太谷核不育小麦研究工作的回顾与展望

本文综述了太谷核不育小麦的鉴定及基因定位、形态解剖、生物化学等方面的研究结果,从而肯定了作物核不育的存在。利用这个显性雄性核不育基因使在自花授粉作物中进行大规模的轮回选择育种成为可能,同时提出了这是开拓微效基因利用的有效途径。通过轮回选择、远缘杂交诸途径,已培育出高产、抗病、早熟、优质等品种（系）,还有耐赤霉病、耐干旱、耐盐碱、抗虫等抗逆性强的优异品种（系）及许多抗源材料,展示出利用这个新材料于育种的光明前景。     

小麦条锈病的抗性遗传及其在育种中的利用

小麦条锈病是小麦最重要的病害之一,利用品种的抗病性是控制该病的主要方法,目前已确定并命名的抗病基因有30个.综述了小麦的抗条锈性遗传及其抗病基因在染色体上的定位,指出在抗病育种工作中,优异的小麦条锈病抗源及抗病基因是抗病育种的基础.在普通小麦和小麦的野生近缘植物,特别是在长期未被有效利用的农家地方品种中蕴含着丰富的条锈菌抗源和抗病基因资源,因此应该充分利用现有有效基因,挖掘利用新的抗源,实现生产品种抗病基因的多样化,以达到持久抗病的目的.     

小麦条锈病的抗性遗传及其在育种中的利用

小麦条锈病是小麦最重要的病害之一，利用品种的抗病性是控制该病的主要方法，目前已确定并命名的抗病基因有30个．综述了小麦的抗条锈性遗传及其抗病基因在染色体上的定位，指出在抗病育种工作中，优异的小麦条锈病抗源及抗病基因是抗病育种的基础．在普通小麦和小麦的野生近缘植物，特别是在长期未被有效利用的农家地方品种中蕴含着丰富的条锈菌抗源和抗病基因资源，因此应该充分利用现有有效基因，挖掘利用新的抗源，实现生产品种抗病基因的多样化，以达到持久抗病的目的．     

白粒小麦品种选育与展望

根据近年来小麦新品种种质资源的遗传育种及推广应用情况,分析研究了小麦红粒品种和白粒品种的种植现状,提出了"以生产发展、群众喜爱、市场需要为基础,高产、抗逆性强为前提,努力选育优质、白皮、大穗大粒、商品性好、广适性强、农艺性状优异为中心"的小麦种质资源遗传育种新目标新方向。在30多年的小麦种质资源遗传育种工作中,将传统的育种理论与自创的选择方法相结合,阐述了白粒小麦品种种质资源的选育方法及育种成果。在目前小麦遗传育种转基因技术不太成熟、进展缓慢的情况下,为小麦育种工作者提供一些有益的参考。     

野生稻优良基因的发掘利用研究进展

野生稻中蕴含着大量抗生物胁迫和耐非生物胁迫的基因,是栽培稻品种进一步改良的天然遗传种质资源库。对野生稻中抗虫、抗病、抗逆、高产等优良基因的发掘及定位作了概述,并对野生稻优异基因的利用前景进行了展望。     

中国小麦地方品种抗白粉病基因的发掘与定位

小麦(Triticum aestivum L.)地方品种具有丰富的遗传多样性,其中蕴含着丰富的抗白粉病基因,为小麦遗传改良和抗病育种提供了优异的抗源。就中国小麦地方品种抗白粉病研究进行了综述,包括抗病资源筛选鉴定、抗病性遗传分析、抗病基因定位及分子标记研究等,探讨了利用地方品种抗源进行小麦育种存在的问题,并对其发展前景进行了展望。     

小麦抗赤霉病遗传育种研究进展及思考

小麦赤霉病是世界性病害,严重危害小麦生产,已成为我国粮食安全的重大威胁.国内外在小麦赤霉病抗源筛选、抗病基因发掘与克隆及抗赤霉病育种等方面取得重大进展.从抗赤霉病早期遗传研究、抗病基因/QTL挖掘、基因/QTL效应研究和抗病基因克隆等方面回顾了抗赤霉病遗传研究进展,并对基于表型选择和分子标记辅助的抗赤霉病育种成就进行了总结.在分析现有普通小麦抗源和外源抗性材料的育种利用局限的基础上,针对性地提出3点建议:一是加强对已育成和推广品种的抗性鉴定,筛选其中的抗病品种进行抗病基因研究;二是利用抗病基因的加性效应聚合现有品种携带的不同抗病基因,减少抗病基因与不利农艺性状的连锁累赘,培育抗赤霉病高产品种;三是加大外源基因的发掘、改造和利用.     

粗山羊草抗条锈病鉴定及抗病基因YrY212 SSR标记

【目的】粗山羊草是小麦野生近缘属种,是D基因组的供体,蕴含大量的抗病资源,是进行小麦遗传改良的重要遗传资源,明确其抗病基因的数量、类型、在染色体上的位置以及其与已知抗条锈病基因间的关系,挖掘抗条锈病新基因,为小麦育种提供优良抗病新种质。【方法】用离体叶和田间鉴定方法鉴别来自不同产地的38份粗山羊草的抗条锈病情况,对条锈病抗病性进行遗传分析,并利用SSR分子标记定位粗山羊草中的抗病基因。【结果】离体叶鉴定发现,有9份材料对条中29和条中31菌株免疫,占供试材料的23.68%;有6份材料高感或中感,占供试材料的15.79%,其余材料抗病等级不一致。田间混合菌种鉴定结果表明,有19份材料免疫,其中10份材料苗期感病但成株期抗病,占供试材料的26.32%。从粗山羊草(Aegilops tauschii (Coss.) Schmal)Y212中鉴定出1个显性抗小麦条锈病基因,暂定名为YrY212。应用分离群体分组法(BSA)筛选到Wmc506、Barc184、Wmc450和Cfd41标记,其与YrY212之间的遗传距离分别为3.0,4.0,7.0和20.0 cM,位于Wmc506和Barc184之间。【结论】根据连锁标记所在小麦微卫星图谱的位置,YrY212被定位在7DS染色体上,分析基因所在染色体的位置、抗病性特征认为,YrY212是一个新的抗小麦条锈病基因。     

单芒山羊草染色体组优异基因发掘

单芒山羊草是小麦遗传改良的优异基因源,为发掘其基因组优异基因,以中国春小麦为对照,对一套中国春-单芒山羊草附加系进行农艺性状调查、抗病性鉴定以及品质性状测定。结果发现,单芒山羊草5N染色体上含有矮秆基因,1N和7N染色体上含有密穗基因;1N染色体上具有抗小麦条锈病基因;4N染色体导入小麦能够显著提高小麦品质。这些优异基因可用于小麦染色体工程育种中。     

棉花遗传育种现状及展望

棉花是我国重要的经济作物,新品种的选育和应用对我国棉花产业的发展具有重要意义。综述了不同育种方式在棉花遗传育种中应用的现状,指出目前我国棉花新品种选育进展缓慢,抗病虫、抗除草剂、抗逆、高产、高纤维品质、无酚棉、彩色棉等优良品种资源缺乏,高光效、高产、新型抗虫抗病等优良基因的挖掘和利用不足。并针对性地提出必须进一步加强传统育种和现代分子育种手段的有效结合,进行基础研究和目标育种,不断优化和改进育种方式,扩大我国棉花产业的优势,提高我国棉业的国际竞争力。     

Genetic control of effective juvenile resistance to foliar diseases in Aegilops tauschii Coss. Samples

Having studied genetic control of juvenile resistance to diseases in Aegilops tauschii Coss. samples from the VIR collection, we identified one dominant gene for effective resistance to leaf rust Lr41, seven recessive genes for resistance to septoriosis, and two recessive genes for resistance to dark brown leaf spot blotch.     

Molecular mapping of YrTZ2, a stripe rust resistance gene in wild emmer accession TZ-2 and its comparative analyses with Aegilops tauschii

Wheat stripe rust, caused by Puccinia striiformis f. sp. tritici (Pst), is a devastating disease that can cause severe yield losses. Identification and utilization of stripe rust resistance genes are essential for effective breeding against the disease. Wild emmer accession TZ-2, originally collected from Mount Hermon, Israel, confers near-immunity resistance against several prevailing Pst races in China. A set of 200 F_6:7 recombinant inbred lines (RILs) derived from a cross between susceptible durum wheat cultivar Langdon and TZ-2 was used for stripe rust evaluation. Genetic analysis indicated that the stripe rust resistance of TZ-2 to Pst race CYR34 was controlled by a single dominant gene, temporarily designated YrTZ2. Through bulked segregant analysis (BSA) with SSR markers, YrTZ2 was located on chromosome arm 1BS flanked by Xwmc230 and Xgwm413 with genetic distance of 0.8 cM (distal) and 0.3 cM (proximal), respectively. By applying wheat 90K iSelect SNP genotyping assay, 11 polymorphic loci (consisting of 250 SNP markers) closely linked to YrTZ2 were identified. YrTZ2 was further delimited into a 0.8-cM genetic interval between SNP marker IWB19368 and SSR marker Xgwm413, and co-segregated with SNP marker IWB28744 (co-segregated with 28 SNP). Comparative genomics analyses revealed high level of collinearity between the YrTZ2 genomic region and the orthologous region of Aegilops tauschii 1DS. The genomic region between loci IWB19368 and IWB31649 harboring YrTZ2 is orthologous to a 24.5-Mb genomic region between AT1D0112 and AT1D0150, spanning 15 contigs on chromosome 1DS. The genetic and comparative maps of YrTZ2 provide a framework for map-based cloning and marker-assisted selection of YrTZ2.     

Identification of the resistance gene to powdery mildew in Chinese wheat landrace Baiyouyantiao

Powdery mildew, caused by Blumeria graminis f. sp. tritici (Bgt), is one of the most damaging diseases to wheat in the world. The cultivation of resistant varieties of wheat is essential for controlling the powdery mildew epidemic. Wheat landraces are important resources of resistance to many diseases. Mapping powdery mildew resistance genes from wheat landraces will promote the development of new varieties with disease resistance. The Chinese wheat landrace Baiyouyantiao possesses characteristic of disease resistance to powdery mildew. To identify the resistance gene in this landrace, Baiyouyantiao was crossed with the susceptible cultivar Jingshuang 16 and seedlings of parents and F₁, BC₁, F₂, and F_2:3 were tested with Bgt isolate E09. The genetic results showed that the resistance of Baiyouyantiao to E09 was controlled by a single recessive gene, tentatively designated PmBYYT. An Illumina wheat 90K single-nucleotide polymorphism (SNP) array was applied to screen polymorphisms between F₂-resistant and F₂-susceptible DNA bulks for identifying the chromosomal location of PmBYYT. A high percentage of polymorphic SNPs between the resistant and susceptible DNA bulks was found on chromosome 7B, indicating that PmBYYT may be located on this chromosome. A genetic linkage map of PmBYYT consisting of two simple sequence repeat markers and eight SNP markers was developed. The two flanking markers were SNP markers W7BL-8 and W7BL-15, with genetic distances of 3 and 2.9 cM, respectively. The results of this study demonstrated the rapid characterization of a wheat disease resistance gene and SNP marker development using the 90K SNP assay. The flanking markers of gene PmBYYT will benefit marker-assisted selection (MAS) and map-based cloning in breeding wheat cultivars with powdery mildew resistance.     

小麦远缘杂交现状、抗病基因转移及利用研究进展

小麦近缘植物中含有丰富的抗病、抗逆和抗虫等基因,是小麦育种的优异基因源。通过远缘杂交可以将近缘植物优异基因转移给小麦,创制包括双二倍体或部分双二倍体、附加系、代换系和易位系等在内的小麦-近缘植物异染色体系。这些含小麦近缘植物血缘的异染色体系是研究物种染色体行为与进化、基因定位与作图的重要素材,也是拓宽小麦的遗传基础、抵御小麦重要病虫害、增加小麦产量和提升小麦品质的重要物质基础。为了更加清晰地了解小麦远缘杂交概况及小麦近缘植物抗病基因向小麦的转移,也为今后小麦远缘杂交研究和种质资源的开发利用提供参考,文中对小麦族物种分类、小麦远缘杂交的定义与意义、小麦族山羊草属、黑麦属、偃麦草属、簇毛麦属、冰草属、大麦属、披碱草属、赖草属、新麦草属以及旱麦草属物种与小麦远缘杂交现状和异染色体系创制情况进行了概括,并对来源于小麦近缘植物被正式命名的17个抗条锈病基因、35个抗叶锈病基因、30个抗秆锈病基因、41个抗白粉病基因、3个抗赤霉病基因、1个抗麦瘟病基因、1个抗叶枯病基因、1个抗颖枯病基因、4个抗褐斑病基因、2个抗眼斑病基因、1个抗梭条花叶病基因、2个抗线条花叶病基因和2个抗禾谷类黄矮病基因向小麦的转移情况及其所在染色体的位置信息进行了归纳。小麦-黑麦1RS·1BL易位系、1RS·1AL易位系和小麦-偏凸山羊草2NS/2AS易位系等抗病优良种质的育成与利用在世界小麦育种史上做出了突出贡献,然而,这仅仅得益于对少数抗病基因的利用。与目前已经被命名的基因数量相比,被利用到小麦育种中的抗病基因相对较少。文中分析了当前已命名抗病基因利用情况比例偏低的原因,并对今后如何利用这些抗病基因提出了建议。同时,还列举了已克隆的源自小麦近缘植物的抗病基因,并对克隆这些基因的方法以及今后可能的研究热点进行了分析,认为加强无遗传累赘的小麦-近缘植物易位系的创制与应用仍可能是今后小麦育种材料创新与新品种培育的一个重要发力点。     

乙烯应答因子W17基因RNAi表达载体的构建及小麦遗传转化

干旱、高盐和病虫害严重影响了作物的产量和品质.ERF(ethylene responsive factor)转录因子是介导生物和非生物胁迫响应的重要调控因子.本实验室从小麦中克隆到抗逆相关ERF转录因子W17基因,本研究以植物表达载体pAHC25为基础,构建了含有反向重复序列的RNAi表达载体pAHC-W17RNAi.采用基因枪法45枪轰击小麦品种新春9号幼胚材料2 379个,共获得115株T0代再生植株,其中12株为阳性转基因植株.半定量RT-PCR分析表明,转基因植株中W17基因及其调控的下游基因的表达水平均显著下降;表型鉴定发现转基因小麦苗期发育受到抑制.本研究为深入分析小麦ERF基因的功能与作用机制,进而通过分子育种进行小麦抗性改良奠定了基础.     

西科麦6号成株期抗条锈病的遗传研究

为明确西科麦6号对小麦条锈菌流行小种的抗病性和抗病遗传规律,用小麦条锈菌生理小种CYR31、CYR32、CYR33、Su11-4和V26。在2015年3月,对西科麦6号和铭贤169及其杂交后代F1、F2、F3进行成株期接种,作抗病遗传分析,结果表明:西科麦6号对小麦条锈菌CYR31的抗病性由2对显性基因和1对隐性基因控制;对CYR32的抗病性由3对显性基因(其中2对表现累加作用)控制;对CYR33的抗病性由1对显性基因和1对隐性基因控制;对Su11-4的抗病性由1对显性基因和1对隐性基因重叠或独立控制;对条锈菌V26抗病性由1对显性基因独立控制。从西科麦6号在试验和生产上的良好表现,多年抗病鉴定及本研究的遗传分析证明,西科麦6号对小麦条锈菌具有良好的抗性,并且这种抗性的遗传性较稳定,是一个综合性状优良的种质资源和抗源材料;可以进一步进行分子标记及定位研究,以期为小麦抗病育种提供新的抗条锈病亲本做出贡献。     

高抗白粉病小麦-山羊草新种质TA002的创制和遗传研究

【目的】小麦白粉病是世界范围内对小麦危害最严重的病害之一。培育和推广抗病品种是防治小麦白粉病最经济、有效、安全的途径。偏凸山羊草和柱穗山羊草是普通小麦的近缘物种,蕴藏着丰富的抗病、抗虫、抗逆和优质等优异基因。利用远缘杂交途径,将偏凸山羊草和柱穗山羊草的抗白粉病基因导入普通小麦,培育抗白粉病小麦新种质,为小麦白粉病抗性遗传改良提供新抗源。【方法】通过细胞学分析和结实率调查,明确TA002及其与普通小麦杂种的细胞学稳定性和育性特点。利用十二烷基磺酸钠聚丙烯酰氨凝胶电泳（odium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE）及酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳（acid polyacrylamide gel electrophoresis,A-PAGE）方法,分析TA002的高分子量麦谷蛋白亚基（high molecular weight glutenin subunit,HMW-GS）、低分子量麦谷蛋白亚基（low molecular weight glutenin subunit,LMW-GS）及醇溶蛋白亚基组成;通过白粉病菌分小种接种鉴定,明确TA002对小麦白粉病的抗性及其遗传特点;利用基因组原位杂交（genomic in situ hybridization,GISH）、多色原位杂交（multicolor genomic in situ hybridization,mc-GISH）、多色荧光原位杂交（multicolor fluorescence in situ hybridization,mc-FISH）及分子标记技术,分析明确TA002的染色体组成特点。【结果】TA002染色体数目为42条,它及其与普通小麦的杂种F₁减数第一次分裂中期细胞（pollen mother cells at metaphase I,PMCs MI）均含有21个二价体,减数第一次分裂后期细胞（pollen mother cells at anaphase I,PMCs AI）中的染色体分离均衡,结实率正常。在成株期,TA002、SDAU18及其双亲偏凸山羊草和柱穗山羊草对白粉病均具有良好抗性,而烟农15对白粉病表现髙感。TA002/辉县红F₁、TA002/铭贤169F₁对白粉病菌种E09表现免疫,F₂单株对E09的抗感分离比例符合3﹕1。种子贮藏蛋白分析结果表明,在TA002的醇溶蛋白和谷蛋白中均含有SDAU18的特有亚基,其醇溶蛋白还含有双亲没有的新型亚基。分别以单芒山羊草和尾状山羊草的基因组总DNA为探针,烟农15的基因组总DNA为封阻,对TA002的根尖细胞染色体进行基因组原位杂交,均未检测到杂交信号。同时以不同荧光素标记的乌拉尔图小麦和粗山羊草基因组总DNA为探针,拟斯卑尔脱山羊草基因组总DNA为封阻,对TA002的根尖细胞染色体进行mc-GISH,并利用以不同荧光素标记的寡核苷酸pSc119.2和pTa535对TA002的根尖细胞染色体进行mc-FISH,发现TA002具有完整的A、B和D基因组,但其4A、5A、6B、7B和5D染色体在FISH带型上与亲本烟农15的对应染色体具有显著差异。分子标记检测结果表明,TA002含有来源于偏凸山羊草和柱穗山羊草的遗传物质。【结论】TA002是一个细胞学稳定、农艺性状和育性良好的小麦-山羊草渐渗系,它含有偏凸-柱穗山羊草双二倍体特有的贮藏蛋白亚基及其双亲没有的新亚基,且高抗小麦白粉病,其白粉病抗性受显性单基因控制,该基因可能是来自偏凸山羊草或柱穗山羊草的一个新的白粉病抗性基因。     

沙棘抗虫性机制及其分子育种研究进展

我国具有丰富的沙棘种质资源，主要分布在华北、西北和西南等干旱、半干旱地区。沙棘植株可抵御不良环境，成为干旱、半干旱地区植被恢复的重要生态树种。沙棘也具有重要的经济价值，其果实含有丰富的营养，作为食品原料广泛应用，还具有抗氧化等功效，因此也广泛应用于保健品和化妆品等。但由于在种植区域内极少发现抗虫植株，沙棘害虫的问题日益突出，因此，筛选或培育抗虫性强的优良沙棘品种具有极其重要的意义。对近年来沙棘抗虫性机制及分子育种工程等内容进行了解析与梳理，并提出以下发展建议：①开展长期野外追踪调查，进而筛选沙棘抗虫植株；②利用抗虫性状寻找抗虫关键基因，对其生物学功能进行验证，为进一步培育沙棘抗虫品种提供基因资源；③利用组学及分子生物学方法对关键基因进行生物学功能分析，解析沙棘植株的抗虫分子机制；④利用转录组学、代谢组学和蛋白质组学等多种组学及分子生物学方法，对抗虫关键基因在调控植株抗虫方面开展生物学功能与作用机制研究；⑤坚持与其他学科交叉分析，将林木遗传育种与其他各学科相结合，从分子、细胞、生态、表型方面综合论述评定，整体上从各个学科相互交融中综合分析林木的遗传机制。旨在为沙棘抗虫基因工程的分子育种研究和应用提供参考，对进一步培育抗虫性质优良的林木具有重要意义。     

粗山羊草苗期抗叶锈性鉴定及抗叶锈基因推导

普通小麦D基因组的供体材料粗山羊草含有丰富的抗叶锈病基因资源,而且具有较好的农艺性状,在抗病育种中具有重要的应用价值。本研究旨在了解粗山羊草的抗叶锈性以及准确了解其中所含抗叶锈基因。选取25株小麦叶锈菌株对6个粗山羊草品系进行抗叶锈性离体鉴定,筛选出4个在苗期对22个和23个菌株表现中到高抗的品系。试验选用18个不同毒力类型的小麦叶锈菌株和44个已知的抗叶锈单基因品系对其进行了抗叶锈基因推导,推导出粗山羊草4254-Y206可能含有Lr1,Lr10和Lr29或其他未用于本次研究的抗叶锈基因;4255-Y212可能含有Lr10和Lr29抗叶锈基因或其他未用于本次研究的抗叶锈基因;Y192可能含有Lr41抗叶锈基因或其他未用于本次研究的抗叶锈基因;Y201可能含有其他未用于本次研究的抗叶锈基因。     

Development and characterization of a novel common wheat–Mexico Rye T1DL·1RS translocation line with stripe rust and powdery mildew resistance

Rye (Secale cereale L., 2n=2x=14, RR) is a significant genetic resource for improving common wheat because of its resistance to multiple diseases and abiotic-stress tolerant traits. The 1RS chromosome from the German cultivated rye variety Petkus is critical in wheat breeding. However, its weakened disease resistance highlights the need to identify new resources. In the present study, a novel derived line called D27 was developed from common wheat and Mexico Rye. Cytological observations characterized the karyotype of D27 as 2n=42=21 II. Genomic in situ hybridization indicated that a pair of whole-arm translocated Mexico Rye chromosomes were inherited typically in the mitotic and meiosis stages of D27. Experiments using fluorescence in situ hybridization (FISH) and gliadin electrophoresis showed that D27 lacked wheat 1DS chromosomes. They were replaced by 1RS chromosomes of Mexico Rye, supported by wheat simple-sequence repeat markers, rye sequence characterized amplified region markers, and wheat 40K SNP array analysis. The wheat 1DS chromosomes could not be detected by molecular markers and wheat SNP array, but the presence of rye 1RS chromosomes was confirmed. Agronomic trait assessments indicated that D27 had a higher tiller number and enhanced stripe rust and powdery mildew resistance. In addition, dough properties analysis showed that replacing 1DS led to higher viscosity and lower dough elasticity in D27, which was beneficial for cake making. In conclusion, the novel cytogenetically stable common wheat–Mexico Rye T1DL·1RS translocation line D27 offers excellent potential as outstanding germplasm in wheat breeding programs focusing on disease resistance and yield improvement. Additionally, it can be valuable for researching the rye 1RS chromosome’s genetic diversity.