小麦 黑麦大粒1BL/1RS易位系的分子细胞学鉴定

为明确小麦 黑麦大粒衍生系14 1 2的遗传组成,综合采用细胞学、基因组原位杂交(GISH)、SCAR标记、SSR标记对该衍生系进行鉴定。黑麦基因组特异SCAR标记鉴定表明,14 1 2含有黑麦遗传物质;有丝分裂和减数分裂中期Ⅰ染色体数目为2n= 42=21Ⅱ。以黑麦基因组为探针的GISH检测表明,14 1 2含有2个黑麦染色体臂。黑麦7条染色体上的特异标记鉴定表明,只有黑麦1RS上的特异SCAR标记在14 1 2中扩增出黑麦特异条带。小麦7个部分同源群染色体长短臂上的SSR引物鉴定表明,只有1BS上的4对引物在14 1 2中未扩增出1BS的条带,其余染色体上的引物均扩增出了相应条带。由此证实小麦1BS被黑麦1RS所替代,衍生系14 1 2为1BL/1RS易位系材料。     

ω-黑麦碱基因表达缺失的1BL/1RS易位系种质创新

1BL/1RS易位系是小麦育种的重要亲本,但1RS Sec-1位点表达的ω-黑麦碱是导致小麦加工品质不佳的重要因素。为消除ω-黑麦碱的不良影响,进一步挖掘1BL/1RS易位系的育种潜力,本研究利用低能N+离子束处理1BL/1RS易位系小麦干种子,利用醇溶蛋白酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)筛选ω-黑麦碱表达缺失突变株系,1RS染色体特异引物鉴定携带1RS染色体的突变株系,结果共创制出9个ω-黑麦碱基因Sec-1位点表达缺失的新的1BL/1RS易位系种质。农艺性状和品质性状分析结果表明,这些1BL/1RS易位系新种质的籽粒蛋白含量、面筋指数、稳定时间等加工品质性状显著提高,株高、穗数、千粒重等农艺性状无显著变化。ω-黑麦碱表达缺失突变体的育成为培育优质抗逆小麦品种提供了新的方法。     

小麦1BL/1RS易位系1RS分子标记位点稳定性分析

为检测小麦1BL／1RS易位系1RS位点的稳定性，利用1RS上11个标记位点的PCR特异引物对21个小麦1BL／1RS易位系进行了分子检测。结果表明，21个1BL／1RS易位系中，66．7％的品种1RS的11个标记位点较为稳定，扩增出标记位点特异性带，但有33．3％的品种部分标记位点出现特异性带的丢失或添加，具有不同程度的位点变异，位点变异率最高达45．5％。对于1RS上的11种PCR特异引物，引物NOR-R1和APR1．3可稳定扩增出黑麦特异带，是在小麦遗传背景中鉴别黑麦1RS较为可靠的分子标记。     

小麦-黑麦1BL/1RS易位系中的染色体结构变异

用黑麦(Secale cereale L.)自交系Kustro与普通小麦(Triticum aestivum L.)品种绵阳11杂交,获得了八倍体小黑麦MK,再用绵阳11与MK回交,用基因组原位杂交(GISH)和荧光原位杂交(FISH)的方法从回交后代中筛选到含1条1BL/1RS易位染色体的植株13FT-100。为了筛选含有变异染色体的姊妹1BL/1RS易位系,用FISH方法对植株13FT-100的自交后代进行了分析。结果表明,在1个后代植株中,1条6B染色体在核仁组织区断裂,造成6BS端部缺失;而在另1个后代植株中,1条1BL/1RS易位染色体的1BL端部Oligo-p Sc119.2-1信号缺失。变异6B染色体可以用来研究6BS臂从核仁组织区到端部区段的功能,变异1BL/1RS易位染色体可以用来研究1BL的变异对1BL/1RS易位染色体发挥功能的影响。本研究结果提示,对于小麦远缘杂交后代,应多留意小麦染色体结构的变化,获得具有新型结构的小麦染色体或易位染色体可能对小麦育种研究更具重要意义。     

黄淮麦区部分小麦品种(系)1BL/1RS易位的分子检测

为了明确黄淮麦区小麦品种(系)中1BL/1RS易位系的分布情况,为选育优质小麦品种提供亲本选配的相关信息,利用1BL/1RS小麦-黑麦复合PCR分子标记,对211份供试材料进行了检测.结果表明,供试材料中,非1BL/1RS品种(系)118份,占55.9%;1BL/1RS品种(系)81份,占38.4%;1BL/1RS易位杂合品种(系)12份,占5.7%.各育种单位在1BL/1RS品种(系)的利用上有显著差异.在66份大面积推广的品种中易位系占45.5%,略高于全部供试材料中1BL/1RS的频率.强筋小麦品种绝大多数为非易位系.     

1RS·1BL易位在川农号系列小麦新品种选育中的作用

世界上广泛使用的1RS·1BL易位系遗传基础单一,已不能满足世界小麦育种的需要。本课题组培育了不同遗传基础的1RS·1BL易位系,并按照高产优质抗病的选育方向,用于“川农”系列小麦新品种的选育。为了深入了解1RS·1BL易位染色体的传递规律和育种价值,使用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳（APAGE）、Giemsa C带技术、DNA原位杂交技术对13个川农号小麦新品种及4个进入区域试验的新品系进行了检测,并对这17份供试材料的抗病性、农艺性状和主要品质进行了鉴定。结果证明川农10号、川农11、川农20含有来源于Aurora 的1RS·1BL易位染色体,川农12、川农17、川农18和R291是含新合成的1RS·1BL易位染色体的新品种（系）。分析结果表明,目前利用外源种质的小麦育种中,决定1RS·1BL易位能否存在于新品种中的第一选择压仍是抗病性,农艺和品质性状则是第二、三位的选择因素。本研究指出,持续利用1RS·1BL易位染色体培育高产优质抗病的小麦新品种的关键问题是发掘黑麦1RS本身的基因资源,在优先创建1RS·1BL易位系抗病性的遗传多样性的同时,创建农艺与品质性状的遗传多样性。     

中国部分冬、春小麦品种(系)1BL/1RS易位系的A-PAGE检测

为了在春小麦品质育种中合理利用种质资源,采用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-pAGE)对来自中国部分冬、春麦区的106份小麦品种和132份品系进行1BL/1RS易位系检测.结果表明,供试材料中共有63份为1BL/1RS易位系,频率为26.5%.其中106份品种中30份为1BL/1RS易位系,占供试品种的28.3%,且不同麦区之间1BL/1RS易位品种的频率不同.东北春麦区未发现1BL/1RS品种;西北春麦区和新疆冬春麦区易位系频率较高,均为50%;北部春麦区和青藏高原冬春麦区易位系频率较低,分别为16%和25%;冬麦区1BL/1RS易位系频率也较高(44%).132份品系中,33份品系为1BL/1RS易位系,占供试品系的25%.     

小麦中的1BL/1RS染色体易位

1BL／1RS易位在世界小麦品种中广泛分布，在世界小麦育种特别是在中国小麦育种中占有重要地位。通过种间特定的染色体易位和替换，黑麦（Secale cereale L．）染色体1R的短臂（1RS）已存在于大量普通小麦（Triticum aestivwm L）的染色体组中，许多对农艺性状具有重要作用的基因和抗性基因由此从黑麦转入小麦基因组中。1RS主要用于转移抗真菌病害的基因,尤其是抗锈病、白粉病的基因（Yr9、Lr26、Sr31、Pm8），1BL／1RS能增加小麦根系的生物量,并可提高小麦籽粒产量和蛋白质含量。然而，由于1RS替换了1BS，造成了1BS上重要基因位点Glu-3、Gli-1的丢失和1RS上Sec-1位点的引入。Sec-1编码的γ-黑麦碱、w-黑麦碱不能补偿Glu-3、Gli-1编码的低分子量麦谷蛋白和γ-醇溶蛋白、w-醇溶蛋白的品质效应，引起小麦的麦谷蛋白聚合物结构的改变和数量的减少。因此，1BL／1RS易位小麦面粉的烘烤加工品质较差，从而降低了1RS易位系小麦的利用价值。另一方面1BL／1RS易位小麦面粉的可溶性纤维含量高于一般小麦，对人体有益，因此利用不含黑麦碱的改良1BL／1RS新易位采替换中国小麦品种中普遍存在的1BL／1RS易位＋既可保持1BL／1RS易位系的优点又能改善其烘烤加工品质，这为提高1BL／1RS易位小麦的品质提供了新的途径。1RS片段能与异源细胞质互作导致雄性不育，这可用于小麦的杂种优势利用。本文主要阐述1BL／IRS易位的特征、检测方法、地理分布、在小麦育种中的应用以及给小麦品质带来的影响，并探讨了解决其负面影响的策略。     

小麦 黑麦大穗型衍生后代的分子细胞学鉴定

为创制大穗型小麦种质材料,利用具有大穗多小穗性状的小麦-黑麦双二倍体材料"兰小黑"和普通小麦杂交得到一批大穗型衍生后代.综合采用基因组原位杂交(GISH)、SCAR标记、微卫星(SSR)和醇溶蛋白(A-PAGE)技术对这些大穗型后代中的8个单株进行分子细胞学鉴定.结果表明,GISH检测后代含2个外源信号;1RS特异SCAR标记检测后代均含有黑麦1.5 kb的1RS特征条带;醇溶蛋白检测后代都出现了黑麦碱基因Sec-1特征条带.筛选小麦21条染色体长短臂上各6对引物,结果发现只有1BS上的3对引物未扩增出1BS的条带,其余引物均扩增出了各自的相应条带.由此确定这8株小麦-黑麦大穗型衍生后代为1BL/1RS易位材料.     

1RS.1BL易位染色体对小麦开花后叶片延绿特性的影响

为了探究延绿特性产生的遗传基础,利用延绿型小麦新品种川农17和小麦品种绵阳11杂交所获得的F6代43个稳定株系为材料,研究了1RS.1BL易位染色体对小麦开花后叶片延绿特性的影响.结果表明,川农17含有一对新合成的1RS.1BL易位染色体,具有开花后叶片衰老延缓和维持较长时期绿叶面积的优良特性,而绵阳11不具有这个特点.利用C-带及A-PAGE技术对川农17和绵阳11杂交的43个F6代株系进行了鉴定,发现17个延绿株系均含有1RS.1BL易位染色体,但另有8个含1RS.1BL易位染色体的植株不表现延绿特性,18个含一对1B染色体的株系均不表现延绿特性.延绿现象与1RS.1BL易位的存在呈极显著的正相关关系(r=0.6861,P＜0.001).这一结果说明小麦开花后的延绿特性是由1RS.1BL易位染色体上的基因和小麦背景基因相互作用控制的,指出川农17的1RS.1BL染色体上存在着至少一个基因控制延绿特性.     

1BL/1RS易位系对陕西小麦品质育种的影响

分析了91份陕西省小麦资源材料中1BL/1RS品种的频率、HMW-GS组成和加工品质性状,以了解1BL/1RS易位对陕西小麦育种的影响。结果表明,22个小麦品种(系)为1BL/1RS衍生品种,占参试材料的24.2%,其中山前麦(P redgorn ia)的衍生品种15个,占1BL/1RS易位品种的68.1%;1BL/1RS易位并末对HMW-GS组成产生直接影响,1BL/1RS易位品种中优质亚基1和17 18出现频率较高,而非1BL/1RS易位品种中优质亚基2*和7 8出现的频率较高,两者之间优质亚基14 15和5 10出现的频率无明显差别;1BL/1RS品种和非1BL/1RS品种之间品质性状(蛋白含量除外)的变异系数以及千粒重的平均值有明显差异,而籽粒硬度、蛋白质含量和沉淀值的平均值均无明显差异。提出了合理利用1BL/1RS抗源进行小麦育种的方法和途径。     

多重易位小麦新品种（系）的选育及细胞学鉴定

为了进一步研究多重染色体易位在培育小麦新品种（系）中的潜在价值,对四川省农业科学院作物研究所育成的小麦品种川麦62进行了荧光原位杂交分析,发现川麦62含5BS·7BS和5BL·7BL易位染色体。从杂交组合内麦8号/2^*川麦62的后代中选育出了农艺性状优异的高代稳定品系16EW381和16EW458,原位杂交鉴定发现16EW458是含6VS·6AL、5BS·7BS和5BL·7BL的三重易位系,16EW381是含6VS·6AL、5BS·7BS、5BL·7BL、3BS·5AS和3BL·5AL的五重易位系。同时,产量比较和抗病性鉴定结果表明,16EW381和16EW458产量及对条锈病和白粉病的抗性有明显提高。综上,本研究将为今后的小麦育种及种质创新提供一个新的思路。     

利用小麦660K SNP芯片分析川麦44在其衍生后代中的遗传贡献

为明确小麦骨干亲本川麦44的遗传特性,利用小麦660K SNP芯片对川麦44及其衍生品种进行解析。结果表明,川麦44在6个衍生品种中的遗传贡献率为23.77%～72.63%,平均为48.58%,衍生品种存在遗传偏亲现象。川麦44特异性标记在不同染色体和染色体组中分布不均匀,衍生品种中特异性标记数具有B染色体组A染色体组D染色体组的共同特征。在除1B和6A外的染色体上,共筛选出52个川麦44高遗传率片段,片段长度为0.10～76.20 Mb,其中5B上的片段数量最多,累计长度最大。本研究结果为进一步明确骨干亲本川麦44的重要基因组区段及其功能奠定了基础。     

绵麦1403和绵麦185小麦品种选育研究

绵麦1403和绵麦185是选用自育的优良资源材料和中间材料与引进的具有不同遗传背景,以及地理生态远缘的抗病、优质材料杂交育成,在区域试验中比对照增产10%以上的突破性小麦新品种。其共同特点是:植株矮健,穗层整齐,穗大粒多,抗倒伏力强;综合抗性好,抗条锈病,兼抗白粉病;丰产性突出,四川省区域试验中两年平均产量分别为369.4 kg/667 m2和379.1 kg/667 m2,比对照川麦107增产10.9%和13.3%。     

南麦号系列小麦品种的染色体结构演变

为了明确南麦号系列小麦品种及其亲本的染色体结构特点,用4种寡核苷酸探针和非变性荧光原位杂交(ND-FISH)技术对南麦号小麦品种及其亲本的染色体进行了分析。结果表明,亲本攀早抗含1RS/1BL易位染色体,它的4个衍生品种中3个含1RS/1BL易位染色体。寡核苷酸探针Oligo-275.1、Oligo-275.2、Oligo-pSc119.2-1和Oligo-pTa535-1反映出了2A、4A、5A、6A、7A、3B、5B、6B、1D和2D染色体在攀早抗及其衍生品种间的结构差异。根据Oligo-275.1和Oligo-275.2的信号模式,推测7A染色体在南麦302、特研麦南88和荣春南麦1号中的重组情况不同。     

小麦骨干亲本“洛夫林10号”1BL/1RS在衍生品种中的遗传分析

为了探讨小麦骨干亲本“洛夫林10号”1BL/1RS在衍生品种中的遗传特征,利用小麦1B染色体上的17对SSR引物,对以洛夫林10号为亲本衍生的1～3个世代的14个代表性小麦品种进行了分析。结果表明,除“洛夫林10号”衍生一代的“丰抗9号”和衍生二代的“京411”和“京437”很可能丢失了1RS外,其余的11个衍生品种极可能携带1RS,但各个品种携带的1RS在遗传构成上表现不同,说明在育种选择过程中1RS并非作为一个完整的单元遗传,而是与小麦的染色体发生了遗传重组。值得注意的是,“洛夫林10号”位于1BL上的Xgwm259~Xwmc728、Xwmc416~Xgwm153~Xwmc44~Xgwm259~Xwmc728和位于1RS上的Xwmc619~Xgwm413表现为区段遗传,进一步分析发现一些区段具有丰富的优异基因簇。这一结果提示,骨干亲本之所以能够在育种中发挥重要的作用,很可能是因为其具有区段遗传效应。深入探讨骨干亲本在衍生品种中的区段遗传效应对提高育种效率具有重要意义。     

一个黑麦碱基因Sec-1表达缺失的抗白粉病新材料的鉴定和抗源分析

小麦品系1002是经多年自交繁衍形成的稳定品系,对当前生产上流行的白粉菌生理小种表现苗期和成株期免疫抗性。为深入了解1002白粉病抗性的遗传基础,本研究对其抗性来源、遗传特性和细胞学背景进行了分析。结果表明,1002的白粉病抗性受一对显性基因控制,细胞核遗传,并能在感病品种中有效表达,与感病品种杂交F1代表现为免疫。1002是一个不含有中间偃麦草和簇毛麦遗传背景的黑麦碱基因Sec-1表达缺失的1BL/1RS易位系,其白粉病抗性基因与1BL/1RS染色体无关,与当前有效的白粉病抗性基因Pm37、Pm40、Pm43、PmCN17和PmL962并不相同。因此,推断1002携带一个新的抗白粉病基因。     

抗病优质小麦种质材料的细胞学鉴定及其抗条锈性遗传学分析

为了解从抗条锈病小麦-黑麦渗入系148与优质小麦-偃麦部分双二倍体BE-1有限回交获得的一批抗病优质小麦种质材料的条锈病抗性遗传特点,应用连续C-分带、基因组原位杂交(sequent C-banding-GISH)和分子标记技术对这些抗性材料进行鉴定和分析。结果表明,抗性后代属1BL/1RS易位系。对O-46-1(BC2F3)进行条锈病分小种鉴定表明,其对小种CYR33和CRY32表现为抗感分离,对CYR33的抗性由位于1RS上一单显性基因控制。该基因抗当前我国所有的流行小种,鉴于目前1BL/1RS上抗性基因Yr9抗性已丧失,推测该基因很可能是不同于Yr9的新基因或者是其等位基因,暂将其命名为YrGW。品质分析结果表明,这些抗性系在蛋白质含量、湿面筋含量和Zeleny沉淀值等品质性状方面都得到显著改良。