粗山羊草抗白粉病性鉴定及与普通小麦远缘杂交研究

【目的】鉴定粗山羊草对小麦白粉病的抗性,用远缘杂交的方法将其抗病基因转移到普通小麦中。【方法】用离体叶段鉴定和田间鉴定相结合的方法,对来自不同产地的38份粗山羊草进行白粉病抗性鉴定,用普通小麦与粗山羊草配制正反交组合。【结果】38份粗山羊草中,对小麦白粉病免疫和近免疫的材料有9份,占供试材料的23.68%;普通小麦与粗山羊草正、反交均不能正常结实,必须进行幼胚拯救,成胚率分别是8.53%和70.03%,胚拯救率为9.22%,成苗率为0.79%。杂种F1自交不育,与普通小麦回交可正常结实,但BC1自交结实率极低。抗病鉴定和遗传分析表明,粗山羊草Y215含有1对显性抗白粉病基因,并分别在杂种后代BC2F1和BC1F2中获得了细胞学稳定且与供体亲本一致的抗白粉病植株。【结论】来自粗山羊草Y215的抗病基因已通过遗传重组导入普通小麦中。     

籽粒硬度Pinb基因反义表达载体构建及遗传转化

籽粒硬度是小麦品质改良的重要目标性状.利用含有Ubi启动子、Bar表达盒的基础质粒pAHC25,构建了含有Pinb基因的植物反义表达载体pAHantipB,其中pAHantipB载有小麦籽粒硬度Pinb基因的反向序列,可用于小麦遗传转化,利用花粉管通道法将其转入软质小麦品种京411,获得1株转基因植株,T1代转基因植株抗性筛选及PCR12检测结果表明,转化率为0.17%.基因组DNA斑点杂交证实了外源基因在受体小麦基因组中的整合.     

玉米基因枪转化Bt基因的研究

以玉米自交系A188为试材,将含有Bar基因和Bt基因的质粒pBW3导入玉米幼胚内,获得了转基因抗性苗。抗性植株点杂交及Southern杂交结果显示,该基因已整合到抗性玉米植株体内,外源基因在玉米基因组内有4个拷贝。     

山羊草(Aegilops)与普通小麦间杂交及减数分裂的观察

用11种山羊草(Aegilops)与普通小麦杂交。当山羊草用作母本时,结实率平均为23.3％,杂交种子成苗率为7.9％,回交结实率为0.77％,当山羊草用作父本时,结实率平均为11.7％,杂交种子成苗率为66.3％,回交结实率为0.73％。在两种情况下,回交结实率都很低,自交也均不结实。 T·aestivum×Ae.variabilis,T·a estivum×Ae.triuneialis,Ae.crassa(6X)×T·aestivum获得了BC_1种子。T·aestivum×Ae.speltoides,Ae.triaristata (4X)×T·aestivum,T·aestivum×Ae.umbellulata获得了BC_2种子。 在上述各组合中,F_1植株的形态特征呈双亲中间类型。在回交世代中,形态特征迅速倾近回交亲本普通小麦。大多数杂种高抗白粉病。 对部分细胞学观察结果作了叙述。(T.aestivum×Ae.speltoides)F_1在花粉母细胞减数分裂中期,二价体数高达12.07,由此推断所用Ae.speltoides是高配对型,可能存在对pH基因的抑制机制。 用四种Ae.Ventricosa-Triticum双二倍体与普通小麦杂交,结实率、成苗率、特别是回交结实率都明显高于直接用山羊草与Triticum杂交时的相应数值。看来,双二倍体是将山羊草有利性状导入小麦时可用的良好中间材料。 (Ventripersicum×T.aestivum)F_1、F_2和BC_1的多数植株对白粉病高抗。而F_2植株的籽粒蛋白质含量高达     

粗山羊草抗病基因向普通小麦转移及抗病基因标记的研究

为将粗山羊草（Aegilops tauschii）抗白粉病基因转移到普通小麦中,用普通小麦与粗山羊草配制杂交组合,利用SSR标记技术结合BC1F2分离群体对目的基因进行了遗传作图。结果显示,普通小麦与粗山羊草杂交不能正常结实,进行幼胚拯救可获得组培苗,成胚率达到9.22%;矮败与Y215杂种F1自交不育,与普通小麦回交可正常结实,但BC1自交结实率极低。进一步对矮败×Y215杂种后代进行抗病鉴定和遗传分析,粗山羊草Y215含有一对显性抗白粉病基因,并分别在杂种后代BC2F1和BC1F2中获得了细胞学稳定且与供体亲本一致的抗白粉病植株;应用SSR标记和分离群组分离法,分析与其连锁的引物位置,将其定位在3DS染色体上,暂时命名为PmY215。说明来自粗山羊草Y215的抗病基因已通过遗传重组导入普通小麦中,分析PmY215基因所在染色体的位置和抗病性特征,认为PmY215是一个新的显性抗小麦白粉病基因,并可用于分子标记辅助选择。本研究发现的粗山羊草Y215的抗小麦白粉病基因PmY215是一个新的基因。     

农杆菌介导的抗除草剂基因Bar转入北方粳稻恢复系的研究

以2个北方粳型恢复系津稻162和津稻18为受体,经农杆菌EHA105/pDSBar1300转化,分别获得77和55个转植株。用0.25%浓度的Basta对转基因在T0代进行了涂布试验,其抗性植株率分别为92%和78%,对除草剂抗性转基因株系做PCR检测,均能扩增出400bp的Bar基因特异条带,证明外源基因已整合到水稻基因组中。对转基因T1代进行潮霉素抗性鉴定,大多数转基因株系表现为3∶1的分离比。     

Na~+转运蛋白SKC1基因转化大豆的研究

本研究构建了水稻Na+转运蛋白SKC1基因植物表达载体pTF-SKC1,标记基因为Bar基因。以子叶节为外植体,利用农杆菌介导法将SKC1导入大豆中。经过除草剂抗性筛选后获得的再生植株经PCR方法鉴定,转基因植株阳性率为50%,初步证明SKC1基因已整合到大豆基因组中。耐盐性试验结果表明,转基因植株的耐盐性高于对照。     

小麦D基因组框架图绘制及其应用展望

粗山羊草（Aegilops tauschii）是普通小麦D基因组的供体。D基因组的加入,增强了小麦的适应性,改善了小麦的品质,使其成为世界第一大粮食作物。简要介绍了D基因组的结构,重点探讨了基因组测序结果如何用于小麦的基因发掘、资源的多样性与单倍型研究、品种改良、比较基因组学以及进化与多倍体研究。最后提出了对我国小麦基因组研究的建议。     

Bar基因转化豆科牧草百脉根的研究

以豆科植物百脉根子叶为转化受体,通过根癌农杆菌介导方法将外源目的基因Bar基因和Gus基因导入,经筛选分化、再生,得到具有Basta抗性的转基因植株。在Basta浓度的选择中,2mg/L是百脉根较为适宜的筛选浓度。试管苗叶片筛选剔除假转体和嵌合体植株,转基因植物移栽大田后生长良好。PCR检测证明外源目的基因已整合到百脉根基因组中。     

抗褐飞虱和抗除草剂转基因粳稻新品系的选育及其中间试验

利用根癌农杆菌介导法,将位于同一双元载体pCUGNA-BAR上的GNA基因和Bar基因导入粳稻品种广陵香粳,获得了转基因品系.经PCR扩增检测和Southern杂交分析证明GNA基因已整合到转化植株的基因组中.在转化后代中选育了一个表现优异的转基因水稻新品系3015-1-1进行中间试验,田间农艺性状调查发现该品系3015-1-1基本保持了未转化对照优良的农艺特性.抗虫和抗除草剂试验表明, 3015-1-1对褐飞虱的蜜露排泄量和繁殖率具有显著的抑制作用,对除草剂Basta有明显抗性.     

根据标记基因快速检测转基因水稻

该研究以Bar基因和Gus基因为标记基因 ,根据Basta抗性和Gus染色 ,对转基因水稻植株进行检测 ,具有快速、简便、经济的优点     

卵穗山羊草和柱穗山羊草与普通小麦属间杂种的产生及其育性比较

分别以卵穗山羊草和柱穗山羊草为母本,以普通小麦为父本杂交,将获得的杂种再进行回交和自交,对其育性进行比较研究.结果表明,不同的种或品种做母本其可交配性表现不同,卵穗山羊草的结实率(14.10%和11.96%),比柱穗山羊草高(2.13%和8.47%).杂种胚产生愈伤组织率和幼胚直接成苗率不同.柱穗山羊草/小麦杂种胚愈伤组织诱导率高于杂种胚.卵穗山羊草/小麦的直接成苗率高于柱穗山羊草/小麦.卵穗山羊草/小麦用小麦回交的结实率为3.71%;柱穗山羊草/小麦用小麦回交未结实.卵穗山羊草/小麦自交也能结实,自交的结实率为0.044%,柱穗山羊草/小麦杂种自交没有结实.卵穗山羊草/小麦杂种的育性较柱穗山羊草/小麦杂种强,卵穗山羊草基因通过杂交向小麦转移比柱穗山羊草更容易.     

粳稻抗虫转基因保持系的研究

利用基因枪转化法,以优质粳稻保持系早花二B为受体,获得了含有GNA和Hyg基因的转基因植株。对T2产生的6个纯合株系进行多代潮霉素筛选、PCR分子检测及稻飞虱接种鉴定,表明标记基因在受体中稳定遗传,并高效表达,且一经纯合不再分离;而目的基因表达效果不一样,只有T-10(克隆号A5-32)表达效果最好,其抗虫性达到中抗(MR)以上水平,比受体抗性(S)明显提高。将转基因保持系与不育系早花二A回交,获得的转基因不育系高抗潮霉素,且抗性也完全纯合,表明转基因保持系的抗性基因已转化到不育系中,并得到高效表达。     

将巨大冰麦草种质转移给普通小麦的研究——Ⅱ.BC_1、BC_2的细胞遗传学研究和赤霉病抗性鉴定

获得了(普通小麦×巨大冰麦草)×普通小麦BC_1、BC_2F_1,第1、2次回交结实率分别为2.7％和21.2％。BC_2F_1部分可育,未经人工授粉的56株结实5232粒。BC_1、BC_2F_1和BC_2F_2的2n分别为54～56,40～53和39～52、BC_2F_1和BC_2F_2植株用强菌株JF-1,7,11,12的混合菌液或F-4,15,17,34的混合液接种鉴定,均分离出赤霉病抗性明显高于对照品种的植株。表明将巨大冰麦草的赤霉病抗性导入普通小麦是可能的,由此而创建比现有普通小麦抗病品种更加抗赤霉病的育种材料也是有希望的。文章还对赤霉病抗性转移过程中怎样防止抗性减弱或丢失进行了讨论。     

转Bar基因小麦及其杂交后代旗叶光合特性的研究

Nong4是Bar基因插入在受体小麦D染色体组上的转Bar基因小麦,由于其具有抗除草剂功能,转Bar基因小麦将成为选育高产优质抗除草剂小麦品种的重要材料。笔者以转Bar基因小麦及其与当地常规品种皖麦48的杂交F1代为材料,结合光合和叶绿素荧光参数等指标,系统地研究了转Bar基因小麦及其F1代的产量性状、旗叶的光合特性,探讨了转Bar基因小麦及其F1代产量性状产生的影响,并从光合特性的角度揭示其原因所在,为转Bar基因小麦的高光效杂交后代的选育提供了科学依据。研究结果表明在农艺性状、光合特性的表现上,以Nong4为亲本的正交F1Nong4×Wanmai48比反交F1Wanmai48×Nong4有更好的优势表现,呈较强的中亲优势或一定的超亲优势,如其穗长、千粒重超亲优势率分别达到5.17%和4.41%。笔者研究分析Nong4及其正交F1Nong4×Wanmai48产量优势产生的原因可能是其光能转化效率高、电子传递能力强、光合产物积累多等的综合表现。所以,在选育抗除草剂小麦杂交后代时,可以以Bar基因插入在D染色体组上的Nong4为父本,以当地优质高产品种为母本,从而获得高光效的杂交后代。     

基因枪介导的转PYL5基因小麦的获得与鉴定

【目的】通过基因枪介导共转化,获得转拟南芥抗旱基因PYL5的小麦植株,为转基因小麦的抗旱功能研究奠定基础。【方法】以小麦品种西农889、绵阳19和宁春16为供试材料,通过基因枪介导法将诱导型启动子Rd29A启动的PYL5基因和筛选标记基因Bar共转化到小麦幼胚愈伤组织中,经过除草剂PPT(Phosphinothricin)筛选和愈伤组织分化,获得再生植株。根据目标基因PYL5和Bar基因序列分别设计特异引物,对移栽成活的小麦T0代再生植株进行基因特异性PCR检测。【结果】采用基因枪分别轰击西农889的1800个、绵阳19的800个和宁春16的800个幼胚愈伤组织,经过筛选和分化分别获得了9,5和14株小麦再生植株;对转基因小麦T0代再生植株的基因特异性PCR检测结果表明,西农889、绵阳19和宁春16 Bar基因的转化率分别为0.280%,0.500%和0.750%,PYL5基因的转化率分别为0.110%,0.125%和0.500%,Bar和PYL5基因的共转化率分别为0.110%,0.125%和0.500%。【结论】PYL5基因成功转入到了小麦品种西农889、绵阳19和宁春16中。     

玉米基因枪转化受体材料的选择

以4种玉米转化受体为材料,进行了基因枪转化玉米受体材料的研究。通过GUS基因的短暂表达和转Bar基因抗性绿苗分化率研究表明,预培养3～4d的玉米幼胚更适合作基因枪转化的受体材料。对转基因再生植株的PCR分析及除草剂抗性检验,证明Bar基因已整合到玉米基因组中。试验结果还表明,在转基因筛选过程中加入AgNO3,可提高抗性绿苗分化。     

卵穗山羊草和柱穗山羊草与普通小麦属间杂种的产生及其育性比较

根据笔者的研究,分别从卵穗山羊草和柱穗山羊草作为母本,与普通的小麦进行杂交,然后再进行杂种自交与回交的研究比较,最终目的是为了研究通过杂交,山羊草基因向小麦进行转移的可能性。     

转基因小麦中的转基因向它的近缘杂草转移的可能途径

通过测定杂交后代的基因的转移,研究草甘磷抗性基因从转基因小麦向它的近缘杂草转移的三条可能途径。理论上分析,通过有性杂交基因小麦通过如下三条途径转移它的抗性基因,１杂种自交,形成抗性分离的含有四倍体和五倍体的转基因混合群体;２Ｆ１与四倍体杂草自发杂交;３Ｆ１与六倍体转基因小麦杂交。研究证实了确定存在基因小麦 基因与它的近缘杂草转移的风险,但是由于Ｆ１自交不育,第一条途径基本上是不可能的,第二,第三条途径是基因转移的主要方式,它们的杂交后代是自交可育的,有可能成为抗性基因从转基因小麦转移到近缘杂草的桥梁,最终形成一种新的杂草,即所谓“超级杂草”。根据研究结果,建议采用生物技术创造多抗基因系以延长转基因品种的使用,采用管理措施以避免交杂发生,从而避免或减轻基因转移的风险。     

高抗白粉病小麦-山羊草新种质TA002的创制和遗传研究

【目的】小麦白粉病是世界范围内对小麦危害最严重的病害之一。培育和推广抗病品种是防治小麦白粉病最经济、有效、安全的途径。偏凸山羊草和柱穗山羊草是普通小麦的近缘物种,蕴藏着丰富的抗病、抗虫、抗逆和优质等优异基因。利用远缘杂交途径,将偏凸山羊草和柱穗山羊草的抗白粉病基因导入普通小麦,培育抗白粉病小麦新种质,为小麦白粉病抗性遗传改良提供新抗源。【方法】通过细胞学分析和结实率调查,明确TA002及其与普通小麦杂种的细胞学稳定性和育性特点。利用十二烷基磺酸钠聚丙烯酰氨凝胶电泳（odium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE）及酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳（acid polyacrylamide gel electrophoresis,A-PAGE）方法,分析TA002的高分子量麦谷蛋白亚基（high molecular weight glutenin subunit,HMW-GS）、低分子量麦谷蛋白亚基（low molecular weight glutenin subunit,LMW-GS）及醇溶蛋白亚基组成;通过白粉病菌分小种接种鉴定,明确TA002对小麦白粉病的抗性及其遗传特点;利用基因组原位杂交（genomic in situ hybridization,GISH）、多色原位杂交（multicolor genomic in situ hybridization,mc-GISH）、多色荧光原位杂交（multicolor fluorescence in situ hybridization,mc-FISH）及分子标记技术,分析明确TA002的染色体组成特点。【结果】TA002染色体数目为42条,它及其与普通小麦的杂种F₁减数第一次分裂中期细胞（pollen mother cells at metaphase I,PMCs MI）均含有21个二价体,减数第一次分裂后期细胞（pollen mother cells at anaphase I,PMCs AI）中的染色体分离均衡,结实率正常。在成株期,TA002、SDAU18及其双亲偏凸山羊草和柱穗山羊草对白粉病均具有良好抗性,而烟农15对白粉病表现髙感。TA002/辉县红F₁、TA002/铭贤169F₁对白粉病菌种E09表现免疫,F₂单株对E09的抗感分离比例符合3﹕1。种子贮藏蛋白分析结果表明,在TA002的醇溶蛋白和谷蛋白中均含有SDAU18的特有亚基,其醇溶蛋白还含有双亲没有的新型亚基。分别以单芒山羊草和尾状山羊草的基因组总DNA为探针,烟农15的基因组总DNA为封阻,对TA002的根尖细胞染色体进行基因组原位杂交,均未检测到杂交信号。同时以不同荧光素标记的乌拉尔图小麦和粗山羊草基因组总DNA为探针,拟斯卑尔脱山羊草基因组总DNA为封阻,对TA002的根尖细胞染色体进行mc-GISH,并利用以不同荧光素标记的寡核苷酸pSc119.2和pTa535对TA002的根尖细胞染色体进行mc-FISH,发现TA002具有完整的A、B和D基因组,但其4A、5A、6B、7B和5D染色体在FISH带型上与亲本烟农15的对应染色体具有显著差异。分子标记检测结果表明,TA002含有来源于偏凸山羊草和柱穗山羊草的遗传物质。【结论】TA002是一个细胞学稳定、农艺性状和育性良好的小麦-山羊草渐渗系,它含有偏凸-柱穗山羊草双二倍体特有的贮藏蛋白亚基及其双亲没有的新亚基,且高抗小麦白粉病,其白粉病抗性受显性单基因控制,该基因可能是来自偏凸山羊草或柱穗山羊草的一个新的白粉病抗性基因。