小麦-黑麦代换系间、代换系与易位系间杂交后代染色体易位系的选育

为了选育有经济价值的易位系,探讨小麦-黑麦间产生易位的频率,本研究以小麦-黑麦代换系DS5R/5A和DS6R/6A为母本,以小麦-黑麦易位系克珍(Kezhen)和带有杀配子染色体的代换系DSGC1为父本,分别进行田间杂交。结果表明:DS5R/5A、DS6R/6A与DSGC1(2S)杂交结实率低,平均为27.7%,与克珍(T3B.3R)杂交结实率高于前者,平均结实率为59.3%,二者均好于远缘杂交的结实率,这也表明带有杀配子染色体的亲本影响结实率;对选出的54株DS5R/5A×DSGC1、DS6R/6A×DSGC1杂种后代与80株DS5R/5A×克珍、DS6R/6A×克珍杂种后代进行C-分带、原位杂交和分子标记鉴定后发现,二者的易位频率分别为11.1%和8.8%,并且多为染色体端部小片段易位,这种小片段易位可能是代换系间杂交部分同源染色体交换产生的。此外,也表明杀配子染色体在引起染色体断裂后可发生染色体易位。本研究共获得T5RL.5AS、T5RS.5DL、T5RS.5BL、T6RL.6DS、6RL.6BS以及T6RS.6BL等13个易位系,平均易位频率为9.6%。     

用AFLP标记鉴定带有簇毛麦抗白粉病基因的小麦易位系

对４个小簇麦及小麦亲本和抗源供体簇毛麦进行了ＡＦＬＰ分析,确定了４个小簇麦是均含有一段簇毛麦ＤＮＡ的易位系。从得到的３个与该基因可能较紧密连锁的标记和７个不太紧密连锁的标记中,推测４个易位系中簇毛麦ＤＮＡ的长短不一样。文中还讨论了ＡＦＬＰ作为一种准确、快速鉴定易位系方法的可行性。     

基于EST-PCR的簇毛麦染色体特异分子标记筛选及应用

为定位、转移和利用簇毛麦有益基因, 通过花粉辐射, 获得一批包括小麦-簇毛麦易位染色体的异染色体系。为了鉴定这批材料中的簇毛麦染色体身份, 根据水稻、小麦的EST序列合成了240对STS引物, 其中34对引物在普通小麦中国春与簇毛麦间存在多态性;进一步对亲本及簇毛麦二体异附加系进行PCR扩增分析, 标记CINAU32_-300可追踪簇毛麦1V染色体, 标记CINAU33_-280、CINAU34_-510、CINAU35_-1100、CINAU36_-380和CINAU37_-400可追踪簇毛麦2V染色体, 标记CINAU38_-250可追踪簇毛麦3V染色体, 标记CINAU39_-950和CINAU40_-800可追踪簇毛麦4V染色体, 标记CINAU41_-745和CINAU42_-1050可追踪簇毛麦5V染色体, 标记CINAU44_-765和CINAU45_-495可追踪簇毛麦7V染色体。加上本室已开发的2个6V染色体特异标记, 用这些簇毛麦特异分子标记鉴定辐射诱导材料的部分回交后代, 选育出小麦背景中只包含单条簇毛麦染色体的整套1V至7V染色体系, 同时有18条易位染色体的簇毛麦身份得到确定, 表明这些标记可以用来快速检测普通小麦背景中的簇毛麦染色体或染色体片段。     

小麦白粉病新抗源——基因Pm21

利用C-分带技术,从(扬麦4号或扬麦5号×6V代换系)F_2或M_3代选择的100个抗白粉病单株中,鉴定出17株涉及6VS/6AL易位。易位断点靠近着丝粒。易位系在MI平均每个PMC有0.00—0.80Ⅰ和20.69—21.00Ⅱ,易位染色体在中期Ⅰ基本配对成环状二价体,在细胞学上已稳定。不同小种不同菌系的白粉病鉴定表明,易位系在苗期和成株期均表现对白粉病免疫。在簇毛麦6VS上的抗白粉病基因不同于现有抗性基因,根据McIntosh的建议已将该基因定名为Pm21,并被收录于第八届IWGS小麦基因目录中。     

簇毛麦1V染色体SSR标记的筛选

选用位于普通小麦1A、1B、1D染色体上的32对微卫星引物对普通小麦中国春、簇毛麦、6个中国春-簇毛麦二体附加系和1个普通小麦-簇毛麦二体代换系进行SSR分析,发现引物Xgwm498在簇毛麦中扩增出2条长分别为110 bp和190 bp的片段（即Xgwm498/110和Xgwm498/190）, 这两个片段仅在簇毛麦、中国春-簇毛麦1Ha附加系中出现,其余2Ha、     

簇毛麦6VS特异转录序列P21461及P33259的获得及其分子标记在鉴定小麦-簇毛麦抗白粉病育种材料中的应用

簇毛麦6V#2S和6V#4S染色体臂分别携带抗白粉病基因Pm21和Pm V,在与小麦的杂种后代中,抗病基因与外源染色体臂共分离。开发鉴定2条外源染色体臂间多态性的序列,尤其是遗传信息相对缺乏的6V#4S染色体臂的序列,对于其在遗传与育种上的应用具有重要意义。本研究以携带6V#4S·6DL染色体的小麦易位系Pm97033及感病小麦亲本宛7107接种白粉菌的叶片转录组数据为资源,通过差异基因筛选、共线性分析、簇毛麦基因组扩增及测序验证的方法,鉴定出来自6V#4S的表达序列P21461和P33259,其中基于P21461序列设计的引物P461-5在簇毛麦6V#2S和6V#4S染色体臂的扩增产物具有30 bp的In Del和4 nt的多态性。用该引物转化的标记P461-5a可以鉴定抗白粉病小麦品种和高代品系所含的外源染色体,显示其在簇毛麦抗源鉴别和小麦抗病育种辅助选择中潜在的应用价值。根据P33259开发的标记P259-1可以对含有6V#4S染色体臂的材料进行特异扩增,但对6V#2S·6AL易位染色体没有扩增产物,因此P259-1可作为6V#4S·6DL易位染色体的特异分子标记。q RT-PCR分析结果显示,P21461的表达不受白粉菌诱导,而P33259在接菌后12 h和24 h的转录水平比接菌前提高约2倍,推测其可能参与Pm97033与白粉菌的早期互作。     

在小麦-Ae．speltoides易位系中控制普通小麦白粉病抗性基因Pm32的染色体定位

由Blumeria graminis(DC．)E．O．Speer f．sp．tritici引起的普通小麦的白粉病是寒冷和海洋性气候地区破坏性极强的病害。培育抗性品种是消除使用杀真菌剂且使病害造成的作物损失降至最低的一种有效方法。到目前为止，已经在普通小麦的31个基因位点上描述了控制白粉病的抗性基因(Pm基因)。对     

小麦株高近等基因系的RAPD标记研究

采用ＲＡＰＤ技术,以４个小麦株市基因近等基因系（分别含有rht、Ｒht1、Rht2、Rht3)为材料,对２９６个单一随机引物（１０个核苷酸）进行了筛选。发现２５个引我的扩增产物的近等基因系间表现出特异性,在６次重复试验中,有１８个引物的特异护增片段不能重复,６个引物可以重复２－３资,唯有ＯＰＡＭ０１在全部试验中均能稳定重复,其特异扩增版段ＯＰＡＭ０１１８６０可以作为rht基因的ＲＡＰＤ标记。     

抗白粉病小偃麦异代换系的细胞学鉴定和RAPD分析

对从长穗偃麦草与小麦杂种后代中选育的抗白粉病小麦种质系山农87074-551在进行白粉病抗性鉴定的基础上,进行了细胞学和RAPD鉴定.结果表明:山农87074-551根尖细胞染色体数目为2n=42,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ(PMC MⅠ)染色体构型为2n=21 Ⅱ, 它与小麦中国春的杂种F1PMC MⅠ染色体构型为2n=20Ⅱ+2Ⅰ,说明山农87074-551是一个双     

簇毛麦6V染色体短臂特异分子标记的开发和应用

为开发簇毛麦6V染色体短臂特异的分子标记,并利用这些标记对缺失系进行鉴定,选用11个RGA和17对STS引物进行多态性分析,其中1个RGA引物和1对STS引物在对普通小麦扬麦5号、簇毛麦及普通小麦-簇毛麦6VS/6AL易位系进行多态性分析时,分别检测到一条约1 000 bp和约800 bp的多态性片段,将这两个标记转化为稳定的特异性分子标记,分别命名为CINAU17-1086和CINAU18-₇₂₃。运用这两对引物对一系列材料进行扩增,只有含6V染色体短臂的材料才能扩增出相应的特异条带,表明这两个标记均位于簇毛麦6VS上。进一步利用簇毛麦6VS缺失添加系、易位系将CINAU17-₁₀₈₆标记定位在簇毛麦6VS FL0.58与FL0.70之间,将CINAU18-₇₂₃标记定位在簇毛麦6VS FL0.45与着丝粒之间。利用这两个特异标记对通过花粉辐射获得的部分簇毛麦6VS结构变异材料进行PCR鉴定,其结果与细胞学鉴定结果一致。CINAU17-₁₀₈₆和CINAU18-₇₂₃标记可用来快速检测和追踪导入普通小麦背景中的簇毛麦6VS染色体片段,并对缺失系的断点进行了初步界定。     

不同簇毛麦6VS染色体臂的白粉病抗性特异功能标记的开发及应用

小麦6VS·6DL易位系Pm97033和6VS·6AL易位系92R137中的6VS染色体臂来自不同的簇毛麦种质,均表现良好的白粉病抗性,本研究利用分子标记对这2个易位系所包含抗病基因的异同进行了鉴定。利用与Pm21抗白粉病相关的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶Stpk-V基因(GenBank登录号为HQ864471.1)的基因组和cDNA序列为基础,在包含至少1个内含子的2个编码区设计引物,从Pm97033中扩增获得特异的多态性片段。为进一步提高特异性和扩增的稳定性,对特异扩增片段测序并重新设计引物,扩增筛选获得2个引物对,其中PK-F1/PK-R可专一扩增6VS·6DL易位系Pm97033及其抗病亲本,而PK-F2/PK-R可同时特异扩增2个不同来源的簇毛麦6VS染色体,但二者间的特异片段具有多态性。利用这2对引物,对系谱中包含6V(6D)和6VS·6AL、抗白粉病的小麦品系CB037进行检测,发现仅出现与6VS·6AL易位系相同的簇毛麦扩增片段,不存在簇毛麦No. 1026 (Pm97033的6VS供体)的扩增片段。基因组原位杂交结果表明,CB037仅含1对小麦-簇毛麦的易位染色体,用已报道的分子标记检测证明易位涉及的小麦染色体为6A,与本研究开发的分子标记检测结果相吻合,表明CB037携带的白粉病抗性基因来自6VS·6AL易位系92R137,其白粉病抗性可能与Pm97033具有不同的遗传基础。     

利用大麦基因芯片筛选簇毛麦抗白粉病相关基因及其抗病机制的初步研究

利用大麦基因芯片筛选差异表达基因并结合RT-PCR分析技术，对簇毛麦的抗白粉病机制进行了初步研究。基因芯片杂交试验获得了抗病簇毛麦非诱导叶片、抗病簇毛麦和感病突变体经白粉菌（Blumeria graminis f. sp. tritici）诱导叶片的基因表达谱。抗病簇毛麦经白粉菌诱导前后的表达谱及RT-PCR分析结果表明，抗病簇毛麦中乙烯和水杨酸信号途径的部分基因被白粉菌诱导增强表达，参与了白粉病的抗性过程。另外，通过比较诱导的抗病簇毛麦与诱导的簇毛麦感病突变体的表达谱并结合RT-PCR分析，发现感病突变体中乙烯和茉莉酸途径的部分基因被白粉菌诱导表达参与防卫反应，未观察到水杨酸信号途径参与防卫反应的证据。同时对抗、感簇毛麦经白粉菌诱导不同时间的叶片进行了内源水杨酸含量的测定，结果表明抗病簇毛麦经白粉菌诱导后水杨酸含量明显上升，而感病突变体中水杨酸含量始终处于较低水平。由于乙烯信号途径是抗、感簇毛麦中共同的信号途径，而水杨酸途径只在抗病簇毛麦中参与抗病反应，所以在簇毛麦的抗病过程中，水杨酸途径是一种最有效的信号传导途径。还筛选出一批与簇毛麦抗白粉病相关的基因，包括病程相关蛋白基因、防卫反应基因、转录因子、信号传导因子和抗病基因类似物等。     

小麦抗白粉病基因Pm21分子标记辅助选择的应用

白粉病是威胁我国小麦生产最主要的病害之一。筛选和培育抗病品种是防治小麦白粉病的一条安全有效途径。Pm21是目前最有效的抗白粉病主效基因之一,加快其在小麦育种中的应用,对我国小麦生产具有重要的意义。本研究目的在于将普通小麦——簇毛麦易位系92R137中的抗白粉病基因Pm21导入农艺性状好、产量较高、较易感白粉病的农大系列小麦品种中。在92R137与农大系列小麦品种回交一代利用Pm21的SCAR1265标记进行检测,筛选出含有抗白粉病基因Pm21的单株,进行辅助育种应用的研究,经两次回交和两次标记辅助选择,从农大3291/92R137//农大32912组合后代中选出具有Pm21基因且产量性状好的品系13个,从农大3214/92R137//农大32142组合选出9个,从农大3213/92R137//农大32132组合选出35个,从农大3197/92R137//农大31972组合选出8个,从农大3383/92R137//农大33832组合选出15个,从农大3308/92R137//农大33082组合选出2个共计82个进入初步产量鉴定,根据初步产量结果和农艺性状表现选出9个优系参加2005年秋播产量试验。     

普通小麦近缘物种黑麦1R、簇毛麦1V及鹅观草1Rk#1染色体特异分子标记的筛选

为筛选普通小麦近缘物种黑麦1R、簇毛麦1V及鹅观草1Rk^#1染色体特异分子标记，根据已定位于普通小麦第一部分同源群的EST序列设计104对STS引物，对中国春、鹅观草、黑麦及簇毛麦进行多态性分析。在104对STS引物中，有53对在对照普通小麦中国春与鹅观草、黑麦及簇毛麦之间存在多态性。利用普通小麦-黑麦1R~7R二体异附加系筛选出5对黑麦1R染色体特异标记，分别是CINAU 19-₅₀₀、CINAU20-₉₅₀、CINAU21-₁₅₀₀、CINAU22-₃₁₀和CINAU23-₂₀₀₀；利用普通小麦-簇毛麦1V~7V二体异附加系筛选出5对簇毛麦1V染色体特异标记，分别是CINAU23-₁₇₀₀、CINAU24-₁₀₅₀、CINAU25-₁₆₅₀、CINAU26-₅₀₀和CINAU27-₆₂₀；利用鹅观草二体异附加系DA1Rk^#1、异代换系DS1Rk^#1(1A)、端体系DA1Rk^#1L、易位系T1Rk^#1S·W、长臂缺失系Del1Rk#1L筛选出5对鹅观草1Rk^#1特异标记，分别是CINAU27-₉₆₀、CINAU28-₁₃₆₀、CINAU29-₄₈₀、CINAU30-₅₆₀和CINAU31-₅₂₀。研究表明，可以利用普通小麦的EST序列设计PCR引物，转化成STS标记，筛选普通小麦近缘物种黑麦、簇毛麦及鹅观草等染色体特异的分子标记，快速检测和追踪导入普通小麦背景中的黑麦1R、簇毛麦1V及鹅观草1Rk^#1染色体或染色体片段，为深入研究普通小麦远缘杂种材料提供新的工具。     

与小麦抗白粉病基因Pm48紧密连锁分子标记的开发

Pm48为本实验室鉴定的一个抗白粉病新基因。为精细定位该基因,利用混池ddRAD测序鉴定了81个与该基因关联的序列,开发了STS标记Xmp931,转化了CAPS标记Xmp928、Xmp930和Xmp936;同时,利用粗山羊草基因组序列开发了71个基因组SSR标记,定位了其中的Xmp1089和Xmp1112。在115个宁糯麦1号′Tabasco衍生的F2:3家系中,Xmp928与目的基因共分离,Xmp1112位于近着丝粒方向处距抗病基因3.1 c M。在671个纯合感病家系中,标记Xmp928仍与目的基因共分离。利用3个中国春5DS缺失系,最终将Pm48定位在小麦5DS上0.63–0.67的臂区段中。     

Development of SCAR markers linked to the Pm21 gene conferring resistance to powdery mildew in common wheat

Powdery mildew is an important disease in most of the wheat production areas of the world. The resistance gene Pm21 (6AL/6VS trans-location) derived from Haynaldia villosa confers resistance to all available isolates of Erysiphe (Blumeria) graminis f. sp. tritici in China and Europe. The objective of this study was to develop fast and reliable sequence characterized amplified region (SCAR) markers linked to the Pm21 gene. A random amplified polymorphic DNA (RAPD) marker for Pm21, OPH17₁₄₀₀, was converted to SCAR markers after sequencing the two ends of the polymorphic DNA fragment. Two SCAR markers, SCAR₁₂₆₅ and SCAR₁₄₀₀, were developed to detect the Pm21 gene in different genetic backgrounds. The specific SCAR₁₂₆₅ marker enable large-scale accurate screening for the presence/absence of Pm21 allele.