Xbarc151、Xwmc338和Xgwm666连锁,其中最近的侧翼位点为Xgwm186和Xbarc165,其遗传距离分别是7.5 cM和2.7 cM。系谱分析及结合分子标记结果表明,该基因可能来自Ciemenp。与已定位于5A染色体上的抗条锈病基因的比较表明,Yrzhong21可能是一个抗条锈病的新基因。用标记Xgwm186和Xbarc165检测中梁系列品种,其中仅17%扩增到与中梁21相同的位点,表明该基因在抗条锈病育种中可能有很大的应用潜力。     

黄淮冬麦区小麦冬、春性改良及分子标记辅助选择技术初探

通过对小麦品种石麦12春化特性的遗传和分子标记研究,探索黄淮冬麦区小麦冬、春性改良途径和分子标记辅助选择技术。石麦12与冬性品种石家庄8号杂交后代F_2:3株系中的春性株系、冬春性分离株系、冬性株系的分离比例符合1∶2∶1,表明石麦12具有一个显性春化基因,经已知春化基因的基因特异性标记鉴定为Vrn-D1。利用Vrn-D1的基因特异性标记对上述F_2:3株系进行冬、春性鉴定的结果与表型鉴定结果一致,说明该分子标记可用于小麦冬、春性改良中对Vrn-D1的辅助选择。在高海拔、长日照地区夏播是小麦冬、春性表型鉴定的一个快速、简便途径。     

小麦区试品系DUS测试的分子标记

为了确定测试小麦(Triticum aestivum L.)区试品系特异性、一致性、稳定性(DUS)的分子标记,采用156个来自我国不同麦区的品种对SSR、EST-SSR和AFLP-SCAR标记的1334对引物进行筛选,根据在染色体上分布均匀、多态性信息指数较高、带型清晰、不同等位变异的带型易于区分及PCR产物稳定的原则,筛选出105对小麦品种DUS测试的分子标记引物,包括63对SSR引物、21对EST-SSR引物和21对AFLP-SCAR引物,可以检测122个位点的754个等位变异,平均每条染色体上被检测位点5.8个,平均每个位点包含7.2个等位变异。根据DUS测试的需求、引物的染色体分布、PIC值大小和带型特点,将105对引物分为21对核心引物、29对一级备用引物和55对二级备用引物。核心引物分辨力较高,可以完成约80%品系的特异性检测,约95%品系的种子纯度检测和约60%品系的一致性、稳定性检测;备用引物用于确定品系DNA位点纯合率和相似品种(品系)之间的遗传相似系数,以判断DNA指纹相同或相似的品种(品系)之间的相似性和特异性,评价核心标记中具有非纯位点的品系的DNA位点纯合度,同时完成核心引物未能完成的少数品系的种子纯度检测。通过在2006-2007、2007-2008、2008-2009年度对464个冬小麦区试品系DUS测试中的应用,证明105对引物具有很好的代表性和实用性,可以完成90%以上参试品系的DUS检测。     

黄淮麦区小麦品种(系)产量性状与分子标记的关联分析

为了获得与小麦产量性状关联的分子标记,筛选相关标记的等位变异,以128份黄淮麦区小麦品种(系)为材料,在4个环境下鉴定产量性状,并选用在小麦全基因组21条染色体上的64个SSR标记、27个EST-SSR标记和47个功能标记检测所有材料的基因型。91个SSR和EST-SSR标记共检测到315个等位变异,单个引物检测到2~7个等位变异,平均3.5个;47个功能标记共检测到107个等位变异,单个引物检测到2~5个等位变异,平均2.3个。关联分析表明,49个位点与4个环境的产量性状及其均值显著关联(P≤0.005),其中38个位点在2个或以上环境或均值下被重复验证,16个位点与2个或以上性状相关联。对相对稳定的等位变异作进一步分析,发掘了一批与产量性状相关的优异等位变异,如降低株高的等位变异Ax2*-null和UMN19*-A362,增加穗长的等位变异barc21-A220,增加可育小穗数的等位变异gpw2111-A156,增加总小穗数的等位变异swes65-A120,增加穗数的等位变异VRN-A1*-A1068,增加穗粒数的等位变异cfd5-A215和增加千粒重的等位变异wmc626-A170。研究结果对利用分子标记辅助选择进行小麦产量性状的遗传改良具有一定的指导意义。     

利用分子标记筛查小麦相似品种(系)

在每年的小麦区域试验中均发现一些参试品系高度相像或与审定品种高度相像,为此需建立从大量品种中筛查相似品种的方法。本文比较了547个国家冬小麦区域试验品系及134个国审品种的分子标记遗传相似系数(GS)和主要农艺性状及表型,发现绝大多数相似品种(系)间的GS大于0.90,依此确立了用分子标记筛查相似品种的方法体系,解决了无法从大量品种中查找相似品种(系)的问题。     

黄淮海地区主要冬小麦品种的EST-SSR遗传多样性分析

本研究利用21对小麦EST-SSR引物对23份黄淮海地区新育成冬小麦品种及其亲本(近似品种)的遗传多样性进行了分析比较。在23份新育成品种中共检测到61个位点,每个位点的等位基因个数在2～8之间,平均2.90;基因多样性指数在0.08～0.79之间,平均为0.38。23份新育成品种的遗传距离在0.12～0.69之间,平均为0.40。在23份亲本品种中,共检测到63个位点,每个位点的等位基因个数在2～7之间,平均3.00;基因多样性指数在0.08～0.79之间,平均为0.44;23份亲本品种的遗传距离在0.09～0.81之间,平均为0.46。新育成品种遗传多样性低于其亲本品种。     

国家芝麻区域试验新品种(系)的DNA指纹分析

以我国近年参加国家芝麻区域试验的43个品种(系)为材料,利用12对SSR核心引物开展DNA指纹分析,初步构建参试品种的DNA指纹图谱,并根据指纹图谱分析了参试品种的特异性和一致性。聚类分析结果表明,12对引物检测到30个标记,可将43个品种完全区分开,来源于同一育种单位的品种遗传基础相近,而不同来源的品种其遗传背景相差较大;以遗传相似系数0.90为划分标准,95%的供试品种具备特异性;以引物位点的一致性为指标,80%的品种具有一致性;分配试验中,86%的单株都能正确地分配回到原来的品种,这些品种的一致性较好,个别品种的单株正确分配率较低,品种一致性差。表明大部分参加国家区试的品种都具有很好的特异性和一致性。     

Assessment of wheat variety stability using SSR markers

In International Union for the Protection of New Varieties of Plants member countries, assessment of wheat variety stability is a statutory requirement before new varieties are registered and plant breeders’ rights are granted. However, it is impossible to test the stability of varieties accurately and quickly, or to assess the stability of a large number of varieties in a short time based on the morphological traits defined by the national standard. The objective of this study was to establish method and procedure of wheat variety stability assessment using SSR markers as a replacement for morphological observations. In preliminary study, the methods to identify non-homozygous SSR loci and calculate the homozygous SSR loci ratio (SSR–HLR) of wheat varieties were established. On this basis, the genotypes at 347 molecular markers loci of 20 advanced lines demonstrated that SSR–HLRs were 84.7–94.8 % in the F₄ lines, 96.1–99.4 % in the F₅ lines, and ≥98 % in the F₆ lines, respectively. Eighty of 347 markers with good polymorphism, stable PCR amplification, and high resolving power of genotyping were recommended to detect SSR–HLR for 633 wheat regional trial varieties. Comparing morphological observation, the varieties with SSR–HLR >95 % were deemed stable; the varieties with SSR–HLR <91 % were deemed unstable; the varieties with SSR–HLR ranging from 91 to 95 % were required field identification for stability assessment. Based on the relationship between the homozygous SSR loci ratio and wheat variety stability, procedures for the assessment of wheat variety stability using SSR markers were established.     

冬小麦品种（系）穗层结构的差异及其与产量的关系

调查分析了12个品比试验的小麦品种（系）和3个当前主栽品种的穗层厚、穗层数、曲线宽度、穗层章度比、穗层结构指数等穗层结构指标，结果表明：冬小麦品种（系）穗层结构存在很大差异。高产品种可以有不同的穗层结构，不宜把穗层欠整齐一律当作低产性状而加以淘汰。本文提出的穗层结构指数，可以作为选择品种的参考。不同穗层结构指标要综合分析、互相验证，有助于对品种穗层结构特性作出较科学合理的评价。     

Characterization of dinucleotide and trinucleotide EST-derived microsatellites in the wheat genome

Over the past decade microsatellites or simple sequence repeats (SSRs) have attracted a considerable amount of attention from researchers. The aim of the present paper was to analyse expressed sequence tag-derived SSR (EST-SSR) marker variability in wheat and to investigate the relationships between the number and type of repeat units and the level of microsatellite polymorphism. Two hundred and forty-one new EST-SSR markers available in a public database () were characterized in eight durum wheat cultivars (Svevo, Ciccio, Primadur, Duilio, Meridiano, Claudio, Latino, Messapia), two accessions of Triticum turgidum var. dicoccoides (MG4343, MG29896), one accession of T. turgidum var. dicoccum (MG5323) and in the common wheat cv. Chinese Spring. Of these, 201 primer pairs (83.4%) amplified PCR products successfully, while the remaining 40 (16.6%) failed to amplify any product. Of the EST-SSRs analysed, 45.2% of the primer pairs amplified one or two PCR products. Multiple discrete PCR products were observed among both di- and trinucleotide EST-SSR markers (31.2 and 40.5%, respectively). Markers based on dinucleotide microsatellites were more polymorphic than those based on trinucleotide SSRs in the 12 wheat genotypes tested (68.9 and 52.7%, respectively). An average of 2.5 alleles for dinucleotide and 2.0 alleles for trinucleotide SSRs was observed. The data reported in the present work indicate the presence of a significant relationship between motif sequence types and polymorphism. The primer set based on the AG repeat motif showed the lowest percentage of polymorphism (55.0%), while the primer set based on the AC repeat motif showed t he highest percentage (85.0%). Among trinucleotide SSRs, the AGG microsatellite markers showed the highest percentage of polymorphism (70.0%), and the ACG motif the lowest value (25.0%). The characterization of these new EST-SSR markers and the results of our studyon the effect of repeat number and type of motifs could have important applications in the genetic analysis of agronomically important traits, quantitative trait locus discovery and marker-assisted selection.     

小麦抗叶锈病基因Lr45的SSR分子标记

用定位于2A染色体的59对SSR、EST-SSR引物,对小麦抗叶锈病基因Lr45进行分子标记,共筛选出11对揭示TcLr45多态性的引物。用157株F₂抗感群体对这11对引物进一步检测,得到4个与Lr45共分离的SSR标记(Xgwm95、Xgwm47、Xgwm372和Xgwm122)。将经PAGE检测的标记Xgwm95的抗感差异带及Xgwm47的抗性片段进行克隆测序发现其中含有微卫星序列,且均为二核苷酸重复。Xgwm372和Xgwm122经琼脂糖凝胶电泳发现与Lr45的供体黑麦有共同的标记片段,可直接用于分子标记辅助选择。