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。     

小麦籽粒黄色素含量检测方法的改良与应用

【目的】小麦籽粒黄色素含量是影响面制品颜色和营养品质的重要因素,为快速、准确、简便地检测小麦籽粒黄色素含量,对传统小麦籽粒黄色素测定方法AACC 14-50进行改良,为面制品颜色性状和营养品质遗传改良提供技术支撑。【方法】将酶标仪应用于小麦籽粒黄色素含量测定,对传统AACC 14-50法进行改良,分析改良方法的准确性和稳定性,探讨不同提取时间和保存时间对面粉黄色素含量的影响,利用新改良方法测定283份国内外小麦品种籽粒黄色素含量,进一步验证改良方法的有效性,发掘面制品颜色性状和营养品质优异的种质资源。【结果】改良方法与传统AACC 14-50法所测黄色素含量呈极显著正相关,相关系数达0.994（P<0.001）,方差分析显示,2种方法所测黄色素含量在品种间差异均极显著（P<0.01）。应用改良方法对144份小麦品种籽粒黄色素含量进行重复测定,3次重复两两间的相关系数分别为0.997、0.998和0.998。藁优5218、冀师02-2和郑麦366面粉黄色素含量在提取时间为30 min时达到最大值,分别为0.93、1.24和1.53 μg·g^-1,且提取时间为30—120 min时,黄色素含量保持在稳定水平（0.94—0.97、1.30—1.33和1.59—1.62 μg·g^-1）。在室温保存0—20 d的藁优5218、冀师02-2和郑麦366的面粉,其黄色素含量没有显著变化（0.93—0.97、1.29—1.33和1.60—1.64 μg·g^-1;P>0.05）。283份国内外小麦品种籽粒黄色素含量变异范围广,不同环境间相关系数为0.73—0.98。其中,黄淮麦区小麦品种黄色素含量平均值为1.15 μg·g^-1,变异范围为0.51—2.42 μg·g^-1;北部冬麦区平均值为1.57 μg·g^-1,变异范围为0.90—2.52 μg·g^-1;长江中下游麦区平均值为1.07 μg·g^-1,变异范围为0.56—2.54 μg·g^-1;国外品种平均值为1.61 μg·g^-1,变异范围为0.94—2.48 μg·g^-1。筛选到24份黄色素含量较低和26份黄色素含量较高的品种,可作为亲本材料用于面制品颜色性状和营养品质遗传改良。与传统方法相比,改良方法显著降低了工作量,缩短检测时间,效率提高12—15倍,且样本、试剂用量仅为原来的1/16,大大节约了成本。【结论】建立了一个准确稳定、经济高效、操作简便的小麦籽粒黄色素含量检测方法,可代替传统AACC 14-50法用于大规模样本黄色素含量测定。     

强筋小麦贮藏蛋白的积累动态、种类及相对含量分析

小麦贮藏蛋白是面粉品质的主要评价指标。本研究以不同高分子量麦谷蛋白亚基组合的强筋小麦(济麦44和济麦229)和中筋小麦(济麦22)为试材,分析强筋小麦和中筋小麦及4+12和5+10高分子量麦谷蛋白亚基组合的籽粒醇溶蛋白、麦谷蛋白及谷蛋白大聚合体(GMP)在小麦灌浆期的积累动态和成熟籽粒中的贮藏蛋白种类、相对含量。结果表明,强筋小麦和中筋小麦的麦谷蛋白和醇溶蛋白在整个小麦灌浆期的积累趋势相同,均持续上升,但GMP积累却存在较大差异,强筋小麦的GMP含量持续增加而中筋小麦呈“下降-上升-下降-上升”的趋势。从高分子量麦谷蛋白亚基组成类型上看,5+10亚基组合的醇溶蛋白、麦谷蛋白及GMP在灌浆中后期的含量均高于4+12亚基组合类型。通过TMT(tandem mass tags)蛋白质组学分析发现,3个小麦品种的成熟籽粒共检测到53个贮藏蛋白,共分为三类,包括27个醇溶蛋白、16个Avenin-like蛋白和10个麦谷蛋白。济麦44较济麦22相对含量高的原因是大多数贮藏蛋白的表达量高,而济麦229相对含量高的原因是部分贮藏蛋白超高量表达。本研究结果可为我国小麦品质改良和优质小麦生产提供技术参考...     

小麦新品种济麦 4075 的选育及启示

济麦 4075 是以山农 22 为母本,以含有长穗偃麦草血缘的 Ag073 为父本经有性杂交、常规系谱法选育出的高产小麦品种。该品种高产稳产,综合抗性好,2021 年通过山西省审定,审定编号：晋审麦 20210003;2022 年通过山东省引种备案。2019-2020 年度山西省区域试验中每 667m2 平均产量 555.1kg,比对照济麦 22 增产 5.5% ;2020-2021 年度山西省区域试验和生产试验中平均产量分别为 568.0kg 和 543.0kg,分别较对照济麦 22 平均增产 7.0% 和 8.8% ;2022 年实打验收结果折合产量821.92kg。抗病性鉴定显示,济麦 4075 高抗小麦黄花叶病毒病,中感条锈病、叶锈病、白粉病和纹枯病,高感赤霉病。介绍了该品种的选育过程、特征特性以及对今后选种的启示等内容。     

小麦背景中披碱草部分染色体的FISH鉴定

为了建立小麦背景中粗穗披碱草(Elymus trachycaulus)和纤毛披碱草(Elymus ciliaris)染色体的跟踪鉴定方法,本研究利用寡聚核苷酸Oligo-pSc119.2-1和Oligo-pTa-535-1为探针的双色荧光原位杂交(FISH)和以(GAA)₈为探针的单色FISH,分别对4个小麦-粗穗披碱草附加系和5个小麦-纤毛披碱草附加系染色体进行分析。结果发现,经与小麦FISH核型比对后,建立了可用于追踪小麦背景中粗穗披碱草1S^t、5H^t、6H^t和7H^t染色体的标准FISH核型;而纤毛披碱草S^c和Y^c染色体FISH信号较弱。FISH检测发现,小麦-粗穗披碱草1S^t附加系自交自发变成了1S^t(1BS·3BL)代换系,且在其染色体组中检测到了一对T1BL·3BS易位染色体,同时发现5AS端部寡聚核苷酸Oligo-pSc119.2-1序列发生了删除。另外,在小麦-粗穗披碱草5H^t附加系中发现2B染色体短臂末端删除现象,形成了2B-del和2BS-4AS·4AL易位染色体,而另一条2B和4A为正常的完整染色体。这种染色体结构重排事件表明,部分小麦-远缘物种附加系细胞学并不稳定,因此,繁种前后应对材料进行单株细胞学鉴定。上述小麦-粗穗披碱草染色体结构变异体的获得,为研究染色体结构重排与基因转录表达和表型变化的关系提供了研究基础。     

希尔斯山羊草1SsS和3SsS染色体特异dCAPS标记的建立

希尔斯山羊草是小麦的近缘种，具有抗病、抗逆、抗虫等优异性状，是小麦遗传改良的珍贵基因源。当前，我们创制了一批小麦-希尔斯山羊草杂交种质。然而，由于缺乏分子标记，上述种质无法被有效筛选和鉴定。为了建立希尔斯山羊草染色体特异分子标记，本研究通过对希尔斯山羊草基因组重测序，发掘希尔斯山羊草和小麦间单核苷酸多态性(SNP),选择150个多态性位点开发dCAPS标记，结果发现，相比中国春等小麦对照，利用引物AESD23和AESD105经PCR和酶切电泳后分别能在希尔斯山羊草中获得长度不同的多态性条带。利用一套中国春-希尔斯山羊草二体附加系和端体附加系对这些多态性条带进行定位，结果发现，AESD23能在中国春-希尔斯山羊草1S^s二体附加系和1S^sS端体附加系中扩增出长度为1 800 bp的多态性条带，而AESD105能在中国春-希尔斯山羊草3S^s二体附加系和3S^sS端体附加系中扩增出长度为200 bp和300 bp的多态性条带。对小麦-希尔斯山羊草杂交种质检测发现，AESD23和AESD105均能对小麦-希尔斯...     

引进美国小麦种质资源抗病性及品质性状鉴定

为了挖掘新的种质资源，本研究对引自美国的442份小麦材料对白粉病和条锈病的抗病性、蛋白含量以及高分子量麦谷蛋白(HMW-GS)亚基组成进行了鉴定分析。抗病性鉴定结果显示，153份材料抗白粉病，27份抗条锈病，6份兼抗两种病害。蛋白质含量达到GB/T 17892-1999《优质小麦强筋小麦》一等(粗蛋白质含量≥15.0%)的样品有143份。高分子量麦谷蛋白检测发现，供试材料共含18种HMW-GS亚基和100种不同亚基组合类型，其中N,7+9,5+10出现次数最多，优质亚基1、2*、7^oe、17+18、5+10的材料分别占总材料数的25.6%、5.2%、27.8%、7.7%和25.6%，含7^oe,5+10亚基的有36份，含2*,5+10亚基的有1份，含2*,7^oe亚基的有7份。综合抗病性及品质分析结果显示，PI 17738等11份材料至少抗1种病害，且蛋白含量≥15.0%，湿面筋含量≥35.0%，同时含有稀有优质亚基。以上11份材料可作为我国优质、抗病小麦培育亲本，为我国小麦抗病和品质遗传改良提供优异基因源。