普通小麦-十倍体长穗偃麦草衍生新品种抗赤霉病基因的分子鉴别

【目的】赤霉病(Fusarium head blight,FHB)是世界范围内严重危害小麦生产的病害之一。十倍体长穗偃麦草(Thinopyrum ponticum)具有优良的赤霉病抗性,普通小麦-十倍体长穗偃麦草衍生新品种西农509、西农511和西农529在田间展现出较强的赤霉病抗性。本文旨在对这3个品种的赤霉病抗性基因进行分子鉴别,为它们在小麦赤霉病抗性遗传改良中的应用提供理论依据。【方法】通过赤霉病菌(Fusarium graminearum)人工接种鉴定,明确3个小麦新品种对赤霉病的抗性水平。利用偃麦草E组染色体(臂)第1—7同源群的特异引物对3个普通小麦-十倍体长穗偃麦草衍生新品种及其主要亲本小偃693、小偃597和十倍体长穗偃麦草进行分子鉴定,确定其长穗偃麦草的遗传区段。利用与长穗偃麦草7EL染色体上抗赤霉病基因Fhb7紧密连锁的标记对实验材料进行分析,明确该抗性基因与Fhb7的关系。【结果】鉴定结果表明,西农509、西农529和西农511的赤霉病抗性与中抗对照品种扬麦158的抗性水平相当,表现为中抗。105个长穗偃麦草E基因组特异标记中有7个在3个新品种中均能扩增出长穗偃麦草的特异条带,其中5个标记定位于7EL染色体臂上,2个标记定位于7ES染色体臂上。利用97个定位于7E染色体的特异标记进一步对小偃693、小偃597和3个新品种的遗传片段进行鉴别,结果表明20个标记能在5个长穗偃麦草衍生品种(系)扩增出稳定的十倍体长穗偃麦草的特异条带,其中包括与Fhb7紧密连锁的Xsdau K8、Xsdau K144、Xsdau K27、Xsdau K99、Xcfa2040和Xsdau K116等6个标记(7EL 149.00—7EL 153.77),即表明该区段源自于十倍体长穗偃麦草,跨距约89 c M。然而,已报道的7EL染色体臂末端与Fhb7两侧紧密连锁的分子标记Xsdau K60(7EL 153.77)、Xmag1932(7EL 154.70)、Xcfa2240(7EL 156.27)、Xsdau K66(7EL 158.02)、Xsdau K71(7EL 158.97)和Xsews19(7EL 160.00)等在3个新品种及小偃597中均没检出长穗偃麦草的特异条带。【结论】普通小麦-十倍体长穗偃麦草衍生新品种西农509、西农511和西农529具有较好的赤霉病抗性,携带来自于十倍体长穗偃麦草7E染色体的遗传区段,然而该抗赤霉病基因不同于Fhb7。     

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。     

偃麦草E染色体组特异RAPD和SCAR标记的建立

用100条10碱基随机引物，以普通小麦中国春，中间偃麦草为材料进行RAPD分析，筛选到一个偃麦草染色体组特异引物OPF03，并从中间偃麦草中克隆了该引物的特异DNA片段OPF031291。将该片断与比萨偃麦草中的OPF031296（GenBank序号U43516）比较，同源性为88％。根据OPF031291的序列，设计了2对SCAR引物，利用OPF03和引物P3，P4对普通小麦，普通小麦－中间偃麦草的部分双二倍体，长穗偃麦草，中间偃麦草，小麦－二倍体长穗偃麦草代换系，附加系共6类材料进行了RAPD和SCAR分析，发现RAP标记OPR031291没有出现在含E^e染色体组的材料中，而标记SCAR982则出现于所有含E染色体组的材料中。说明，根据E^b染色体组特异RAPD标记转化的SCAR标记，可以同时检测小麦背景下的E^e染色体。     

小麦-长穗偃麦草7E抗赤霉病易位系培育

【目的】将二倍体长穗偃麦草7E染色体导入主栽小麦背景,培育小麦-长穗偃麦草7E染色体抗赤霉病易位系,为小麦抗赤霉病遗传改良利用外源优良基因提供新种质。【方法】利用中国春-长穗偃麦草7E代换系DS7E(7B)与扬麦16杂交的F_2种子进行~(60)Co辐射(30 000 rad)和种植,表现型选择收获存活M_1植株的种子,从M_2连续通过表型农艺性状选择、单花滴注法进行赤霉病抗性鉴定和长穗偃麦草7E染色体或染色体臂特异分子标记PCR扩增筛选,最后在M_4代对中选材料以长穗偃麦草基因组DNA为探针进行基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)证实。【结果】M_1选择了赤霉病发病率不同的13个单株进行繁殖。利用前期开发的长穗偃麦草7E染色体和7EL、7ES特异标记检测13株的后代M_2单株,获得含有长穗偃麦草7EL片段7株和7ES片段14株;对21株M_2衍生的222个M_3植株进行特异标记检测,共选择含有长穗偃麦草7EL片段13株和7ES片段3株;利用来自12株M_3的后代(M_4)进行GISH,共9株M_3的后代具有小麦-长穗偃麦草易位染色体,体细胞染色体2n=42。2株M_3的后代显示附加2条长穗偃麦草染色体短臂,体细胞染色体2n=44。连续多年多途径的筛选,获得4份材料,3份材料均为长穗偃麦草7E染色体长臂易位系,命名为TW-7EL1、TW-7EL2和TW-7EL3。1份为7E染色体短臂附加系,命名为W-DA7ES,最后所获得的材料是源自M_1代2个单株。连续3年赤霉病抗性鉴定结果表明长穗偃麦草7EL易位系抗性高,发病率明显低于中国春和扬麦16,与苏麦3号相当,而7ES附加系的赤霉病抗性明显较低,发病率明显高于7EL易位系。【结论】通过赤霉病抗性鉴定、染色体特异分子标记筛选和GISH证实相结合培育了小麦-长穗偃麦草7EL抗赤霉病易位系,长穗偃麦草易位片段鉴定快速和准确。二倍体长穗偃麦草7E染色体长臂中含有抗小麦赤霉病的基因。     

长穗偃麦草E组染色体对小麦光合速率和产量性状的效应

以中国春-二倍体长穗偃麦草附加系、置换系为材料,在不同生育期测定其旗叶光合速率,收获期考察相关产量性状,并分析光合速率与产量构成因素的相关性,从而对长穗偃麦草影响小麦光合速率和产量的相关遗传基础进行染色体定位。结果表明:长穗偃麦草的2E及6E染色体对提高小麦旗叶光合速率的效应明显,而5E染色体却具有负作用,3E、4E及6E染色体上可能存在对提高小麦产量有利的基因。     

一种小麦蓝粒标记单体代换系4E(5A)的创制

【目的】利用长穗偃麦草4E染色体代换方法,快速创制具有蓝粒标记性状的小麦单体系统。【方法】以中国春5A单体和小麦-长穗偃麦草4E二体代换系为材料,分别以拟斯卑尔脱穗型和蓝粒性状作为小麦5A染色体和长穗偃麦草4E染色体的标记,通过杂交、回交并结合染色体鉴定等方法,培育一种具有蓝粒标记的小麦单体代换系4E(5A)。【结果】这种蓝粒标记的小麦单体代换系籽粒为浅蓝色,能够正常生长结实,其自交可分离出深蓝籽粒小麦4E(5A)二体代换系、浅蓝籽粒小麦4E(5A)单体代换系和白粒小麦5A缺体,3种类型所占比例分别为14.5%,75.6%和9.9%,其种子均能正常生长,植株均表现出拟斯卑尔脱穗型性状,且颖壳较硬,但白粒系植株的生活力明显低于前二者。【结论】长穗偃麦草4E染色体对小麦5A染色体的缺失,具有一定的补偿功能,对以染色体定向代换方式快速创制蓝粒标记小麦单体系统,具有一定的参考价值。     

利用SLAF-seq技术开发十倍体长穗偃麦草专化分子标记

为开发长穗偃麦草(Thinopyrum ponticum)分子标记,以小偃68(西农)为试验材料,利用SLAF-seq技术获得9 667个小偃68外源染色体特异标签,筛选出823个长穗偃麦草专化分子标记。选取其中100个标记扩增20份小偃麦易位系,发现染色体构成相似的易位系具有相同的扩增结果,并得到小偃麦易位系的特异分子标记。应用这些标记可以快速检测长穗偃麦草遗传物质。     

偃麦草基因组特异重复序列的分离与应用

【目的】偃麦草(Thinopyrum)是小麦(Triticum aestivum L.)的多年生野生近缘植物,具有许多可用于小麦品种改良的优异基因。利用基因组特异重复序列可以研究物种的进化关系、绘制染色体指纹图谱及检测外源染色质。克隆十倍体长穗偃麦草(Th.ponticum(Host)Liu and Wang)基因组特异重复序列,可用于鉴定和追踪导入到小麦背景中的偃麦草遗传物质。【方法】通过构建十倍体长穗偃麦草小片段质粒文库,并对文库进行高密度点杂交(Dot-blot hybridization)筛选,结合荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)技术,获得偃麦草基因组特异的重复序列,分析其在不同基因组及染色体上的分布特点。利用Repeat Masker在小麦族重复序列数据库(Triticeae repeat sequence database,TREP)及NCBI Gen Bank对特异重复序列进行比对分析,并设计偃麦草基因组特异重复序列的PCR引物。通过FISH分析和特异PCR引物扩增,对小麦-偃麦草衍生后代进行鉴定和选择。【结果】获得7条偃麦草基因组特异的重复序列。FISH分析表明,其在十倍体长穗偃麦草和六倍体中间偃麦草所有染色体两臂上均呈弥散型分布,且在不加小麦封阻DNA的情况下,能明确区分八倍体小偃麦中的偃麦草和小麦染色体。将其应用到小麦-偃麦草代换系和易位系的分子细胞学检测中,特异重复序列同样可以在不加封阻的情况下分辨出偃麦草染色体及染色体片段,而且信号相比基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)更加特异和清晰。基于偃麦草基因组特异重复序列开发了90对引物,通过在中国春、十倍体长穗偃麦草和八倍体小偃麦中的扩增产物比较分析,筛选出36对(40%)偃麦草基因组特异PCR标记;利用这些特异引物对109份小麦-偃麦草衍生材料进行扫描,发现10对扩增效果较好的特异引物,其检测效率为73.3%—95%。【结论】获得偃麦草基因组特异的重复序列,开发了特异PCR扩增引物,可应用于小麦背景下偃麦草遗传物质的高效检测和跟踪。     

采用ISSR方法研究簇毛麦属与偃麦草属染色体组的遗传关系

[目的]确证簇毛麦属（Dasypyrum）与偃麦草属（Thinopyrum）物种不同基因组的系统发生关系。[方法]采用ISSR引物对12个小麦族物种扩增后进行了聚类分析。[结果]多年生簇毛麦（D.breviaristatum）、中间偃麦草（Th.intermedium）和二倍体长穗偃麦草（Lo-phopyrum elongatum）亲缘关系最近而聚在一起,而二倍体簇毛麦（D.villosum）与拟鹅观草（Pseduoroengeria spicata）聚在一起。[结论]多年生簇毛麦Vb基因组与偃麦草E基因组关系较近;二倍体簇毛麦和多年生簇毛麦未聚在一起,支持＂多年生簇毛麦不是二倍体簇毛麦加倍产生＂的观点。关键词簇毛麦属;偃麦草属;ISSR;聚类分析;遗传进化 更多还原     

普通小麦-长穗偃麦草异附加系的分子标记鉴定

利用分布于小麦7个部分同源群的1 246对引物对15个可能的小麦-长穗偃麦草二体异附加系的4个亲本的基因组DNA进行扩增。结果表明,186对SSR、209对EST-SSR和22对STS引物能够在长穗偃麦草中扩增出不同于其他3个小麦亲本的特异条带,其中18对引物可以在14个附加系中的1~7个附加系扩增出长穗偃麦草的特异带,说明它们可能添加长穗偃麦草的遗传物质。5个附加系(1-3、1-8、1-27、2-6和2-22)可能含有长穗偃麦草第7同源群染色体,4个附加系(5-10、5-20、6-23和6-18)可能含有长穗偃麦草第6同源群染色体。附加系1-13可能附加2条不同同源群的长穗偃麦草染色体。同时发现,小麦与长穗偃麦草杂交及其后代衍生过程中长穗偃麦草染色体间可能发生遗传重组。     

百萨偃麦草高分子量麦谷蛋白亚基的鉴定及其染色体定位

经SDS-PAGE电泳和Western杂交,在百萨偃麦草(Thinopyrum bessarabicum)中鉴定出1个高分子量麦谷蛋白亚基,其电泳迁移率大于"中国春"小麦的1Dy12亚基,本研究命名为1Ebx亚基,其编码基因命名为Glu-1Ebx.对由百萨偃麦草衍生的双二倍体及其1套二体附加系进行SDS-PAGE分析,只有百萨偃麦草、双二倍体和1Eb附加系表达1Ebx亚基,小麦亲本及其它附加系均不表达此亚基.用1对HMW-GS通用引物对上述材料进行扩增时,只有在百萨偃麦草、双二倍体和1Eb染色体附加系的基因组DNA中扩增出分子量大小一致的DNA片段,与SDS-PAGE的定位结果一致.表明1Ebx亚基是由百萨偃麦草1Eb染色体上的HMW-GS基因所编码.     

4种禾本科小麦族植物微观形貌特征比较研究

[目的]研究小麦族4种植物花粉粒和气孔的微现特征的异同,并探讨花粉粒和气孔大小与染色体组倍数的关系。[方法]通过扫描电镜对二倍体长稳偃麦草、中阍偃麦草、普通小麦、和八倍体小偃麦的花粉粒和叶表面的微观形貌特征进行了比较。[结果]4种植物在花粉粒形态、大小、表面突起,萌发孔和叶表面气孔大小方面存在一定的差异,其中二倍体长穗偃麦草与其他3种植物的花粉粒和气孔的微观特征差异明显。可见,小麦族二倍体物种与六倍体物种、八倍体物种在花粉粒和气孔的微观特征方面有明显差异,但六倍体和八倍体物种之间差异不明显。[结论]用花粉粒和气孔的一些微观特征作为鉴别二倍体和六倍体、八倍体等染色体组倍数相差较大的物种有一定的依据。     

kr基因在普通小麦—偃麦草双二倍体背景下的遗传表达分析

通过ＣＳ／Ｔｈ．ｅｌｏｎｇａｔｕｍ和ＣＳ／Ｔｈ．ｂｅｓａｒｂｉｃｕｍ两个双二倍体与黑麦和粘果山羊草的可杂交性，分析了中国春（ＣＳ）的隐性ｋｒ基因在普通小麦－偃麦草双二倍体下的遗传表达。结果表明，偃麦草种Ｔｈ．ｅｌｏｎｇａｔｕｍ和Ｔｈ．ｂｅｓａｒｂｉｃｕｍ中可能存在抑制ＣＳ隐性ｋｒ基因在普通小麦－偃麦草双二倍体中正常表达的遗传因子，其抑制效应因与普通小麦－偃麦草双二倍体杂交的父本不同而异。同时，Ｔｈ．ｅｌｏｎｇａｔｕｍ和Ｔｈ．ｂｅｓａｒｂｉｃｕｍ两个种中的抑制因子的抑制效应也存在差异。     

尾状山羊草α-醇溶蛋白基因的克隆和序列分析

本研究利用一对α-醇溶蛋白基因的特异引物,从小麦近缘植物尾状山羊草Y46中克隆获得5个α-醇溶蛋白基因,与NCBI已提交的α-醇溶蛋白序列进行多重比对分析发现,本研究获得的α-醇溶蛋白基因与已知的小麦及其近缘植物中的α-醇溶蛋白基因序列具有较高的相似性,其编码的氨基酸序列存在一定的多态性;在潜在的致敏性上,在这5个α-醇溶蛋白序列中未发现任何已知的与乳糜泻病相关的抗原表位,这在小麦及其近缘植物中较为罕见;进化分析表明,来自C染色体组中的α-醇溶蛋白与来自M和U染色体组的α-醇溶蛋白具有较近的亲缘关系。     

长穗偃麦草醇溶蛋白的遗传多样性分析

为进一步发掘长穗偃麦草[Thinopyrum elongatum(Host)D.R.Dewey]优异种质,采用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳法(A-PAGE),对分别来自伊朗、土耳其、美国等7个国家的18个长穗偃麦草居群醇溶蛋白的遗传多样性进行了分析。这18个居群中共含有70种醇溶蛋白带型,平均多态性位点百分比(PPB)为75.40%(变幅41.43%~92.86%),平均Nei基因多样性指数(h)为0.241 1(变幅0.127 0~0.332 2),平均Shannon信息指数(SI)为0.361 1(变幅0.195 8~0.497 0)。其中17.35%的遗传变异来自长穗偃麦草居群间,82.65%的遗传变异来自居群内。此外,聚类结果显示,所选材料被分为5组,且聚类结果与材料的地理来源并无密切相关性。以上结果表明,长穗偃麦草的醇溶蛋白位点存在丰富遗传多样性,可用于改良小麦加工品质。     

Lophopyrum elongatum (Host) A.Lve染色体对小麦小穗数的影响

以普通小麦中国春为遗传背景的中国春Ee 染色体二体附加系或二体代换系为材料 ,研究了Lophopyrume longatumEe 染色体对小麦小穗数的影响。发现Lophopyrumelongatum的 4Ee 染色体对增加小穗数有很强的效应 ,5Ee 染色体、1Ee 染色体对增加小穗数有较弱的效应     

4种禾本科小麦族植物微观形貌特征的比较(英文)

[Objective] This study was to investigate the difference in microscopic features of pollen grain and stoma of four triticeae species, as well as the relationship between the sizes of pollen grain and stoma, and the chromosome ploidy. [Method] Comparison of the micro-morphological characteristics of pollen grain and leaf epiderm among diaploid Thinopyrum elongatum, Elytrigia intermedia, hexaploid Triticum aestivum and octoploid Tritielytrigia types were carried out by observation under scanning electronic microscope(SEM). [Result] There were some differences among the four species in the micro-morphology, the size, the surface protuberance, the germ pore of pollen grain and the leaf epidermal stoma, in which diploid Thinopyrum elongatum was obviously different from the other three. Diploid, hexaploid and octoploid species of triticeae had remarkable differences in micro-morphological characteristics of pollen grain and stoma. However, some differences between hexaploid species and octoploid species were not significant. [Conclusion] Some microscopic characteristics of pollen grain and stoma could be used as the evidence to identify diaploid, hexaploid and octoploid spieces whose chromosome ploidy are hugely different.