华山新麦草3Ns染色体特异SCAR标记的开发

为快速准确地建立小麦-华山新麦草杂交后代的分子标记鉴定方法,采用150条10bp的随机引物R1-R150对华山新麦草、普通小麦7182、中国春及华山新麦草1Ns-7Ns全套二体附加系共10个材料进行了RAPD分析,从中获得了华山新麦草3Ns染色体上2个特异RAPD分子标记片段FR-113和FR-125。克隆这两个片段并测序,发现其全长分别为543bp和515bp;分析序列后对其分别设计SCAR引物S-113和S-125,重新对10个材料进行SCAR分析,结果只在华山新麦草和小麦-华山新麦草3Ns二体附加系上扩增出了特异条带,由此证明已将华山新麦草3Ns染色体上获得的两个RAPD标记成功转化为稳定可靠的SCAR标记。这两个SCAR标记可用于检测小麦背景下的华山新麦草3Ns染色体,同时为小麦-华山新麦草杂交后代提供了分子鉴定依据。     

华山新麦草2Ns染色体SCAR标记的开发

为准确快速地建立小麦-华山新麦草杂交后代的分子标记鉴定方法,利用180条长度为10 bp的随机引物R1~R180对小麦-华山新麦草全套（1Ns~7Ns）二体附加系及其亲本华山新麦草和普通小麦7182共9个材料进行了RAPD分析。结果表明,R131在华山新麦草和小麦-华山新麦草2Ns二体附加系中可以扩增出特异条带。将该特异条带回收并测序,发现其全长为1 126 bp,对其进行序列比对分析后设计SCAR引物S131,然后利用S131重新对9份材料进行了SCAR分析。结果显示,S131只在华山新麦草和小麦-华山新麦草2Ns二体附加系中扩增出特异性条带,表明RAPD标记R131已成功转化为可靠、特异的SCAR标记S131。这个新的SCAR标记可用于检测普通小麦背景下华山新麦草2Ns染色体。     

一个小麦-中间偃麦草二体代换系的鉴定与分析

中间偃麦草在小麦改良中具有重要利用价值。本研究利用基因组原位杂交(GISH)、高分子量谷蛋白亚基电泳(SDS-PAGE)和分子标记技术对小麦-中间偃麦草衍生系中209进行鉴定。结果表明,中209的42条染色体中含有2条中间偃麦草染色体,是小麦-中间偃麦草二体代换系;分子标记检测发现,小麦7A染色体上的6个SSR引物Xcfa2028、Xwmc422、Xwmc65、Xbarc127、Xbarc174和Xgwm60在小麦亲本合作2号中均扩增出清晰的DNA条带,而在中间偃麦草和中209中均未扩增出任何条带,表明中209可能缺少了小麦7A染色体;小麦第7部分同源群的SSR标记Xwmc488和STS标记Xmag1715分别在中209中扩增出中间偃麦草的特异带,推断其含有的中间偃麦草染色体与小麦第7同源群染色体存在部分同源关系;SDSPAGE表明中209含有5+10亚基。     

小麦-华山新麦草异附加系的细胞遗传学和分子标记辅助鉴定

华山新麦草(2n=2x=14,NsNs)含多种优良基因,是一类具有广阔应用前景的育种资源。为给小麦育种培育新材料,本研究对来自普通小麦品系7182和华山新麦草的高代衍生系H1133、H4122和H1423进行细胞遗传学和分子标记辅助鉴定。细胞学观察表明,3个衍生系的染色体数和构型均为2n=44=22Ⅱ;基因组原位杂交(GISH)和荧光原位杂交(FISH)同步分析结果表明,3个衍生系均含42条普通小麦染色体和2条华山新麦草Ns染色体;EST和PLUG标记分析证明H1133、H4122和H1423中附加的分别为华山新麦草3Ns、5Ns和7Ns染色体,说明H1133、H4122和H1423分别为小麦-华山新麦草的3Ns附加系、5Ns附加系和7Ns附加系;形态学鉴定结果表明,三个附加系与亲本7182在株高、分蘖和穗长等农艺性状上表现出不同差异;成株期抗条锈病鉴定结果表明,H4122和H1423高抗CYR32和CYR33混合菌种,从材料系谱推断其抗性来源于华山新麦草。总之,附加系H1133、H4122和H1423在农艺性状和抗病性上均有良好表现,可作为小麦育种中的桥梁材料。     

普通小麦 华山新麦草衍生后代H18和0841的SSR标记鉴定

为了明确普通小麦华山新麦草衍生后代材料中所携带的外源遗传物质,利用SSR标记对普通小麦-华山新麦草衍生后代H18和0841进行了鉴定.SSR标记结果表明,331个SSR标记中有271个在亲本华山新麦草和普通小麦7182间具有多态性;85个在华山新麦草中具有清晰且明亮的特异条带,其中9个标记在H18衍生的8个单株中(2n=51～54)具有华山新麦草特征条带.0841的染色体数目为42条,利用筛选的9个标记对其鉴定,发现定位于小麦3D染色体上的标记Xbarc71在0841中具有华山新麦草的特异条带,同时缺失小麦亲本7182的特异条带,推测0841可能是华山新麦草的3Ns染色体代换了小麦的3D染色体.条锈病抗性鉴定显示,0841中抗至高抗条锈菌条中31号和条中32号混合小种.     

基于TRAP的长穗偃麦草SCAR标记的开发及应用

为了开发长穗偃麦草的特异标记,依据TRAP技术,利用56对固定引物与随机引物的组合对中国春-长穗偃麦草附加系等材料进行PCR扩增,共筛选出160条分布于长穗偃麦草1E-7E染色体的特异扩增片段。通过对104个片段的序列进行同源比对,选择与小麦无同源序列的区段设计138对引物,分别对中国春、长穗偃麦草、中国春-长穗偃麦草附加系进行PCR扩增,最终获得30个长穗偃麦草特异SCAR标记,发展标记的效率为53.6%。利用这些特异SCAR标记对硬粒小麦(AABB)与异源六倍体小麦(AABBEE)杂交产生的F2中38个单株进行扩增鉴定,9个单株仅附加了1条相同的E染色体,其余为多条E染色体或者无E染色体附加。这些SCAR标记在不同材料和世代表现出优越的特异性和稳定性,可用于检测小麦背景中附加的相关长穗偃麦草染色体。     

普通小麦-华山新麦草1Ns二体异附加系的分子细胞遗传学研究

为给后续研究和利用普通小麦-华山新麦草衍生后代H1-1-3-1-9-8提供依据,用形态学、细胞学及分子生物学方法对该材料进行分析研究。结果表明,H1-1-3-1-9-8在株高、穗长、穗型等性状上与华山新麦草无显著差异,千粒重平均44.2 g,较亲本显著增加;H1-1-3-1-9-8的染色体构型为2n=44=22Ⅱ;经原位杂交鉴定,H1-1-3-1-9-8存在两条华山新麦草外源信号,且能够配对;选取普通小麦7个部分同源群上的64对EST-STS引物对H1-1-3-1-9-8进行分析,第一部分同源群上的BE443796、BE446010、BE497584、BF202643、BG262410、BG607965和BM140362七对引物扩增出了华山新麦草的特异条带;经种子贮藏蛋白变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分析,H1-1-3-1-9-8具有华山新麦草特有的高分子量谷蛋白亚基。以上结果说明,H1-1-3-1-9-8是普通小麦-华山新麦草1Ns二体异附加系。     

小麦-华山新麦草易位系24-6的鉴定

为给小麦-华山新麦草远缘杂交育种提供材料和理论基础,对普通小麦与华山新麦草杂交后代中选育出的材料24-6进行了形态学观察、细胞学检测和原位杂交(GISH)分析。结果表明:(1)通过根尖细胞学鉴定,该材料染色体数为42条,2n=42;(2)以华山新麦草Ns基因组DNA为探针,普通小麦7182基因组DNA为封阻,根尖与花粉母细胞原位杂交(GISH)显示该材料携带有2条可以配对的华山新麦草染色体臂,确定24-6为稳定的小麦-华山新麦草易位系;(3)田间观察发现24-6植株紧凑,叶色深绿,籽粒白色、呈半角质,比其母本(普通小麦7182)株高略有降低,穗长、小穗数、穗粒数、千粒重、分蘖数都有所增加。     

抗条锈病小麦-滨麦衍生后代的分子细胞遗传学鉴定

为了有效挖掘滨麦优异的基因资源,利用形态学、细胞学、荧光原位杂交(FISH)、基因组原位杂交(GISH)和分子标记等技术,对小麦-滨麦衍生后代M13063-3-3进行了鉴定。结果表明,M13063-3-3的染色体构型为2n=44=22Ⅱ。以滨麦基因组DNA为探针的原位杂交结果显示,二条染色体有杂交信号,且能配对,表明两条外源染色体是滨麦的一对同源染色体。SSR、EST和PLUG标记分析表明,M13063-3-3附加的滨麦染色体归属于第6部分同源群染色体。A-PAGE电泳分析表明,M13063-3-3在α区具有滨麦染色体特征带,进一步验证了附加的滨麦染色体与小麦第6部分同源群染色体有部分同源关系。田间条锈病调查结果表明,M13063-3-3对条锈菌生理小种条中31号、条中32号和条中33号混合菌种表现高抗。因此,M13063-3-3是一个附加了一对滨麦第6部分同源群染色体的抗条锈病的普通小麦材料,为小麦抗病育种提供了新的种质资源。     

小麦-中间偃麦草蓝粒代换系的创制与鉴定

小麦的蓝粒性状可作为表型标记用于小麦育种和遗传学研究,来自中间偃麦草的蓝粒种质材料尚鲜见报道。本研究通过八倍体小偃麦中5 (2n=8x=56, AABBDDXX)与中国春缺-四体系列材料杂交,在中5×N4BT4A和中5×N7BT7D杂交组合后代中获得了两份蓝粒材料,编号分别为Zh5-a2-1和Zh5-c13-2。利用细胞遗传学和分子标记方法对这两份蓝粒材料进行了染色体组成分析。以中间偃麦草基因组DNA为探针的GISH分析显示,这两份蓝粒材料的染色体数均为2n=42,包括40条小麦染色体和两条中间偃麦草染色体。利用重复序列探针pSc119.2和pAs1进行的FISH分析表明,Zh5-a2-1和Zh5-c13-2均为二体代换系,被代换的一对小麦染色体分别为4B和4D。通过用St、E~e和E~b基因组DNA作探针进行GISH分析,证明这两份蓝粒代换系中的中间偃麦草染色体均为St组染色体,但与中5中的中间偃麦草染色体比较发现这对St组染色体的短臂端部发生了缺失。利用二倍体长穗偃麦草E~e基因组的SNP标记分析证明,两份蓝粒代换系中的中间偃麦草染色体与长穗偃麦草的4E~e染色体同源,即Zh5-a2-1和Zh5-c13-2分别为4St(4B)和4St(4D)代换系,命名为SubZh5-4St(4B)和SubZh5-4St(4D)。同时说明,中间偃麦草的4St染色体上带有蓝粒基因。通过对450个小麦SSR标记进行筛选,获得了4个可跟踪鉴定4St染色体的特异SSR标记。研究结果可用于蓝粒小麦品种的培育和中间偃麦草蓝粒基因的遗传学研究。     

三个小麦-华山新麦草二体附加系分子细胞遗传学的初步鉴定

华山新麦草是我国华山地区特有小麦近缘物种，具有抗逆、早熟、优质等特点，对小麦的白粉病、条锈病、赤霉病也具有良好的抗性，是小麦重要的三级基因库。为进一步更好地发挥华山新麦草基因资源的作用，本研究利用细胞学方法、原位杂交技术、分子标记技术、农艺性状评估和抗病性鉴定对普通小麦-华山新麦草衍生后代材料进行鉴定，并获得了 20H11、17H21、18H28 三个小麦-华山新麦草衍生系。结果表明，20H11、17H21 和 18H28 的染色体数都是 44 条，均携带2 条属于华山新麦草的 Ns 染色体和 42 条普通小麦染色体。利用华山新麦草的特异分子标记进行检测，证明 20H11、17H21 和 18H28分别为 3Ns、4Ns和 2Ns二体附加系。通过农艺性状调查，3个试验异染色体系与亲本7182相比，株高和小穗粒数的差异不显著；分蘖数目与亲本7182有显著差异；20H11的穗长显著短于亲本7182；17H21的分蘖数显著少于亲本7182。经条锈病抗性鉴定，18H28 高抗条锈病小种 CYR32 和 CYR34。因此，这三个华山新麦草衍生系可作为中间材料用于小麦遗传育种研究。     

抗条锈病小麦-滨麦Lm#3Ns二体异附加系的分子细胞遗传学鉴定

滨麦(Leymus mollis)是小麦的三级基因源,具有改良小麦所需的许多优良性状。为了将滨麦中的优异基因导入到普通小麦中,通过远缘杂交获得小麦-滨麦异附加系、异代换系、易位系,以选自普通小麦7182与滨麦衍生后代M42(2n=54)F_6代的株系M11005-1-2-7-10-1-1(M11005A)为供试材料,对其进行了形态学、细胞学、原位杂交、分子标记、抗病性等综合鉴定。细胞学观察结果显示,M11005A有44条染色体且配对良好,可以稳定遗传。原位杂交及分子标记结果表明,M11005A含有42条普通小麦染色体和1对来自滨麦Lm#3Ns的染色体,并且用Oligo-pTa535探针得到了Lm#3Ns的FISH核型;筛选出6个EST及8个PLUG特异分子标记可以用来鉴定Lm#3Ns染色体,其中只有1个EST和4个PLUG标记可以同时在M11005A中扩增出滨麦和华山新麦草的条带,说明滨麦的Lm#3Ns染色体与华山新麦草的3Ns基因组之间存在差异。M11005A的穗长、穗型、小穗数、千粒重与亲本7182无显著差异,但分蘖数较7182显著增加,株高显著降低。抗条锈病鉴定结果显示,苗期M11005A对条锈菌生理小种CYR29和CYR34表现高抗,对CYR32表现高感,成株期对CYR32和CYR33混合小种表现高抗,推测滨麦的Lm#3Ns染色体携带对CYR29和CYR34小种的抗性基因,又携带了成株期对CYR32和CYR33的抗性基因。因此,M11005A可以作为抗源应用于小麦的条锈病抗性改良中。     

小麦-中间偃麦草代换系中233的分子细胞学鉴定

为了从小麦-中间偃麦草衍生后代中获得具有优良性状的新种质,利用细胞学和分子标记技术对中间偃麦草衍生系中233进行鉴定。结果表明,中233的根尖细胞染色体数为2n=42,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ的染色体通常配成21个二价体。以中间偃麦草基因组DNA为探针、中国春基因组DNA为封阻进行基因组原位杂交(GISH)分析发现,中233含有2条中间偃麦草染色体和40条小麦染色体,在减数分裂中期I,两条中间偃麦草染色体可以正常配对。利用D基因组特异探针pAs1进行荧光原位杂交(FISH)分析发现,中233缺少了一对小麦的2D染色体。分子标记鉴定进一步表明,中233的1对小麦2D染色体被中间偃麦草染色体所代换。说明中233是一个细胞学稳定的小麦-中间偃麦草二体代换系,初步推断其可能携带有中间偃麦草的优异基因。     

小麦 中间偃麦草衍生后代的细胞学和SSR标记鉴定

为了鉴定小麦与八倍体小偃麦的杂交组合NZ2W5的衍生后代中是否含有中间偃麦草的遗传物质,利用细胞学和SSR技术对该组合的12个衍生单株进行了鉴定.结果表明,NZ2W5组合衍生后代的根尖细胞染色体数目均为2n=42,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体构型均为2n=21Ⅱ.以相关亲本中间偃麦草、小麦-中间偃麦草部分双二倍体远中2、普通小麦合作2号和阿勃以及衍生后代为材料,选取均匀分布于小麦各条染色体上的480个SSR标记进行分析,结果表明,Xbarc008、Xbarc195、Xwmc489、Xcfb3440、Xwmc331和Xgwm608等20个标记在中间偃麦草中具有特异条带,其中定位在小麦4D染色体上的标记Xwmc331可以在NZ2W5组合衍生的12个单株中检测到中间偃麦草119 bp的特异条带.研究结果表明,NZ2W5组合衍生后代的细胞遗传学基本稳定,携带中间偃麦草的遗传物质,涉及的外缘遗传物质可能同源于小麦的第四部分同源群.     

普通小麦部分同源染色体配对抑制基因Ph1分子标记的验证和筛选

在 ph1b纯合基因型中,普通小麦部分同源染色体和外源染色体能够发生配对和重组。为通过分子标记辅助育种技术高效利用 ph1b突变体进行异源有益基因转移,以11个小麦材料为试材,比较了9个已报道的 Ph1的PCR分子标记。在9个分子标记中,标记OPR7和OPR17不具有特异性,标记PhSCAR、Mads、Ph920、PSR128、PSR574、PSR2120和WPG90为显性标记,仅标记PhSCAR为共显性标记。结果表明,标记Mads、PSR128、PSR574和PhSCAR扩增稳定,条带清晰,无非特异性PCR扩增产物,是用于 Ph1分子检测的理性标记。     

欧山羊草6Ub染色体附加对小麦萌发期抗旱性的改良作用

为探究欧山羊草U~b染色体附加对普通小麦抗旱性的遗传改良作用,选取2个普通小麦-欧山羊草异附加系(Ae9041和Ae9061,均附加了一对6U~b染色体)和3个普通小麦品种为材料,以聚乙二醇(PEG6000)模拟干旱胁迫,研究了不同小麦材料干旱胁迫后种子发芽势、发芽率、胚芽鞘长度、种子根数、胚根长度、幼苗高度以及贮藏物质利用率等抗旱相关指标的变化。结果表明,干旱胁迫抑制了各供试材料的种子萌发,且胁迫程度越大,抑制越明显。在相同浓度PEG6000处理下,两个异附加系的种子发芽势、发芽率和贮藏物质利用率的表现较为一致,且差异不显著。与耐旱品种晋麦47和节水品种石4185相比,Ae9041和Ae9061的幼苗胚芽鞘长、种子发芽率和贮藏物质利用率在干旱胁迫下均较高。在30%PEG6000胁迫下,Ae9041和Ae9061的种子发芽势、发芽率、幼苗胚芽鞘长、胚根长、幼苗高度均显著高于亲本中国春。由此可见,普通小麦-欧山羊草异附加系种子在干旱胁迫下能迅速吸水并整齐萌发,以发达的根系和较长的胚芽鞘促进幼苗地上部生长,并将胚乳营养快速转运至幼苗中,从而促进其较快地进行形态建成,也说明欧山羊草U~b染色体的附加能够改良小麦萌发期的抗旱性。