基于SLAF-seq技术开发长穗偃麦草染色体特异分子标记

长穗偃麦草1E及7E染色体上带有重要的抗赤霉病基因, 开发大量相关染色体特异分子标记有助于准确定位抗性基因及获得可用于辅助育种紧密连锁的标记。基于SLAF-seq技术, 获得了368个长穗偃麦草1E染色体特异片段, 随机选取80个特异片段设计引物, 开发了20个长穗偃麦草1E染色体特异分子标记、2个长穗偃麦草基因组特异分子标记及26个其他特异分子标记, 效率达60%。用这些特异标记能稳定检测出不同小麦–长穗偃麦草衍生材料中的1E染色体或片段。通过标记与优良性状的共分离特性, 获得与相关基因紧密连锁的标记, 将为小麦抗性育种中的分子标记辅助选择提供依据。     

二倍体长穗偃麦草高分子量谷蛋白亚基多态性研究

二倍体长穗偃麦草(Thinopyrum elongatum)E组染色体携带有对小麦遗传育种有益的基因。通过SDS-PAGE，分析了9份二倍体长穗偃麦草的高分子量谷蛋白亚基类型，初步发现有6种等位变异类型，显示了二倍体长穗偃麦草E组染色体携带有丰富的高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)等位基因类型，是普通小麦进行品质改良的重要基因资源。     

小麦-十倍体长穗偃麦草抗白粉病新种质的鉴定与分析

十倍体长穗偃麦草是普通小麦遗传改良的重要材料。对从十倍体长穗偃麦草与普通小麦衍生后代中选育的2个株系(10-1-3-1和10-1-3-2)进行形态学和分子细胞学检测。结果表明:在田间自然发病条件下,10-1-3-1高抗白粉病,而10-1-3-2高感白粉病;二者根尖细胞染色体数均为2n=42,基因组原位杂交表明10-1-3-1的一对染色体短臂被长穗偃麦草遗传物质所替换,而10-1-3-2没有明显的杂交信号;利用长穗偃麦草E基因组的特异引物p Le UCD2对2个株系及其亲本进行PCR检测,发现10-1-3-1扩增出长穗偃麦草特异DNA条带,进一步证明其含有长穗偃麦草的遗传物质;269(96.1%)对SSR和EST-SSR引物在2个株系间表现单态扩增,表明这两个材料的遗传组成基本一致。以上结果表明,10-1-3-1是一个小麦-十倍体长穗偃麦草易位系,可以作为小麦抗病改良的亲本材料。本研究为小麦抗白粉病育种提供新的种质资源,有助于育种方面的深入探讨与利用。     

硬粒小麦-长穗偃麦草附加系、代换系和易位系的创制

通过小麦与长穗偃麦草远缘杂交创制附加系、代换系及易位系是小麦遗传改良中利用长穗偃麦草优良基因的重要途径。本研究将长穗偃麦草特异分子标记、染色体计数、基因组原位杂交(GISH)及非变性原位杂交(ND-FISH)等多种方法相结合,对硬粒小麦Langdon(AABB)与小偃麦8801(AABBEE)的杂交后代群体进行分子细胞学鉴定,创制出硬粒小麦-长穗偃麦草3E、6E染色体双体附加系Du-DA3E和Du-DA6E,硬粒小麦-长穗偃麦草1E(1B)染色体双体代换系Du-DS1E(1B)以及硬粒小麦-长穗偃麦草1AS-1EL染色体易位系Du-T1AS·1EL。创制的4个种质中长穗偃麦草染色体均能稳定遗传,这不仅增加了硬粒小麦-长穗偃麦草附加系和代换系的类型,还为后续利用长穂偃麦草优良基因改良小麦提供了特殊种质资源。     

八倍体小偃麦和硬粒小麦杂交后代的染色体组成分析

在小麦育种工作中,因长穗偃麦草、中间偃麦草和四倍体硬粒小麦等小麦近缘种属含有许多重要的功能基因,育种家经常应用远缘杂交创制小麦育种中间材料。本研究应用FISH、GISH、Mc-GISH技术检测了八倍体小偃麦和四倍体硬粒小麦杂交的后代材料,结果表明:山农20和四倍体硬粒小麦的杂交后代中,D组染色体显著优先于十倍体长穗偃麦草染色体传递到子代中;中3和中4与四倍体硬粒小麦的杂交后代中,D组和中间偃麦草染色体从1～14条随机传递到子代中;所有材料中仅从山农20和四倍体硬粒小麦的杂交后代中筛选出3份稳定的代换系,对其中的2576-1代换系进一步分析证明,是十倍体长穗偃麦草染色体代换了1D染色体并确定该材料抗条锈病,可以作为育种材料,也为异源新种质的创制奠定了基础。     

基于抑制消减杂交开发长穗偃麦草(Lophopyrum elongatum)特异分子标记

分别以二倍体长穗偃麦草和普通小麦中国春的基因组DNA作实验组和对照组,运用抑制消减杂交(SSH)技术去除2个基因组DNA之间的同源序列, 获得长穗偃麦草特异的DNA片段构建的单向抑制消减文库,并对随机克隆测序。根据测序结果设计引物,获得36个长穗偃麦草基因组特异分子标记,成功率高达69.2%。这些标记均能在具有长穗偃麦草E染色体的不同小麦背景和不同世代中稳定表现,可用于小麦背景中跟踪长穗偃麦草染色体或片段。     

长穗偃麦草（Agropyron elongatum,2n=14)与普通小麦间的多态性及E组染色体的特异RAPD标记

以普通小麦中国春、长穗偃麦草及其7个二体异附加系为材料,用26个10碱基随机引物进行随机扩增,以检测普通小麦与长穗偃麦草间的多态性并建立长穗偃麦草染色体特有的RAPD标记。实验结果表明:26个引物在中国春及长穗偃麦中共扩增出180条带,其中中国春121条,长穗偃麦草94条,二者相同的带只有35条,仅占19.44％,另外80.56％的带在二者间揭示了多态性,从分子水平揭示二者基因组间存在着较高水平的多态性。有三个引物OPE—05、OPF—03和OPF—15分别在两亲本间揭示了多态性,同时这一多态性带也分别出现于双二倍体及1E、3E染色体的附加系中,其片段大小分别为1300bp、700bp、400bp,因而OPE—05_(1300)、OPF—03_(700)和OPF—15_(400)分别是1E和3E染色体的特异RAPD标记,可以用来快速地跟踪鉴定1E和3E染色体并应用于偃麦草属的研究中。     

强筋抗病高产小麦新品种西农511

摘要：西农511小麦品种是西北农林科技大学吉万全教授团队采用远缘杂交与染色体工程育种技术相结合，以西农2000—7作母本，99534（小麦十倍体长穗偃麦草衍生系）作父本杂交，于2011年选育而成。该品种为多穗型小麦品种，每666.7平方米产量潜力在650公斤以上，生产水平550公斤左右，对陕西、河南、安徽、江苏灌区中高产水肥地有良好的适应性。     

源于长穗偃麦草的小麦新品系CH7034抗白粉病基因的染色体定位

CH7034是一个兼抗小麦白粉病和条锈病的新种质材料,通过普通小麦与八倍体小偃麦"小偃7430"杂交、回交选育而成.为明确其白粉病抗性的遗传机制及抗性基因的染色体位置,用小麦高感品系"SY95-71"与CH7034杂交,所获F1、F2及其双亲在温室用白粉病E09菌系的15号小种接种,对CH7034的白粉病抗性进行鉴定和遗传分析.结果表明,无论是苗期还是成株期,CH7034对白粉病菌均表现为免疫,且具有与其抗性供体小偃7430及野生亲本长穗偃麦草相似的白粉病抗性,F1代抗病反应型为O或O'级,F2代抗感分离比符合R:S=3:1,说明CH7034抗性受显性单基因控制.用307对小麦微卫星引物对一个148株的F2群体进行分析,发现小麦微卫星标记xgwm311与抗病基因连锁,遗传距离为12.4 cM.用中国春缺-四体和双端体材料进一步验证与抗病相关的片段位于2A染色体的长臂上,进而将CH7034所含的抗白粉病基因定位于小麦的2AL上.     

一种小麦小染色体的产生及遗传分析

染色体观察结果表明,小偃5号和小偃6号4E(4D)蓝粒单体代换系自交后代分离的二体、单体和白粒4D缺体中均不存在小染色体;这种白粒4D缺体进一步自交获得的自花结实4D缺体(HN5和HN6)中均产生了一对小染色体。HN5和HN6中的这两种小染色体在细胞减数分裂中期能发生配对的频率为77.4%,HN6中的小染色体与小麦4D染色体配对的频率为55.4%,HN5和HN6中的两种小染色体均不能与长穗偃麦草中的4E染色体发生配对。     

小麦品种小偃9323抗条锈基因的遗传分析和分子作图

小偃9323是小偃6号的同源材料,具有早熟、抗逆性强、适应性广、抗条锈性强等许多优良的生物学特性。为明确其抗条锈性及遗传规律,利用当前流行的中国条锈菌小种CYR32对抗病品种小偃9323与感病品种铭贤169及其杂交后代F₁、F₂、F₃和BC₁代进行苗期抗条锈性遗传分析,并对其抗条锈基因进行SSR分子标记。结果表明,小偃9323对CYR32小种具有良好的抗性,由1对隐性基因所控制。利用F₂代分离群体,筛选到6个与抗病基因连锁的SSR标记,分别是Xwmc807、Xbarc3、Xwmc684、Xwmc201、Xwmc553和Xwmc179;该抗病基因位于小麦6AL染色体上,其最近的标记为Xwmc201和Xwmc553,遗传距离分别是2.6 cM和3.7 cM。分析表明,该基因不同于已知抗条锈基因,暂被命名为YrXY9323。用YrXY9323两侧遗传距离最近的标记Xwmc201和Xwmc553对42个黄淮麦区主栽小麦品种进行分子检测,结果表明有19%的品种具有与YrXY9323相同的标记位点。本结果对YrXY9323在小麦抗条锈病育种中的应用提供了理论依据。     

小麦新种质N9628-2抗白粉病基因的SSR分析

以抗白粉病的波斯小麦-小伞山羊草双二倍体Am9为母本, 与高感白粉病的普通小麦品种陕160杂交, 并用陕160回交一次, 从其后代中选育的普通小麦种质N9628-2对陕西省关中地区白粉病流行小种关中4号表现免疫。为了明确N9628-2所携带抗性基因的遗传方式及与抗性基因连锁的分子标记, 对该种质的抗白粉病基因进行了遗传分析和SSR标记分析。用高感白粉病品种陕160、陕优225与N9628-2杂交, F₁代对白粉病均表现高抗, F2代抗感分离比例均符合3∶1, 表明N9628-2的白粉病抗性由1对显性基因控制。通过208对SSR引物对陕160 ´ N9628-2 F2代抗感分离群体的142个单株的检测, 发现位于6A上的SSR位点Xwmc553和Xwmc684在双亲和抗、感池间有特异性, 并与抗性基因连锁, 遗传距离分别是10.99和7.43 cM, 表明抗病基因可能位于6A染色体上。 用中国春部分第6同源群的缺体-四体系和双端体系进行验证, 进一步将抗性基因定位在6AS。用连锁的SSR标记和相关亲本分析表明, 该抗病基因可能来源于小伞山羊草Y39, 它不同于已有抗白粉病基因, 可能是一个新基因。     

小麦品种中梁22抗条锈病基因的遗传分析和分子作图

对中梁22/铭贤169杂交F₂群体苗期抗条锈病鉴定及中国春单体系抗病基因的染色体定位发现, 中梁22携带1个显性(暂命名YrZhong22)和1个隐性抗病基因, 前者位于5B染色体。由中梁22´铭贤169的F₂群体构建抗病、感病池, 用SSR标记结合集群分离分析法(BSA), 建立了与YrZhong22连锁的4个微卫星标记Xwmc289、Xwmc810、Xgdm116和Xbarc232, 并将YrZhong22定位于小麦5BL染色体。YrZhong22与相邻微卫星位点Xwmc810和Xgdm116的遗传距离分别是2.7 cM和4.4 cM。系谱分析及分子标记分析表明, YrZhong22可能是一个来自中间偃麦草的新抗条锈病基因。     

Identification and molecular mapping of a leaf rust resistance gene in spelt wheat landrace Altgold

Leaf rust, caused by Puccinia triticina, is an important disease for wheat production, both in China and worldwide. In laboratory studies spelt wheat (Triticum aestivum ssp. spelta) landrace Altgold was resistant to P. triticina races THT and PHT and genetic analysis indicated that it possessed a dominant leaf rust resistance gene, temporarily designated LrAlt. F₆ recombinant inbred lines (RILs) derived from a cross with the susceptible common wheat cultivar Nongda 3338 were used to map LrAlt with SSR markers. The resistance gene was distal to SSR loci Xbarc212, Xwmc382, Xgwm636, and Xwmc407 on the short arm of chromosome 2A. The closest markers Xbarc212 and Xwmc382 which co-segregated were 1.8 cM away from LrAlt. The relationships of LrAlt and other wheat leaf rust resistance genes located on the short arm of chromosome 2A were discussed, suggesting that LrAlt might be a new leaf rust resistance gene.     

Identification and molecular tagging of a stripe rust resistance gene in wheat line P81

Stripe rust, caused by Puccinia striiformis f. sp. tritici (PST), is one of the most devastating diseases in common wheat ( Triticum aestivum L.). With the objective of identifying and tagging a new gene for resistance to stripe rust in wheat line P81, F₁, F₂ and F_2:3 populations from the cross 'Chuanmai 28'/P81 were inoculated with Chinese PST race CYR32 in greenhouse and field trials. P81 carried a single dominant gene for resistance (designated YrP81 ) to CYR32. Tests of allelism showed that YrP81 was different from Yr5 , Yr10 , Yr15 and Yr26 . Simple sequence repeat (SSR) and resistance gene-analogue polymorphism (RGAP) between the parents were used for genotyping the F₂ populations. YrP81 was closely linked to four SSR loci on chromosome 2BS with genetic distances of 18.3 cM ( Xwmc25 ), 1.8 cM ( Xgwm429 ), 4.1 cM ( Xwmc770 ) and 5.3 cM ( Xgwm148 ). Two RGAP markers RGA1 (NLRR/XLRR) and RGA2 (Pto kin4/NLRR-INV2) were also closely linked to YrP81 with genetic distances of 4.7 and 6.3 cM, respectively. The linkage map of YrP81 and molecular markers was established in the order Xwmc25 - RGA2 - RGA1 - Xgwm429 - YrP81 - Xwmc770 - Xgwm148 . Pedigree analysis, response patterns with Chinese PST races and associations with markers suggested that YrP81 is a novel stripe rust resistance gene. The PCR-based microsatellite and RGAP markers identified here could be applied in selection of YrP81 in wheat breeding.     

小麦品种贵农21抗条锈病基因的SSR标记

对贵农21携带的条锈病 (Puccinia striiformis Westend f. sp. tritic) 抗性基因进行鉴定和遗传分析,明确了贵农21携带1个抗条锈病显性单基因,暂命名为YrGn21。采用F₂代抗病分离群体和集群分离分析法(BSA),建立了与YrGn21连锁的11个微卫星标记Xcau14、Xwmc49、Xgwm403、Xgdm62、Xwmc272、Xgwm459、Xbarc240、Xbarc187、Xgdm28、Xgwm11和Xgwm413,并将YrGn21定位于小麦1BS的近着丝粒区域,与位于1BS染色体上的Yr26基因具有等位性关系,为贵农21抗条锈病基因在育种中的利用,进行标记辅助选择和基因累加提供了便利。     

小麦品系M8003-5抗条锈病基因遗传分析和分子作图

为了利用小麦抗条锈病品系M8003-5中的抗病基因,用当前7个流行的条锈菌生理小种对小麦品系M8003-5的抗条锈性进行了鉴定,发现该品种对当前的各优势小种均有良好抗性。在温室内以病菌小种Su11-4对M8003-5在进行苗期抗条锈性鉴定和遗传分析,初步确定M8003-5对Su11-4的抗性由1对显性基因控制,位于7DS上的SSR标记Xbarc5、Xwmc463、Xwmc405、Xbarc126、Xgwm295、Xgwm44、Xwmc702、Xwmc438、Xwmc121、Xgwm111和Xbarc121与该基因连锁,最近的为Xwmc702和Xwmc438,遗传距离分别为3.5 cM和4.3 cM。分子标记及其相关分析表明,此基因可能来自黑麦,与已定位于7D染色体上的抗病基因不同,暂命名为YrM8003。利用与其紧密连锁的标记Xwmc702和Xwmc438测黄淮麦区43个主栽品种,结果显示,有20%的品种具有与YrM8003基因相同的标记位点。这一结果有助于YrM8003在抗条锈病育种的应用。     

小偃麦新种质CH7102抗条锈病特性的遗传分析

对衍生于普通小麦与八倍体小偃麦‘小偃7430’杂种后代的抗条锈病新种质CH7102进行抗性鉴定和遗传分析,明确其抗性来源及其遗传方式。采用条锈菌流行小种CYR31、CYR32对CH7102及其亲本进行苗期抗性评价;对CH7102分别与感病品种和已知抗性基因载体品系的杂交后代接种CYR32进行成株期抗条锈性遗传分析和等位性测验。CH7102具有与其抗病亲本‘小偃7430’和彭提卡偃麦草相似的侵染型,而所有的小麦亲本均感病,表明CH7102的抗性来自彭提卡偃麦草;CH7102与感病品种‘台长29’和‘绵阳11’杂交、回交,其F2、BC1、F2:3代的抗、感分离比分别符合3:1、1:1和1:2:1的单显性基因分离模式。而CH7102与已知抗性基因载体品系杂交F2代的抗感分离比为15:1。CH7102对条锈病的抗性来自彭提卡偃麦草,其抗性受1对显性核基因控制,而且与已知的抗CYR31、CYR32的抗性基因Yr5、Yr10、Yr15、Yr24/Yr26、Yr41不存在等位关系,属新的抗条锈病基因。     

小麦-偃麦草杂种后代及小麦种质资源对纹枯病的抗性

为鉴定小麦-偃麦草杂种后代以及我国小麦品种和育种中间品系对纹枯病的抗性,并且解析偃麦草染色体与纹枯病抗性的关系,在徐州和南京两个试点,采用田间病圃法对321份普通小麦品种或品系和56份小麦-偃麦草杂种后代材料进行了纹枯病抗性鉴定。在徐州试点没有发现高抗纹枯病的种质,但是有52份材料表现中抗反应型,包括34份普通小麦材料,其中萧农8506-1、小偃81、冀植4001、农大195、徐州8913和京东3066A-3的相对抗病指数高于0.7。在南京试点,全部普通小麦材料都不抗纹枯病,只有5份小麦-偃麦草种质表现中抗反应型。部分小麦-偃麦草种质的病情指数不但显著低于感病对照品种苏麦3号和扬麦158,而且还低于抗病对照品种安农8455和宁麦9号,如小麦-中间偃麦草4Ai#2或4Ai#2S附加系、代换系和易位系材料TA3513、TA3516、TA3517和TA3519及小麦-长穗偃麦草第4部分同源群染色体代换系SS767,说明中间偃麦草4Ai#2染色体和长穗偃麦草4J染色体可能与纹枯病病情指数降低有关。基因组原位杂交分析结果表明,4Ai#2染色体属中间偃麦草的J^s基因组,而长穗偃麦草与纹枯病抗性相关的第4部分同源群染色体属J基因组。虽然纹枯病与眼斑病的发病部位和症状非常相似,但抗眼斑病基因Pch1 (Madsen)和Pch2 (Cappelle-Desprez)对纹枯病无效。