顶芒和无芒山羊草育种价值及细胞学标记

为了评价顶芒山羊草和无芒山羊草在小麦育种中的利用价值,本研究利用人工接种和近红外二极管阵列分析仪分别对圆锥小麦-顶芒山羊草双二倍体和中国春-无芒山羊草双二倍体的抗病性及籽粒品质进行了鉴/测定。结果表明,二者均近免疫小麦条锈病和白粉病,且其籽粒蛋白和湿面筋含量均极显著高于对照小麦,因此,这2个种质值得向小麦进行回交转育。为了建立可用于鉴定小麦背景中2种山羊草的细胞遗传标记辅助鉴定相应回交群体,利用寡聚核苷酸原位杂交(FISH)方法对2份双二倍体进行分析。结果发现,探针(GAA)8可有效鉴定小麦背景中的顶芒山羊草染色体;探针Oligop Sc119.2-1、Oligo-p Ta-535-1和(GAA)8结合使用可有效鉴定小麦背景中的无芒山羊草染色体。本研究首次建立的2种山羊草细胞遗传学标记可用于相应杂种后代的筛选与鉴定工作,为辅助选育含有2种山羊草优异基因的小麦新种质奠定了基础。     

小麦远缘杂交种质资源创新

小麦近缘种是改良小麦的一个重要基因库, 具有许多栽培小麦所不具备的优良特性。我们通过远缘杂交、染色体工程的方法创制了一大批不同类型的材料, 经基因组原位杂交GISH、多色FISH 和特异分子标记鉴定, 抗条锈病、白粉病、叶锈病鉴定, 品质、营养性状以及产量性状鉴定, 共选育出10 类可为育种家利用的抗病、优质、富含微量营养元素、氮高效、丰产性状优良的远缘杂交新种质和新不育系种质; 开发了414对黑麦基因组专化的EST 引物, 31 个黑麦染色体(臂)专化的EST 分子标记, 可应用于分子标记辅助育种, 或追踪检测小麦背景中的黑麦染色体或染色体片段; 进行了抗病新基因的遗传分析和分子标记定位工作。利用新种质, 选育出了一批表现突出的抗病、营养高效的小麦-黑麦、小麦-冰草远缘杂交新品系     

利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱导小麦-华山新麦草染色体易位的研究

小麦(Triticum aestivum)种质24-3-1是通过染色体工程手段获得的一个高抗条锈病的小麦-华山新麦草二体异附加系。为了提高其遗传稳定性,促进华山新麦草(Psathyrostachys huashanica)优异基因的有效利用,对24-3-1进行甲基磺酸乙酯(ethylmethylsulfone,EMS)化学处理来诱导易位系。本研究利用细胞学和基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)对其M2进行鉴定和易位系的筛选,并分析了不同EMS浓度对小麦-华山新麦草染色体易位的诱导效应。结果显示,在930个M2单株中共检测出了61个含有小麦-华山新麦草易位染色体的植株,易位频率为6.56%。其中7个单株检测出含有1条易位染色体,5个单株检测出含有1条易位染色体+1条华山新麦草染色体,20个单株检测出含有2条易位染色体,3个单株检测出含有3条易位染色体,26个单株检测出含有4条易位染色体。根尖细胞学观察和基因组原位杂交证明,含有2条易位染色体的单株为小麦-华山新麦草易位系;含有4条易位染色体的单株为小麦-华山新麦草易位-易位附加系。1.0%EMS为诱导小麦-华山新麦草染色体易位的最适浓度。本研究不仅为小麦特殊遗传材料的建立提供了重要的基因资源,同时也为小麦育种提供了新的种质。     

分子标记和辐射技术在小麦-长穗偃麦草抗赤霉病易位系创建中的应用

为了打破小麦抗赤霉病育种种质资源狭窄的局限,丰富抗赤霉病遗传材料,本研究通过对中国春-长穗偃麦草二体异代换系DS7E/7A与扬麦16杂交后代进行辐射诱变,以产生小麦-长穗偃麦草易位系选择群体,并结合赤霉病抗性鉴定和长穗偃麦草染色体特异分子标记辅助选择,最终获得了5个小麦-长穗偃麦草抗赤霉病易位单株,创建了一条有效获得小麦-长穗偃麦草抗赤霉病易位系的技术路线。小麦-长穗偃麦草抗赤霉病易位系的成功创建不仅为小麦抗赤霉病育种提供了重要的中间材料,也将为小麦近缘种的抗赤霉病研究和利用提供理论与实践参考。     

抗条锈病的小麦-非洲黑麦异代换系的分子细胞学鉴定

黑麦属(Secale)物种是改良小麦条锈病抗性的优良供体,为发掘和利用黑麦属野生种非洲黑麦(S.africanum)所携带的优异抗小麦条锈病基因,本研究在硬粒小麦(Triticum durum)-非洲黑麦双二倍体(基因组为AABBRaRa)和小麦(T.aestivum)杂交的高代材料中发现了一个免疫条锈病的株系HH41.HH41的体细胞染色体数目为2n=42.用小麦D基因组特异重复序列pAsl和秦岭黑麦(S.cereale)基因组总DNA作为探针的顺序原位杂交分析表明,HH41中一对小麦6D染色体被一对非洲黑麦6Ra染色体所代换.利用开发的基于表达序列标签的6R/6Ra特异分子标记也证实了HH41缺少6D特征带,具有6Ra特征带,是6Ra(6D)代换系.条锈菌生理小种(Puccinia striiformis Eriks.f sp.tritici)接种鉴定结果表明其抗条锈病性源自6Ra染色体.本研究还综合利用分子细胞学证据将来自非洲黑麦的6Ra染色体与栽培黑麦的6R染色体的多态性进行了比较,证实了6R(6D)代换系HH41是一种具有古老野生黑麦优异抗性的特殊珍贵材料,是创造异易位系、实现外源基因转移和改良小麦的重要资源.     

人工合成小麦衍生品种川麦47的抗条锈病SSR分子标记定位

条锈病是我国小麦最重要的病害之一，严重威胁小麦生产。川麦47是利用高抗条锈硬粒小麦-节节麦人工合成种基因资源与四川高产小麦绵阳26杂交、有限回交育成的高抗条锈病小麦新品种。为明确川麦47抗条锈性遗传基础，将川麦47分别与高感条锈小麦品种台长29杂交，获得杂交F1、F2群体；对川麦47与台长29构建的F2群体(355株)进行了条锈病抗性鉴定和遗传分析，结果表明，川麦47携带一个显性抗条锈病基因；利用SSR分子标记技术和F2分离群体分组分析法研究表明，该抗条锈病基因位于小麦1B染色体上，与微卫星分子标记Xgwm11、Xgwm18、Xgwm273和Xgwm498紧密连锁，遗传距离分别为2.2CM，2.2CM，4.5CM，3.9CM。川麦47可用于分子标记辅助育种。     

含抗白粉病新基因普通小麦-黑麦1R二体异附加系的遗传学鉴定

黑麦（Secale cereale）含有丰富的优良基因,在小麦遗传改良中具有重要利用价值。为了鉴定普通小麦（Triticum aestivum）与奥地利黑麦杂交后代选育的抗白粉病品系N9436-1的黑麦遗传物质,对其进行了细胞学、基因组原位杂交、Giemsa-C分带、SCAR（sequence characterized amplified region）标记以及酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)分析。结果表明,N9436-1形态学和细胞学稳定,2n=44=22Ⅱ,对白粉病免疫,携带奥地利黑麦的多小穗性状。以奥地利黑麦总基因组DNA为探针的原位杂交结果及Giemsa C-分带显示,N9436-1含有2条奥地利黑麦的1R染色体, SCAR标记鉴定及A-PAGE分析进一步证实N9436-1携带有黑麦遗传物质,表明N9436-1携带的抗白粉病基因不同于Pm8和Pm17,是新的抗白粉病基因,可作为白粉病抗源用于小麦抗病育种。     

EMS诱导小麦易位系YW642突变体的鉴定与分子标记分析

抗黄矮病的小麦-中间偃麦草易位系YW642携带中间偃麦草抗黄矮病基因Bdv2。用化学诱变剂甲基磺酸乙酯（EMS）处理抗黄矮病的小麦-中间偃麦草易位系YW642的种子6000粒,从M2中筛选出32类不同性状的突变体73株,表型变异率约为7.38%。对感黄矮病突变体的M3、M4代继续进行鉴定,证明18个感黄矮病突变体的突变...     

小麦-大麦大穗大粒渐渗系WB13的分子细胞学鉴定

小麦新种质WB13是普通小麦(Triticum aestivum L.)品种7182与农家二棱大麦(Hordeum vulgare ssp.distichon Hsü.)杂交后回交多代衍生而来的大穗大粒材料。为了明确WB13的遗传基础,本研究利用形态学、细胞学、分子标记及特异片段回收测序等技术对其进行了鉴定。结果表明,采用小麦不同同源群简单重复序列(simple sequence repeat,SSR)标记对WB13和小麦7182进行遗传背景分析发现,两者遗传相似系数(genetic similarity coefficient,GS)达97.0%,田间表现为大穗、大粒,综合农艺性状较好;根尖细胞染色体数目为2n=42,以大麦基因组DNA为探针进行基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)未出现杂交信号;利用大麦特异序列标签位点(sequence-tagged site,STS)标记对WB13和农家二棱大麦进行扩增,发现ABG054(4H)和ABC305B(7H)两个标记在WB13中扩增出了大麦特征条带(分别记为WS1和WS3),经测序及序列比对,发现其与扩增到的大麦序列分别具有100%和98%的相似性,与EMBL数据库中的序列比对,与两者有相似性的全为大麦的序列。利用大麦4H和7H染色体上的35对SSR引物对WB13及其亲本进行扩增,发现与千粒重相关的标记MGB396(4H)在WB13中扩增出了大麦的特异条带。综合以上结果确定WB13含有大麦4H和7H染色体的遗传物质,为小麦-大麦渐渗系材料,且4H染色体渗入片段中可能携带与千粒重相关的有益基因。本研究确定了WB13为小麦-大麦杂种后代,此材料的育成丰富了小麦-大麦中间材料和大穗大粒材料的种质资源。同时本研究在分子水平上初步揭示了WB13大穗大粒特性的成因,为后续构建遗传分析群体进行相关数量性状(quantitative trait loci,QTL)定位及推动WB13的研究利用积累了基础资料。     

小麦-黑麦1BL/1RS易位系7-1抗纹枯病的分子细胞学鉴定

黑麦(Secale cereale)是小麦(Triticum aestivum)的重要三级基因源,具有小麦改良所需要的多种优良性状。为丰富小麦杂交育种新的种质资源,利用墨西哥黑麦(2n=2x=14,RR)与普通优质小麦W770B(2n=6x=42,AABBDD)杂交,经过多年筛选,选出若干优良性状的衍生系,在小麦五叶期时用PDA培养基培养的带纹枯病菌的牙签,接菌到小麦芽鞘内,温室内培养,5周后鉴定纹枯病发病等级,计算病情指数,为了结果的准确性,经过多次牙签法鉴定,筛选出病情指数为PI=32.8%的抗病衍生系7-1。为明确衍生系7-1的遗传成分,本研究综合采用形态学、细胞遗传学、基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)、特异序列扩增(sequence characterized amplified region,SCAR)分子标记、简单重复序列(simple sequence repeat,SSR)分子标记和醇溶蛋白分析。对7-1的根尖细胞和花粉母细胞的细胞遗传学观察表明7-1染色体结构和数目稳定2n=42=21Ⅸ;以黑麦DNA为探针的GISH分析观察表明7-1含有两个黑麦染色体臂;黑麦基因组SCAR标记分析表明,D15和P13LF/R能够在黑麦和7-1中扩增出黑麦特异条带,黑麦1RS SCAR标记分析表明,ω-sec-p1/ω-sec-p2、ω-sec-p3/ω-sec-p4和IB-267能够在黑麦和7-1中扩增出黑麦目的条带,说明7-1具有黑麦1RS染色体;筛选小麦每条染色体长短臂上的多对引物,在7-1中只有1BS上的引物Xgwm264和Xgwm11未能扩增出相应条带,其余染色体上的引物均扩增出了条带,说明7-1中缺失了小麦1BS染色体;醇溶蛋白分析表明7-1中扩增出了1RS黑麦碱条带,由此证实了小麦染色体1BS被黑麦染色体1RS所替换,该材料为小麦-黑麦1BL/1RS易位系。本研究中7-1为抗纹枯病的1BL/1RS易位系,为小麦纹枯病抗病育种提供了新的种质资源,拓宽了小麦育种材料。     

小麦条锈病抗性基因定位及分子标记技术研究进展

条锈病流行对小麦生产造成巨大损失,选育和种植持久抗性品种是防治小麦条锈病最经济有效的策略。为达到多基因聚合培育持久抗病品种的目标,必须不断发掘抗病种质、解析其抗病遗传机制并开发分子标记。基于文献,对条锈病抗性基因发掘涉及的抗病性、分子标记、基因定位方法和定位进展及其在育种中的应用进行了综述,明确了小麦条锈病基因定位涉及技术的现状、局限性及优势,从而为后续的条锈病抗性基因发掘、多基因聚合和持久抗性小麦品种的选育与生产布局提供技术指导,以降低西北麦区和小麦主产区条锈病流行的频率,进一步促进国家粮食安全。     

小麦背景中披碱草部分染色体的FISH鉴定

为了建立小麦背景中粗穗披碱草(Elymus trachycaulus)和纤毛披碱草(Elymus ciliaris)染色体的跟踪鉴定方法,本研究利用寡聚核苷酸Oligo-pSc119.2-1和Oligo-pTa-535-1为探针的双色荧光原位杂交(FISH)和以(GAA)₈为探针的单色FISH,分别对4个小麦-粗穗披碱草附加系和5个小麦-纤毛披碱草附加系染色体进行分析。结果发现,经与小麦FISH核型比对后,建立了可用于追踪小麦背景中粗穗披碱草1S^t、5H^t、6H^t和7H^t染色体的标准FISH核型;而纤毛披碱草S^c和Y^c染色体FISH信号较弱。FISH检测发现,小麦-粗穗披碱草1S^t附加系自交自发变成了1S^t(1BS·3BL)代换系,且在其染色体组中检测到了一对T1BL·3BS易位染色体,同时发现5AS端部寡聚核苷酸Oligo-pSc119.2-1序列发生了删除。另外,在小麦-粗穗披碱草5H^t附加系中发现2B染色体短臂末端删除现象,形成了2B-del和2BS-4AS·4AL易位染色体,而另一条2B和4A为正常的完整染色体。这种染色体结构重排事件表明,部分小麦-远缘物种附加系细胞学并不稳定,因此,繁种前后应对材料进行单株细胞学鉴定。上述小麦-粗穗披碱草染色体结构变异体的获得,为研究染色体结构重排与基因转录表达和表型变化的关系提供了研究基础。     

甘肃陇南越夏区小麦抗条锈病育种研究进展

甘肃陇南是中国小麦条锈菌最大、最重要的越夏区,条锈病是发生于该区域小麦生产上最主要的病害,持续不断的培育和种植抗病品种是防治该病最绿色、经济的措施。为了持续控制该区域的条锈病、保障粮食安全,总结了自1995年以来甘肃陇南小麦抗条锈病育种成效,分析了存在的问题,提出了强化优异抗条锈病种质资源材料的评价、挖掘、创新与利用;强化生物育种技术的应用;强化抗病品种(基因)布局等建议。     

Transfer of leaf rust and stripe rust resistance from <Emphasis Type="Italic">Aegilops umbellulata</Emphasis> Zhuk. to bread wheat (<Emphasis Type="Italic">Triticum aestivum</Emphasis> L.)

Aegilops umbellulata acc. 3732, an excellent source of resistance to major wheat diseases, was used for transferring leaf rust and stripe rust resistance to cultivated wheat. An amphiploid between Ae. umbellulata acc. 3732 and Triticum durum cv. WH890 was crossed with cv. Chinese Spring Ph ^I to induce homoeologous pairing between Ae. umbellulata and wheat chromosomes. The F₁ was crossed to the susceptible Triticum aestivum cv. ‘WL711’ and leaf rust and stripe rust resistant plants were selected among the backcross progenies. Homozygous lines were selected and screened against six Puccinia triticina and four Puccinia striiformis f. sp. tritici pathotypes at the seedling stage and a mixture of prevalent pathotypes of both rust pathogens at the adult plant stage. Genomic in situ hybridization in some of the selected introgression lines detected two lines with complete Ae. umbellulata chromosomes. Depending on the rust reactions and allelism tests, the introgression lines could be classified into two groups, comprising of lines with seedling leaf rust resistance gene Lr9 and with new seedling leaf rust and stripe rust resistance genes. Inheritance studies detected an additional adult plant leaf rust resistance gene in one of the introgression lines. A minimum of three putatively new genes—two for leaf rust resistance (LrU1 and LrU2) and one for stripe rust resistance (YrU1) have been introgressed into wheat from Ae. umbellulata. Two lines with no apparent linkage drag have been identified. These lines could serve as sources of resistance to leaf rust and stripe rust in breeding programs.     

Chromosomal distribution and genetic expression of Lophopyrum elongatum (Host) A. Löve genes for adult plant resistance to stripe rust in wheat background

A set of wheat cv. Chinese Spring (CS)-Lophopyrum elongatum addition and substitution lines has been analyzed for its potential to offer new sources of stripe rust resistance for wheat. The adult plants of these lines, together with CS-L. elongatum amphiploid and CS, were inoculated by new physiological races CYR-30 and CYR-31 of stripe rust in China. The resistance investigation indicated that chromosome 7E1 of L. elongatum was responsible for the adult resistance in CS background. Moreover, the expression of the adults plant resistance derived from chromosome 7E1 in wheat background was dependent on the wheat genotype. In addition, the different rust resistance and glutenin composition were observed in 2 CS-L. elongatum amphiploids, indicating the genetic diversity existed in different origins of L. elongatum.     

辐射选育小麦易位系的研究

辐射处理六倍体小黑麦黑杂266×普通小麦克79F3-392的F0种子,通过一定的选育程序,选出了龙辐麦4号,龙辐10946和龙辐10877 3个易位系,经Giemsa-C带技术鉴定,其易位形式分别为6BS/6RL,2AS/2RL和7RL/7AL。酯酶同工酶和过氧化物同工酶的分析表明,3个易位系和黑杂266具有共同的特征酶带。试验证明,3个易位系具备双亲的优良特征特性,其中龙辐麦4号已由黑龙江省品种审定委员会审定推广种植。     

Morphological and molecular cytogenetic characterization of partial octoploid Tritileymus

This study used cytological observation, genomic in situ hybridization (GISH), and seed storage protein electrophoresis to characterize a partial octoploid Tritileymus M842-1 derived from Leymus mollis (NsNsXmXm, 2n = 28) and common wheat cv. 7182 (Triticum aestivum L.), and its relationship with alien chromosomes and those from wheat. Mitotic observations showed that the chromosome configuration of M842-1 was 2n = 56 = 28II. Mitotic and meiotic GISH using two different probes for L. mollis and Psathyrostachys huashanica indicated that M842-1 contained 14 Ns genome chromosomes from L. mollis, which formed seven pairs of uniform bivalents, and confirmed the genomic composition as AABBDDNsNs. The separation of seed storage protein by polyacrylamide gel electrophoresis indicated that M842-1 expressed some L. mollis-specific glutenin and gliadin bands. The seeds of M842-1 were as large as those of wheat cultivars, while they also had a long spike and were covered with wax on the leaves and stems. Disease screening demonstrated that M842-1 was immune to stripe rust, highly resistant to powdery mildew, and moderately susceptible to wheat scab during the adult plant stage. This study demonstrated that the partial octoploid Tritileymus M842-1 could serve as a donor source in wheat breeding programs for the introduction of novel variation to promote high yield and disease resistance.     

国家区试冬小麦品种在甘肃陇南的田间抗条锈病性评价

为精准评价冬小麦品种田间对条锈病的抗性,科学指导抗病育种和抗病材料的合理应用。在位于甘肃陇南不同生态区的甘肃省农业科学院植物保护研究所甘谷试验站和汪川良种场两地,于2017 — 2020年,对122个国家区域试验品种进行了连续3 a的成株期抗条锈病性评价。结果表明,有WJ18-1等19个品种3 a两地均表现抗病,且抗性表现稳定,占供试品种的15.57%; WJ18-494等49个品种具有慢条锈特性,占供试品种的40.16%。绝大多数品种表现出差异性,菌源、环境是主要原因。