小麦远缘杂交现状、抗病基因转移及利用研究进展

小麦近缘植物中含有丰富的抗病、抗逆和抗虫等基因,是小麦育种的优异基因源。通过远缘杂交可以将近缘植物优异基因转移给小麦,创制包括双二倍体或部分双二倍体、附加系、代换系和易位系等在内的小麦-近缘植物异染色体系。这些含小麦近缘植物血缘的异染色体系是研究物种染色体行为与进化、基因定位与作图的重要素材,也是拓宽小麦的遗传基础、抵御小麦重要病虫害、增加小麦产量和提升小麦品质的重要物质基础。为了更加清晰地了解小麦远缘杂交概况及小麦近缘植物抗病基因向小麦的转移,也为今后小麦远缘杂交研究和种质资源的开发利用提供参考,文中对小麦族物种分类、小麦远缘杂交的定义与意义、小麦族山羊草属、黑麦属、偃麦草属、簇毛麦属、冰草属、大麦属、披碱草属、赖草属、新麦草属以及旱麦草属物种与小麦远缘杂交现状和异染色体系创制情况进行了概括,并对来源于小麦近缘植物被正式命名的17个抗条锈病基因、35个抗叶锈病基因、30个抗秆锈病基因、41个抗白粉病基因、3个抗赤霉病基因、1个抗麦瘟病基因、1个抗叶枯病基因、1个抗颖枯病基因、4个抗褐斑病基因、2个抗眼斑病基因、1个抗梭条花叶病基因、2个抗线条花叶病基因和2个抗禾谷类黄矮病基因向小麦的转移情况及其所在染色体的位置信息进行了归纳。小麦-黑麦1RS·1BL易位系、1RS·1AL易位系和小麦-偏凸山羊草2NS/2AS易位系等抗病优良种质的育成与利用在世界小麦育种史上做出了突出贡献,然而,这仅仅得益于对少数抗病基因的利用。与目前已经被命名的基因数量相比,被利用到小麦育种中的抗病基因相对较少。文中分析了当前已命名抗病基因利用情况比例偏低的原因,并对今后如何利用这些抗病基因提出了建议。同时,还列举了已克隆的源自小麦近缘植物的抗病基因,并对克隆这些基因的方法以及今后可能的研究热点进行了分析,认为加强无遗传累赘的小麦-近缘植物易位系的创制与应用仍可能是今后小麦育种材料创新与新品种培育的一个重要发力点。     

小麦遗传改良中的重要基因源——冰草

通过远缘杂交创制育种新材料并应用于小麦新品种培育,对拓宽小麦的遗传基础和提高育种水平具有重要意义。冰草属(Agropyron)物种具有较强的抗旱、抗寒、耐盐和抗病特性,是小麦遗传改良的重要基因源。本研究对小麦与冰草杂交、小麦-冰草异染色体系的创制、小麦背景中冰草染色质的鉴定和冰草有益性状向小麦导入等方面的研究进展进行总结,以期为更好地开发利用该属物种提供依据。     

小麦抗大麦黄矮病毒育种研究综述

从科学发展的角度出发,论证了小麦抗黄矮病育种的重要性;阐明了自50年代发现BYDV以来,经过科学家们长期不懈的努力,将抗BYDV基因由小麦近缘种导入普通小麦,逐步育成双二倍体、异附加系、异代换系和易位系材料,最终应用于抗病育种实践;明确了不同抗性基因的遗传差异;指出了抗黄矮病育种的伟大成就;提出了现阶段抗病育种中存在的问题及未来研究的方向。     

我国小麦抗BYDV遗传育种研究进展

本文论证了小麦抗 BYDV育种的重要性 ,阐明了自 5 0年代发现 BYDV以后 ,科学家们首先将抗BYDV基因由小麦近缘种导入普通小麦 ,育成双二倍体 ,再作为中间材料培育成异附加系和异代换系 ,进而利用 Ph突变体、组织培养、分子原位杂交等途径 ,育成易位系材料 ,最终应用于抗病育种的过程 ;明确了不同偃麦草与不同小麦杂交 ,导入的抗 BYDV基因位点不同 ,从而扩大了抗源的多样性 ,同时也引起了遗传规律的差异 ;提出了现阶段抗病育种中存在的问题     

小黑麦（Triticale）诱发突变的细胞遗传

电离辐射处理普通小麦种子、花粉或植株,可引起花粉母细胞减数分裂行为异常,染色体畸变与基因突变,获得多种多样的突变体,并在育种上加以应用,已有大量报道。 在远缘杂交育种上Sears等利用单体、双体异附加系,进行辐射处理,将野生种山羊草(Aegilops)、偃麦草(Agropyron)载有抗病基因的染色体片断转移到普通小麦的染色体上,育成一些高度抗病的品系;百足等将普通小麦与小黑麦杂交后代进行辐射处理,利用诱发的易位,将黑麦具有抗病基因的染色体片断转移到普通小麦的染色体上,选育出一些抗病的易位系,这些工作对远缘杂交的应用及异源染色体的导入具有重要意义。     

偃麦草属植物对小麦的遗传改良研究进展

小麦近缘植物偃麦草属中有许多小麦缺乏的优良基因,如抗病、抗旱、耐盐、耐寒、耐高温及优质、高产等基因,通过远缘杂交将其优良基因导入小麦基因组中,对小麦遗传改良具有重要意义。国内外已将偃麦草的抗病、抗逆等多种基因导入小麦中,并获得了一定的研究成果,但对偃麦草属的其他农艺性状如优质、高产等报道较少。围绕偃麦草生物学分类、农艺特性、染色体组成及其在小麦遗传改良中的应用研究进展进行阐述,以期对小麦遗传育种实践中高效利用偃麦草种质资源有所启发。     

萝卜与芸薹属物种间的远缘杂交研究进展

萝卜是十字花科植物中与芸薹属亲缘关系最近的物种,是芸薹属植物遗传改良的宝贵种质资源,可提供细胞质雄性不育基因、恢复基因、自交不亲和基因以及多种抗逆基因。笔者概述了近1个世纪以来萝卜与芸薹属物种间远缘杂交的研究进展,包括萝卜属与芸薹属植物的亲缘关系、杂交不亲和性机理、改良杂交效率的技术和手段、萝卜优异基因在近缘种中的应用、新型遗传材料的创制及人工合成新物种,并对萝卜属与芸薹属远缘杂交育种的前景进行了展望。     

萝卜与芸薹属物种间的远缘杂交研究进展

萝卜是十字花科植物中与芸薹属亲缘关系最近的物种,是芸薹属植物遗传改良的宝贵种质资源,可提供细胞质雄性不育基因、恢复基因、自交不亲和基因以及多种抗逆基因。笔者概述了近1个世纪以来萝卜与芸薹属物种间远缘杂交的研究进展,包括萝卜属与芸薹属植物的亲缘关系、杂交不亲和性机理、改良杂交效率的技术和手段、萝卜优异基因在近缘种中的应用、新型遗传材料的创制及人工合成新物种,并对萝卜属与芸薹属远缘杂交育种的前景进行了展望。     

小麦全蚀病抗病性研究进展及其育种途径探讨

阐述了小麦全蚀病致病性遗传规律,并从黑麦、燕麦、冰草属、粗山羊草、簇毛麦和华山新麦草等6个近缘种属中抗全蚀病基因的发现,回顾了国内外小麦全蚀病抗性研究取得的成就。在此基础上,提出了将小麦全蚀病抗性基因导入普通小麦的5条思路或途径。     

kr基因在普通小麦—偃麦草双二倍体背景下的遗传表达分析

通过ＣＳ／Ｔｈ．ｅｌｏｎｇａｔｕｍ和ＣＳ／Ｔｈ．ｂｅｓａｒｂｉｃｕｍ两个双二倍体与黑麦和粘果山羊草的可杂交性，分析了中国春（ＣＳ）的隐性ｋｒ基因在普通小麦－偃麦草双二倍体下的遗传表达。结果表明，偃麦草种Ｔｈ．ｅｌｏｎｇａｔｕｍ和Ｔｈ．ｂｅｓａｒｂｉｃｕｍ中可能存在抑制ＣＳ隐性ｋｒ基因在普通小麦－偃麦草双二倍体中正常表达的遗传因子，其抑制效应因与普通小麦－偃麦草双二倍体杂交的父本不同而异。同时，Ｔｈ．ｅｌｏｎｇａｔｕｍ和Ｔｈ．ｂｅｓａｒｂｉｃｕｍ两个种中的抑制因子的抑制效应也存在差异。     

小麦-十倍体长穗偃麦草广谱抗锈易位系的鉴定及分析

【目的】从普通小麦与十倍体长穗偃麦草的杂交、回交后代中,获得对小麦条锈病流行混合小种具有广谱抗性的新种质。【方法】对普通小麦与十倍体长穗偃麦草的杂交、回交后代材料进行条锈病鉴定、农艺性状调查、分子细胞学和品质相关性状分析。【结果】这批材料在苗期普遍表现为轻度感病,但成株后则完全高抗或免疫,对8份材料进行了连续三年的人工接种鉴定,抗性表现十分稳定。对多种致病小种具有很好的抗性,根尖细胞染色体条数均稳定在42条,农艺性状良好。原位杂交分析显示这些材料中含有同一个易位片段,即在4DS末端有一来自长穗偃麦草St基因组的小片段易位,其中一个品系（GDR3）还携带一个未能准确定位的小片段易位,该材料对混合小种的抗性优于其它材料。推测这2个小片段易位上均含有新的抗条锈病基因。高分子量麦谷蛋白分析表明,这批材料均含有优质亚基14+15。【结论】与小麦相比,其野生近缘物种中可能含有更多的广谱抗性基因,是其在恶劣自然环境下生存的遗传基础,也为小麦抗病育种提供了新抗源。     

小麦抗条锈病染色体异源易位系的选育

利用小麦品种Jubilar作为受体 ,黑麦自交系L15 5为供体 ,培育了 1个抗条锈病 ,叶锈病和白粉病的小麦异源易位系A1882。使用C -带技术证明 ,这个易位系含有 1RS/ 1BL易位染色体。研究表明 ,与其它的 1RS/ 1BL易位系相比 ,本研究创制的这个 1RS/ 1BL易位染色体含有不同抗病基因。用这个异源易位系与高产品种杂交 ,并利用易位染色体作标记辅助选择 ,培育了抗小麦条锈病兼抗白粉病材料R14- 12、R14- 2 2和R16 5 - 2。经接种鉴定 ,这些品系对小麦条锈菌条中 30号和 31号生理小种免疫 ,抗叶锈病并中抗白粉病。这 3份材料的农艺性状较好 ,抗病性稳定 ,容易在小麦育种中应用。本研究证明 ,通过初级易位系与优良品系的杂交和选择 ,把异源易位染色体放在协调的小麦遗传背景上 ,是在小麦育种中克服易位染色体不良作用的有效方法     

在小麦育种中利用偃麦草抗病特性的研究

为利用中间偃麦草的抗性基因改良普通小麦的抗病性,以八倍体小偃麦TAI7045为桥梁亲本,与小麦杂交、回交,通过异源染色体的细胞遗传学操纵,将偃麦草的抗条锈病基因转移给普通小麦,育成一批抗病性和农艺性状均已稳定的小偃麦易位系,并采用染色体分带和分子原位杂交技术,对它们的染色体组成进行了准确鉴定。抗病性的异地评价和接种鉴定结果表明,它们高抗我国小麦条锈病优势小种和新的流行小种。此外,还就防止或至少延缓抗病性丧失的有效途径、染色体小片段异源易位的诱导方法和外源基因的利用前景进行了讨论。     

基于亲本对条锈病敏感性预测小麦杂交种的抗性

【目的】通过亲本条锈病的抗性评价预测F₁代杂交种的抗病性,增强杂交小麦抗病育种的可预见性。【方法】以CYR23、CYR31、CYR33、CYR34 4个小麦条锈菌（Puccinia striiformis f. sp. tritici）生理小种作为供试菌源,感病小麦品种铭贤169作为阴性对照,通过成株期混合接种,对13份恢复系（父本）材料和21份不育系(母本)材料及其F₁代杂交种进行抗病性鉴定,并利用Yr5、Yr9、Yr10、Yr15、Yr17、Yr18、Yr26等抗条锈基因的分子标记或基因标记对其可能携带的抗条锈基因进行分子检测。同时通过半定量PCR方法在亲本及部分F₁代植株的成株期进行条锈菌侵染量测定。【结果】所有材料均未鉴定到Yr5、Yr10、Yr15,Yr26多存在于四川品系,Yr9、Yr17多存在于北方品系,本研究所有恢复系材料均未鉴定到Yr18。亲本抗条锈基因在F₁代杂交种得到了聚合,符合遗传规律,表明分子标记可以用于杂交小麦抗病辅助选育。来自四川的恢复系及其F₁代杂交种整体表现优良抗性,推测其具有纯合显性的抗条锈基因,同时,这些小麦材料可以用于我国小麦抗条锈育种。F₁代的实际鉴定反应型趋于亲本反应型的平均值,二元回归分析结果表明亲本和F₁代的反应型之间有显著相关性（R²=0.812）。来自四川的恢复系及其F₁代对新毒性小种CYR34表现优良抗性,但亲本中未检测到Yr5、Yr15,推测其可能含有未知的抗条锈病基因。利用半定量PCR方法对所有恢复系、不育系和部分F₁代杂交种分别进行了供试条锈菌生理小种的菌量测定,结果显示所有亲本及其杂种中均未检测到CYR23,恢复系15CA50、不育系17L6078和15L7128有少量CYR31侵染,恢复系川13品6、MR1101和川麦98及其F₁代杂交种未检测到CYR33、CYR34。同时发现,对不同生理小种抗性互补的亲本能有效提高F₁代的抗病性。【结论】根据双亲对条锈病的反应型可以预测其F₁代杂交种的抗性水平,双亲的抗病水平越高,其F₁代杂交种的抗性就越好。同时可以选用具有不同条锈病生理小种抗性互补的亲本来提高F₁代杂交种的抗性水平。研究结果有助于探究亲本与F₁代杂交种之间的抗病规律,同时为杂交小麦抗病育种提供可参考的实践方案。     

458份小麦品种(系)抗病性状功能基因的KASP标记检测

[目的]研究不同小麦品种(系)抗病性状功能基因的分布状态,分析小麦品种(系)的抗病功能基因,为小麦抗病育种提供理论依据.[方法]利用KASP技术通过1个抗白粉病分子标记(Pm21)、1个抗条锈病分子标记(Yr15)和2个抗叶锈病分子标记(Lr14、Lr68),检测458份小麦品种(系).[结果]筛选出携带Pm21标记材...     

黑麦抗条锈病基因对小麦高产品种绵阳11的直接转移

使用小麦高产品种绵阳 11的套袋自交纯系为受体 ,白粒黑麦自交系为供体 ,选育了高抗条锈病和中抗白粉病的小麦新品系 98- 10 5 4系列。研究证明它们的抗性来源于小麦 6B染色体和黑麦 6R染色体的易位 ,含有与Yr9和绵阳 11的抗条锈病基因不同的新基因 ,暂时命名为YrBL。同时指出所得的 6R易位系是研究易位效应和基因表达的优良材料 ,在小麦育种中有重要应用价值     

小麦抗条锈病基因对中国条锈菌主要流行小种的抗性分析

[目的]培育和广泛应用抗病小麦品种是防治条锈病最经济有效和环境友好的措施.由于条锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici,Pst)群体中毒性变异频繁,发生新生理小种常导致主栽品种抗病性'丧失',引发条锈病大规模流行,严重威胁我国主粮安全供给.本研究通过监测和评价已知抗条锈病基因对我国目前...     

Use of introgressive hybridization in selection of spring bread wheat

Evaluation of bread wheat varieties carrying the wheat-rye translocation has been performed for the natural resistance of plants to leaf rust and powdery mildew. It has been revealed that such bread wheat varieties as Omskaya 37 and Omskaya 38 show a high field resistance to leaf rust and, in a varying degree, to powdery mildew. The breeding material has been evaluated for the resistance to Ug99 in Kenya. The resistant lines have been isolated and recommended for further selection. Based on the introgressive material, a number of commercial varieties (Pamyati Maystrenko and Omskaya 41) with the complex resistance to leaf pathogens and high adaptability to unfavorable abiotic factors of the environment have been created. Varieties with alien genetic materials have been involved in the hybridization for development of new promising lines.     

小麦-小黑麦抗条锈病杂交后代种质农艺性状及细胞分子遗传学分析

黑麦具有优良的遗传多样性,是改良小麦品质、产量和抗性的重要亲本之一,是丰富小麦种质资源的一条重要途径。在远缘杂交的基础上对16份普通小麦与小黑麦的杂交品系进行条锈病抗性鉴定、农艺性状分析、细胞分子遗传学鉴定及相关品质分析,并对可能导入小麦中的外源染色体(片段)进行了多方面定位。鉴定出9个小麦×小黑麦1BL/1RS易位系、1个代换系和2个1BL/1RS易位系/代换系;抗病鉴定结果表明9个杂交品系在苗期和成株期对条锈病均表现为高抗,可为小麦抗条锈病育种提供抗源;高分子量麦谷蛋白亚基组成分析显示16个品系中,HMW-GS组成类型以最常见的Null、7+8、2+12出现的频率最高,其中P174在16份材料中的综合得分最高,符合小麦种一级麦的标准;田间农艺性状和品质测定结果表明12个小麦品系的容重达到一级麦标准,赖氨酸含量的变化范围为2.8~4.4 g/kg。通过该结果以期鉴定出一批田间抗性优良和有价值的中间材料,为抗条锈病育种工作提供新的种质资源。     

103份小麦品种（系）抗条锈性和遗传多样性评价及基因检测

【目的】了解小麦品种（系）对条锈病的抗性水平及遗传多样性,掌握条锈病抗性基因的利用情况,为培育和合理利用优良小麦抗条锈病新品种提供理论依据。【方法】选用小麦条锈病流行生理小种CYR32、CYR33和CYR34对103份小麦品种（系）进行苗期抗条锈病分小种鉴定、成株期抗CYR32鉴定,并利用SSR分子标记对其进行遗传多样性分析,进而利用已知小麦抗条锈病基因Yr5、Yr9、Yr10、Yr15、Yr18和Yr26的分子标记进行抗条锈病基因检测。【结果】苗期抗性鉴定表明,103份小麦品种（系）对生理小种CYR32表现为抗病的有20份,占供试材料的19.42%;有34份品种（系）对CYR33表现为抗病,占供试材料的33.01%;36份品种（系）对CYR34表现为抗病,占供试材料的34.95%;仅有郑6辐、宁麦3号、老兰麦、京411、京作278、扬麦158共6个品种对生理小种CYR32、CYR33和CYR34均表现抗病。成株期对CYR32抗性鉴定表明郑州021等55份材料表现为成株期抗性,占供试材料的53.40%。遗传多样性分析表明,103份小麦品种（系）的遗传相似系数变异范围为0.50—0.93,平均值为0.66。103份小麦品种（系）聚类分析可分为3大类,第Ⅰ类包含4个品种,分别为花培112-2、尤皮2号、鲁沾1号和Elkhart;第Ⅱ类包含43个品种（系）,其中来自于同一地区的品种（系）或含系谱来源相同的品种（系）聚在一类,说明小麦品种之间的亲缘关系与品种来源有很大的关系;第Ⅲ大类中具有相同系谱的品种（系）都聚在一个亚类,表明同一地区小麦生产品种选育过程中多数使用了相同或亲缘关系相近的材料,导致小麦育成品种之间遗传关系相近。已知抗病基因检测到含有Yr9、Yr10、Yr18和Yr26特征带的品种（系）分别有15、8、19和1份,未检测到含有Yr5和Yr15阳性条带的品种（系）。【结论】供试小麦品种（系）苗期的抗性水平较低,郑6辐、宁麦3号、老兰麦、京411、京作278、扬麦158这6份品种可能含有未知全生育期抗病基因,适用于品种轮换种植防控小麦条锈病;成株期抗性较好,抗性基因检测Yr18使用频率较高。因此,小麦育种工作应充分利用优质已知抗性基因资源,发掘新抗性材料,培育多基因聚合的持久抗性品种。