基于EST-PCR的簇毛麦染色体特异分子标记筛选及应用

为定位、转移和利用簇毛麦有益基因, 通过花粉辐射, 获得一批包括小麦-簇毛麦易位染色体的异染色体系。为了鉴定这批材料中的簇毛麦染色体身份, 根据水稻、小麦的EST序列合成了240对STS引物, 其中34对引物在普通小麦中国春与簇毛麦间存在多态性;进一步对亲本及簇毛麦二体异附加系进行PCR扩增分析, 标记CINAU32_-300可追踪簇毛麦1V染色体, 标记CINAU33_-280、CINAU34_-510、CINAU35_-1100、CINAU36_-380和CINAU37_-400可追踪簇毛麦2V染色体, 标记CINAU38_-250可追踪簇毛麦3V染色体, 标记CINAU39_-950和CINAU40_-800可追踪簇毛麦4V染色体, 标记CINAU41_-745和CINAU42_-1050可追踪簇毛麦5V染色体, 标记CINAU44_-765和CINAU45_-495可追踪簇毛麦7V染色体。加上本室已开发的2个6V染色体特异标记, 用这些簇毛麦特异分子标记鉴定辐射诱导材料的部分回交后代, 选育出小麦背景中只包含单条簇毛麦染色体的整套1V至7V染色体系, 同时有18条易位染色体的簇毛麦身份得到确定, 表明这些标记可以用来快速检测普通小麦背景中的簇毛麦染色体或染色体片段。     

利用SDS-PAGE和AS-PCR标记鉴定簇毛麦HMW-GS基因

本研究通过SDS-PAGE和AS-PCR标记对簇毛麦HMW-GS进行鉴定,对于快速鉴别导入到普通小麦中的簇毛麦HMW-GS和改良普通小麦品质具有重要意义。利用SDS-PAGE对中国春、钱尼、簇毛麦、6个中国春-簇毛麦二体附加系、普通小麦-簇毛麦3V异代换系进行HMW-GS组成分析,进一步确定簇毛麦HMW-GS基因位于1V染色体。根据已发表的普通小麦HMW-GS基因序列同源性比较结果,设计了3对分别扩增普通小麦x-型亚基基因、y-型亚基基因以及所有HMW-GS基因的特异引物。经过对簇毛麦HMW-GS基因进行扩增发现,这3个AS-PCR标记都能很好地鉴别簇毛麦HMW-GS编码基因,并从分子水平上把簇毛麦HMW-GS基因定位于簇毛麦1V染色体上。     

抗白粉病普通小麦-簇毛麦新种质的遗传学及生化鉴定

普通小麦-簇毛麦抗白粉病新种质94G22-1和94-G33-1都对白粉病免疫。其体细胞染色体数为42,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体构型为21个二价体。用感病小麦品种对其测交,F_1代全部对白粉病表现免疫,F_1代花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体构型为20个二价体加2个单价体。测交F_2抗感比符合3:1的预期分离比例。体细胞快速荧光原位杂交表明94G22-1、94G33-1都带有两条簇毛麦染色体;染色体C-分带证明这两条簇毛麦染色体是一对6V;重双端体分析确认6V代换的普通小麦染色体是6D。在谷草转氨酶(GOT)同工酶电泳图潜的GOT-2活性区,94G22-1、94G33-1显示了3条酶带,其中1条来自簇毛麦,由6V上的基因编码,亚基组成分析亦确证94G22-1、94G33-1是6D(6V)异代换系。     

普通小麦-簇毛麦易位系T4VS·4VL-4AL的选育与鉴定

利用染色体C-分带和基因组原位杂交分析,从普通小麦-簇毛麦4V染色体二体异附加系（DA4V）与普通小麦农林26-离果山羊草3C染色体二体异附加系（DA3C）杂种后代中选育出小麦-簇毛麦纯合易位系T4VS·4VL-4AL。SSR和RFLP标记分析表明,该易位染色体包括4VS、4VL近着丝粒部分区段和4AL顶端区段;该易位系具有良好的细胞学稳定性,结实正常,为杀配子染色体诱发形成的补偿型易位;易位系T4VS·4VL-4AL高抗梭条花叶病,是小麦抗病育种新种质。     

簇毛麦1V染色体SSR标记的筛选

选用位于普通小麦1A、1B、1D染色体上的32对微卫星引物对普通小麦中国春、簇毛麦、6个中国春-簇毛麦二体附加系和1个普通小麦-簇毛麦二体代换系进行SSR分析,发现引物Xgwm498在簇毛麦中扩增出2条长分别为110 bp和190 bp的片段（即Xgwm498/110和Xgwm498/190）, 这两个片段仅在簇毛麦、中国春-簇毛麦1Ha附加系中出现,其余2Ha、     

普通小麦近缘物种黑麦1R、簇毛麦1V及鹅观草1Rk#1染色体特异分子标记的筛选

为筛选普通小麦近缘物种黑麦1R、簇毛麦1V及鹅观草1Rk^#1染色体特异分子标记，根据已定位于普通小麦第一部分同源群的EST序列设计104对STS引物，对中国春、鹅观草、黑麦及簇毛麦进行多态性分析。在104对STS引物中，有53对在对照普通小麦中国春与鹅观草、黑麦及簇毛麦之间存在多态性。利用普通小麦-黑麦1R~7R二体异附加系筛选出5对黑麦1R染色体特异标记，分别是CINAU 19-₅₀₀、CINAU20-₉₅₀、CINAU21-₁₅₀₀、CINAU22-₃₁₀和CINAU23-₂₀₀₀；利用普通小麦-簇毛麦1V~7V二体异附加系筛选出5对簇毛麦1V染色体特异标记，分别是CINAU23-₁₇₀₀、CINAU24-₁₀₅₀、CINAU25-₁₆₅₀、CINAU26-₅₀₀和CINAU27-₆₂₀；利用鹅观草二体异附加系DA1Rk^#1、异代换系DS1Rk^#1(1A)、端体系DA1Rk^#1L、易位系T1Rk^#1S·W、长臂缺失系Del1Rk#1L筛选出5对鹅观草1Rk^#1特异标记，分别是CINAU27-₉₆₀、CINAU28-₁₃₆₀、CINAU29-₄₈₀、CINAU30-₅₆₀和CINAU31-₅₂₀。研究表明，可以利用普通小麦的EST序列设计PCR引物，转化成STS标记，筛选普通小麦近缘物种黑麦、簇毛麦及鹅观草等染色体特异的分子标记，快速检测和追踪导入普通小麦背景中的黑麦1R、簇毛麦1V及鹅观草1Rk^#1染色体或染色体片段，为深入研究普通小麦远缘杂种材料提供新的工具。     

簇毛麦6V染色体短臂特异分子标记的开发和应用

为开发簇毛麦6V染色体短臂特异的分子标记,并利用这些标记对缺失系进行鉴定,选用11个RGA和17对STS引物进行多态性分析,其中1个RGA引物和1对STS引物在对普通小麦扬麦5号、簇毛麦及普通小麦-簇毛麦6VS/6AL易位系进行多态性分析时,分别检测到一条约1 000 bp和约800 bp的多态性片段,将这两个标记转化为稳定的特异性分子标记,分别命名为CINAU17-1086和CINAU18-₇₂₃。运用这两对引物对一系列材料进行扩增,只有含6V染色体短臂的材料才能扩增出相应的特异条带,表明这两个标记均位于簇毛麦6VS上。进一步利用簇毛麦6VS缺失添加系、易位系将CINAU17-₁₀₈₆标记定位在簇毛麦6VS FL0.58与FL0.70之间,将CINAU18-₇₂₃标记定位在簇毛麦6VS FL0.45与着丝粒之间。利用这两个特异标记对通过花粉辐射获得的部分簇毛麦6VS结构变异材料进行PCR鉴定,其结果与细胞学鉴定结果一致。CINAU17-₁₀₈₆和CINAU18-₇₂₃标记可用来快速检测和追踪导入普通小麦背景中的簇毛麦6VS染色体片段,并对缺失系的断点进行了初步界定。     

簇毛麦染色体对小麦生理指标的影响

研究了扬麦158、硬簇麦以及小麦-簇毛麦异染色体系DA1V、DS2V、DA3V、DA4V、DS4V、DA5V、DS6V、DA6V、DA7V等11个材料的苗期耐盐性和扬花期的光合生理特性,为进一步挖掘簇毛麦优质资源,服务小麦育种提供理论依据.11个材料在四叶期分别用浓度为100,150,200,250 mmol/L的NaCl溶液处理,进行了相对电导率的测试.在扬花期进行了气孔导度、胞间CO2浓度和净光合速率的测定.结果表明:高浓度盐胁迫(250 mmol/L NaCl)下,簇毛麦2V、3V和7V染色体能有效缓解盐胁迫对小麦的危害;簇毛麦3V染色体对不同浓度盐胁迫均表现耐盐性,3V染色体上可能携有耐盐基因;簇毛麦2V、5V、7V染色体上可能携有高光效基因,DS2V、DA5V和DA7V可作为培育高光效小麦的育种材料.     

普通小麦–簇毛麦种质对菲利普孢囊线虫的抗性分析

菲利普孢囊线虫(Heterodera filipjevi)是在我国新发现的一种小麦病原线虫, 已严重威胁我国小麦的安全生产。小麦近缘种属具有改良小麦所需的许多目标性状, 是丰富小麦遗传变异、选育抗病品种的重要基因资源。采用室内接种鉴定法, 从20份小麦近缘属种材料中发现簇毛麦(Dasypyrum villosum)高抗H. filipjevi。分别对3套普通小麦–簇毛麦染色体附加系和6VS易位系进行接虫抗性鉴定, 结果6V染色体附加系高抗H. filipjevi;含6VS的易位系则表现感病。据此推测, 簇毛麦6V染色体上可能含有抗H. filipjevi基因, 且可能位于6VL上。     

小麦-簇毛麦染色体代换系、易位系Ⅴ染色体RAPD标记筛选

利用105条S系列和100条Operon随机引物,对小麦一簇毛麦代换系(6V／6A)、两个易位系(6VS／6AL,6VS／6DL)及亲本簇毛麦(VV)、硬粒小麦(AABB)、栽培小麦(AABBDD)的多态性进行了筛选分析。80．95％的S系列引物扩增出了结果,且条带较清晰;在100条OP系列引物中均扩增出结果,条带清晰可见。从205个随机引物中发现,只有1个引物OPW03在含有簇毛麦V染色体的4个材料中均扩增出l条约570bp的谱带,而在栽培小麦和硬粒小麦中没有发现。因此,可以推测这个分子标记(OPW03—570)是位于簇毛麦V染色体短臂上的。     

干旱胁迫下小麦脯氨酸积累相关基因的染色体定位

对于旱胁迫和对照条件下中国春-Hope代换系和中国春-长穗偃麦草代换系的叶片脯氨酸含量进行了测定，通过方差分析表明：普通小麦可能在4B、5A和5D染色体上有控制干旱胁迫下脯氨酸积累的基因存在，6B和6D染色体上可能有抑制脯氨酸积累的基因存在。在测定中国春-长穗偃麦草代换系的叶片脯氨酸含量后，确定小麦5A和5D染色体上有     

A New Source of Resistance to Pseudocercosporella herpotrichoides, Cause of Eyespot Disease of Wheat, Located on Chromosome 4V of Dasypyrum villosum

Resistance to Pseudocercosporella herpotrichoides in five wheat cultivars, accession W6 7283 of Dasypyrum villosum, and ‘Chinese Spring’ disomic addition lines of the D. villosum chromosomes IV, 2V, 4V, 5V, 6V and 7V, was evaluated in seedlings by measuring disease progress 6 weeks after inoculation with a β—glucuronidase—transformed strain of the pathogen and by visual estimates of disease severity. D. villosum and the disomic addition line of chromosome 4V were as resistant as wheat cultivars ‘VPM—1’ and ‘Cappelle Desprez’, but less resistant than ‘Rendezvous’. Resistance of the chromosome 4V disomic addition line was equivalent to that of D. villosum.‘Chinese Spring’ and disomic addition lines of IV, 2V, 5V, 6V and 7V were all susceptible. These results confirm Sparaguee's (1936) report of resistance in D. villosum to P. herpotrichoides and establish the chromosomal location for the genes controlling resistance. The presence of chromosome 4V in the addition line and its homocology to chromosome 4 in wheat were confirmed by Southern analysis of genomic DNA using chromosome group 4-specific clones. This genetic locus is not homoeologous with other known genes for resistance to P. herpotrichoides located on chromosome group 7, and thus represents a new source of resistance to this pathogen.     

簇毛麦6VS上4个新分子标记的鉴定及与抗白粉病基因Pm21的连锁分析

Pm21具有强抗白粉病特性，位于簇毛麦6V染色体短臂（6VS）上。染色体分析和白粉病抗性检测表明，Pm21在受体小麦内是稳定遗传的。筛选与Pm21相连锁分子标记，在小麦抗白粉病辅助选择育种上有重要意义。利用RAPD和AFLP分子标记方法，对簇毛麦6V染色体和含有6V的小麦-簇毛麦代换系、6VS的易位系6AL/6VS、6DL/6VS进行分子标记筛选，以分析位于6VS上的分子标记及其与Pm21的关系。RAPD检测表明，OPK08910特异片段存在于含簇毛麦6V染色体的代换系（6A/6V）、易位系（6AL/6VS，6DL/6VS）和簇毛麦中。AFLP检测显示，PstⅠ+AGG / MseⅠ+CAC、PstⅠ+ACC / MseⅠ+CCT和PstⅠ+ AAG / MseⅠ+CGC 共3对引物分别可以在6A/6V、6AL/6VS、6DL/6VS和VV中扩增出264 bp、218 bp和232 bp特异带，并与抗白粉病基因Pm21共分离，因此，上述来源于6VS上的4个新的分子标记，可作为源自簇毛麦Pm21基因的选择标记，用于小麦抗病育种。