黑麦重复序列在检测小麦品种中外源染色体的应用

本研究根据RAPD引物OPH20在黑麦中扩增出的特异序列pSc20H.2设计一对PCR引物pSc20ht-23/24,以来源于黑麦的小麦抗叶锈近等基因系材料TcLr45及感病对照Thatcher为亲本进行PCR扩增。并对42个小麦抗叶锈近等基因系及103个小麦品种材料进行检测。引物pSc20ht23/24在TcLr45中扩增出一条约750bp的条带,而在Thatcher中无扩增条带。对该特异片段回收、克隆测序为734bp。42个小麦抗叶锈近等基因系检测在TcLr26中扩增出与TcLr45相同的条带,而在同样来源于黑麦的小麦抗叶锈近等基因系TcLr25中未扩增出该条带;中国春-Imperial黑麦附加系1R-7R中除5R外均扩增出该条带;13个1B/1R易位系小麦品种也扩增出该条带;90个地方小麦品种中有16个扩增出该条带,6个品种经系谱分析具有黑麦遗传背景,表明该标记可用于检测小麦中含有的除黑麦5R染色体之外的外源染色质。     

小麦-黑麦代换系间杂交后代的SSR分析

为了深入了解7个大穗型小麦品系的遗传基础及更好地利用其对小麦进行遗传改良,利用SSR技术,对从小麦-黑麦代换系5R/5A与6R/6A杂交后代中选育的大穗型品系08-4、08-5、08-6、08-7、08-8、08-9、08-12进行了分析。结果表明,使用位于黑麦染色体上的17个SSR引物,在15个引物位点上,7个品系带型同普通小麦的相似。从所用引物中筛选出引物Xgwm247-6RL,在08-4、08-8、08-12和黑麦中扩增出约168bp、178bp、190bp 的三条黑麦特异片段,证明了品系08-4、08-8、08-12 中导入了黑麦6R染色体长臂的遗传物质。由于这些品系具有大穗、多小穗等优良性状,是有经济价值和利用价值的遗传材料。     

陆地棉转录因子的染色体定位

利用植物转录因子PTFD数据库1 116条陆地棉转录因子DNA序列设计的1 455对SSR引物,筛选陆地棉品种/品系渝棉1号、中棉所35、7235和T586,获得66对多态性引物。它们涉及到27个转录因子家族的64个转录因子,其中渝棉1号与中棉所35间23对多态性引物,渝棉1号与T586间30对多态性引物,渝棉1号与7235间33对多态性引物。以多态性引物检测对应重组近交系群体,共获得93个位点。其中,(渝棉1号×中棉所35)群体23个位点,(渝棉1号×T586)群体32个位点,(渝棉1号×7235)群体38个位点。利用转录因子SSR位点与实验室已定位的SSR位点进行遗传连锁分析,将84个位点定位于23条染色体上,其中32个位点分布于A染色体组,52个位点分布于D染色体组。     

不同簇毛麦6VS染色体臂的白粉病抗性特异功能标记的开发及应用

小麦6VS·6DL易位系Pm97033和6VS·6AL易位系92R137中的6VS染色体臂来自不同的簇毛麦种质,均表现良好的白粉病抗性,本研究利用分子标记对这2个易位系所包含抗病基因的异同进行了鉴定。利用与Pm21抗白粉病相关的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶Stpk-V基因(GenBank登录号为HQ864471.1)的基因组和cDNA序列为基础,在包含至少1个内含子的2个编码区设计引物,从Pm97033中扩增获得特异的多态性片段。为进一步提高特异性和扩增的稳定性,对特异扩增片段测序并重新设计引物,扩增筛选获得2个引物对,其中PK-F1/PK-R可专一扩增6VS·6DL易位系Pm97033及其抗病亲本,而PK-F2/PK-R可同时特异扩增2个不同来源的簇毛麦6VS染色体,但二者间的特异片段具有多态性。利用这2对引物,对系谱中包含6V(6D)和6VS·6AL、抗白粉病的小麦品系CB037进行检测,发现仅出现与6VS·6AL易位系相同的簇毛麦扩增片段,不存在簇毛麦No. 1026 (Pm97033的6VS供体)的扩增片段。基因组原位杂交结果表明,CB037仅含1对小麦-簇毛麦的易位染色体,用已报道的分子标记检测证明易位涉及的小麦染色体为6A,与本研究开发的分子标记检测结果相吻合,表明CB037携带的白粉病抗性基因来自6VS·6AL易位系92R137,其白粉病抗性可能与Pm97033具有不同的遗传基础。     

小麦品种百农AK58与周麦18的遗传差异性分析

为解析百农AK58和周麦18的遗传差异,利用表型数据分布于小麦全基因组的305个SSR标记进行分析,以期为小麦大面积种植品种的培育提供参考。方差分析表明,百农AK58和周麦18在株高、千粒质量和单位面积穗数上存在极显著差异,其中百农AK58在株高和单位面积穗数上明显优于周麦18。分子标记比较发现,305对SSR引物中有130对引物在百农AK58与周麦18之间扩增出差异带,多态引物比例达到42.6%。2个品种在A、B、D基因组存在差异的引物数基本一致,分别有34,37,37个,多态引物比例表现为B基因组(43.9%)A基因组(37.1%)D基因组(33.5%)。百农AK58和周麦18的遗传差异在小麦7个部分同源群和21对染色体上也表现一定的不均衡性。在7个部分同源群之间,二者在第5部分同源群的遗传差异最大,多态引物比例达到49.3%,而在染色体水平上,它们在3B、5B、7B、4A的遗传差异相对较大,多态性引物比例均超过50%。百农AK58和周麦18所不同的SSR位点是遗传研究中需要重点关注的基因组区域。     

草棉EST-SSRs的遗传评价

根据GenBank中公布的247条草棉EST序列,搜索SSR并进行引物设计。其中的25条序列含有27个SSR,1~6碱基重复类型都存在,二碱基和三碱基重复的频率较高。为了明确在A、D和AD基因组中的可转移性,依据25条序列共设计25对EST-SSR引物,其中22对引物扩增出清晰可辨的DNA条带,产生92个多态性片段,平均每对引物产生3.64个多态性片段。引物的多态性信息含量(PIC)在0.49~0.91之间,平均为0.81。6对引物在BC₁种间作图群体[(鄂棉22 × Pima3-79) ×鄂棉22]中表现多态性,产生7个多态性位点,其中5个为共显性,2个为显性。除HAU230b标记在BC₁分离群体中不符合孟德尔式分离比例,其余引物表现正常分离。6个位点被整合到陆地棉和海岛棉种间BC₁遗传连锁图谱上的6条染色体：有4个位于A亚基因组的4条染色体上(Chr.6、10、11和12),2个位于D亚基因组的2条染色体(Chr.19和20)。     

普通小麦背景中长穗偃麦草[Lophopyrum elongatum(Host) A. Lve]E染色体组的RGAP特异标记

利用已知植物抗病基因编码氨基酸保守区域NBS-LRR(核苷酸结合位点-富亮氨酸区域)设计了42个简并引物组合,运用抗病基因类似物多态性(resistance gene analog polymorphism,RGAP)分子标记技术,对中国春、中国春-长穗偃麦草双二倍体及其附加系和代换系基因组DNA进行PCR扩增。结果表明,共有38对引物组合获得扩增产物,其中35对在普通小麦中国春、中国春-长穗偃麦草双二倍体中能扩增出多态性,平均每个引物组合扩增出38.5个片段。在普通小麦背景下,共获得275条长穗偃麦草E基因组多态性谱带,占扩增总谱带数的17.44%,揭示出在普通小麦背景下E基因组和普通小麦A、B、D基因组间的高丰度遗传变异。另外,利用RGAP分子标记技术,构建了一套完整的长穗偃麦草1E~7E染色体的特异RGAP标记。为小麦背景中长穗偃麦草外源遗传物质的快速检测提供了新途径。     

普通小麦背景中长穗偃麦草[Lophopyrum elongatum (Host) A. Löve]E染色体组的RGAP特异标记

利用已知植物抗病基因编码氨基酸保守区域NBS-LRR（核苷酸结合位点-富亮氨酸区域）设计了42个简并引物组合，运用抗病基因类似物多态性（resistance gene analog polymorphism，RGAP）分子标记技术，对中国春、中国春-长穗偃麦草双二倍体及其附加系和代换系基因组DNA进行PCR扩增。结果表明，共有38对引物组合获得扩增产物，其中35对在普通小麦中国春、中国春-长穗偃麦草双二倍体中能扩增出多态性，平均每个引物组合扩增出38.5个片段。在普通小麦背景下，共获得275条长穗偃麦草E基因组多态性谱带，占扩增总谱带数的17.44%，揭示出在普通小麦背景下E基因组和普通小麦A、B、D基因组间的高丰度遗传变异。另外，利用RGAP分子标记技术，构建了一套完整的长穗偃麦草1E~7E染色体的特异RGAP标记。为小麦背景中长穗偃麦草外源遗传物质的快速检测提供了新途径。     

普通小麦背景中长穗偃麦草[Lophopyrum elongatum（Host）A．Loeve]E染色体组的RGAP特异标记

利用已知植物抗病基因编码氨基酸保守区域NBS—LRR（核苷酸结合位点-富亮氨酸区域）设计了42个简并引物组合，运用抗病基因类似物多态性（resistance gene analog polymorphism，RGAP）分子标记技术，对中国春、中国春-长穗偃麦草双二倍体及其附加系和代换系基因组DNA进行PCR扩增。结果表明，共有38对引物组合获得扩增产物，其中35对在普通小麦中国春、中国春-长穗偃麦草双二倍体中能扩增出多态性，平均每个引物组合扩增出38．5个片段。在普通小麦背景下，共获得275条长穗偃麦草E基因组多态件谱带，占扩增总谱带数的17．44％，揭示出在普通小麦背景下E基因组和普通小麦A、B、D基因组间的高丰度遗传变异。另外，利用RGAP分子标记技术，构建了一套完整的长穗偃麦草1E～7E染色体的特异RGAP标记。为小麦背景中长穗偃麦草外源遗传物质的快速检测提供了新途径。     

小麦背景下冰草6P染色体特异EST标记的开发

小麦-冰草[Agropyron cristatum (L. ) Gaertn.] 6P附加系普冰4844-12具有多粒等可用于小麦改良的优异基因。为高效率检测由小麦-冰草6P附加系衍生的易位系和渐渗系,以普冰4844-12及其亲本普通小麦Fukuhokomugi和冰草Z559 (2n=4x=28, PPPP)为材料,通过对冰草转录组测序获得的EST序列设计的P基因组EST分子标记引物,筛选在普通小麦背景下的6P染色体特异分子标记。结果从1 453对P基因组EST引物中筛选出130对小麦-冰草6P附加系特异标记引物。进而将这些特异标记与NCBI nr蛋白质数据库及小麦EST序列进行了比对,发现4条冰草EST序列的功能注释与抗病、抗逆相关;36条冰草EST与已经定位的小麦EST具有较高的相似性,其中33条(91.67%)位于小麦第6部分同源群染色体。为了进一步验证这些标记的特异性,分别对其中4个具有功能注释的EST标记在中国春等7个普通小麦背景下和随机选择的5个标记在小麦-冰草6P易位系背景下进行了检测,结果证明其确实可用于检测6P染色体。这些冰草6P染色体特异标记的开发为大规模地鉴定小麦-冰草衍生后代中P染色质成分奠定了基础。     

High‐throughput development of SSR marker candidates and their chromosomal assignment in rye (Secale cereale L.)

Shotgun survey sequences of flow‐sorted individual rye chromosomes were data mined for the presence of simple sequence repeats (SSRs). For 787,850 putative SSR loci, a total of 358,660 PCR primer pairs could be designed and 51,138 nonredundant SSR marker candidates were evaluated by in silico PCR. Of the 51,138 SSR primer candidates, 1,277 were associated with 1,125 rye gene models. A total of 2,112 of the potential SSR markers were randomly selected to represent about equal numbers for each of the rye chromosomes, and 856 SSRs were assigned to individual rye chromosomes experimentally. Potential transferability of rye SSRs to wheat and barley was of low efficiency with 4.3% (2,189) and 0.4% (223) of rye SSRs predicted to be amplified in wheat and barley, respectively. This data set of rye chromosome‐specific SSR markers will be useful for the specific detection of rye chromatin introgressed into wheat as well as for low‐cost genetic and physical mapping in rye without the need for high‐tech equipment.     

来自野生二粒小麦的抗白粉病基因PmAS846及其染色体定位和分子标记分析

N9738是经抗性定向选择和农艺性状筛选所培育的抗白粉病普通小麦新种质,携带来自野生二粒小麦As846的抗白粉病基因PmAS846,在苗期和成株期高抗白粉菌生理小种E09和陕西关中地区流行菌系,本研究对该种质携带的抗白粉病基因进行了染色体定位和分子标记分析。对N9738和高感小麦白粉病的普通小麦品种辉县红杂交的F₁、F₂代分离群体和F_2:3代家系进行白粉病抗性鉴定和遗传分析证实,N9738苗期抗性由1个显性抗白粉病基因控制,单(缺)体分析将该基因定位在小麦5B染色体上。采用位于5B染色体的分子标记结合集群分离分析法(BSA法)分析,筛选出与PmAS846连锁的11个SSR标记和2个EST-STS标记,PmAS846两翼的SSR标记Xgwp3191和Xfcp1与该基因的遗传距离分别为7.3 cM和1.8 cM,EST-STS标记BF202652和BF482522与该基因的遗传距离均为5.1 cM。根据该基因两翼SSR标记对中国春5B染色体缺失系(Bin系)的分析将其定位在5B染色体长臂0.75~0.76区域。研究结果为PmAS846的分子标记辅助选择和精细定位奠定了基础。     

普通小麦辉县红-荆州黑麦异染色体系的选育及其梭条花叶病抗性鉴定

为发掘和利用荆州黑麦所携抗梭条花叶病基因，综合利用分子细胞遗传学与分子标记技术结合多年抗性鉴定，从高感梭条花叶病小麦地方品种辉县红与荆州黑麦杂交后代（F₇~F₉）中选育出二体异附加系5个(分别添加1R、2R、R3、5R和R7)、5RS端二体异附加系1个和多重异附加代换系2个（染色体组成分别为20’’+2R(2D)’’+4R’’和19’’+1R（1B）’’+2R（2B）’’+4R’’）。鉴定表明，双二倍体荆辉1号高抗梭条花叶病，表明黑麦抗性基因可在小麦背景中稳定表达，2R、R7二体异附加系及2个含2R的多重异附加代换系均表现高抗，推测2R和R7上可能携带抗病基因。这些材料是研究荆州黑麦抗性基因遗传及小麦抗病育种的新种质。     

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。     

Transferability of rice SSR markers to Miscanthus sinensis, a potential biofuel crop

Miscanthus sinensis (M. sinensis) is a perennial C₄ photosynthesis grass, with high yield, high efficiency of water usage, low fertilizer requirement, tolerance to extreme environments, and is one of the plant species with good biofuel potential. Simple sequence repeat (SSR) markers are highly informative and widely used in plant genetic studies. In this study, 88 SSR primer pairs derived from the rice genome, including 47 EST-SSRs (eSSRs) and 41 genomic SSRs (gSSRs), were evaluated for cross-species transferability to M. sinensis. Forty-one SSR primer pairs in total could successfully amplify DNA fragments in M. sinensis, showing an overall transferability rate of 46.6 % between rice and M. sinensis. The transferability rate of eSSR (51.1 %) was higher than that of gSSR (41.5 %). A total of 140 SSR loci and 340 alleles in the set of rice and M. sinensis germplasm collections were detected. Nei’s gene diversity varied from 0 to 0.72 and averaged 0.35. Shannon’s information index varied from 0 to 1.49 and averaged 0.56. The observed heterozygosity ranged from 0 to 0.95 and averaged 0.08. Thirty-nine loci (27.86 %) were shown heterozygosity out of 140 SSR loci. A dendrogram based on genetic distance showed a significant geographic differentiation. Our results indicated that 46.6% of the rice SSR markers are transferable to M. sinensis, and are useful for germplasm evaluation and genetic analysis in M. sinensis.     

Gene Localization of Aspartate Aminotransferase and Endopeptidase Isozymes in Wheat and Rye Using Developmental and Organ-Specific Patterns

Wheat, rye and wheat-rye addition lines have been investigated regarding their developmental and organ-specific isozyme patterns of aspartate amino-transferase (AAT) and endopeptidase (EP). Evidence is given, that development-specific isozymes of AAT are encoded by chromosomes 3R and 4R of ‘Imperial’ rye which can be used as biochemical markers up to leaf age of 14 days. Organ-specific increase of intensity of bands for AAT in stems could be assigned to genes or alleles of chromosome 3A of ‘Chinese Spring’ wheat. For EP new markers were localized on chromosomes 4R and 6R of ‘Imperial’ rye showing variability. Utilization of these markers is possible at all developmental stages of the leaves. Mechanisms of gene regulation are discussed.     

Comparative study of the structure of chromosome 1R derived from Secale montanum and Secale cereale

We produced 15 dissection lines of common wheat carrying segments of chromosome 1R of wild rye (Secale montanum) (1R^m) by the gametocidal system. Using the 1R^m dissection lines and previously established 24 dissection lines of chromosome 1R from cultivated rye (Secale cereale cv. ‘Imperial’) (1Rⁱ), we conducted cytological mapping of 97 markers that were amplified in the 1Rⁱ addition line. Sixty‐eight of the 97 markers were amplified in the 1R^m addition line. To reveal what structural differentiation occurred in chromosome 1R during domestication, we compared the cytological map of chromosome 1Rⁱ with that of chromosome 1R^m, and also with the previously published cytological map of chromosome 1R from wheat cultivar ‘Burgas 2’ (1R^B). There was one discrepancy in marker order in the satellite region between chromosomes 1Rⁱ and 1R^B, while there were four discrepancies in marker order between chromosomes 1Rⁱ and 1R^m. These results suggested that during the domestication of rye, some intrachromosomal rearrangements had occurred in chromosome 1R, although this chromosome is regarded as the most stable chromosome in the rye genome.     

Transferability of rice SSR markers to bamboo

Simple sequence repeat (SSR) markers are widely applied in studies of plant molecular genetics due to their abundance in the genome, codominant nature, high repeatability, and transferability in cross-species applications. To investigate the possibility of applying rice SSR markers in bamboo, we selected 120 rice SSR markers that are evenly distributed on rice chromosomes and assessed these for their transferability to 21 different bamboo species. A total of 4847 bands of 2196 alleles were obtained from 82 SSR markers that were able to amplify products in the bamboo genome; the transferability was 68.3%. Seven markers specifically amplified individual bamboo species and are consequently valuable markers for species identification. SSR markers located on rice chromosome 7 and 1 showed the highest and lowest transferability, respectively to the bamboo genome. SSR markers located on some regions of the rice chromosomes could not be amplified in bamboo, suggesting that regional divergence occurred between rice and bamboo during evolution. A dendrogram was constructed. The dendrogram classified bamboo species into two major groups which coincided with rhizome type, runner, and clumper. The results of this study demonstrate that rice SSR markers can be a valuable source of markers for those genomes lacking useful marker systems.     

普通小麦中国春-百萨偃麦草异染色体系的分子标记分析

综合利用HMW-Glu亚基、STS、SSR和RFLP等分子标记对普通小麦中国春、百萨偃麦草、中国春-百萨偃麦草双二倍体和11个中国春-百萨偃麦草异染色体系进行了分析。结果表明，14对SSR、10对STS引物和6个RFLP标记可以特异追踪百萨偃麦草染色质。C7-17及其后代株系C7-17-2等编码百萨偃麦草特异HMW-Glu亚基，添加染色体涉及与小麦第１部分同源群染色体部分同源的1J；1对STS、3对SSR和1个RFLP探针可以特异追踪二体附加系CH05中的百萨偃麦草染色体，并揭示最初根据分带核型确定的J3与小麦第2部分同源群染色体具有较高的部分同源性；2对STS、1个RFLP探针和1对SSR可以追踪CH09的外源染色体，并揭示最初确定的J7与小麦第3部分同源群染色体具有较高的部分同源性；1对STS和1个RFLP探针在CH03、CH04和CH34中具有相同的多态，3个附加系可能添加了相同染色体，最初确定的J₁、J₂和J_?与小麦第7部分同源群染色体具有较高的部分同源性；3对SSR引物可以特异追踪CH12中附加的大片段易位染色体和CH11中的小片段易位染色体，推测易位可能涉及同一条百萨偃麦草染色体。发现13个标记（5个STS、3个RFLP探针和5个SSR）可以追踪未涉及到的4J和5J等染色体。     

小麦分子遗传图谱的加密

高密度的分子标记遗传图谱是QTL定位、图位克隆和分子标记辅助选择等研究的基础。以小麦品种“京花1号/小白冬麦”的双单倍体(DH)群体和“农大015/复壮30”的重组自交系(RIL)群体为作图群体,选用在DH群体双亲间的339个多态性标记和在RIL群体双亲间的343个多态性标记分析作图群体各个株系的基因型,对本中心近年开发的SCAR、EST-SSR标记以及他人开发的SSR、EST-SSR标记进行了染色体定位,并利用连锁分析软件Joinmap 4.0将2个作图群体的结果整合,最终构建了10个连锁群,将217个SSR、EST-SSR和SCAR位点定位在9条染色体上,进一步提高了小麦遗传图谱的密度。