小麦-长穗偃麦草T7BS·7EL易位系鉴定及7EL小片段易位诱导

为了有效利用含二倍体长穗偃麦草7E染色体的种质材料,利用荧光原位杂交和分子标记技术以及赤霉病抗性评价,对从中国春-二倍体长穗偃麦草7E代换系DS7E（7B）与扬麦16杂交的F₂种子辐射后代中选育的小麦-长穗偃麦草易位系TW-7EL2进行了鉴定。荧光原位杂交（FISH）结果表明,易位染色体的小麦染色体片段与小麦7B短臂的杂交信号相似;分子标记检测结果表明,在易位系中能够扩增出7EL特异条带,但缺失小麦7BL特异条带。综合上述结果,将该易位系命名为T7BS·7EL。且其赤霉病抗性显著高于中国春和扬麦16,与苏麦3号接近,是小麦赤霉病抗病育种的新种质。继续利用1 200 rad 60Co-γ射线辐射处理易位系T7BS·7EL的成熟花粉并授予扬麦158,从其纯合易位系的辐射后代M₁中检测到长穗偃麦草7EL染色体的小片段中间插入易位、顶端易位和7EL染色体缺失等结构变异的单株15株,诱变频率为15.62%,表明利用小麦-长穗偃麦草整臂易位系进行成熟花粉辐射,可以高效诱导产生小片段易位材料。     

基于TRAP的长穗偃麦草SCAR标记的开发及应用

为了开发长穗偃麦草的特异标记,依据TRAP技术,利用56对固定引物与随机引物的组合对中国春-长穗偃麦草附加系等材料进行PCR扩增,共筛选出160条分布于长穗偃麦草1E-7E染色体的特异扩增片段。通过对104个片段的序列进行同源比对,选择与小麦无同源序列的区段设计138对引物,分别对中国春、长穗偃麦草、中国春-长穗偃麦草附加系进行PCR扩增,最终获得30个长穗偃麦草特异SCAR标记,发展标记的效率为53.6%。利用这些特异SCAR标记对硬粒小麦(AABB)与异源六倍体小麦(AABBEE)杂交产生的F2中38个单株进行扩增鉴定,9个单株仅附加了1条相同的E染色体,其余为多条E染色体或者无E染色体附加。这些SCAR标记在不同材料和世代表现出优越的特异性和稳定性,可用于检测小麦背景中附加的相关长穗偃麦草染色体。     

黄淮南部麦区小麦赤霉病抗性鉴定及基因型分析

为丰富抗赤霉病育种亲本材料,连续2年采用土表接种法对762个黄淮南部麦区小麦品种(系)的赤霉病抗性进行鉴定,发现15个小麦品种(系)表现为中抗赤霉病,133个小麦品种(系)表现为中感赤霉病。采用单小花滴注接种法对15个经土表接种鉴定为中抗小麦品种(系)以及2个多抗性基因聚合的种质材料和4个小麦-长穗偃麦草易位系的赤霉病抗性进行鉴定,发现10个小麦品种(系)表现为中抗赤霉病,10个小麦品种(系)表现为中感赤霉病。采用与抗赤霉病基因 Fhb1、 Fhb2、 Fhb4、 Fhb5和 Fhb7相关的分子标记对15个经土表接种法鉴定为中抗赤霉病的小麦品种(系)、部分(120个)中感赤霉病小麦品种(系)、2个多抗性基因聚合种质材料和4个小麦-长穗偃麦草易位系进行检测,发现135个经土表接种鉴定为中抗或中感赤霉病的小麦品种(系)中,有11个小麦品种(系)含有 Fhb1基因,但未检测到含有 Fhb2、 Fhb4、 Fhb5和 Fhb7基因的品种(系);2个多抗性基因聚合的种质材料分别含有 Fhb1、 Fhb2、 Fhb4基因和 Fhb1、 Fhb2、 Fhb5基因;4个小麦-长穗偃麦草易位系均含有 Fhb7基因,且其中2个易位系还含有 Fhb1基因。     

一种小麦蓝粒标记单体代换系4E(6B)的创制

为探索利用长穗偃麦草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,本试验以中国春6B单体和小麦－长穗偃麦草4E二体异附加系为材料,通过杂交、回交结合染色体鉴定等方法培育出具有蓝粒标记的小麦单体代换系4E(6B)。该蓝粒标记小麦单体代换系籽粒为浅蓝色,能够正常生长结实,其自交后代可分离出27.8％的深蓝籽粒小麦4E(6B)二体代换系、66.7％的浅蓝籽粒小麦4E(6B)单体代换系和5.5％的白粒小麦6B缺体,表明长穗偃麦草4E染色体对小麦6B染色体的缺失具有一定的补偿功能。     

普通小麦-长穗偃麦草抗白粉病异代换系的分子细胞学研究

禾本科布氏白粉菌引起的小麦白粉病是造成小麦显著减产的主要病害之一.小麦的野生近缘种植物十倍体长穗偃麦草(2n=10x=70)携带有抗白粉病基因.为了进一步研究长穗偃麦草携带的抗白粉病基因,本研究对普通小麦-长穗偃麦草异代换系A1-2-2-2进行形态学、白粉病抗性、细胞学、分子标记及原位杂交(GISH)鉴定分析.结果表明,A1-2-2-2在苗期和成株期均对白粉病表现为免疫;减数分裂中期染色体构型为2n=21Ⅱ;分子标记鉴定结果表明,A1-2-2-2可能缺失了1对普通小麦的6A染色体;原位杂交结果表明,A1-2-2-2可能携带1对来自十倍体长穗偃麦草的St染色体.综上所述,A1-2-2-2可能为小麦的6A染色体被长穗偃麦草的1对St染色体取代的异代换系.另外,A1-2-2-2表现为毛颖,而双亲均表现为光颖,推测光颖由6A染色体上的基因控制.     

黄淮麦区小麦抗赤霉病种质创制和避病品种选育

为选育黄淮麦区的抗赤霉病高产小麦新品种,对495份普通小麦和长穗偃麦草（十倍体）杂交后代进行赤霉病抗性鉴定,发现兰小偃麦6号、兰小偃麦15号2个与苏麦3号抗性相当的抗赤霉病材料及一批赤霉病抗性中抗以上的种质及新品系,表明利用普通小麦和多年生长穗偃麦草杂交可以选育抗赤霉病且适应黄淮麦区种植的中早熟小麦品种（系）,采用此法选育出天民363、天民369等对赤霉病中抗或中感品种（系）进入黄淮麦区国家或省级试验。分析了黄淮麦区近16年四月份的气象条件,结果发现可以通过选育早抽穗避病品种（系）的途径减轻甚至避免赤霉病的危害。培育出天民198早抽穗避病品种（系）,已累计推广约2.67×10⁶ hm²,其早熟避病、抗倒春寒、稳产高产已经得到充分验证,在黄淮麦区具有较好的应用推广前景。     

小麦-中间偃麦草蓝粒代换系的创制与鉴定

小麦的蓝粒性状可作为表型标记用于小麦育种和遗传学研究,来自中间偃麦草的蓝粒种质材料尚鲜见报道。本研究通过八倍体小偃麦中5 (2n=8x=56, AABBDDXX)与中国春缺-四体系列材料杂交,在中5×N4BT4A和中5×N7BT7D杂交组合后代中获得了两份蓝粒材料,编号分别为Zh5-a2-1和Zh5-c13-2。利用细胞遗传学和分子标记方法对这两份蓝粒材料进行了染色体组成分析。以中间偃麦草基因组DNA为探针的GISH分析显示,这两份蓝粒材料的染色体数均为2n=42,包括40条小麦染色体和两条中间偃麦草染色体。利用重复序列探针pSc119.2和pAs1进行的FISH分析表明,Zh5-a2-1和Zh5-c13-2均为二体代换系,被代换的一对小麦染色体分别为4B和4D。通过用St、E~e和E~b基因组DNA作探针进行GISH分析,证明这两份蓝粒代换系中的中间偃麦草染色体均为St组染色体,但与中5中的中间偃麦草染色体比较发现这对St组染色体的短臂端部发生了缺失。利用二倍体长穗偃麦草E~e基因组的SNP标记分析证明,两份蓝粒代换系中的中间偃麦草染色体与长穗偃麦草的4E~e染色体同源,即Zh5-a2-1和Zh5-c13-2分别为4St(4B)和4St(4D)代换系,命名为SubZh5-4St(4B)和SubZh5-4St(4D)。同时说明,中间偃麦草的4St染色体上带有蓝粒基因。通过对450个小麦SSR标记进行筛选,获得了4个可跟踪鉴定4St染色体的特异SSR标记。研究结果可用于蓝粒小麦品种的培育和中间偃麦草蓝粒基因的遗传学研究。     

抗条锈病普通小麦-中间偃麦草7St二体异附加系的分子细胞遗传学鉴定

中间偃麦草（Thinopyrum intermedium）携带很多优异基因,是小麦重要的三级基因库。为了将中间偃麦草的优异基因导入小麦,以普通小麦品种阿勃的缺体系为母本,以普通小麦-中间偃麦草部分双二倍体远中4为父本,通过远缘杂交,获得普通小麦-中间偃麦草衍生系ES-24,并对其进行形态学、细胞学、原位杂交、分子标记、抗病性等综合鉴定。细胞学观察结果显示,ES-24有44条染色体,其减数分裂中期I染色体构型为2n=22Ⅱ, 且在减数分裂后期Ⅰ可均等分离,表明其可以稳定遗传。原位杂交和分子标记结果表明,ES-24含有42条普通小麦染色体和1对来自中间偃麦草的7St染色体,并利用Oligo-pTa535得到了7St染色体的FISH核型。条锈病抗性鉴定表明,ES-24在苗期和成熟期均对条锈病表现为高抗。综上结果表明,ES-24是高抗条锈病的普通小麦-中间偃麦草7St二体异附加系,可以作为小麦抗病育种的潜在中间材料。     

小麦 长穗偃麦草二体代换系（DS3Ee DS4Ee）光合特性研究

为了确定长穗偃麦草3Ee、4Ee染色体是否含有小麦育种所需要的高光效基因,以小麦中国春-长穗偃麦草二体代换系(DS3Ee、DS4Ee)为材料,分析了这两种外源染色体导入后小麦光合特性的变化.结果表明,与中国春相比,DS3Ee (3B)、DS4Ee(4A、4B、4D)开花期旗叶光合速率较低,而光合速率高值持续时间较长,其较低的光合速率与其较低的光反应能力(Fv/Fm、ΦPSⅡ、ETR)、气孔导度及胞间CO2浓度有关;DS3Ee (3D)具有较高的光合速率和光合速率高值持续时间,但较高的光合速率与气孔导度和光反应能力无关.长穗偃麦草3Ee、4Ee可能含有改良小麦光合作用的高光效基因,DS3Ee (3D)在光合速率和光合时间方面可以利用,DS4Ee在光合持续时间方面可以利用.     

三个小麦赤霉病抗源的抗性QTL定位

为寻找小麦赤霉病抗性基因及可用于分子标记辅助育种的抗性连锁标记．对中国的三个小麦赤霉病抗源苏麦3号、望水白和宁894037进行了抗性QTL的定位研究。SSR、AFLP分析与QTL分析结果表明,尽管三个抗源的来源和遗传背景并不同,但均在3B染色体短臂上发现抗性主效QTL,不同遗传群体所获得的QTL位点所处的染色体区段略有差异,位于QTL两翼的SSR标记也有所不同。苏麦3号的赤霉病抗性主效QTL位于3B染色体上的标记区间Xgwm533～Xgwm493内;宁894037的抗性位点分布于3B和6B染色体上。分别定位于标记Xgwm493～Xbarcl33和Xgwm644-Xgwm518之间;望水白的抗性主效QTL也位于3B染色体上．定位于标记Xgwm493～Xbarc147之间。微效QTL由于遗传群体的不同,分别住于1B、3B和2A染色体上。研究还表明,寻找抗性QTL在3B染色体以外的新抗源十分必要。     

矮秆基因在中国不同麦区小麦品种中的分布及其对赤霉病抗性的影响

为研究矮秆基因在中国不同麦区的分布,以及株高和小穗密度与赤霉病抗性的相关性,本研究通过分析3个矮秆基因 Rht1、 Rht2和 Rht8在211份不同麦区小麦自然群体中的分布,并结合其在不同环境下株高、小穗密度以及赤霉病抗性的调查数据,分析矮秆基因 Rht1、 Rht2和 Rht8对赤霉病抗性的影响。结果表明：（1）不同麦区矮秆基因的分布频率差异较大, Rht1主要分布在长江中下游麦区, Rht2和 Rht8主要分布在黄淮麦区;（2）与野生型品种相比,携带 Rht1、 Rht2和 Rht8的小麦品种,株高均显著或极显著降低;（3）携带 Rht2和 Rht8的小麦品种,赤霉病抗性均极显著低于野生型品种,而携带 Rht1的小麦品种,赤霉病抗性则极显著高于野生型品种;（4）携带 Rht2和 Rht8的小麦品种,小穗密度显著大于野生型品种,而携带 Rht1的小麦品种,小穗密度则显著降低。因此,不同矮秆基因对小穗密度性状的遗传差异可能是导致小麦赤霉病抗性和不同麦区矮秆基因选择利用差异的部分原因。     

小麦抗赤霉病鉴定及其抗病基因的检测

小麦赤霉病是由镰刀菌和禾谷镰孢菌引起的小麦真菌病害,严重影响小麦的产量与品质。为了筛选适合黄淮麦区利用的抗病品种资源,于2017-2018年度利用单花滴注对107份黄淮麦区小麦资源进行田间赤霉病抗性鉴定;同时利用与 Fhb1、 Fhb2、 Fhb4和 Fhb5共4个与抗赤霉病相关QTL紧密连锁的8个分子标记对供试小麦材料进行了检测。经鉴定,扬富麦101表现为抗赤霉病(R),宁麦13、宁麦资119、扬麦16等12个品种表现为中抗赤霉病(MR);分子标记检测发现,这些抗赤霉病品种携带1个或多个抗赤霉病QTL位点,其中 Fhb1基因及其基因组合效应最为明显, Fhb1可以作为主要抗性基因应用于小麦赤霉病抗性育种。     

Real-time quantitative PCR based method for the quantification of fungal biomass to discriminate quantitative resistance in barley and wheat genotypes to fusarium head blight

Fusarium head blight (FHB) caused by Fusarium graminearum is one of the devastating diseases of small grain crops, including barley and wheat. Breeding for resistance is one of the best and ecofriendly strategies to manage the FHB. However, the existing methods used for screening genotypes, both under field and greenhouse conditions, often resulted in high experimental error, leading to inconsistent ranking of genotypes over years. In the postgenomic era, precise assessment of resistance is crucial to identify candidate genes. Here, we report a pathogen inoculation procedure and a real-time quantitative polymerase chain reaction (qPCR) based protocol for the quantification and discrimination of quantitative resistance among barley and wheat genotypes to FHB. Using Fusarium specific primer pair Tri6_10, for the trichothecene biosynthetic cluster (Tri6) gene, we successfully quantified the relative fungal biomass in both spikelets and rachis. A qPCR of spikelets and rachis collected on 6 dpi, from inoculated three alternate spikelet regions, discriminated resistance with less experimental error than those based on the proportion of spikelets diseased (PSD) at 9 dpi. This method can be applied for medium to high-throughput barley and wheat breeding programmes to discriminate quantitative resistance among genotypes against FHB.     

Agropyron elongatum HMW-glutenins have a potential to improve wheat end-product quality through targeted chromosome introgression

After screening of 177 disomic addition lines (DALs) of wheat (Triticum aestivum) containing a pair of chromosomes from different alien species, we found that the chromosome 1E addition line of Agropyron elongatum, that is known to be a potential genetic resource for drought and salinity tolerance, showed potential for improvement of bread-making quality of wheat. This was indicated by increased SDS sedimentation, specific sedimentation, mixograph peak time and SE-HPLC analysis of polymeric proteins. This addition line spontaneously gave rise to a substitution line for chromosome 1D in subsequent generations that showed weak dough strength. Analysis of the x-type HMW-glutenin subunit sequence of Ag. elongatum from DAL1E indicated that it closely resembled the x-type sequence of the A and B genomes of wheat, and the y-type was intermediate between x- and y-type HMW-glutenin subunit genes. From these observations, it was inferred that 1E-encoded seed storage proteins have considerable potential for improvement of wheat end-product quality if transferred to specific chromosomes such as 1A of Chinese Spring (CS) wheat, which has a negative overall effect on bread-making quality.     

Agropyron elongatum HMW-glutenins have a potential to improve wheat end-product quality through targeted chromosome introgression

After screening of 177 disomic addition lines (DALs) of wheat (Triticum aestivum) containing a pair of chromosomes from different alien species, we found that the chromosome 1E addition line of Agropyron elongatum, that is known to be a potential genetic resource for drought and salinity tolerance, showed potential for improvement of bread-making quality of wheat. This was indicated by increased SDS sedimentation, specific sedimentation, mixograph peak time and SE-HPLC analysis of polymeric proteins. This addition line spontaneously gave rise to a substitution line for chromosome 1D in subsequent generations that showed weak dough strength. Analysis of the x-type HMW-glutenin subunit sequence of Ag. elongatum from DAL1E indicated that it closely resembled the x-type sequence of the A and B genomes of wheat, and the y-type was intermediate between x- and y-type HMW-glutenin subunit genes. From these observations, it was inferred that 1E-encoded seed storage proteins have considerable potential for improvement of wheat end-product quality if transferred to specific chromosomes such as 1A of Chinese Spring (CS) wheat, which has a negative overall effect on bread-making quality.     

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。     

2022年河南省小麦茎基腐病和赤霉病病原种群分离鉴定

近年来,茎基腐病和赤霉病在中国黄淮麦区发生严重,对小麦产量及品质造成较大影响。各地报道小麦茎基腐病和赤霉病病原菌种类有所差异。为明确当前中国小麦主产区河南小麦茎基腐病和赤霉病病原菌种类变化情况,本研究对2022年采自河南省安阳、漯河、周口、南阳等8个不同生态区的小麦茎基腐病病株和赤霉病病穗进行了分离纯化,分别得到257和88株分离物。形态学及分子生物学鉴定结果表明,小麦茎基腐病样品分离物中,假禾谷镰孢菌(Fusarium pseudograminearum)231株,占比89.88%;禾谷镰孢菌(F.graminearum)23株,占比8.95%。赤霉病样品的分离物中,禾谷镰孢菌76株,占比86.36%;假禾谷镰孢菌10株,占比11.36%。2022年河南省所有采样地区的茎基腐病的优势病原菌均为假禾谷镰孢菌,赤霉病的优势病原菌仍为禾谷镰孢菌,但赤霉病样品分离物中假禾谷镰孢菌的占比有所增长,特别是在安阳、平顶山和漯河市的赤霉病样品中假禾谷镰孢菌的分离频率达到了10%以上。     

小麦新品系的赤霉病抗性及分子标记分析

为有效降低赤霉病对我国黄淮麦区小麦生产的影响，培育抗赤霉病小麦新品种，以自主创制的13个抗赤霉病稳定的小麦新品系为材料，利用赤霉病菌地表接种和单花滴注法接种鉴定、分子标记检测等技术，鉴定其抗病性、主要农艺性状及赤霉病抗性相关的遗传基础。结果表明：（1）品系Xn12-2和Xn13-2对赤霉病表现为抗，平均病小穗率为11.5%和13.4%，严重度为1.9；其余11个品系表现中抗，平均病小穗率均小于30%，严重度均小于3.0，其中4个品系（Xn12-2、Xn10-2、Xn12-3和Xn12-7）兼抗条锈病；（2）参试新品系的越冬抗寒性较好，株高较矮（67~82 cm），穗较长（9.6~11.3 cm），千粒重高（39.2~50.2 g）；（3）11个品系携带有苏麦3号的Fhb1基因，部分品系兼具苏麦3号的Fhb2、Fhb5或QFhs.crc-2DL位点的优异等位变异。综上所述，参试部分品系不仅具有良好的赤霉病和条锈病抗性，其主要农艺性状基本满足黄淮南部麦区的主要育种目标要求，可作为小麦抗赤霉病改良的材料。     

小麦茎基腐病和赤霉病抗源筛选及关联SNP位点分析

小麦茎基腐病（crown rot,CR）和赤霉病（Fusarium head blight,FHB）是由镰孢菌引起的两种主要的小麦病害。为筛选对CR和FHB的优异抗源、发掘抗病基因,从1 000多个来自世界各地的小麦种质中筛选了311个核心种质,对其进行CR苗期和成株期抗性及FHB抗性鉴定和评价,并利用全基因组关联分析（GWAS）鉴定与CR和FHB抗性相关位点。结果筛选出4个种质（Cimrmanova、济南13、GHABAGHEB、秃芒麦）具有优良的CR抗性;12个种质（陇春8号、中麦175、鲁麦5号、潍麦6号、皖麦50、Reeves、石家庄8号、西农928、山麦、SAFI-1/ZEMAMRA-1、平阳181和石家庄54）具有优良的FHB抗性;5个种质（山前麦、陇春8号、内江31、聊麦16和淮麦22）对CR和FHB均表现一定的抗性,尤其是陇春8号对CR成株抗性和FHB抗性水平均达到R级,表明该种质对两种病害兼具优良抗性。通过GWAS分析发现,在1A和6B染色体上有6个SNPS与CR-SR抗性显著相关;在1A、1B、3A、3B、6A、6B和6D染色体上有15个SNPS与CR-APR抗性显著相关;在5A、7A和7B染色体上有13个SNPS与FHB 抗性显著相关。本研究结果为小麦抗CR和FHB基因的定位和育种奠定了基础。     

黄淮麦区小麦抗赤霉病新种质的创制和筛选

为了创制和筛选黄淮麦区小麦抗赤霉病新种质,以济麦22为受体,采用分子标记辅助选择与连续回交相结合的方法,将小麦赤霉病抗源苏麦3号抗病主效QTL导入黄淮麦区小麦品种济麦22;对黄淮麦区育成的564份品种（系）采用单花滴注方法进行连续3年赤霉病抗性鉴定和筛选。结果创制含苏麦3号抗赤霉病主效QTL的材料18份,其中4份农艺性状与济麦22相仿,赤霉病抗性明显提高;通过筛选获得赤霉病抗性水平达中感以上的材料18份,分子标记和 Fhb1基因鉴定结果表明,其中9份材料不含有 Fhb1基因,其抗赤霉病主效基因可能与苏麦3号不同。这些创制和筛选获得的抗赤霉病种质材料将为提高黄淮麦区小麦赤霉病抗性提供有益帮助。