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。     

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。     

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.     

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。     

高抗白粉病和条锈病小麦-卵穗山羊草衍生后代1003的分子细胞遗传学鉴定

卵穗山羊草中蕴含着许多小麦改良所需的优良基因,是小麦重要的三级基因库。为了解其更多遗传特性,本研究利用细胞学、原位杂交、分子标记、形态学和抗病性鉴定等技术对小麦-卵穗山羊草SY159的衍生后代1003进行鉴定。细胞学鉴定结果表明,1003含有44条染色体,减数第一次分裂中期含有22个二价体且配对良好,减数第一次分裂后期含有44条染色体且均等分离;基因组原位杂交(Genomic in situ hybridization,GISH)分析显示,1003含有42条小麦染色体和2条卵穗山羊草染色体;EST和PLUG分子标记分析表明,导入的染色体属于7M染色体;荧光原位杂交(Fluorescence in situ hybridization,FISH)分析表明,1003中含有38条与中国春标准核型相一致的染色体,4A、5A和7M的FISH信号有变异;苗期抗病性鉴定结果表明,1003对白粉病生理小种E09免疫,对条锈病生理小种条中23(CYR23)高抗;形态学调查表明,1003的农艺性状介于双亲之间,千粒重高于双亲。因此,1003是一个具有白粉病和条锈病抗性的小麦-卵穗山羊草二体异附加系,可为小麦品种改良和抗病育种提供新的种质资源。     

抗条锈病普通小麦-滨麦6BS·6NsS附加易位系的分子细胞遗传学鉴定

易位系是向小麦转移外源种属优异基因的重要种质资源。普通小麦-滨麦衍生系M13063A-1由小麦-滨麦第六部分同源群二体异附加系材料连续自交获得。为了给普通小麦-滨麦衍生系M13063A-1的利用提供依据,本研究利用形态学、细胞学、原位杂交、分子标记等技术,对该材料进行了鉴定。细胞学鉴定结果显示,M13063A-1有丝分裂中期染色体数目为44条,减数分裂中期I染色体构型为2n=22Ⅱ,且在减数分裂后期Ⅰ可均等分离。原位杂交结果表明,M13063A-1含有42条普通小麦染色体和1对普通小麦-滨麦易位染色体,易位染色体长臂为滨麦Ns基因组染色体片段,短臂为6BS。分子标记分析确定M13063A-1携带的滨麦染色体片段为6NsS。成株期条锈病抗性鉴定显示,M13063A-1抗条锈菌生理小种条中31和条中32。因此,M13063A-1是一个抗条锈病的普通小麦-滨麦6BS·6NsS附加易位系,可以用作小麦抗病育种的桥梁材料。     

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。     

小麦-滨麦衍生系18DM134的分子细胞遗传学及赤霉病抗性鉴定

滨麦[Leymus mollis(Trin.) Pilger]作为小麦的野生亲缘种之一,具有抗寒、抗旱、耐盐碱等优良特性,同时对多种小麦病害具有良好抗性,是小麦遗传改良的重要基因资源。本研究前期从八倍体小滨麦M842和硬粒小麦D4286的杂交后代中筛选出一个抗赤霉病的衍生系18DM134,为给该材料的利用提供依据,本研究利用细胞遗传学、原位杂交、液相芯片、分子标记等技术对其染色体组成进行鉴定,并对其农艺性状和赤霉病抗性进行调查。细胞学观察结果显示,18DM134的染色体构型为2n=42=21Ⅱ。原位杂交结果显示,18DM134含有38条小麦染色体、2条完整的Ns染色体以及2条易位染色体,其中整条6A染色体和5DS染色体缺失,2条Ns染色体片段易位到3DS染色体,2条3DL染色体易位到5DL染色体。液相芯片和分子标记分析结果显示,18DM134中来自滨麦的6Ns染色体替换了小麦6A染色体,部分5Ns染色体片段与3DS染色体发生了易位,5DS染色体缺失。因此,18DM134为小麦-滨麦代换易位系,其染色体组成为12A+14B+10D+2(6Ns)+2(T3DS-5Ns片段)+2(T3DL-...     

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。     

普通小麦-滨麦及其衍生系的染色体组成分析

滨麦[Leymus mollis(Trin.)Pilger,NsNsXmXm,2n=28]属禾本科(Poaceae)小麦族(Triticeae)大麦亚族(Hordinae)赖草属(Leymus Hochst.)的一个多年生四倍体植物,蕴含着丰富的小麦改良优异基因,是小麦育种的重要三级基因资源。为给普通小麦-滨麦种质类型的创制、筛选和鉴定提供参考依据,本研究通过细胞学观察、顺序荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)-基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)及分子标记等技术分别对普通小麦7182、滨麦及其高世代衍生系的染色体组成进行了研究。采用寡核苷酸探针pSc119.2和pTa-535相结合的技术绘制出普通小麦7182所有染色体的FISH标准核型图。初步推断出滨麦的染色体核型公式2n=4x=28=22m(6sat)+6sm。同时通过FISH-GISH技术鉴定出两种类型的普通小麦-滨麦高世代衍生系M47和M39,染色体组成分别表示为2n=56=42T.a+14L.m、2n=56=44T.a+12L.m。     

Genetic analysis and molecular mapping of a stripe rust resistance gene in wheat–Leymus mollis translocation line M8926-2

Stripe rust, caused by Puccinia striiformis f. sp. tritici (Pst), is one of the most widespread and destructive diseases of wheat crop worldwide. Growing resistant cultivars is the preferred method of controlling diseases, but only a few effective genes are available. M8926-2, a translocation line developed from interspecific hybridization between Leymus mollis and a common wheat genotype 7182, is highly resistant to the prevalent Chinese Pst races. In order to identify gene(s) for stripe rust resistance, M8926-2 was crossed with susceptible genotype Mingxian 169, and seedlings of parents and F₁, F₂, and F_2:3 progenies were tested with the most prevalent Pst race CYR32 under controlled greenhouse conditions. M8926-2 has a single dominant gene, designated as YrM8926, conferring all-stage resistance to CYR32. Genetic mapping was used to identify molecular markers linked to YrM8926. A linkage group of seven simple sequence repeat (SSR) markers was constructed for YrM8926 using 191 F_2-2 population plants and the gene was located on wheat chromosome 2DS. The wheat-L. mollis translocation line background of M8926-2 and disease assessments indicated that YrM8926 is originally derived from L. mollis. The stripe rust resistance gene and closely linked molecular markers should be useful for pyramiding with other genes to develop wheat cultivars with high-level and long-term resistance to stripe rust.     

小麦-华山新麦草7Ns异附加系的分子细胞遗传学研究

为了给有效利用华山新麦草基因提供新的种质材料,利用细胞遗传学、分子标记等技术,结合田间农艺性状考察,对从小麦-华山新麦草七倍体材料H8911-99与硬粒小麦D4286杂交F4代分离群体中选育的杂交后代12DH25进行了鉴定。华山新麦草基因组特异SCAR标记鉴定表明,12DH25含有华山新麦草遗传物质;有丝分裂和花粉母细胞减数分裂中期I染色体数为2n=44=22Ⅱ,基因组原位杂交(GISH)出现两条杂交信号,且能配对,表明两条外源染色体是华山新麦草的一对同源染色体。选取定位于小麦7个部分同源群上的28对STS标记对12DH25及其亲本基因组DNA进行扩增,定位于小麦第7同源群上的STS标记BE591127和BG274576能在12DH25中扩增出华山新麦草特征条带,将12DH25附加的华山新麦草染色体归属于小麦第7部分同源群。由此确定矮秆材料12DH25是一个稳定的小麦-华山新麦草7Ns二体异附加系。     

4份圆锥小麦-乌拉尔图小麦双二倍体的分子细胞遗传学鉴定

为了给小麦育种提供新的种质资源,对4份圆锥小麦-乌拉尔图小麦双二倍体(AABBA^uA^u)的农艺性状、染色体组成及高分子量谷蛋白亚基组成进行了鉴定。农艺性状调查结果表明,4份双二倍体的株高介于108.45~129.43 cm,分蘖数介于7.3~17.5个,穗长介于10.23~12.17 cm,小穗数介于16.26~22.06,自交结实率介于37.77%~70.46%;4份双二倍体对目前的流行条锈菌混合生理小种(条中31、条中32、条中33、条中34和水源11-4)均表现为高抗。利用寡核苷酸序列探针Oligo-pSc119.2-1、Oligo-pTa535-1、Oligo-pTa71-2、pTa-713和简单重复序列探针(AAC)5进行FISH分析,可区分出圆锥小麦-乌拉尔图小麦双二倍体的42条染色体。花粉母细胞染色体配对观察表明,在这些双二倍体的减数分裂中期I,染色体大多配对成二价体,仅有少量的单价体、三价体和四价体。SDS-PAGE分析表明,来自于乌拉尔图小麦TA#831的1Ay亚基在双二倍体Syn-TAU-2中得到了表达,但其迁移率发生了变化;来自于PI428270和PI428274的1Ax和1Ay亚基分别在双二倍体Syn-TAU-3和Syn-TAU-4中得到了表达。这些双二倍体可作为新的资源材料用于普通小麦的遗传改良。     

小麦抗条锈基因Yr1和Yr2分子检测体系研究

为建立小麦抗条锈病基因分子检测体系,分别以Yr1和Yr2紧密连锁的标记为检测标记,以Sull-1、CYR29、CYR32、CYR33和V26/CM42为小麦条锈菌鉴别菌株,构建Yr1和Yr2分子检测体系,并对181份小麦高代系材料进行了抗病鉴定和Yr1和Yr2基因分析。结果表明,gwm372和gwm382可作为Yr1的检测标记;wmc364可作为Yr2的检测标记;5个鉴别菌株对Yr1和Yr2具有较好的区分能力。Yr1和Yr2基因在181份小麦高代系材料中比例较低,表明这两个基因在我国小麦抗病育种过程中丢失严重。