人工合成新小麦的细胞学与农艺性状研究

人工合成小麦被广泛应用于小麦遗传育种及进化研究。本实验对四倍体野生二粒小麦、圆锥小麦、硬粒小麦与节节麦杂交,经染色体自动加倍形成的23个人工六倍体小麦第一代(S1代)的细胞学及农艺性状进行研究。结果表明,不同人工合成小麦的细胞学存在显著差异。四倍体供体母本对减数分裂影响很大。其中,由野生二粒小麦AS285合成的人工小麦的减数分裂很不正常,这可能由于控制减数分裂"二倍体"化的Ph1位点变异所致。减数分裂不正常,会导致其细胞学不稳定。因此,在用人工合成六倍体小麦构建遗传群体或作遗传研究之前,有必要先观察其减数分裂,选择出减数分裂正常的材料用于研究工作。根据本研究,单价体可作为判断减数分裂是否正常的依据。同时,不同人工合成小麦的农艺性状存在显著差异,它们为育种提供了新的资源。     

人工合成小麦紫色胚芽鞘的遗传定位分析

为探明小麦花青素色素沉积的关键位点,以167份重组自交系群体为材料,利用已构建的高密度遗传图谱对来源于硬粒小麦(AABB)和节节麦亚种tauschii(DD)杂交后所得的人工合成小麦SHW-L1中控制紫色胚芽鞘的基因进行遗传定位。同时利用目标性状关联遗传区段对SHW-L1及其亲本进行基因型鉴定。结果表明:目标性状在重组自交系群体中表现为单基因遗传,且被定位于7D染色体,其关联遗传区段在异源六倍化过程中有遗传位点缺失。     

四倍体小黑麦的细胞学研究

本研究对四体倍小黑麦(2n=4x=28,DDRR)的细胞学和农艺性状进行了系统分析,结果表明,四倍体小黑麦减数分裂异常,在中期、后期和四分体期可观察到较多的单价体、落后染色体和微核,表现出强烈的细胞学不稳定性,同时发现植株的单价体数和结实率呈显著的负相关,D与R染色体组无部份同源染色体配对行为。在四倍体小黑麦群体中,非整倍体植株的频率较低,农艺性状方面,与结实率有关的性状如穗粒数等比双亲差,小穗数、小花数等性状优于双亲,且出现了双亲都不具有的新性状如穗轴较坚韧。四倍体小黑麦不易与普通小麦杂交,ph基因有促进杂交的作用。     

中国节节麦在中国特有小麦系统演化中的作用

六倍体普通小麦是由具有AABB染色体的四倍体小麦与二倍体节节麦天然杂交然后通过自然加倍形成的异源多倍体。这一起源过程是自然条件下天然发生的，它的发生需要具备一个条件即四倍体小麦与节节麦获得的天然杂交种子在自然条件（没有幼胚培养等）下能够正常发芽出苗。这一条件受节节麦FHSD基因所控制。本研究发现中国节节麦没有FHSD基因，这表明中国产节节麦没有参与中国特有普通小麦的起源与演化。     

节节麦生育期基因定位分析

利用长休眠节节麦(Ae.tauschii)与四川的四倍体小麦地方品种矮兰麦(T.turgidum)杂交并加倍合成的新的抗穗发芽普通小麦"RSP"与"绵阳11"D染色体组的单体系列杂交,对来源于节节麦的晚生育期基因进行定位分析,以期在利用其穗发芽抗性时,克服其生育期较晚的特性。结果表明:该节节麦的2D和5D染色体上均存在晚生育期基因,2D的作用较5D更强。     

三个新型人工合成缺体-四体小麦材料的细胞学观察

通过Langdon D-染色体组代换系与节节麦杂交,形成未减数配子进行染色体自然加倍,得到了3个新的缺体-四体材料Syn-SAU N2BT2D、Syn-SAU N4BT4D和Syn-SAU N7AT7D.这些缺体-四体材料与中国春对应的缺体-四体不同,是一种新型的遗传工具材料.主要表现在:①对某一四体中的4条D染色体,2条来自节节麦,2条来自中国春;②用人工合成小麦途径获得,除了涉及相应四体的1对D染色体来自中国春外,其它遗传背景全部来自四倍体小麦和节节麦.本研究对这3个新的缺体-四体材料的花粉母细胞减数分裂染色体配对行为进行观察表明: 3个新的缺体-四体材料在细胞学上稳定,可作为新的工具材料,在小麦遗传学研究中有特殊的利用价值.     

人工合成六倍体小麦SHW-L1紫色花药的遗传定位研究

以138份重组自交系群体为材料,并利用已构建的高密度遗传图谱对人工合成六倍体小麦SHWL1的紫色花药目标性状进行遗传定位。结果表明,该目标性状为单基因遗传,且被定位于染色体3D,该基因与R基因、Pal基因及Dfr等基因毗邻或具有等位性。     

用不规则非整倍体作基因的染色体定位

使用小麦纯系尤比拉和黑麦自交系 L155杂交,F_1用0.1%的秋水仙精溶液处理,再用小麦亲本同交,得到 B_2F_1及其自交后代 B_2F_2群体。用单株植物C-带核型鉴定技术,从 B_2F_1和 B_2F_2群体筛选适合的不规则非整倍体植株,即含有一套完整的小麦染包体和一至数条黑麦染色体,或者黑麦的端着丝粒染色体或易位的染色体的植株。比较这些植株的染色体组成和特定基因的表达,可以把特定基因定位于特定的染色体和染色体臂上。使用这种方法,把黑麦的5个抗小麦白粉病基因定位于6RS 上;引起小麦籽粒皱缩的基因和叶耳色素基因定位于4RS 上;株高基因和叶宽抑制基因定位于2RL 上;而6RL,5RS 上含有叶宽促进基因。本研究证明,使用不规则非整倍体作基因的染色体定位是一个简单而有效的方法。     

人工合成小麦与普通小麦杂交后代衍生群体的Rht8基因分析

【目的】四倍体小麦与节节麦杂交培育的人工合成小麦已广泛应用于国内外小麦品种改良。通过研究人工合成小麦与普通小麦杂交后代的Rht8基因型,有助于提高分子标记育种效率,也有助于Rht8基因型的多态性研究,并为人工合成小麦在中国小麦品种改良和分子标记育种中的应用提供依据和方法;【方法】以引自CIMMYT的人工合成小麦分别与中国四川成都平原主栽普通小麦品种杂交、回交的BC2F2:6后代群体中选育的113份优良高代系和川麦38、川麦42、川麦43和川麦47育成品种为材料,采用特异引物的PCR扩增和改进的聚丙烯酰胺凝胶电泳对其Rht8基因型进行了研究;【结果】在以syn768、Syn769、Syn780和Syn786人工合成小麦为亲本的117份后代衍生群体检测材料中,Rht8基因型频率为77.78%。从每一个人工合成小麦形成的小的后代衍生群体看,Rht8基因型频率各不相同。以syn768为亲本的后代衍生群体,Rht8基因型频率最高,为96.70%;在以syn769为亲本而育成的优良高代系和川麦38、川麦42与川麦43育成品种中,Rht8基因型频率最低,为71.64%;以Syn780为亲本的后代衍生群体中,Rht8基因型频率为73.68%,分离比率约为3:1;以Syn786为亲本育成的材料只有川麦47,该品种不含有Rht8该基因;【结论】不论父本或母本的Rht8的基因型状况如何,它们所产生的杂交后代材料Rht8基因的遗传是随机的。     

人工合成六倍体小麦SHW-L1生长后期紫色茎叶的遗传定位

小麦花青素苷色素基因对小麦抗性提升意义重大。以170份重组自交系群体为材料,并利用已构建的高密度遗传图谱对人工合成六倍体小麦SHW-L1的生长后期紫色茎叶目标性状进行遗传定位。结果表明,该目标性状为单基因遗传,且被定位于染色体7D,与Rc-D1、Pls-D1、Plb-D1、Pan-D1等基因毗邻或具有等位性。     

人工合成多倍体小麦及其供体种的高分子量 谷蛋白亚基组成研究

采用十二烷基磺酸钠—聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE),分析了4份节节麦及其在此基础上形成的人工合成多倍体高分子量麦谷蛋白亚基(high-molecular-weightgluteninsubunit,HMW-GS)的组成。研究结果表明,4份节节麦AS60-1、AS60-2、AS77和AS2383在Glu-D1位点上出现了4种不同的亚基类型,分别为2 10、5 12、5 10和2.1 10;2份节节麦人工加倍形成四倍体AS2390、AS2410的HMW-GS分别为2.1 10、5 10;3份节节麦—圆锥麦人工合成双二倍体RSP、SHW-L1及SHW-L2的HWM-GS分别为2*、17 18、5 10;2*、17 18、2 10和2 10。谷蛋白亚基呈现了共显性遗传,表明了节节麦高分子量谷蛋白基因能在人工多倍体情况下得到正常表达。此外,还对利用节节麦优良基因的方式作了讨论。     

人工合成六倍体小麦与黑麦的可杂交性研究

利用102份从CIMMYT引进的人工合成六倍体小麦与黑麦杂交,分析了人工合成六倍体小麦的可杂交性,结果表明:人工合成小麦的可杂交能力变异很大,从0%~72.49%;其中有11份人工合成小麦的可杂交率超过50%以上,1份人工合成小麦YAR/Aegilops tauschii518的杂交结实率达到72.49%,与中国春相似。通过比较同一个硬粒小麦与不同节节麦或同一个节节麦与不同硬粒小麦的可杂交性,发现硬粒小麦和节节麦都对人工合成小麦的可杂交性具有较强的作用。本实验所筛选的具有高亲和性的人工合成小麦,可作为远缘杂交的新材料,用于转育小麦近缘属种优良基因。     

中国四倍体地方小麦品种矮兰麦与中国产节节麦的双二倍体及其在育种上的利用

以四倍体的半矮秆小麦地方品种矮兰麦(Trilicum turgidum L., 2n=28,AABB)作母本与采自河南的抗穗发芽节节麦(Aegilops tauschii Cosson,2n=14,DD)杂交。杂种F_1植株经0.05％秋水仙碱处理后获得矮兰麦一节节麦双二倍体(2n=42,AABBDD)。本文报道了该双二倍体的形态、主要农艺特点、减数分裂等,并讨论了在育种上的利用问题。     

Evaluation of Aegilops tauschiifor Heading Date and Its Gene Location in a Re-synthesized Hexaploid Wheat

The successful worldwide cultivation of hexaploid wheat in a diverse range of environments is because of, in part, breeding and selection for appropriate heading date. To adjust and fine-tune the heading time of hexaploid wheat to particular geographical regions and specific environment within these, there is an urgent need to evaluate and use alternative alleles for heading time. Aegilops tauschii, the donor species of D-genome of hexaploid wheat, has a wide geographic distribution. The present study revealed a wide variation for heading time among 56 Ae. tauschii accessions. All the accessions with short heading dates belonged to the ssp. tauschii, whereas most of ssp. strangulata accessions showed very long heading date. The heading date was also related to distribution of this species. The monotelosomic and monosomic analysis of a synthetic hexaploid wheat showed that chromosome 2D derived from ssp. tauschii accession AS60 had a major effect on promoting heading time with a reduction of more than 5 days. It is postulated that this Ae. tauschii genotype possess the allele Ppd-D^t1 responsible for the insensitivity to photoperiod. This allele is probably different from Ppd-D1 existing in hexaploid wheat. The new allele Ppd-D^t1 derived from Ae. tauschii might be used as a source for hexaploid wheat breeding on photoperiod response.     

Association analysis of grain traits with SSR markers between Aegilops tauschii and hexaploid wheat(Triticum aestivum L.)

Seven important grain traits, including grain length(GL), grain width(GW), grain perimeter(GP), grain area(GA), grain length/width ratio(GLW), roundness(GR), and thousand-grain weight(TGW), were analyzed using a set of 139 simple sequence repeat(SSR) markers in 130 hexaploid wheat varieties and 193 Aegilops tauschii accessions worldwide. In total, 1 612 alleles in Ae. tauschii and 1 360 alleles in hexaploid wheat(Triticum aestivum L.) were detected throughout the D genome. 197 marker-trait associations in Ae. tauschii were identified with 58 different SSR loci in 3 environments, and the average phenotypic variation value(R2) ranged from 0.68 to 15.12%. In contrast, 208 marker-trait associations were identified in wheat with 66 different SSR markers in 4 environments and the average phenotypic R2 ranged from 0.90 to 19.92%. Further analysis indicated that there are 6 common SSR loci present in both Ae. tauschii and hexaploid wheat, which are significantly associated with the 5 investigated grain traits(i.e., GA, GP, GR, GL, and TGW) and in total, 16 alleles derived from the 6 aforementioned SSR loci were shared by Ae. tauschii and hexaploid wheat. These preliminary data suggest the existence of common alleles may explain the evolutionary process and the selection between Ae. tauschii and hexaploid wheat. Furthermore, the genetic differentiation of grain shape and thousand-grain weight were observed in the evolutionary developmental process from Ae. tauschii to hexaploid wheat.     

QTL Mapping for Important Agronomic Traits in Synthetic Hexaploid Wheat Derived from Aegiliops tauschii ssp. tauschii

Aegiliops tauschii is classified into two subspecies: Ae. tauschii ssp. tauschii and Ae. tauschii ssp. strangulata. Novel genetic variations exist in Ae. tauschii ssp. tauschii that can be utilized in wheat improvement. We synthesized a hexaploid wheat genotype (SHW-L1) by crossing an Ae. tauschii ssp. tauschii accession (AS60) with a tetraploid wheat genotype (AS2255). A population consisting of 171 F8 recombinant inbred lines was developed from SHW-L1 and Chuanmai 32 to identify QTLs associated with agronomic traits. A new genetic map with high density was constructed and used to detect the QTLs for heading date, kernel width, spike length, spikelet number, and thousand kernel weight. A total of 30 putative QTLs were identified for five investigated traits. Thirteen QTLs were located on D genomes of SHW-L1, six of them showed positive effect on agronomic traits. Chromosome region flanked by wPt-6133–wPt-8134 on 2D carried five environment-independent QTLs. Each QTL accounted for more than 10% phenotypic variance. These QTLs were highly consistent across environments and should be used in wheat breeding.     

人工合成小麦RSP的LMW-GS基因克隆

 RSP是用抗穗发芽的节节麦与圆锥小麦合成的人工六倍体小麦Triticum turgidum-Aegilops tauschii），其抗穗发芽特性在维持小麦面粉加工品质方面有着潜在的重要价值。为了了解其低分子量谷蛋白这一对小麦加工品质有直接重要影响的蛋白组分情况，本研究采用PCR法从合成小麦RSP中克隆得到3个低分子量谷蛋白亚基（LMW-GSs）基因，命名为LMWRSP-1、LMWRSP-2和LMWRSP-3。基因序列GenBank登录号分别为AY676681、AY676682和AY676683。其中，LMWRSP-1和LMWRSP3的编码区长度分别为825 bp和915 bp，可分别编码274和304个氨基酸。LMWRSP-2由于在编码区内有1个提前终止密码子，推测为不编码成熟蛋白的假基因。与已知LMW-GS基因进行比较发现，LMWRSP-1与Glu-A3位点基因的相似性最高，LMWRSP-3与Glu-D3位点的基因相似性最高。     

粗山羊草间杂交的育性表现及抗病性鉴定

[目的]为了探讨粗山羊草间杂交的育性表现及其后代的抗病性。[方法]利用13份不同产地的粗山羊草进行杂交,在田间用京双16作诱发行,接种北京地区流行的白粉病混合菌株,进行苗期、成株期抗病性鉴定。[结果]从杂交结果看,亚种内杂交率较高,为14.15%～83.33%,而亚种间杂交率较低,为0～8.33%,因此可以判断粗山羊草亚种之间存在着生殖隔离。通过对抗病粗山羊草Y192与感病Y2272的杂交后代进行小麦白粉病抗病性鉴定,发现抗病基因是由显性单基因控制的。[结论]该结果为进一步研究小麦白粉病抗病基因奠定了基础。