人工六倍体小麦后代衍生群体遗传多样性研究(英文)

通过四倍体二粒小麦和节节麦杂交而获得的人工合成六倍体小麦,含有丰富的普通小麦品种改良有益基因,作为拓宽普通栽培小麦性状和新品种改良的新的种质资源已广泛应用于普通小麦的遗传改良实践中.利用分布于小麦A、B、D基因组21条染色体、28个不同染色体臂上的37对微卫星引物,对人工合成六倍体小麦与四川成都平原普通栽培小麦主栽品种杂交、回交经多代选择而形成的117份人工合成六倍体小麦衍生后代高代群体系(其中川麦38、川麦42、川麦43和川麦47为审定品种)进行了DNA分子水平上的分析,共检测到256个等位基因变异,平均每个SSR标记位点检测到6.92个等位变异基因.每个SSR位点等位基因变异数在1～14个,变异幅度较大,表明SSR分子标记在人工合成六倍体小麦中表现出高水平的遗传变异.A,B,D基因组中,D基因组表现出的多态性信息含量最低,为0.427 6,B基因组次之,为0.534 6,A基因组最高,达到 0.614 5(A>B>D).辛普森指数比较的结果也反映出相同的变化趋势,A基因组最高,为1.187 4,B基因组次之,为1.081,D基因组最小,为0.804 6(A>B>D).综合多态性信息含量和辛普森指数的估值,表明这一批人工合成六倍体小麦后代衍生高代群体接受的遗传基因既来自人工合成六倍体小麦,又来自普通栽培小麦,显示杂合度类型丰富,具有较高的遗传差异.根据获得的等位基因变异片断的分布情况进行UPGMA聚类,发现A,B,D基因组基因型间的遗传相似系数较低, A,B,D三基因组37个SSR标记位点所得平均遗传相似系数为0.472 1,A基因组平均遗传相似系数为0.379 7,B基因组平均遗传相似系数为0.462 7,D基因组上平均遗传相似系数为0.581 5,反映出人工合成六倍体小麦后代衍生群体材料的遗传多样性处于较高水平.本研究结果证明利用人工合成六倍体小麦所具有的普通小麦野生近缘种中的基因库改良现代小麦,丰富其遗传基础,减少其生物和非生物胁迫的脆弱性,是一条行之有效的途径.     

人工合成六倍体小麦与普通小麦杂交后代衍生群体的PPO基因分析

四倍体小麦与节节麦杂交培育的人工合成六倍体小麦已广泛应用于国内外小麦品种改良。以引自CIMMYT的Syn768、Syn769、Syn780和Syn786人工合成六倍体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SSR特异引物Xgwm312标记位点的PAGE凝胶电泳对其PPO基因型进行了研究。结果表明,Xgwm312位点的标记具有多态性,其PCR扩增产物可产生198bp、216bp、232bp和240bp四种等位基因变异片段。在所检测的117份后代衍生群体材料中,65份材料具有198bp片段的等位基因,占全部材料的55．56％;13份含216bp片段的等位基因,其频率为11．11％,35份材料具有232bp片段的等位基因,分布频率为29．91％;只有4份材料含有240bp片段的等位基因,仅占全部材料的3．42％。从每个人工合成六倍体小麦亲本材料所形成的后代衍生群体来看,基因等位变异片段分布频率各不相同。说明PPO基因在小麦杂交后代材料中基因型的表现存在着随机性,与亲本的基因型状况关系极大,并且在后代材料中出现了亲本都没有的240bp等位基因变异片段的材料。通过研究人工合成六倍体小麦与普通小麦杂交后代的PPO基因型,有助于提高分子标记育种效率,也有助于PPO基因型的多态性研究,并为人工合成六倍体小麦在我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。     

人工合成六倍体小麦的ISSR位点遗传多样性分析

为了解人工合成六倍体小麦品种的遗传多样性,选用了100条ISSR引物对11份人工合成小麦和3个普通小麦材料(TP、HTS-1、CS)进行了遗传多样性分析。筛选出了42条引物可用于遗传多样性分析,其中有24条引物对供试材料具有较强的鉴别能力。42条引物共扩增出了273个条带,每条引物扩增出的条带数是3~12,平均每条为6.5,同时检测到在14份小麦试材中有170(占62.3%)个等位变异位点,引物等位变异数为1~11,平均每个位点出现4.5个等位变异。42条引物扩增产物的多态性信息量(PIC)为0.499~0.879,平均为0.767,多数引物扩增的多态性信息量在0.800左右。14份材料间的遗传相似系数为0.663~0.934,平均为0.790。根据材料间的遗传相似系数聚类,14个材料被聚为3类,其中聚为第2类的试材最多。本研究表明,14份小麦材料遗传相似性较大,亲缘关系较近,但参试材料总体遗传多样性水平较高。聚类分析结果与试材系谱及亲本来源相吻合。结果表明ISSR标记技术可应用于物种的鉴别、遗传多样性研究和遗传图谱构建。     

川麦42遗传背景中人工合成小麦导入位点的SSR标记检测

硬粒小麦和节节麦是六倍体普通小麦的二级基因源,六倍体人工合成小麦遗传变异丰富、蕴藏着丰富的抗性基因,可供现代小麦改良利用。利用人工合成小麦基因资源与四川小麦杂交、回交,已育成了高产、优质、抗病小麦新品种“川麦42”。本文利用217对微卫星（SSR）引物检测“川麦42”遗传背景中人工合成小麦的导入位点,发现24个位点来源于人工合成小麦,占所用引物数的11.06%,远小于理论值25%。川麦42遗传背景中人工合成小麦导入位点在A、B和D染色体组分布频率不均衡,D组>B组>A组;人工合成小麦导入位点在川麦42各染色体间差异也很大,在1B、2B和5A染色体上分布较集中、片段较长,而在1A等11条染色体上则无导入位点;表明人工合成小麦的遗传位点并不按孟德尔遗传规律传至后代,人工选择压力导致遗传位点很大的偏分离行为。     

1950年以来山东省主推小麦品种的遗传多样性演变

利用24对SSR引物对62个山东省1950年以来大面积推广小麦品种遗传多样性的演变情况进行了分析。结果表明24对引物均有较好的多态性,共扩增到100个等位变异片段(等位基因),平均每个标记获得4.167个等位基因,多态性信息量(PIC)值平均为0.527,变幅0.200～0.723,基因多样性指数变幅0.225～0.761,平均0.582。三个基因组的位点多态性存在明显差异,平均等位变异丰富度D>B>A,基因多样性指数和多态性信息指数B、D基因组接近,并明显高于A基因组。山东省小麦品种平均遗传丰富度、遗传多样性指数和平均遗传距离均以50年代较高(分别为3.042,0.531和0.596),然后缓慢下降,1980年代回升到顶峰(分别为3.250,0.560和0.616),然后迅速下降。62个品种遗传相似系数变幅为0.580～0.940,平均为0.723。按非加权类平均法(UPGMA)、在遗传相似系数0.719处将不同品种聚类成7类,基本与山东省不同时期育种骨干亲本及其衍生品种一致,说明山东省近60年来小麦育种与全国一样,围绕骨干亲本展开。由于特有种质资源的创造和应用,山东省小麦品种遗传多样性高于全国和其他麦区,尤其是1980年代,但之后迅速下降,必须引起足够重视。     

川麦42中源于人工合成小麦的一个高产位点鉴定

人工合成小麦是改良现代小麦的重要基因资源。川麦42是人工合成小麦与普通小麦杂交育成的高产、抗条锈、广适小麦新品种。利用小麦全基因组的1029个SSR标记扫描,检测了川麦42遗传背景中人工合成小麦导入位点,并利用川麦42与四川小麦品种川农16构建的127个重组自交系(RIL, F₈),在4年6个环境下种植获得的农艺性状数据,分析了人工合成小麦导入位点对小麦产量和产量构成因子的遗传效应,在川麦42遗传背景中发现一个高产的人工合成小麦导入位点Barc1183。根据Barc1183分子标记,将RIL群体中的127个株系分为川麦42基因型(具人工合成小麦导入位点)和川农16基因型(具川农16位点)两组,前者的人工合成小麦导入位点能促进分蘖能力,提高有效穗数、每平方米粒数,增加收获指数、籽粒生产率,在4年6个环境下较后者平均增产达8.92%,Barc1183为一高产的人工合成小麦导入位点。利用中国春双端体和硬粒小麦Longdon的D染色体代换系验证,将其定位于小麦4D染色体长臂。川麦42遗传背景中的高产人工合成小麦导入位点Barc1183,对于进一步开展小麦高产育种研究具有重要价值。     

人工合成六倍体小麦与其亲本间淀粉酶活性的比较

研究小麦多倍化初期幼苗中α-淀粉酶和β-淀粉酶的活性变化,以模拟普通小麦的人工合成异源六倍体小麦为材料,采用3,5-二硝基水杨酸（DNS）法分别测定发芽96.5h的人工合成六倍体小麦（第五代）及其亲本中这两种淀粉酶的活性。结果表明,人工合成六倍体小麦中淀粉酶的活性显著低于其亲本中该酶的活性。     

太谷核不育小麦衍生材料川6415在其后代中的遗传分析

川6415是利用太谷核不育小麦育成的重要小麦育种基因资源,解析川6415在其衍生后代的遗传,对利用川6415进行分子标记辅助选择育种具有重要意义.本研究选用617对SSR引物对川6415及其衍生品种(系)进行扫描,分析川6415在其一代、二代衍生品种(系)的遗传,结果表明,一代衍生品种川麦42继承了26.6％川6415的遗传物质;二代衍生品种(系)31区和R104更多的继承了川6415的遗传物质,分别为32.6％和37.2％.川麦42遗传背景中来源于川6415的SSR标记位点,在除3D、4D、7D外的18条染色体上都有分布,在2A、2B和4B染色体上形成染色体区段.4B上川麦42遗传背景中源于川6415的染色体区段有利于增加穗数/m2; 2B和7A上的川6415染色体区段有利于降低川麦42株高.因此,太谷核不育小麦衍生材料川6415可作为增加穗数/m2和降低株高的重要基因资源用于小麦高产育种.     

人工合成六倍体小麦在黄淮麦区育种中的利用性评价

为了解人工合成六倍体小麦（synthetic hexaploid wheat,SHW）在黄淮麦区育种改良中的应用价值,利用从国际玉米小麦改良中心引进的5份SHW与普通小麦驻麦305进行杂交、回交,对亲本及BC₂群体的主要农艺性状、产量相关指标和籽粒品质进行调查分析。结果表明,与普通小麦相比,SHW的株高、小穗数、穗粒数、收获系数和千粒重等是其不利性状,但具有较多的分蘖。SHW的纤维含量、面筋含量、蛋白含量和硬度都比驻麦305高（PAAAAA0.05）。BC₂的收获系数较SHW显著提升,其产量虽然比SHW有了较大幅度提升,但仍显著低于普通小麦。BC₂的蛋白质和面筋含量相对于普通小麦亲本显著提升,其中仅2018-2019年的BC₂-SHW1和BC₂-SHW2群体未达显著水平。这表明5份SHW可作为重要的品质改良资源应用于小麦育种中。     

27份含D基因组山羊草属种在高产基因座Barc1183的多态性分析

具有D基因组的山羊草属种是小麦重要的野生近缘植物,携带丰富的优异基因,是改良现代小麦的重要遗传资源。SSR标记Barc1183是在川麦42遗传背景中发现的一个来源于人工合成小麦的高产基因座,位于4DL染色体上。本研究,利用基因座Barc1183及其紧密连锁的SSR标记Barc48,以川麦42和川农16为对照,对27份含D基因组的山羊草属材料进行了多态性分析。结果表明,27份山羊草属材料在Barc1183基因座,发现8种等位变异类型,其中6种等位变异类型为不同于对照川麦42和川农16的新类型;而在Barc48基因座,发现5种等位变异类型,这5种等位变异均为不同于对照川麦42和川农16的新等位变异类型。结合Barc1183和Barc48基因座结果分析表明,27份山羊草属材料中均含有不同于川麦42、川农16的等位变异类型,没有一份与川麦42和川农16基因型完全一致的材料。     

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后代衍生群体Waxy蛋白亚基的分子标记

四倍体小麦与节节麦杂交培育的人工合成六倍体小麦已广泛应用于国内外小麦品种改良。以引自CIMMYT的Syn768、Syn769和Syn780人工合成六倍体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份优良高代系为材料,采用SSR特异引物的PAGE凝胶电泳对其Waxy蛋白亚基缺失类型进行了研究。结果表明,在所检测的121份材料中,8份材料缺失Waxy-B1型蛋白亚基,占全部材料的6.6%;没有检测到其他类型的缺失体。从每个人工合成六倍体小麦亲本材料所形成的后代衍生群体来看, Waxy-B1缺失体频率各不相同,说明Waxy蛋白亚基缺失类型在人工合成六倍体小麦后代衍生群体材料中的表现存在着随机性,与亲本的基因型状况关系极大。通过研究人工合成六倍体小麦与普通小麦杂交后代的Waxy蛋白亚基缺失类型,有助于提高分子标记育种效率。     

两个不同籽粒硬度小麦的比较蛋白组学分析

小麦是全球种植面积最大粮食作物,为全球45亿人提供日常蛋白和能量摄入的20%。弄清小麦籽粒硬度遗传基础,对于改良小麦品质具有重大意义。为探讨不同硬度小麦种子的分子基础,本实验选用西南麦区2个硬度差异极显著的小麦品种川麦66和蜀麦969,从蛋白水平上分析其种子蛋白差异表达情况,利用TMT定量蛋白质组学技术(tandem mass tags)结合生物信息学分析,分析差异表达的蛋白及其功能和通路等富集情况。结果表明,鉴定并定量了有效蛋白6020个,其中显著差异表达蛋白113个,在软质麦川麦66中上调表达的69个,下调表达的44个。差异蛋白GO富集分析共富集到65个GO条目,达到极显著富集水平的包括生物过程的1个条目、细胞组成的1个条目和分子功能的6个条目。推测营养库活性类蛋白、酶抑制剂活性类蛋白和谷胱甘肽代谢途径类蛋白可能参与小麦籽粒硬度形成。籽粒硬度相关蛋白可能主要分布于细胞胞外区,具有防御作用。从系统发育分析推测, puroindolines蛋白及其同源蛋白,可能既作为小麦籽粒贮藏蛋白,同时还能作为酶抑制剂调控籽粒发育。本研究为进一步探索小麦籽粒硬度遗传机制提供了参考。     

High genetic diversity of Spanish common wheats as judged from gliadin alleles

Gliadin alleles were identified in 100 common wheat cultivars registered and/or grown in Spain during the last 40 years. A very high level of genetic polymorphism was found: in total, 103 allelic variants including one null‐allele were found at the six major Gli loci in the Spanish wheats studied. An average genetic diversity for these six loci was found to be higher (H=0.844) than in any group of wheat cultivars studied previously. Spanish wheats bred in Spain demonstrated even higher genetic diversity (H=0.868), probably because of the occurrence in this group of some landraces (local varieties) assumed to be strongly differentiated to fit local environments. The high level of genetic diversity of wheats grown in Spain was maintained by the introduction of distantly related wheat germplasm from different sources, especially from Italy and CIMMYT. A slight decrease of genetic diversity in recently registered cultivars might be caused by the excessive introduction of French wheats. Thirteen new alleles found in Spanish wheats were catalogued, including Gli‐D2w which encodes the first Gli‐D2‐controlledγ‐gliadin to be found.     

川麦42的1BS染色体臂对小麦主要农艺性状的遗传效应

川麦42的1BS染色体臂来源于人工合成小麦亲本Syn769。利用川麦42与含1BL/1RS易位系的四川小麦品种川农16构建的127个重组自交系(RIL, F₈),经3年4个环境的遗传评价,比较了川麦42的1BS和川农16的1RS染色体臂对小麦产量构成因子和产量的遗传效应。结果表明,RIL群体中川麦42的1BS染色体臂株系和川农16的1RS染色体臂株系在分蘖力、成穗率、全生育期、小穗数、收获指数和籽粒产量6个性状上存在显著差异; 1BS染色体臂有利于提高成穗率和收获指数,而1RS染色体臂有利于提高分蘖能力和增加小穗数,1BS株系的籽粒平均产量比1RS株系增加2.91%。鉴于1RS染色体臂上的抗条锈病基因丧失抗性,其携带的黑麦碱基因对加工品质有明显的负向作用,而川麦42的1BS染色体臂携带高抗条锈病基因YrCH42, 并对小麦籽粒产量有正向作用,因此建议在小麦遗传改良中利用川麦42的1BS替换1RS染色体臂。