小麦-长穗偃麦草异染色体系筛选与鉴定

二倍体长穗偃麦草(Thinopyrum elongatum(Host) A. Löve,2n=2x=14,EE)具有抗病性强、耐盐碱、抗旱、多花多实等优异性状。为明确引进的小麦-长穗偃麦草后代种质系的染色体遗传组成,本研究综合利用原位杂交与分子标记技术结合田间农艺性状对其进行鉴定。结果表明,16份小麦-长穗偃麦草种质系中,L20161461、L20161462两份材料是二体异附加系,分别附加6E和7E染色体;L20160940、L20160942、L20161457、L20161459四份材料是二体异代换系,分别是4E/4D、4E/4D、1E/1D、3E/3B;与中国春相比,L20160947的千粒重增幅57.02%,达到极显著水平;在2.2%NaCl溶液处理下,L20160940的耐盐性高于中国春。本研究为这些材料在小麦遗传改良中的进一步利用奠定了基础。     

偏凸-柱穗山羊草双二倍体与普通小麦不同杂种世代的染色体及性状分离特点

为探讨偏凸山羊草－柱穗山羊草双二倍体SDAU18在小麦遗传改良中的利用价值,以SDAU18和普通小麦品种烟农15及其9个杂种世代为材料,分析不同自交和回交世代染色体和性状分离的特点。结果表明,随自交和以烟农15为轮回亲本回交世代的增加,染色体数目逐渐减少,回交比自交能使后代的染色体数目更快趋近普通小麦的42条,至F₅和BC₃F₁代,染色体数目为42的植株已分别达93.9%和92.0%。与自交世代相比,回交后代减数第一分裂中期的花粉母细胞的染色体构型较为简单,回交次数过多不利于外源染色体与普通小麦染色体发生重组,一般应以回交2~3次为宜;随自交和回交世代的增进,杂种的育性提高,至F₃和BC₂F₁代育性基本稳定。在不同杂种世代可分离出具有矮秆、大穗、大粒、对白粉病、条锈病免疫或高抗及外观品质优良的变异类型,以F₃和BC₁F₁代的变异类型最丰富。     

冬小麦种质矮孟牛及其衍生后代1BL/1RS的分子和生化标记鉴定

本研究以小麦骨干亲本矮孟牛及其33个衍生品种(系)为材料,利用低分子量(LMW)麦谷蛋白Glu-B3位点的STS-PCR标记、醇溶蛋白Gli-B1位点的SSR标记和黑麦碱SEC-1b位点的STS-PCR标记进行复合PCR,检测1BL/IRS易位.结果表明,矮孟牛Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ型含有1BL/1RS染色体,矮孟牛Ⅰ和Ⅲ型不含1BL/1RS;在矮孟牛的33个衍生后代中,25个含1BL/1RS,其余8个则不含1BL/1RS.利用A-PAGE技术对上述材料进行了黑麦碱蛋白的检测,结果与复合PCR一致,两种方法相结合能准确的检测1BL/1RS.     

小麦矮秆种质系山农495矮秆基因的分子标记定位

为给新矮秆种质系山农495的利用提供依据,利用田间观察和室内赤霉酸鉴定与分子标记分析相结合的方法,进行矮秆性状的遗传分析和矮秆基因分子标记定位.结果表明,山农495的矮秆性状受位于4BS染色体上的1对隐性主效基因控制,且为赤霉酸不敏感型.在供试的1 589个SSR引物中,有2个基因组SSR引物(Gwm 113196、Wmc 511191)和1个EST-SSR引物(Dupw 23210)在优选小群体中能扩增出多态性谱带.利用BC1回交群体和F2群体进行连锁标记分析,Gwm 113196、Wmc 511191和Dupw 23210与山农495矮秆基因的连锁距离分别为3.9、5.2、21.6 cM和4.1、5.0、19.8 cM.     

十个八倍体小偃麦的细胞学鉴定和染色体构成分析

培育新的八倍体小偃麦,对于利用偃麦草遗传物质进行小麦的遗传改良具有重要意义。本研究利用细胞学和基因组原位杂交技术,对从中间偃麦草与小麦品种烟农15杂交后代选育出的10个八倍体小偃麦山农TE256、山农TE259、山农TE261、山农TE262、山农TE263、山农TE265、山农TE266、山农TE267-1、山农TE270和山农TE274进行了细胞学鉴定和染色体构成分析。结果表明,10个八倍体小偃麦绝大多数单株根尖细胞的染色体数目为2n=56,个别单株含有54或55条染色体;大多数2n=56单株的花粉母细胞在减数分裂中期I的染色体构型为2n=28II,少数花粉母细胞存在单价体、三价体或四价体,后期I染色体可均等分向两极,仅有极少数细胞出现染色单体提前分离等现象;10个八倍体小偃麦均含有普通小麦的全套染色体和中间偃麦草的1个混合染色体基组,其中间偃麦草染色体是由来自中间偃麦草3个不同染色体基组的染色体构成的混合染色体基组,其染色体构成分别为2St+8J~S+2J+2J-St、2St+8J~S+4J、2St+8J~S+2J+2J-St、2St+8J~S+2J+2J-St、2St+8J~S+2J+2J-St、6St+4J~S+2J+2J-St、4St+6J~S+2J+2J-St、2St+8J~S+4J、2St+8J~S+4J和4St+6J~S+4J,与目前已报道的八倍体小偃麦均有所不同。研究结果可为这些新型八倍体小偃麦的研究和有效利用提供参考依据。     

土壤中不同氮磷含量对小麦异源矮秆种质系生长的影响

以小麦-长穗偃麦草后代矮秆种质31504、31504-1、31504-3为材料,研究了土壤中不同氮、磷含量对其农艺性状和产量性状的影响。结果表明:矮秆种质材料在高氮磷水平下株高、穗长均高于低氮磷水平下表现,但对株高构成指数的影响不大;矮秆种质系在高氮磷含量条件下旗叶面积较大,但籽粒不饱满,千粒重较低;不同氮磷含量对矮秆种质系的每穗小穗数、不育小穗数和穗粒数等穗部性状影响不明显。研究结果对于矮秆种质系的进一步利用具有一定指导意义。     

基于RNA-seq技术开发中间偃麦草基因组特异分子标记

中间偃麦草(Thinopyrum intermedium,2n=6x=42,JJJSJSStSt或Ee Ee EbEbStSt)是小麦遗传改良的重要近缘植物,高抗锈病、白粉病等病害,耐逆性强。开发中间偃麦草基因组特异分子标记对于加快其优异基因向普通小麦中的转移和利用具有重要意义。为建立快速准确开发中间偃麦草基因组特异分子标记的新体系,首先利用RNA-seq技术对中间偃麦草及其基因组供体二倍体长穗偃麦草、百萨偃麦草、假鹅观草的苗期叶片进行转录组测序,然后根据测序结果设计EST-SSR引物,对普通小麦、中间偃麦草及其基因组供体材料进行DNA扩增分析,从中筛选鉴定中间偃麦草基因组特异标记。结果表明,在所合成的200对ESTSSR引物中,有75对引物(37.5%)在中间偃麦草、二倍体长穗偃麦草、百萨偃麦草和假鹅观草中具有特异扩增,引物多态率较高。说明利用RNA-seq技术开发EST-SSR引物可以高效地用于筛选中间偃麦草基因组特异分子标记,这一技术体系也可应用于其他作物及其近缘物种的特异分子标记开发。     

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。     

矮秆早熟小偃麦种质山农0057-2的选育与鉴定

利用普通小麦(Triticum aestivum)品种烟农15与中间偃麦草(Thinopyrum intermedium)杂交、回交和多代自交,从BC3F6中选育出一个矮秆、早熟新种质山农0057-2.综合应用形态学、细胞学、生物化学、分子生物学等方法对其进行鉴定.结果表明,山农0057-2平均株高64.2 cm,较烟农15降低14.6 cm;抽穗期和开花期均比烟农15提前4～5 d.其根尖染色体数目为2n=42,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ(PMC M Ⅰ)染色体构型为2n=0.24 Ⅰ+20.88 Ⅱ;它与烟农15的杂种F1在PMC M Ⅰ有80.49%的细胞形成21个二价体,未观察到多价体.高分子量麦谷蛋白亚基的SDS-PAGE鉴定结果表明,山农0057-2含有1条中间偃麦草的特异带;从202对SSR引物中筛选出2对引物(Xgwm234-5A/5BS和BARC172-7DL)能在山农0057-2中扩增出不同的中间偃麦草特异带,分别标记为Xgwm234300和BARC172400.山农0057-2是一个含有中间偃麦草染色体(片段)的种质材料,具有矮秆、早熟等优点,在小麦育种中具有重要的利用价值.     

TaPHR1基因对小麦苗期耐低磷特性的影响

采用改进的离子消耗技术,分析了携带TaPHR1基因的小麦种质系山农824和山农899及其亲本的磷素吸收动力学特点(Cmin、Km、Vmax、α值),比较了供试材料在低磷水平(10μmol/L)与正常磷素水平(50μmol/L)下的含磷量、干物质量、分蘖数和根冠比。结果表明,含有TaPHR1基因的小麦材料其Cmin、Km减小,Vmax、α值显著增大,说明TaPHR1基因可改善磷素吸收动力学特性,能够促进小麦在低磷条件下吸收更多的磷素,并提高茎叶在全株中的磷素分配比例,使小麦在低磷条件下将磷素更多地转入地上部;低磷条件下,TaPHR1基因可以促进干物质的积累,增加分蘖数。