四倍体小麦与六倍体小麦杂种的染色体遗传特性

四倍体栽培小麦(Triticum turgidum L., AABB)和普通小麦(Triticum aestivum L., AABBDD)是两种目前主要的小麦栽培种。通过远缘杂交转移利用四倍体小麦(或六倍体小麦)基因是六倍体小麦(或四倍体小麦)遗传改良的重要方法。然而,两者杂种F1为基因组组成不平衡的五倍体,其中A和B基因组染色体均为两套,而D基因组染色体仅一套。亲本间的遗传差异,包括核基因组和细胞质基因组,可能影响五倍体杂种的染色体传递效率。本研究以多个不同遗传背景的四倍体小麦和六倍体小麦为亲本,配置正反交五倍体杂种F1,采用多色荧光原位杂交技术分析自交F2代植株的染色体组成规律。结果表明,杂交亲本的遗传背景对杂种F1自交结实率影响显著;不论是以四倍体小麦还是六倍体小麦做母本, AB基因组染色体在F1自交过程中相对稳定, F2后代的数目均接近28条(27.9 vs. 28.0);以四倍体小麦为母本F2平均保留的D基因组染色体数显著多于以六倍体小麦为母本的后代(7.0 vs. 2.9)。因此,以四倍体小麦为最终目标后代时,应优先以六倍体小麦为母本进行杂交组合的配置;以六倍体小麦为最终目标后代时,应优先以四倍体小麦为母本开始最初的杂交组合配置。     

二倍体及四倍体枳橙DNA甲基化变异的MSAP分析

为探讨染色体加倍对四倍体枳橙(Citrus sinensis (L.) Osb.×Poncirus trifoliate (L.) Raf.)叶片基因组DNA甲基化修饰的影响,明确四倍体枳橙基因组DNA甲基化水平及模式的变化特征。本研究以枳橙二倍体为对照,利用MSAP分子标记技术对同源四倍体枳橙叶片基因组DNA甲基化水平及模式变化进行分析。结果表明,10对选择性扩增引物共扩增出775条条带,二倍体和同源四倍体枳橙扩增带数分别为391条和384条,对应的总甲基化率分别为31.97%(含全甲基化率16.37%,半甲基化率15.6%)和31.25%(含全甲基化率18.49%,半甲基化率12.76%);MSAP扩增条带统计表明,同源四倍体的总甲基化率变化较小,全甲基化率高于二倍体,半甲基化率较二倍体均有所降低,相比二倍体对照,四倍体枳橙叶片基因组DNA主要发生了甲基化模式的变化。     

多倍体化引起植物表型突变的分子机理研究

多倍体化后经常出现一些新的表型;但是,大量的表型变异发生的原因一直不清楚。 最近人们对拟南芥菜、棉花、小麦、油菜等人工合成四倍体的研究, 为理解这种表型变异的机制提供了线索。初步结果表明,无论同源多倍体还是异源多倍体化后, 既有基因的甲基化也有基因的脱甲基化, 某些甲基化状态的改变可以重复且独立发生。这些甲     

染色体之间的互作导致五倍体小麦农艺性状与DNA变异

为了揭示普通小麦进化过程中分化后的同源染色体结合到一个细胞核后是否会发生互作导致DNA水平的变异并引起表型变化,本研究以天然六倍体普通小麦品种‘中国春’(CS, AABBDD, 2n=6x=42)和人工合成四倍体小麦(AADD, 2n=4x=28)为材料,杂交产生五倍体小麦(AABDD, 2n=5x=35),并研究其与亲本在表型与DNA水平上的变化。结果表明:五倍体与亲本之间,以及不同五倍体个体之间在株高、抽穗期、芒长和小穗密度等表型上存在显著差异;利用30个SSR (Simple Sequence Repeat)标记进行检测,发现部分五倍体小麦植株DNA序列的碱基数发生了变化,同CS相比最多增加有67个碱基对。同时还发现五倍体减数分裂中期I染色体配对紊乱,存在高频率的单价体,且大多数五倍体小麦的花粉败育。上述结果表明六倍体普通小麦中的A和D组染色体与其二倍体祖先A和D组各自经过长期的进化,已积累了较多变异,使得同源染色体DNA间存在很大的差异,当结合到一起时会发生相互作用,从而导致表型变异。     

人工合成六倍体小麦后代衍生群体遗传多样性检测

通过四倍体二粒小麦和节节麦杂交而获得的人工合成六倍体小麦,含有丰富的普通小麦品种改良有益基因,作为拓宽普通栽培小麦性状和新品种改良的新的种质资源已广泛应用于普通小麦的遗传改良实践中.利用分布于小麦A、B、D基因组21条染色体、28个不同染色体臂上的37对微卫星引物,对人工合成六倍体小麦与四川成都平原普通栽培小麦主栽品种杂交、回交经多代选择而形成的117份人工合成六倍体小麦衍生后代高代群体系(其中川麦38、川麦42、川麦43和川麦47为审定品种)进行了DNA分子水平上的分析,共检测到256个等位变异,平均每个SSR标记位点检测到6.92个等位变异,变幅在1到14之间.A、B、D基因组中,D基因组表现出的多态性信息含量最低,为0.4276,B基因组次之,为0.5346,A基因组最高,达到0.6145(A＞B＞D).辛普森指数比较的结果也反映出相同的变化趋势,A基因组最高,为1.1874,B基因组次之,为1.0810,D基因组最小,为0.8046(A＞B＞D).综合多态性信息含量和辛普森指数的估值,表明这一批人工合成六倍体小麦衍生后代群体接受的遗传基因既来自人工合成六倍体小麦,又来自普通栽培小麦,显示杂合度类型丰富,具有较高的遗传差异.根据SSR位点获得的等位基因变异片断的分布情况进行UPGMA聚类,发现A、B、D基因组基凶型间的遗传相似系数较低,A、B、D三个基因组所得平均遗传相似系数为0.4721,其中A基因组平均遗传相似系数为0.3797,B基因组平均遗传相似系数为0.4627,D基因组上平均遗传相似系数为0.5815,反映人工合成六倍体小麦后代衍生材料的遗传多样性处于较高水平.研究结果证明利用人工合成六倍体小麦所具有的普通小麦野生近缘种中的基因库改良现代小麦,丰富其遗传基础,减少其生物和非生物胁迫的脆弱性,是一条行之有效的途径.     

小麦未减数配子基因的连锁标记及染色体区段检测

六倍体普通小麦(Triticumaestivum L., AABBDD, 2n=42)由四倍体小麦(T. turgidum, AABB, 2n=28)与节节麦(Aegilops tauschii Cosson, DD, 2n=14)天然杂交,然后通过染色体自动加倍形成。加倍过程主要受四倍体小麦未减数配子基因控制,且不同四倍体小麦存在不同的遗传效应。本研究利用位于3B染色体上未减数配子基因QTug.sau-3B的连锁SSR标记Xgpw1146和高通量DArTseq分子标记,筛选出可能转入四倍体小麦未减数配子基因的人工合成小麦改良后代。在105份改良材料中检测出17份具有四倍体小麦的Xgpw1146等位位点,表明四倍体小麦的未减数配子基因可能转入了这17份材料。利用DArTseq高通量标记技术分析人工合成小麦SHW-L1的88份改良后代,发现含四倍体小麦Xgpw1146等位位点的材料均具有来自SHW-L1、且可能包含Xgpw1146的一个染色体区段,表明未减数配子基因临近区域以一个区段传递到改良后代。这些人工合成小麦改良材料在加倍单倍体育种中有重要的应用潜力。     

人工六倍体小麦后代衍生群体遗传多样性研究(英文)

通过四倍体二粒小麦和节节麦杂交而获得的人工合成六倍体小麦,含有丰富的普通小麦品种改良有益基因,作为拓宽普通栽培小麦性状和新品种改良的新的种质资源已广泛应用于普通小麦的遗传改良实践中.利用分布于小麦A、B、D基因组21条染色体、28个不同染色体臂上的37对微卫星引物,对人工合成六倍体小麦与四川成都平原普通栽培小麦主栽品种杂交、回交经多代选择而形成的117份人工合成六倍体小麦衍生后代高代群体系(其中川麦38、川麦42、川麦43和川麦47为审定品种)进行了DNA分子水平上的分析,共检测到256个等位基因变异,平均每个SSR标记位点检测到6.92个等位变异基因.每个SSR位点等位基因变异数在1～14个,变异幅度较大,表明SSR分子标记在人工合成六倍体小麦中表现出高水平的遗传变异.A,B,D基因组中,D基因组表现出的多态性信息含量最低,为0.427 6,B基因组次之,为0.534 6,A基因组最高,达到 0.614 5(A>B>D).辛普森指数比较的结果也反映出相同的变化趋势,A基因组最高,为1.187 4,B基因组次之,为1.081,D基因组最小,为0.804 6(A>B>D).综合多态性信息含量和辛普森指数的估值,表明这一批人工合成六倍体小麦后代衍生高代群体接受的遗传基因既来自人工合成六倍体小麦,又来自普通栽培小麦,显示杂合度类型丰富,具有较高的遗传差异.根据获得的等位基因变异片断的分布情况进行UPGMA聚类,发现A,B,D基因组基因型间的遗传相似系数较低, A,B,D三基因组37个SSR标记位点所得平均遗传相似系数为0.472 1,A基因组平均遗传相似系数为0.379 7,B基因组平均遗传相似系数为0.462 7,D基因组上平均遗传相似系数为0.581 5,反映出人工合成六倍体小麦后代衍生群体材料的遗传多样性处于较高水平.本研究结果证明利用人工合成六倍体小麦所具有的普通小麦野生近缘种中的基因库改良现代小麦,丰富其遗传基础,减少其生物和非生物胁迫的脆弱性,是一条行之有效的途径.     

双胚苗水稻来源的单倍体、二倍体及其杂交F1的DNA甲基化位点分析

全基因组倍增或多倍化, 伴随着基因丢失和二倍化进程, 被认为是植物进化的重要推动力量。DNA甲基化与miRNA的表观遗传调控机制在植物生长发育及进化过程中起着重要的作用。本文采用MSAP (甲基化敏感扩增多态性)技术分析同一双胚苗水稻来源的单倍体、二倍体及其杂交F₁的基因组DNA 5'-CCGG位点胞嘧啶的甲基化及遗传特点。对部分甲基化位点进行切胶、回收、测序及功能注释, 并结合miRNA靶基因预测探讨特定甲基化位点的遗传特点及其与miRNA的相关性。16对选择性扩增引物在双亲及杂交F₁中共检测了462个DNA甲基化位点, 杂交F₁甲基化水平平均为43.20%, 与双亲相差不大(单倍体为46.75%, 二倍体为41.99%)。以TargetFinder软件分析发现其中的7个甲基化位点基因序列上存在1~4个miRNA的结合位点, 这些基因的功能注释包括逆转录转座子蛋白、ras相关蛋白、H2A/H2B/H3/H4核心组蛋白等。同时, 探讨了逆转录转座子在植物进化中的作用。研究结果为进一步阐明水稻基因组倍增过程中DNA甲基化与miRNA的关系提供了参考。     

冷驯化不同阶段茶树DNA甲基化模式的变化

低温胁迫是影响茶树产量、生长发育和地域分布的重要环境因子之一,需要通过冷驯化的诱导来提高其抗寒性。DNA甲基化是植物表观遗传的重要方式,环境胁迫会引起植物DNA甲基化状态的改变。为研究DNA甲基化是否参与茶树的低温响应,本研究利用甲基化敏感扩增多态性技术(MSAP)和高效液相色谱法(HPLC),分析了不同冷驯化阶段茶树基因组DNA甲基化水平及状态变化。MSAP分析结果表明,50对选择性扩增引物在对照、驯化后和脱驯化样品中分别扩增出905、968和970个甲基化条带,总甲基化位点比例分别为50.6%、54.1%和54.2%。与未驯化的样品相比,冷驯化后和脱驯化的样品基因组DNA甲基化水平升高。HPLC的检测结果与MSAP结果类似。进一步分析甲基化模式发现,与对照相比,茶树冷驯化过程中同时发生了甲基化和去甲基化现象,但总体变化趋势表现为甲基化水平的增加。表明茶树在抗寒响应中出现DNA甲基化现象。     

对人工合成小麦的微卫星变异分析

比较分析了同一四倍体小麦Langdon与5个不同粗山羊草在合成六倍体小麦前后A、B、D染色体组不同染色体上的微卫星变异, 旨在通过分析异源多倍化引起的微卫星位点和序列变异以期探讨异源多倍体的进化机制。在所检测的位于A、B染色体组上各125个特异微卫星(G-SSR)标记中,分别有5个(4.0%)和6个(4.8%)位点发生变异;而在76个A/B染色体组上的表达序列标签微卫星(EST-SSR)标记中,只有2个(2.6%)发生了变异,比A、B染色体组G-SSR变异频率小,说明功能基因区的变异小于重复序列非编码区。在D染色体组上的103个G-SSR标记中,3个位点(2.9%)发生了序列变化。对表现差异的微卫星位点序列分析发现,人工合成小麦中多倍化引起的微卫星序列变异主要表现为简单序列重复单元次数的增加或减少;发生消除的微卫星序列比普通的微卫星序列更易发生不同类型的序列改变。微卫星序列在异源多倍化过程中对新物种基因组的形成可能起到重要的调节作用。     

川麦42遗传背景中人工合成小麦导入位点的SSR标记检测

硬粒小麦和节节麦是六倍体普通小麦的二级基因源,六倍体人工合成小麦遗传变异丰富、蕴藏着丰富的抗性基因,可供现代小麦改良利用。利用人工合成小麦基因资源与四川小麦杂交、回交,已育成了高产、优质、抗病小麦新品种“川麦42”。本文利用217对微卫星（SSR）引物检测“川麦42”遗传背景中人工合成小麦的导入位点,发现24个位点来源于人工合成小麦,占所用引物数的11.06%,远小于理论值25%。川麦42遗传背景中人工合成小麦导入位点在A、B和D染色体组分布频率不均衡,D组>B组>A组;人工合成小麦导入位点在川麦42各染色体间差异也很大,在1B、2B和5A染色体上分布较集中、片段较长,而在1A等11条染色体上则无导入位点;表明人工合成小麦的遗传位点并不按孟德尔遗传规律传至后代,人工选择压力导致遗传位点很大的偏分离行为。     

含6X小黑麦血缘的抗病小麦新材料的种子储藏蛋白分析

６Ｘ小黑麦品种Ｖｅｎｕｓ和２个普通小麦品种杂交回交,选育出ＮＲ９８４９等８个系群９４个系,其中大部份抗条锈病或（和）白粉病。应用酸性聚丙烯酰胺凝胶电脉（ＡＰＡＧＥ）分析了ＮＲ９８４９等系群的６４个株及其亲本Ｖｅｎｕｓ、小偃６号和川育１２号的醇溶蛋白,结果表明,５０．００％的株系具有１ＲＳ／１ＢＬ所特有的Ｇ１ｄ１Ｂ３位点,２０．３１％的株系在Ｇｌｉ－２位点发生了普通小麦与６Ｘ小黑麦遗传物质重组;６４个株系中出现了１种亲本类型,３种重组类型和３种突变重组类型,突变率１５．６２％。ＳＤＳ－聚丙烯酰胺凝胶电泳（ＳＤＳ－ＰＡＧＥ）指出,大多数株系Ｇｌｕ－１位点与普通小麦亲本相同,即由Ｇｌｕ－Ａ１编码的亚基１,Ｇｌｕ－Ｂ１编码的亚基７＋８、１４＋１５,Ｇｌｕ－Ｄ１编码的亚基５＋１０、２＋１２。文中还讨论了６Ｘ小黑麦向普通小     

Assessment of genetic diversity in synthetic hexaploid wheats and their Triticum dicoccum and Aegilops tauschii parents using AFLPs and agronomic traits

Synthetic hexaploid wheats are of interest to wheat breeding programs, especially for introducing new genes that confer resistance to biotic and abiotic stresses. A group of 54 synthetic hexaploid wheats derived from crosses between emmer wheat(Triticum dicoccum, source of the A and B genomes) and goat grass (Aegilops tauschii, D genome donor) were investigated for genetic diversity. Using the AFLP technique, dendrograms revealed clear grouping according to geographical origin for the T. dicoccum parents but no clear groups for the Ae. tauschii parents. The geographical clustering of the T. dicoccum parents was also reflected in the dendrogram of their derived synthetic hexaploids. Diversity of the T. dicoccum parents and their derived synthetic hexaploids was further evaluated by measuring 18morphological and agronomic traits on the plants. Clustering based on morphological and agronomic data also reflected geographical origin. However, comparison of genetic distances obtained from AFLP and agronomic data showed no correlation between the two diversity measurements. Nevertheless, similarities among major clusters with the two systems could be identified. Based on percentage of polymorphic markers, the synthetic hexaploids had a considerably higher level of AFLP diversity (39%) than normally observed in cultivated hexaploid wheat (12–21%). This suggests that synthetic hexaploid wheats can be used to introduce new genetic diversity into the bread wheat gene pool. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

人工合成六倍体小麦后代衍生群体Waxy蛋白亚基的分子标记

四倍体小麦与节节麦杂交培育的人工合成六倍体小麦已广泛应用于国内外小麦品种改良。以引自CIMMYT的Syn768、Syn769和Syn780人工合成六倍体小麦分别与中国四川成都平原主栽普通小麦品种杂交、回交的BC2F2:6后代群体中选育的113份优良高代系为材料,采用SSR特异引物的PAGE凝胶电泳对其Waxy蛋白亚基缺失类型进行了研究。结果表明,在所检测的121份材料中,8份材料缺失Waxy-B1型蛋白亚基,占全部材料的6.6%;没有检测到其他类型的缺失体。从每个人工合成六倍体小麦亲本材料所形成的后代衍生群体来看, Waxy-B1缺失体频率各不相同,说明Waxy蛋白亚基缺失类型在人工合成六倍体小麦后代衍生群体材料中的表现存在着随机性,与亲本的基因型状况关系极大。通过研究人工合成六倍体小麦与普通小麦杂交后代的Waxy蛋白亚基缺失类型,有助于提高分子标记育种效率。     

Identification of quantitative trait loci controlling grain size and shape in the D genome of synthetic hexaploid wheat lines

Synthetic hexaploid wheat is an effective genetic resource for transferring agronomically important genes from Aegilops tauschii to common wheat. Wide variation in grain size and shape, one of the main targets for wheat breeding, has been observed among Ae. tauschii accessions. To identify the quantitative trait loci (QTLs) responsible for grain size and shape variation in the wheat D genome under a hexaploid genetic background, six parameters related to grain size and shape were measured using SmartGrain digital image software and QTL analysis was conducted using four F₂ mapping populations of wheat synthetic hexaploids. In total, 18 QTLs for the six parameters were found on five of the seven D-genome chromosomes. The identified QTLs significantly contributed to the variation in grain size and shape among the synthetic wheat lines, implying that the D-genome QTLs might be at least partly functional in hexaploid wheat. Thus, synthetic wheat lines with diverse D genomes from Ae. tauschii are useful resources for the identification of agronomically important loci that function in hexaploid wheat.     

川麦42中源于人工合成小麦的一个高产位点鉴定

人工合成小麦是改良现代小麦的重要基因资源。川麦42是人工合成小麦与普通小麦杂交育成的高产、抗条锈、广适小麦新品种。利用小麦全基因组的1029个SSR标记扫描,检测了川麦42遗传背景中人工合成小麦导入位点,并利用川麦42与四川小麦品种川农16构建的127个重组自交系(RIL, F₈),在4年6个环境下种植获得的农艺性状数据,分析了人工合成小麦导入位点对小麦产量和产量构成因子的遗传效应,在川麦42遗传背景中发现一个高产的人工合成小麦导入位点Barc1183。根据Barc1183分子标记,将RIL群体中的127个株系分为川麦42基因型(具人工合成小麦导入位点)和川农16基因型(具川农16位点)两组,前者的人工合成小麦导入位点能促进分蘖能力,提高有效穗数、每平方米粒数,增加收获指数、籽粒生产率,在4年6个环境下较后者平均增产达8.92%,Barc1183为一高产的人工合成小麦导入位点。利用中国春双端体和硬粒小麦Longdon的D染色体代换系验证,将其定位于小麦4D染色体长臂。川麦42遗传背景中的高产人工合成小麦导入位点Barc1183,对于进一步开展小麦高产育种研究具有重要价值。     

Genetic characterization of spontaneous diploid androgenetic wheat and triticale plants

The homozygosity of spontaneous hexaploid plants derived from anther culture was evaluated in wheat and triticale by means of 18 and 22 microsatellite markers, respectively. Most of the spontaneous hexaploid plants were homozygous for all the loci tested and had chromosomes recombining for parental alleles. Only 12% of the spontaneous hexaploid wheat plants, 11% of the artificially doubled wheat plants and 4.4% of the spontaneous hexaploid triticale plants were heterozygous at one to three of the loci studied. This showed that spontaneous hexaploid plants mostly came from normal haploid cells, obtained after meiosis, that underwent spontaneous chromosome doubling. However, first or second division restitution, producing unreduced gametes, cannot be completely excluded to explain the origin of the spontaneous hexaploid plants. Cytomixis, involving only one chromosome, or development of aneuploid trisomic gametes, followed by chromosome doubling for the spontaneous hexaploid plants, or transposition events could also explain some of the results obtained.     

一粒系小麦的微卫星分析

利用普通小麦A基因组含有微卫星位点的引物对在3种一粒系小麦的部分同源微卫星位点进行了检测。结果发现,59％的小麦A基因组微卫星位点的引物对可在3种一粒系小麦的多个种质中检测到部分同源微卫星位点,表明A基因组含有的微卫星位点在普通小麦和一粒系小麦间并不完全保守。一粒系小麦的微卫星位点之间在扩增条带数目以及扩增条带长度上均存在广泛差异。同一微卫星位点在不同一粒系小麦种质中的扩增条带数目以及扩增条带长度上也表现明显差异。     

Identification of quantitative trait loci for flowering-related traits in the D genome of synthetic hexaploid wheat lines

The gene pool of Aegilops tauschii, the D-genome donor of common wheat (Triticum aestivum L.), can be easily accessed in wheat breeding, but remains largely unexplored. In our previous studies, many synthetic hexaploid wheat lines were produced through interspecific crosses between the tetraploid wheat cultivar Langdon and various A. tauschii accessions. The synthetic hexaploid wheat lines showed wide variation in many characteristics. To elucidate the genetic basis of variation in flowering-related traits, we analyzed quantitative trait loci (QTL) affecting time to heading, flowering and maturity, and the grain-filling period using four different F₂ populations of synthetic hexaploid wheat lines. In total, 10 QTLs located on six D-genome chromosomes (all except 4D) were detected for the analyzed traits. The QTL on 1DL controlling heading time appeared to correspond to a flowering time QTL, previously considered to be an ortholog of Eps-A ^m 1 which is related to the narrow-sense earliness in einkorn wheat. The 5D QTL for heading time might be a novel locus associated with wheat flowering, while the 2DS QTL appears to be an allelic variant of the photoperiod response locus Ppd-D1. Some of the identified QTLs seemed to be novel loci regulating wheat flowering and maturation, including a QTL controlling the grain filling period on chromosome 3D. The exercise demonstrates that synthetic wheat lines can be useful for the identification of new, agriculturally important loci that can be transferred to, and used for the modification of flowering and grain maturation in hexaploid wheat.     

Genetic analysis of resistance to root-lesion nematode (Pratylenchus thornei) in wheat

The inheritance of resistance to root‐lesion nematode was investigated in five synthetic hexaploid wheat lines and two bread wheat lines using a half‐diallel design of F₁ and F₂ crosses. The combining ability of resistance genes in the synthetic hexaploid wheat lines was compared with the performance of the bread wheat line ‘GS50a’, the source of resistance to Pratylenchus thornei used in Australian wheat breeding programmes. Replicated glasshouse trials identified P. thornei resistance as polygenic and additive in gene action. General combining ability (GCA) of the parents was more important than specific combining ability (SCA) effects in the inheritance of P. thornei resistance in both F₁ and F₂ populations. The synthetic hexaploid wheat line ‘CPI133872’ was identified as the best general combiner, however, all five synthetic hexaploid wheat lines possessed better GCA than ‘GS50a’ The synthetic hexaploid wheat lines contain novel sources of P. thornei resistance that will provide alternative and more effective sources of resistance to be utilized in wheat breeding programmes.